Entstehung und Bewertung von Netzrückwirkungen; Netzanschluss erneuerbarer Energiequellen

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1 VDE-Schriftenreihe Normen verständlich 127 Power Quality Entstehung und Bewertung von Netzrückwirkungen; Netzanschluss erneuerbarer Energiequellen Theorie, Normung und Anwendung von DIN EN (VDE ) DIN EN (VDE ) DIN EN (VDE ) DIN EN (VDE ) DIN EN (VDE ) DIN EN (VDE ) DIN EN (VDE ) DIN EN (VDE ) DIN EN DIN EN (VDE ) VDN - Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schlabbach Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Mombauer 2008 VDE VERLAG GMBH Berlin Offenbach

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Elektromagnetische Verträglichkeit in elektrischen Netzen Klassifizierung von Störgrößen (Netzrückwirkungen) EU-Richtlinien, VDE-Bestimmungen, Normung Merkmale der Spannung in Netzen, DIN EN Mathematische Grundlagen Komplexe Rechnung, Zählpfeile und Zeigerdiagramme Fourieranalyse und -synthese System der symmetrischen Komponenten Messung der Impedanzen der symmetrischen Komponenten (012-System) Symmetrische Komponenten und Oberschwingungen Leistungsbetrachtungen Statistik Berechnung der Impedanzen von Betriebsmitteln Rechenbeispiele Grafische Ermittlung der symmetrischen Komponenten Rechnerische Ermittlung der symmetrischen Komponenten Berechnung von Betriebsmitteln 70 Literatur Kapitel Elektrische Netze und Betriebsmittel Struktur und Aufbau elektrischer Netze Strahlennetze Ringnetze Vermaschte Netze Maschennetze Netzbedingungen Spannungsebenen und Impedanzen Empfohlene Spannungsebenen Berechnung von Netzen und Betriebsmitteln Allgemeines Modellierung von Betriebsmitteln Besonderheiten der Nachbildung von Verbraucherlasten Reihen- und Parallelschwingkreise in Energieversorgungsnetzen Berechnung von Kurzschlussleistung und Kurzschlussströmen nach DIN EN (VDE 0102) Allgemeines Berechnung der Kurzschlussstromparameter 101 7

3 2.5.3 Einfluss von Motoren ; Berechnung der größten Netzimpedanz zur Beurteilung von Netzrückwirkungen Kenndaten typischer Betriebsmittel Beispiele Berechnung von Schwingkreisen Resonanzen in Mittelspannungskabelnetzen Berechnung des Kurzschlussstroms nach DIN EN (VDE 0102) und der Netzimpedanz nach VDN-Technische Regeln Berechnung der frequenzabhängigen Impedanz in einem Mittelspannungsnetz Frequenzabhängige Impedanz eines 220-kV-Netzes 116 Literatur Kapitel Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen Grundlagen Grundlagen der Leitungselektronik Allgemeines Fremdgeführte (netzgeführte) Stromrichter Allgemeines Drehstrombrückenschaltung Selbstgeführte Stromrichter Allgemeines Umrichter Pulsweitenmodulation Gleichspannungswandler Tiefsetzsteller Hochsetzsteller Photovoltaikanlagen Grundlagen Wechselrichter in PV-Anlagen Funktioneller Aufbau von PV-Wechselrichtern Netzüberwachung Windenergieanlagen Grundlagen Elektrische Ausrüstung von Windenergieanlagen Allgemeines Asynchrongenerator mit direkter Netzankopplung Asynchrongenerator mit direkter Netzankopplung und dynamischer Schlupfregelung Doppelt gespeister Asynchrongenerator mit Umrichter im Läuferkreis Synchrongenerator mit Umrichter (Gleichspannungszwischenkreis)

4 3.5 Beispiele Störaussendungen von PV-Anlagen Einfluss der in der Netzspannung vorhandenen Oberschwingungen auf die Störaussendung Einfluss der Netzüberwachung auf die Störaussendung Störaussendungen von Windenergieanlagen 163 Literatur Kapitel Anschluss von Anlagen an das öffentliche Stromversorgungsnetz Allgemeines zu Regeln, Richtlinien und Anschlussbedingungen Transmission Code - Verband der Netzbetreiber Technische Anschlussbedingungen TAB Bau und Betrieb von Übergabestationen zur Versorgung von Kunden aus dem Mittelspannungsnetz Technische Anschlussbedingungen für den Anschluss an das Niederspannungsnetz Richtlinien der Fördergesellschaft Windenergie e. V. (FGW-Richtlinien) VDEW-Richtlinien Eigenerzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz VDN-Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen VDN-Technische Regeln - Kapitel 1: Netzrückwirkungen, Elektromagnetische Verträglichkeit und Spannungsqualität VDN-Technische Regeln - Kapitel 2: Begriffe und Definitionen VDN-Technische Regeln-Kapitel 3: Kurzschlussleistung VDN-Technische Regeln - Kapitel 4: Spannungsänderungen und Flicker VDN-Technische Regeln-Kapitel 5: Spannungsunsymmetrie VDN-Technische Regeln - Kapitel 6: Oberschwingungen VDN-Technische Regeln - Kapitel 7: Kommutierungseinbrüche VDN-Technische Regeln - Kapitel 8: Zwischenharmonische Spannungen VDN-Technische Regeln - Kapitel 9: Tonfrequenzrundsteuerungen (TRA) - Beeinflussungen VDN-Technische Regeln - Kapitel 10: Erzeugungsanlagen 192 Literatur Kapitel Oberschwingungen und Zwischenharmonische Entstehung und Ursachen Allgemeines Entstehung durch Netzbetriebsmittel und Lasten 195 9

