Weiterentwicklung der Anforderungen an Erzeugungsanlagen: Verhalten im Fehlerfall

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1 Weiterentwicklung der Anforderungen an Erzeugungsanlagen: Verhalten im Fehlerfall Studie der TU Delft (August 2014) Im Auftrag Forum Netztechnik/Netzbetrieb Jan Suckow Forum Netztechnik/ Netzbetrieb im VDE BMWi Netzplattform AG Systemsicherheit

2 Roadmap zur Weiterentwicklung Verteilnetze: Grundlagen für zukünftige Anforderungen an Erzeugungsanlagen Herausforderung beim Sannungshaltung Umbau der Netze - Lösungsansätze Spannungshaltung Inselneterkennung Verhalten im Fehlerfall Inselnetzerkennung Verh. Fehlerfall Schwungmassen- zu WR-System Schwungmasse- zu WR-system Kundenanlagen in der NS (4105) Today Q Q2 Today 2016 Q Q2 VDE-AR FNN hat die entscheidenden Themen frühzeitig identifiziert und Studien initiiert Ergebnisse fließen als Grundlage für neue Anforderungen in VDE-Anwendungsregeln ein BMWi Netzplattform - Jan Suckow - Studie: Verhalten im Fehlerfall 2

3 Verhalten im Fehlerfall Ausgangspunkt Status Quo Erzeugungsanlagen im NS-Netz trennen sich bisher bei kurzzeitigen Spannungseinbrüchen vom Netz Je nach Höhe der abgeschalteten Erzeugungsleistung kann die Systemstabilität gefährdet sein Ziel: Wissenschaftliche Grundlage für das zukünftige Verhalten von Erzeugungsanlagen bei kurzzeitigen Spannungseinbrüchen Netzregelungskonzepte unter Beachtung folgender Fragestellungen: Welche Netz- und Erzeugungssituationen sind zu erwarten? Auswirkung Spannungstrichter im NS-Netz? Wann ist ggf. die Systemstabilität gefährdet? Vergleich und Bewertung von Maßnahmen zur Verbesserung der Systemstabilität? Empfehlungen für die Anforderungen an Erzeugungsanlagen Studie der TU Delft Ergebnisse Juni 2014, Begleitet durch FNN Experten aus allen Fachkreisen BMWi Netzplattform - Jan Suckow - Studie: Verhalten im Fehlerfall Seite 3

4 Verhalten im Fehlerfall von Bestands- und Neuanlagen im Jahr % 20% 40% 60% 80% 100% HöS/HS 71% 4% 6% 6% 13% MS 20% 2% 29% 13% 36% MW Erzeugungsanlagen Keine dyn. Netzstützung Eingeschränkte bzw. vollständige dyn. Netzstützung NS 51% 9% 40% Untersuchungsgegenstand Gesamt 47% 1% 2% 12% 2% 7% Welches Verhalten sollen diese Anlagen im Fehlerfall zeigen? 28% PF100 PF095 PFPOW LVRT TC SDL NEW BMWi Netzplattform - Jan Suckow - Studie: Verhalten im Fehlerfall 4

5 Ausbauzustand Methodik 2022 triebsfall 3 Betriebsfall 1 Betriebsfall 2 Betriebsfall 3 windigklarer rühlingssonntag windigbewölkter Herbsttag warmer Sommernachmittag windigklarer Frühlingssonntag Verhalten von EZA-Neuanlagen am Niederspannungsnetz im Fehlerfall V 1 keine dynamische Netzstützung V 2 eingeschränkte dynamische Netzstützung V 3 vollständige dynamische Netzstützung (Blindstrom) V 4 vollständige dynamische Netzstützung (Blind- & Wirkstrom) Netzmodell ca repräsentative aggregierte NS-Netze ca. 950 Modelle für Erzeugungsanlagen: WEA, PVA, (B)KWK Eingeschränkte dynamische Netzstützung Vollständige dynamische Netzstützung im Mittelspannungsnetz Erzeugungsanlage trennt sich bei Fehlern nicht vom Netz Basisfall nur EZA an HS/MS-Sammelschiene Alternativfall Vollständige dynamische Netzstützung alle EZA in MS-Ebene Während eines Fehlers speist die Anlage aktiv Blind- und/oder Wirkstrom ein und stützt das Netz BMWi Netzplattform - Jan Suckow - Studie: Verhalten im Fehlerfall Seite 5

6 Ergebnis (Auswahl) [MW] ca MW ca. 710 MW 900. dynamische Netzstützung V1: keine V2: eingeschränkte 600. V3: vollständige (Blindstromeinspeisung) V4: vollständige (Blind- u. Wirkstromeinspeisung) [s] 5. Abb: Gesamte Einspeisung aus EZA, Betriebsfall 3 (untererregter Betrieb von EZA), Ausbau 2022, hier: gemischte Lasten 0.00 Schlussfolgerungen [s] 5. Ohne Netzstützung: Wegfall von MW Leistung Mit Neuanlagen mit eingeschränkter dyn. Netzstützung: Reduzierung des Wegfalls um über 50 % Mindestanforderung: eingeschränkte dyn. Netzstützung im NS-Netz BMWi Netzplattform - Jan Suckow - Studie: Verhalten im Fehlerfall 6

