Technische Information Integrated Plant Control und Q on Demand 24/7 SUNNY TRIPOWER

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1 Technische Information Integrated Plant Control und Q on Demand 24/7 SUNNY TRIPOWER Zur Stabilisierung des öffentlichen Stromnetzes ist Blindleistung notwendig. Durch die Funktionen Integrated Plant Control und Q on Demand 24/7 ist es möglich, dass SMA Wechselrichter vom Typ Sunny Tripower Blindleistung während des Betriebs und in der Nacht einspeisen. Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick, für welche Gerätetypen und ab welcher Firmware-Version die verschiedenen Funktionen verfügbar sind. Gerätetyp STP 15000TL-10 / STP 17000TL-10 STP 15000TLEE-10 / STP 20000TLEE-10 STP 20000TL-30 / STP 25000TL-30 Blindleistungsbereitstellung Q on Demand 24/7 Integrated Plant Control 0 übererregt 0 untererregt IPC_STP-TI-de-13 Version 1.3 DEUTSCH

2 1 Definition Wirk-, Blind-, und Scheinleistung SMA Solar Technology AG Gerätetyp STP 12000TL-US-10 / STP 15000TL-US-10 / STP 20000TL-US-10 / STP 24000TL-US-10 Blindleistungsbereitstellung Q on Demand 24/7 Integrated Plant Control 0 übererregt 0 untererregt Dieses Dokument vermittelt grundlegende Kenntnisse zur Blindleistung und dem Einstellen der Wechselrichter, um Blindleistung norm- und bedarfsgerecht einzuspeisen. 1 Definition Wirk-, Blind-, und Scheinleistung Elektrische Leistung ist das Produkt aus Strom und Spannung. Während beim Gleichstrom Strom und Spannung statische Werte haben, ändern sich beim Wechselstrom Stärke und Richtung von Stromfluss und Spannung regelmäßig. Im öffentlichen Stromnetz haben Strom und Spannung einen sinusförmigen Verlauf, so dass auch deren Produkt, die elektrische Leistung, sinusförmig ist. Bei Gleichstromsystemen kann am Vorzeichen der Leistung abgelesen werden, in welche Richtung die elektrische Energie, als Wirkleistung, transportiert wird. Prinzipiell gilt dies auch im Wechselstromkreis. Allerdings kann die Leistung nicht nur stets positiv oder negativ sein, sondern deren Vorzeichen kann auch periodisch schwanken, so dass die Leistung teilweise hin und her pendelt. Diese pendelnde Leistung verrichtet keine Arbeit und wird deshalb Blindleistung genannt. Der zeitliche Versatz zwischen dem Strom- und Spannungsverlauf, deren sogenannte Phasenverschiebung, ist eine leicht zu messende Größe und charakteristisch für das Verhältnis zwischen Wirk- und Blindleistung am betrachteten Ort im Stromkreis. 1.1 Wirkleistung P Ohne Phasenverschiebung zwischen dem zeitlichen Verlauf von Strom i(t) und Spannung u(t) haben beide stets das gleiche Vorzeichen und erreichen gleichzeitig ihre Maximal- und Minimalwerte. Die Leistung schwankt zwischen Null und dem positiven Maximalwert. Im zeitlichen Durchschnitt ergibt sich ein positiver Leistungswert P (Einheit: W; Watt) und es entsteht ausschließlich Wirkleistung P. Ein solches Verhalten tritt nur auf, wenn sich ausschließlich ohmsche Verbraucher im Stromkreis befinden. In einem realen Stromnetz sorgen allerdings bereits die Leitungsinduktivitäten und -kapazitäten dafür, dass die Wirkleistung auch stets von einem kleinen Blindleistungsanteil begleitet wird. Abbildung 1: Reine Wirkleistung: Strom und Spannung sind in Phase 2 IPC_STP-TI-de-13 Technische Information

