Themenblock E: Netzsimulationen Vergleich von Simulations- und Messergebnissen realer Netze

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1 Themenblock E: Netzsimulationen Vergleich von Simulations- und Messergebnissen realer Netze Workshop NetzHarmonie Berlin, Gesa Kaatz, M.Sc. Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg Holstenhofweg 85 D Hamburg Seite 1

2 Vergleich von Simulations- und Messergebnissen realer Netze Hintergrund und Motivation Betrachtetes Netz Netzimpedanz nach BDEW / D-A-CH-CZ Modellierung mit 1-phasigem ESB Frequenzabhängige Kabelmodelle Simulation vs. Messergebnisse Zusammenfassung Seite 2

3 Hintergrund und Motivation Berechnung von Emissionsgrenzwerten von Oberschwingungen basiert auf vereinfachtem Frequenzgang der Impedanz Resonanzen werden unzureichend berücksichtigt Oberschwingungspegel werden zu hoch oder niedrig berücksichtigt Konservative Netzanschlussbewertung Modellierung 1-phasiges Ersatzschaltbild mit linearen Elementen Komplexe Netzsimulation Netzaufbau mit detaillierten Netzparametern Messung vs. Simulation Lage und Amplitudengang der Impedanz im Vergleich Seite 3

4 Betrachtetes Netz mit WP A Messpunkt: NAP Messpunkt: RAP Simulations-/Berechnungsergebnissen vs. Messpunkte Messstellen RAP und NAP WEA: 4 x 2,0 MW Seite 4

5 Impedanz nach BDEW / D-A-CH-CZ Hochskalierte 50-Hz-Impedanz reduziert mögliche Anschlussreserven Höherer OS-Pegel bei ersten Resonanzstellen als erwartet Seite 5

6 Längsimpedanz am NAP nach BDEW hochskalierte 50Hz Längsimpedanz Z NAP max (f) Abgeschätzte min. Kurzschlussleistung (50 Hz) liegt 17,5 % über der gemessenen Kurzschlussleistung 50-Hz-Impedanz zu niedrig abgeschätzt Seite 6

7 Längsimpedanz am RAP nach BDEW hochskalierte 50Hz Längsimpedanz Z NAP max (f) Die abgeschätzte Längsimpedanz am RAP ergibt sich aus: Z RAP max = Z NAP max + Z K1 + Z K2 + Z K3 + Z K4 Abgeschätzte min. / max. Kurzschlussleistung (50 Hz) liegt 5% über der gemessenen Kurzschlussleistung Seite 7

8 Variante 2 nach D-A-CH-CZ Berücksichtigung der ersten Parallelresonanz f res = 400 Hz Seite 8

9 Modellierung mit 1-phasigem ESB Ermittlung der Lagen der Resonanzstellen im Netzimpedanzverlauf Seite 9

10 Modellierung mit 1-phasigem ESB f res,p2 Z(f) in Ohm f res,p1 f res,s1 f res,s2 Frequenz in Hz Seite 10

11 Lage der 1. Parallelresonanzstelle ff rrrrrr,ppp 1 2ππ LL NN + LL TT CC UUUU Z(f) in Ohm f res,p1 f res,s1 f res,p2 f res,s2 Schwingkreis der 1. Parallelresonanzstelle Frequenz in Hz Seite 11

12 Lage der 1. Serienresonanzstelle ff rrrrrr,sss 2ππ 1 LL KKKKKKKKKK CC UUUU Z(f) in Ohm f res,p1 f res,s1 f res,p2 f res,s2 Frequenz in Hz Schwingkreis der 1. Serienresonanzstelle Seite 12

13 Lage der 2. Parallelresonanzstelle ff rrrrrr,ppp 2ππ 1 LL KKKKKKKKKK CC KKKKKKKKKK 2 Z(f) in Ohm f res,p1 f res,s1 f res,p2 f res,s2 Frequenz in Hz Parallelschwingkreis der 2. Resonanzstelle Annahme: bei f = f res,p2 ist Z C,K << L NT Seite 13

14 Modellierung mit 1-phasigem ESB (1/3) Seite 14

15 Modellierung mit 1-phasigem ESB (2/3) Seite 15

16 Modellierung mit 1-phasigem ESB (3/3) Seite 16

17 Modellierungsansätze Elektrische Parameter (50-Hz-Parameter) Verteilung der Parameter R L C UU A = cosh(γγ ll) ZZ W sinh(γγ ll) 1 IIA sinh(γγ ll) cosh(γγ ll) ZZ W UU E II E Geometrische Parameter r 2 r 1 r 3 r 4 r 5 r 6 r 7 Impedanzberechnung nach Ametani / Schelkunoff ZZ iiii = ZZ cccccc ZZ cccccc ZZ cccccc ZZ cccccc ZZ ssssss ZZ ssssss ZZ cccccc ZZ ssssss ZZ aaaaaa Seite 17

18 Elektrische Parameter (NAP) Frequenzabhängigkeit der Impedanz wird nicht adäquat abgebildet Seite 18

19 Elektrische Parameter (RAP) Detaillierte Kabelmodelle notwendig Seite 19

20 Geometrische Parameter (NAP) Berücksichtigung des Skineffekts erzielt bessere Impedanzverläufe Identischer Netzaufbau mit verschiedenen Simulationsprogrammen Unterschiedliche Frequenzgänge der Impedanz Seite 20

21 Geometrische Parameter (NAP) Abschätzung der Lagen der Resonanzstellen mittels Simulation Seite 21

22 Geometrische Daten (RAP) Lagen der Resonanzstellen können abgeschätzt werden Fehlende Informationen über unterlagerter/ überlagerter Netze Seite 22

23 Einfluss WP-Kabel Zuschaltung Windparkkabelnetz Seite 23

24 Einfluss WP-Kabel Einfluss des WP-Kabels bildet Realität ab Seite 24

25 Zusammenfassung Nachbildung des gemessenen Impedanzverlaufs eines Mittelspannungsnetzes auf Basis von Daten des Netzbetreibers Netztopologie Leitungstypen/ -längen Schaltzustand Annähernde Übereinstimmung von simulierter mit gemessener Frequenz der Resonanzstellen im Frequenzbereich bis 9 khz Berücksichtigung des Skineffekts der Kabelstrecken unverzichtbar Abweichung des simulierten vom gemessenen Amplitudengang im höheren Frequenzbereich Fehlende Informationen über dämpfende Wirkung unterlagerter/ überlagerter Netze Ergebnisgüte von Impedanzsimulationen abhängig von Netzsimulationsprogramm und den verfügbaren Berechnungsmodellen Seite 25

26 Vielen Dank für Ihr Interesse! Gesa Kaatz, M.Sc. Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg Fakultät für Elektrotechnik Fachgebiet Elektrische Energiesysteme Holstenhofweg Hamburg Germany Fon: Fax: gesa.kaatz@hsu-hh.de Internet: Seite 26