Themenblock C: Bewertungsverfahren Neue Ansätze und verbesserte Verfahren für die Niederspannung

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1 Themenblock C: Bewertungsverfahren Neue Ansätze und verbesserte Verfahren für die Niederspannung Workshop NetzHarmonie Berlin, Dr.-Ing. Max Domagk, TU Dresden Technische Universität Dresden Institut für Elektrische Energieversorgung und Hochspannungstechnik 0062 Dresden Seite

2 Neue Ansätze und verbesserte Verfahren für die Niederspannung Motivation Quantitativer Vergleich relevanter Verfahren Spezifikation von Verbesserungsansätzen Anwendung des verbesserten Verfahrens Zusammenfassung Seite 2

3 Motivation Verbesserung der bestehenden Bewertungsfahren um bisher ungenutzte Netzkapazitäten zum Anschluss von Windernergieund Photovoltaikanlagen zu erschließen und gleichzeitig einen nachhaltigen Ausbau der Netze mit dezentraler Erzeugung zu gewährleisten Methodik Zusammenstellung aktuell angewendeter Normen und Richtlinien Identifikation möglicher Schwächen, Widersprüche und Einsatzgrenzen Spezifikation von Verbesserungsansätzen nationaler Bewertungsverfahren Anwendung der verbesserten Verfahren in Simulationsszenarien Vorschläge zur Modifikation bzw. Optimierung bestehender Verfahren Seite 3

4 Quantitativer Vergleich relevanter Verfahren Insgesamt 6 relevante Verfahren (Stand 206) Nationale Verfahren (9) Kurzbezeichner NS MS HS Hönw endung BE_C07 - x x - BE CA_C250 (x) x - - CA CN_4549 x x x - CN DE_405 x DE DE_BDEW - x - - DE DE_ x - DE DK_TR x x x x DK (nur Wind) FR_CURTE x x x x FR GB_G54 x x x x GB Internationale Verfahren (7) Kurzbezeichner NS MS HS Hönw endung IEEE_59 x x x x CA, CO, MX, US,... IEEE_547 x x - - CA, US IEC_3_6 - x x x EE, ES, IE, IT, NA, ZA IEC_3_4 x ZA MC_AN_ENA - x x - AU, NZ MC_DACH x x - - AT, CH, CZ, DE, MK MC_DACH_HS - - x - AT, CH, CZ, DE Emissionsgrenzwerte für Erzeuger: VDE-AR-N 405 Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz Emissionsgrenzwerte für Verbraucher und Erzeuger: DACHCZ Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen Veröffentlichung zur ICHQP 206 Survey on International Practice of Calculating Harmonic Current Emission Limits Seite 4

5 Quantitativer Vergleich relevanter Verfahren Anlagenbezogene Simulation Quantitativer Vergleich bestehender Verfahren auf Basis der zulässigen Grenzwerte für einzelne Anlageninstallationen Methodik Relevante Eingangsparameter: S rt... Nennleistung des speisenden Transformators u k... Relative Kurzschlussspannung des speisendentransformators S kv... Kurzschlussleistung am Verknüpfungspunkt S ges... Anschlusskapazität am Verknüpfungspunkt... Vereinbarte Anlagenleistung (I A > 75 A) Generierung der Eingangsparameter mittels Monte-Carlo-Simulation (Zufällige Ziehung aus repräsentativen Wertebereichen) Definition der Wertebereiche in Abstimmung mit Netzbetreibern (Zusätzliche Randbedingungen für sinnvolle Parameterkombinationen) Seite 5

6 Grenzwert geringer höher Quantitativer Vergleich relevanter Verfahren Anlagenbezogene Simulation Stichprobengröße: Installation verschiedener Erzeugungsanlagen VDE-AR-N 405 (DE_405) als Referenzverfahren Deutliche Unterschiede für v = {5, 7,, 3} mit höheren Grenzwerten Fast alle Verfahren mit geringeren Grenzwerten für die 3. Stromharmonische Harmonische Ordnung Veröffentlichung zur PowerTech 207 Probabilistic Comparison of Methods for Calculating Harmonic Current Emission Limits Seite 6

7 Spezifikation von Verbesserungsansätzen Ansätze für Verbesserung bestehender Verfahren Gleichbehandlung von Erzeuger- und Abnehmeranlagen Individuelle Berücksichtigung der frequenzabhängigen Netzimpedanz Methodik zur Aufteilung des zulässigen Gesamtstöreintrages zwischen Kundenanlagen Berücksichtigung von Gleichzeitigkeiten (Overbooking Konzept) Anpassung des Summationsexponenten Überarbeitung der zulässigen Störeinträge (Koordination zwischen Spannungsebenen erforderlich) Transferkoeffizienten Kompromiss zwischen Komplexität und Realitätsnähe Seite 7

8 Spezifikation von Verbesserungsansätzen Aktuell gültige Verfahren für Abnehmer: DACHCZ Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen für ν [3, 5, 7,, 3, 7, 9, > 9] Erzeuger: VDE-AR-N 405 Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz für ν [2, 3,, 40] Seite 8

9 Spezifikation von Verbesserungsansätzen Verbesserungsvorschlag (/7) Gleichbehandlung und Frequenzbereiche Gleichbehandlung von Abnehmern, Erzeugern und Speichern Einheitliche Gleichung unabhängig vom Anlagentyp auf Basis von D-A-CH-CZ I ν = u 2 ν max ν 2 S k SS 2 u k g S k SS α ν S k V I A Abdeckung gleicher Frequenzbereiche (durch einheitliche Gleichung erreicht) Frequenzbereiche gemäß VDE-AR-N 405 Seite 9