3 SMA Solar Technology AG 1 Definition Wirk-, Blind-, und Scheinleistung 1.2 Blindleistung Q Bei einer Phasenverschiebung phi von 90, das heißt wenn das Maximum des Stroms genau beim Nulldurchgang der Spannung auftritt, nimmt die Leistung abwechselnd positive und negative Werte an. Der zeitliche Durchschnitt ist daher Null. Man spricht hier von reiner Blindleistung Q (Einheit: Var; aus dem Französischen von Volt-Ampère-réactif), die quasi in den Leitungen hin- und herpendelt. Abbildung 2: Reine Blindleistung: Strom und Spannung sind 90 phasenverschoben 1.3 Scheinleistung S In realen Wechselstromkreisen ergibt sich eine Mischung aus Wirk- und Blindleistung. Dieses Verhalten tritt auf, wenn sich induktive oder kapazitive Verbraucher im Netz befinden. Die Verschiebung zwischen Strom und Spannung wird mit dem Verschiebungsfaktor cos φ angegeben. Abbildung 3: Im realen Wechselstromnetz sind Strom und Spannung leicht phasenverschoben und es treten Blind- und Wirkleistung gemeinsam auf. Technische Information IPC_STP-TI-de-13 3

4 1 Definition Wirk-, Blind-, und Scheinleistung SMA Solar Technology AG Berechnung der Scheinleistung Die Summe aus Wirk- und Blindleistung ist die so genannte Scheinleistung S (Einheit: VA; Volt-Ampère). Dabei ist zu beachten, dass die Größen nicht einfach addiert werden, sondern die geometrische Summe gebildet werden muss: Wirkund Blindleistung bilden die Katheten eines rechtwinkligen Dreiecks, die Hypotenuse entspricht der Scheinleistung. Der Cosinus des Winkels zwischen Wirk- und Scheinleistung ist der Verschiebungsfaktor. Abbildung 4: Geometrische Addition von Wirk- und Blindleistung 1.4 Blindleistung mit Sunny Tripower kompensieren und regeln Blindleistungsbedarf mit Q on Demand 24/7 kompensieren Induktive oder kapazitive Verbraucher (z. B. Kabel, Transformatoren) benötigen Blindleistung. Der Transport der Blindleistung vom Kraftwerk zu dem Verbraucher belastet das öffentliche Stromnetz. An Standorten mit vielen induktiven oder kapazitiven Verbrauchern ist es deshalb sinnvoll, eine Kompensationsanlage zu installieren, die Blindleistung bereitstellt. Um die Stabilität des öffentlichen Stromnetzes sicherzustellen, fordern die Netzbetreiber, dass sich Energieerzeuger an der Kompensation der Blindleistung beteiligen. Eine derartige Kompensationsanlage kann durch eine PV-Anlage ergänzt oder ersetzt werden. Ein großer PV-Park hat aufgrund seines Aufbaus einen gewissen Blindleistungsbedarf, der von den Sunny Tripower Wechselrichtern kompensiert werden kann. Gleichzeitig können die Sunny Tripower Wechselrichter Blindleistung in das öffentliche Stromnetz einspeisen. Sowohl während, als auch außerhalb des Einspeisebetriebs kann die Kompensation durch die Funktion Q on Demand 24/7 erfolgen. Mit Hilfe dieser Funktion stellt der Sunny Tripower Wechselrichter Blindleistung für die Betriebsmittel des PV-Parks zur Verfügung, ohne dabei das öffentliche Stromnetz zu belasten. Q(U)-Kennlinie mit Integrated Plant Control regeln Durch die Funktion Integrated Plant Control kann der Sunny Tripower Wechselrichter Blindleistung für das öffentliche Stromnetz bereitstellen. Der Netzbetreiber gibt vor, nach welchem Verfahren der Wechselrichter Blindleistung in das Netz einspeisen muss. In vielen Fällen verlangt der Netzbetreiber eine Regelung nach einer Q(U)-Kennlinie. SMA Wechselrichter mit Integrated Plant Control haben die Möglichkeit, diese Q(U)-Kennlinie abzubilden, ohne am Netzanschlusspunkt zu messen. Betriebsmittel, die zwischen Wechselrichter und Netzanschlusspunkt angeschlossen sind, können vom Wechselrichter automatisch kompensiert werden. Mit der Funktion Integrated Plant Control ist es nicht möglich, unregelmäßige oder schwankende Blindleistungsbedarfe z. B. eines angeschlossenen Maschinenparks zu kompensieren, wenn der Maschinenpark auf der Strecke zwischen den Wechselrichtern und dem Netzanschlusspunkt angeschlossen ist. Wenn der Maschinenpark direkt am Netzanschlusspunkt angeschlossen ist, ist es möglich, den zusätzlichen Blindleistungsbedarf der Maschinen durch zusätzliche Messeinrichtungen dynamisch zu erfassen und den entsprechenden Wert als Offset auf die Q(U)-Regelung zu geben. 4 IPC_STP-TI-de-13 Technische Information