7 Systemstützendes Verhalten durch.. 1) eingeschränkte dynamische Netzstützung im Niederspannungsnetz durch wechselrichtergekoppelte Neuanlagen 2) vollständige dynamische Netzstützung im Niederspannungsnetz durch Neuanlagen 3) Empfehlung einer vollständigen dynamischen Netzstützung im Mittelspannungsnetz mit Nutzen auch für den Verbleib von Bestandsanlage Nutzen auch für den Verbleib von Bestandsanlage Achtung: vollständige dynamische Netzstützung hat Auswirkungen auf Schutzkonzepte und muss weiter untersucht werden (u.a. im Rahmen FNN- Studie Inselnetzerkennugn) BMWi Netzplattform - Jan Suckow - Studie: Verhalten im Fehlerfall 7

8 Empfehlung: Anforderungen an Neuanlagen in der Niederspannung Neuanlagen sollten Spannungseinbrüche, je nach Generatortyp, bis auf % der Nennspannung durchfahren können. Bei hoher Einspeisung vor dem Spannungseinbruch ermöglicht ein Durchfahren des Fehlers eine Spannungsstützung Sofern es das Schutzkonzept zulässt, sollten dreiphasige EZA einen Kurzschlussstrom einspeisen, reine Blindstromeinspeisung erscheint ausreichend. Beispiel Erzeugungsanlagen vom Typ 2 (über Wechselrichter gekoppelte Generatoren) + Mittlerer bis geringer Aufwand, um am Netz zu verbleiben + Gute Regelbarkeit von Wirk- und Blindstromeinspeisung + Mindestanforderung: Eingeschränkte dynamische Netzstützung oberhalb von 30 % U n + Für dreiphasig angeschlossene EZA unabhängig vom Anschlussort: reine Blindstromeinspeisung BMWi Netzplattform - Jan Suckow - Studie: Verhalten im Fehlerfall 8

9 Empfehlung: wechselrichtergespeiste Neuanlagen Vorschlag für FRT- Kurve 1,2 1,0 0;1 2;0,85 0,8 3;0,85 U [p.u.] 0,6 0,4 0,2 0,15;0,3 Empfohlene Anforderung der FNN Studie niedriger als diskutierte Kurve in Europa (FprTS (Draft Technical Specification CLC/FprTS :2011) 0;0,05 0,25;0,05-0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 t [s] vorgeschlagene Kurve Fähigkeit gemäß TS BMWi Netzplattform - Jan Suckow - Studie: Verhalten im Fehlerfall 9

10 Weiterer Forschungsbedarf Studie Übergang Schwungmassen zum WR System der TU München (in Zusammenarbeit mit deutschen ÜNB) Ausbreitung von Spannungstrichtern im deutschen Übertragungsnetz bei hoher Einspeisung aus EZA in unterlagerten Netzebenen Untersuchung von Auswirkungen der Anforderungen an die statische Spannungshaltung auf mögliche Überspannungen nach Fehlerklärung Inselnetz-Studie Auswirkungen einer Kurzschlussstromeinspeisung im NS- & MS-Netzstrang auf den Netzschutz von Nieder- und Mittelspannungsnetzen, ggf. Empfehlungen zu einer Anpassung des Netzschutzkonzepts Auswirkungen auf die bestehenden Schutzkonzepte BMWi Netzplattform - Jan Suckow - Studie: Verhalten im Fehlerfall 10

11 Überführung der Ergebnisse in Anforderungen Umsetzungsfrist ENTSO-E ENTSO-E Network Codes FNN - Studien Speicher Hinweis TH Blindleistungsman.. Today Kundenanlage am NS-Netz (AR-N 4105) Ergebnisse werden mit allen Fachkreisen diskutiert und unter Berücksichtigung der europäischer Vorgaben in Anforderungen überführt und in VDE-Anwendungsregeln festgeschrieben BMWi Netzplattform - Jan Suckow - Studie: Verhalten im Fehlerfall 11

12 Zusammenfassung - Verhalten im Fehlerfall Anlagen bleiben zukünftig auch bei kurzen Spannungseinbrüchen am Netz um die Systemstabilität zu gewährleisten Der stützende Effekt tritt insbesondere bei Netzen mit hohen Durchdringungsgraden an Erneuerbare Energien auf Die dynamische Netzstützung, stützt die lokale Spannung während und nach einem kurzen Spannungseinbruch und trägt wesentlich zur Systemstabilität bei BMWi Netzplattform - Jan Suckow - Studie: Verhalten im Fehlerfall Seite 12