5 5.1.3 Zweiweg-Gleichrichter mit kapazitiver Glättung Höherpulsige leistungselektronische Schaltungen Entstehung durch stochastisches Verbraucherverhalten Rundsteuersignale Beschreibung und Berechnung Kenngrößen und Parameter Auswirkungen von Oberschwingungen und Zwischenharmonischen Allgemeines Motoren und Generatoren Kondensatoren Resonanzen in elektrischen Netzen Auswirkungen von Oberschwingungen auf Kondensatoren Verdrosselung von Kondensatoren Belastbarkeit von Kondensatoren Andere energietechnische Betriebsmittel Netzbetrieb Elektronische Betriebsmittel Schutz-, Mess-und Automatisierungsgeräte Lasten und Verbraucher Bewertung von Oberschwingungen Allgemeines, Verträglichkeitspegel Grenzwerte für Oberschwingungen von Geräten mit einem Nennstrom < 16 A Grenzwerte für Oberschwingungen von Geräten mit einem Nennstrom < 75 A Bewertung nach Technischen Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen Bewertung von Zwischenharmonischen Mess- und Rechenbeispiele Oberschwingungsresonanz durch Blindstromkompensation Bewertung von Oberschwingungen Zwischenharmonische Störaussendungen von Niederspannungsverbrauchern 255 Literatur Kapitel Spannungsschwankungen und Flicker Einführung Flickererzeugende Lasten Motoren Drehstrom-Lichtbogenofen Widerstandsschweißmaschinen Summationsgesetz für Flicker

6 6.4 Berechnung der Flickerstärke Beispiel - Berechnung der Flickerstärke Ermittlung des Spannungsänderungsverlaufs zur Beurteilung der Störaussendung einzelner Verbrauchseinrichtungen Symmetrische Belastung Beispiel - Spannungsänderung beim Motoranlauf Unsymmetrische Belastung Beispiel - Anschlussbeurteilung einer Punktschweißmaschine Verteilung der Flickerpegel im Netz Verlegung des Anschlusspunkts einer Last Beispiel - Flickerverteilung im Netz Beispiel - Verlagerung des Anschlusspunkts Beispiel -Transferkoeffizient, Summationsgesetz Flickerminimierung und Kompensation Anlagenseitige Maßnahmen: Netzseitige Maßnahmen: Flicker durch Zwischenharmonische Beispiel - Flicker durch Zwischenharmonische Anschluss von Flicker erzeugenden Lasten an das öffentliche Netz Grenzwerte für Spannungsschwankungen und Flicker von Geräten mit einem Nennstrom < 16 A - DIN EN (VDE ) Grenzwerte für Spannungsschwankungen und Flicker von Geräten mit einem Nennstrom von < 75 A, die einer Sonderanschlussbedingung unterliegen - DIN EN (VDE ) Anschluss von Kundenanlagen größerer Leistung an das öffentliche NS-/MS-Netz - die VDN (D-A-CH-CZ)-Technische Regeln 326 Literatur Kapitel Spannungsunsymmetrien Ursachen und Beschreibungsparameter Auswirkungen, Grenzwerte und Normung Bewertung von Spannungsunsymmetrien in Niederspannungsnetzen Bewertung von Spannungsunsymmetrien in Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsnetzen Allgemeines, Planungspegel Summationsexponent a Transferfaktoren T Faktoren k um Bewertung in Mittelspannungsnetzen Bewertung in Hoch- und Höchstspannungsnetzen

7 7.5 Beispiele Bewertung eines unsymmetrischen Verbrauchers im Niederspannungsnetz Bewertung eines unsymmetrischen Verbrauchers im Mittelspannungsnetz Spannungsunsymmetrie in einem Industriebetrieb 345 Literatur Kapitel Messgeräte und Messverfahren Zielsetzung von Messungen Oberschwingungsmess verfahren - DIN EN (VDE ) Flickermeter-DIN EN (VDE ) Verfahren zur Messung der Spannungsqualität - DIN EN (VDE ) 378 Literatur Kapitel