5 SMA Solar Technology AG 2 Aufbau von PV-Parks 2 Aufbau von PV-Parks 2.1 Typischer PV-Park mit zentraler Parkregelung Dezentrale PV-Parks müssen Blindleistungsflüsse regeln. Es reicht nicht aus, dass jeder Wechselrichter die vorgegebene Charakteristik des Netzbetreibers einhält, da alle Betriebsmittel (Leitungen, Transformatoren, Schalteinrichtung usw.) die Kennlinie der Gesamtanlage beeinflussen. Abbildung 5: Beispielhafte Q(U) Vorgaben der Netzbetreiber Eine zentrale Parkregelung erfasst deshalb die wichtigsten Netzgrößen am Netzanschlusspunkt und vergleicht sie mit der vom Netzbetreiber vorgegebenen Charakteristik. Beim Auftreten von Abweichungen wird ein korrigierter einheitlicher Sollwert für die Blindleistung an die Wechselrichter übergeben, der dann dafür sorgt, dass die vorgegebene Charakteristik wieder erreicht wird. Abbildung 6: PV-Park mit zentraler Parkregelung Technische Information IPC_STP-TI-de-13 5

6 2 Aufbau von PV-Parks SMA Solar Technology AG 2.2 PV-Park mit Integrated Plant Control Durch die Funktion Integrated Plant Control ist es möglich, dass jeder Wechselrichter innerhalb einer Gruppe aus mehreren Wechselrichtern seinen individuellen Beitrag ermittelt, damit am Netzanschlusspunkt die notwendige Blindleistung eingespeist werden kann. Jeder Wechselrichter im Verbund kompensiert die Impedanzeinflüsse der Kabel und des Transformators. Abbildung 7: PV-Park mit Integrated Plant Control Vorteile von Integrated Plant Control Wirtschaftlich: Keine zusätzlichen Kosten für zentrale Parkregler, Messwerterfassung am Netzanschlusspunkt, schnelle Datenübertragung sowie deren Installation und Inbetriebnahme. Netzfreundlich: Einhaltung der vom Netzbetreiber gewünschten Charakteristik, selbst bei sehr schnellen Netzspannungsänderungen. Einfach und übersichtlich: Vereinfachung der Anlagenstruktur und Wartung. Parametrierung der Wechselrichter wird vom Auslegungsprogramm Sunny Design errechnet. Sicher: Redundanz durch individuelle Einbeziehung und einmalige Parametrierung jedes Wechselrichters. Flexibel: Selbst kleine PV-Anlagen ab zwei Wechselrichter können ihre Netzcharakteristik preiswert optimieren. Bereits bestehende Anlagen können über ein Softwareupdate nachgerüstet werden. Funktionalität von Integrated Plant Control Trotz größter Sorgfalt bei der Erstellung der Funktion Integrated Plant Control übernimmt SMA Solar Technology AG keine Gewährleistung für die Funktionalität von Integrated Plant Control. 6 IPC_STP-TI-de-13 Technische Information