10 Spezifikation von Verbesserungsansätzen Verbesserungsvorschlag (2/7) Berücksichtigung von Resonanzen Einführung eines Resonanzfaktors k ν I ν = k ν u2 ν max ν 2 S k SS 2 u k g S k SS α ν S k V I A a) Impedanzgerade b) Impedanzgerade mit Resonanzbereich c) Impedanzverlauf Seite 0

11 Spezifikation von Verbesserungsansätzen Verbesserungsvorschlag (3/7) Definition der Netzkapazität Definition der Netzkapazität für Abnehmer k A Erzeuger k E Speicher k S I ν = α k A + k E + k S k ν u2 ν max ν 2 S k SS 2 u k g S k SS α ν S k V I A Seite

12 Spezifikation von Verbesserungsansätzen Verbesserungsvorschlag (4/7) Gleichzeitig- und Gleichphasigkeit Berücksichtigung reduzierter Gleichzeitigkeit g Ggf. Überarbeitung des Summationsexponenten α I ν = α k A + k E + k S k ν u2 ν max ν 2 S k SS 2 u k g S k SS α ν S k V I A Seite 2

13 Spezifikation von Verbesserungsansätzen Verbesserungsvorschlag (5/7) Aufteilung der Verträglichkeitspegel Verifizierung der Mechanismen zur Aufteilung der Verträglichkeitspegel auf die Spannungsebenen (Transfer) Verteilung innerhalb der Spannungsebene (Dämpfung) Vorschlag zur Anpassung der zulässigen Störeinträge I ν = α k A + k E + k S k ν u2 ν max ν 2 S k SS 2 u k g S k SS α ν S k V I A Seite 3

14 Spezifikation von Verbesserungsansätzen Verbesserungsvorschlag (6/7) Berücksichtigung des X/R-Verhältnisse Einführung des Faktors k XR I ν = k XR α k A + k E + k S k ν u2 ν max ν 2 S k SS 2 u k g S k SS α ν S k V I A Seite 4

15 Spezifikation von Verbesserungsansätzen Verbesserungsvorschlag (7/7) Spannungspegel und Nachweisgrenzen Angabe von Spannungspegeln Berechnung der Spannungspegel Bestimmung der Ströme auf Basis von Impedanzen Berücksichtigung von Nachweisgrenzen Bestimmung der Genauigkeit der Messkette für Nachweismessungen Festlegung eines minimalen Grenzwertes (z.b. 00 ma) Seite 5

16 Anwendung des verbesserten Verfahrens Netzbezogene Simulation Vergleich der Verfahren auf Basis der resultierenden Spannungsverzerrung für die Installation von Kundenanlagen in Referenznetzen Methodik Definition der Referenznetze je Spannungsebene Vereinfachte Modellierung der Abnehmer / Erzeuger (Norton-Äquivalent = Impedanz + Konstantstromquelle) Emission der maximal zulässigen Oberschwingungsströme (Winkelvariationen entsprechend Summationsexponent) Zufällige Anlageninstallation bis zum gewünschten Ausbaugrad (Kontrolle der Randbedingungen am Anschlusspunkt, Abgang und Netz) Seite 6

17 Anwendung des verbesserten Verfahrens Netzbezogene Simulation Definition von städtischem Referenznetz und ländlichem Referenznetz Veröffentlichung zum ETG-Kongress 207 Characteristic Parameters and Reference Networks of German Distribution Grid (LV, MV, and HV) for Power System Studies Seite 7

18 Anwendung des verbesserten Verfahrens Anwendung der VDE-AR-N 405 (z.b. Ausbau ländliches Referenznetz bis k E = 90%; 500 Wiederholungen) Mittlere Ausnutzung des zul. Störeintrages bei 55% Teilweise deutliche Überschreitungen, insbesondere für Harmonische höherer Ordnung Seite 8

19 Anwendung des verbesserten Verfahrens Anwendung des verbesserten Verfahrens (Berücksichtigung Netzkapazität) (z.b. Ausbau ländliches Referenznetz bis k E = 90%; 500 Wiederholungen) Mittlere Ausnutzung des zul. Störeintrages bei 76% Teilweise deutliche Überschreitungen, insbesondere für Harmonische höherer Ordnung Seite 9

20 Zusammenfassung Quantitativer Vergleich international relevanter Normen und Richtlinien Anlagenbezogene Simulation Netzbezogene Simulation Identifizierte Verbesserungsansätze Gleichbehandlung (Anlagentyp, Frequenzbereich) Philosophie (netzweite statt anschlusspunktbezogene Koordination) Konkreter Anschlusspunkt (Resonanzen, X/R-Verhältnis) Anwendung des verbesserten Verfahrens Bessere Ausnutzung der zulässigen Störpegel Option der individuellen Berücksichtigung konkreter Anschlusspunkte Standardwerte für neue Parameter Vereinfachung in der Anwendung Offene Punkte Konkretisierung neuer Werte für Gleichphasig- und Gleichzeitigkeit Validierung des Vorschlags zur Anpassung der zulässigen Störeinträge Seite 20

21 Vielen Dank für Ihr Interesse! Dr.-Ing. Max Domagk Technische Universität Dresden Technische Universität Dresden Institut für Elektrische Energieversorgung und Hochspannungstechnik 0062 Dresden Germany Fon: Fax: Internet: Seite 2