7 SMA Solar Technology AG 3 Integrated Plant Control einrichten 3 Integrated Plant Control einrichten Um PV-Anlagen mit Integrated Plant Control zu betreiben, müssen zwei Einstellungen erfolgen: 1. Der individuelle Aufbau der PV-Anlage mit allen wesentlichen Betriebsmitteln muss eingegeben werden, damit jeder Wechselrichter seinen individuellen Einfluss auf den Netzanschlusspunkt berechnen kann. 2. Die am Netzanschlusspunkt gewünschte Charakteristik (meist durch den Netzbetreiber vorgegeben) muss eingestellt werden. 3.1 Kennwerte der Anlage ermitteln Für die Ermittlung der Parametereinstellung am Wechselrichter ist die Charakterisierung der Betriebsmittel zwischen den Wechselrichterklemmen und dem Netzanschlusspunkt notwendig. Ermitteln Sie folgende Kennwerte: Verwendete Leitungen Leitermaterial Querschnitt Leitungslänge MV-Transformator Nennscheinleistung (S N ) Kurzschluss-Spannung (u k ) Kurzschlussverlust bei Nennleistung (P k ) Angaben zum MV-Transformator Die benötigten Angaben zum MV-Transformator können Sie in der Regel dem Typenschild oder dem Datenblatt entnehmen. Falls diese nicht vorliegen, wenden Sie sich an den Hersteller. 3.2 Kennwerte in Sunny Design eingeben Eine ausführliche Anleitung zu Sunny Design finden Sie unter Zum Eingeben der ermittelten Kennwerte in Sunny Design, gehen Sie wie folgt vor: 1. Sunny Design öffnen und als Benutzer anmelden. 2. Neues Projekt anlegen. 3. Projektdaten eingeben. 4. Im Bereich Projektdaten die Option Optimierte Blindleistungsanpassung mit Integrated Plant Control durchführen wählen. 5. Schaltfläche [Zur Konfiguration der PV-Anlage] wählen. 6. Aus dem Menü die verwendeten PV-Generatoren und Wechselrichter wählen. 7. Schaltfläche [Zur Leitungsdimensionierung] wählen. 8. Wenn eine Projekt-Unterverteilung (LV3) vorhanden ist, im Fenster Übersicht die Option Projekt-Unterverteilung vorhanden (LV3) wählen. 9. Im Bereich Übersicht die Option Mittelspannungsleitung und MV-Transformator vorhanden (MV) wählen. Technische Information IPC_STP-TI-de-13 7

8 3 Integrated Plant Control einrichten SMA Solar Technology AG Im Bereich Konfiguration sind die Registerkarten für die Angabe zu den Leitungen und des MV-Transformators aktiviert. 10. In den Registerkarten Leitungen LV1, Leitungen LV2 und Leitung LV3 die Kennwerte der verwendeten Leitungen eintragen. 11. In der Registerkarte MV-Transformator die Kennwerte des MV-Transformators eingeben. 12. Im Bereich Nächste Schritte die Schaltfläche [Parameter herunterladen] wählen. Sunny Design erstellt eine csv Datei mit den Parametern, die im Wechselrichter hinterlegt werden müssen. 8 IPC_STP-TI-de-13 Technische Information

9 SMA Solar Technology AG 3 Integrated Plant Control einrichten Beschreibung der Parameter Parametername bei BLUETOOTH oder Speedwire/Webconnect Parametername bei RS485 Beschreibung Nennscheinleistung aller Wechselrichter Plnt.VARtg Nennscheinleistung aller Wechselrichter [ kva] Ohmscher Widerstand für Impedanzkompensation Induktiver Widerstand für Impedanzkompensation Kapazitiver Widerstand für Impedanzkompensation ImpCpn.OhmRis ImpCpn.IndRis ImpCpn.CapacRis 3.3 Betriebsparameter des Wechselrichters ändern Ohmscher Widerstand für Impedanzkompensation [ Ω ] Induktiver Widerstand für Impedanzkompensation [ Ω ] Kapazitiver Widerstand für Impedanzkompensatzion [ Ω ] Impedanzkompensation eingeschaltet ImpCpn.IsOn Impedanzkompensation eingeschaltet Ändern Sie Betriebsparameter immer wie in diesem Kapitel beschrieben. Einige funktionssensible Parameter sind nur für Fachkräfte sichtbar und können nur von Fachkräften geändert werden (weiterführende Informationen zum Ändern von Parametern siehe Anleitung des Kommunikationsprodukts). Die Betriebsparameter des Wechselrichters sind werkseitig auf bestimmte Werte eingestellt. Sie können die Betriebsparameter mit einem Kommunikationsprodukt ändern, um das Arbeitsverhalten des Wechselrichters zu optimieren. Voraussetzungen: Je nach Kommunikationsart muss ein Computer mit BLUETOOTH oder Ethernet-Schnittstelle vorhanden sein. Kommunikationsprodukt passend zur verwendeten Kommunikationsart muss vorhanden sein. Der Wechselrichter muss im Kommunikationsprodukt erfasst sein. Die Änderungen von netzrelevanten Parametern müssen vom zuständigen Netzbetreiber genehmigt sein. Bei Änderung von netzrelevanten Parametern muss der SMA Grid Guard-Code vorhanden sein (siehe Bestellformular für den SMA Grid Guard-Code unter Eingeschränkte Funktion von Integrated Plant Control durch falsche Einstellungen Durch falsche Berechnung der notwendigen Parameter für Integrated Plant Control oder falsche Eingabe der Parameter im Wechselrichter, ist die Funktion von Integrated Plant Control eingeschränkt. SMA Solar Technology AG haftet nicht für falsche Eingaben durch den Kunden. Für eine fehlerfreie Funktion von Integrated Plant Control, ist eine korrekte Modellierung der Anlage über Sunny Design notwendig. Bei Bedarf hilft SMA Solar Technology AG gegen Gebühr bei der korrekten Berechnung der Anlagenparameter und der Parametrierung der Anlage. Vorgehen: 1. Benutzeroberfläche des Kommunikationsprodukts oder Software aufrufen und als Installateur oder Benutzer anmelden. 2. Wenn erforderlich, SMA Grid Guard-Code eingeben. 3. Gewünschten Parameter wählen und einstellen. 4. Einstellung speichern. Technische Information IPC_STP-TI-de-13 9

10 3 Integrated Plant Control einrichten SMA Solar Technology AG Aufbewahrung der Unterlagen Die Einstellungen der Anlage sollten ordnungsgemäß dokumentiert und wieder auffindbar abgelegt werden. Beispiel: Gerätetyp und Seriennummer STP 17000TL STP 17000TL STP 17000TL STP 10000TL PV-Anlage Nennscheinleistung aller Wechselrichter [kva] Impedanzkompensation Ohmscher Widerstand für Impedanzkompensation [Ω] Induktiver Widerstand für Impedanzkompensation [Ω] Kapazitiver Widerstand für Impedanzkompensation [Ω] 580 0,0062 0,012 35, ,0062 0,012 35, ,0062 0,012 35, ,0048 0, , IPC_STP-TI-de-13 Technische Information

11 SMA Solar Technology AG 4 Q on Demand 24/7 4 Q on Demand 24/7 Durch die Funktion Q on Demand 24/7 bleibt der Wechselrichter am Abend am öffentlichen Stromnetz und versorgt sich aus dem Netz, um Blindleistung bereitzustellen (III)*. Zusätzlich kann der Wechselrichter über den normalen Arbeitsbereich (I) hinaus im Einspeisebetrieb bis zu 100 % seiner Scheinleistung als Blindleistung zur Verfügung stellen (II). P P P max (I) (II) Q max = 0,5 x P max Q (III) Q Abbildung 8: Erweiterung des Arbeitsbereichs und der Grenzen des Sunny Tripower durch die Funktion Q on Demand 24/7 Parameter für Q on Demand 24/7 Parametername Betriebsart der statischen Spannungshaltung bei Q on Demand, Konfiguration der statischen Spannungshaltung (Q-VArModDmd) Beschreibung 1 = Werkseinstellung Die Begrenzung der Blindleistung Q in Abhängigkeit der Wirkleistung P ist eingeschaltet. 0 = Die Begrenzung der Blindleistung Q in Abhängigkeit der Wirkleistung P ist ausgeschaltet. Bei Verwendung der Funktion Q on Demand 24/7 diesen Parameter auf 0 setzen. Mit dem Parameter Betriebsart der statischen Spannungshaltung bei Q on Demand, Konfiguration der statischen Spannungshaltung (Q-VArModDmd) können Sie ausschließlich die Funktion Q on Demand 24/7 aktivieren. Die generelle Einstellung der Netzsystemdienstleistungen (z. B. cos(phi)-vorgabe oder Q(U)-Kennlinie) können unbahängig von der Funktion Q on Demand 24/7 über die entsprechenden Parameter eingestellt werden. * Wird der Wechselrichter in der Nacht vom Netz getrennt (z. B. im Fehlerfall), kann er sich erst wieder am nächsten Morgen bei ausreichender PV-Leistung auf das öffentliche Stromnetz aufschalten. Bis dahin ist die Funktion Q on Demand 24/7 inaktiv. Technische Information IPC_STP-TI-de-13 11