Höhere Integration von PV-Anlagen in bestehende Niederspannungsnetze durch probabilistische Planung

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1 Höhere Integration von PV-Anlagen in bestehende Niederspannungsnetze durch probabilistische Planung IEWT Feb. 13.Feb.2015 Niederhuemer Walter, LINZ STROM NETZ GmbH Seite 1

2 Motivation Ziele der Europäischen Union verpflichten alle Marktteilnehmer die Energieeffizienz und die Einspeisung durch erneuerbare Energie zu erhöhen Einspeisung in die Niederspannungsnetze stellt Verteilernetzbetreiber vor besondere Herausforderungen Werden festgelegte Spanungsanhebungen nach TOR D4 erreicht oder überschritten Anschluss an höhere Kurzschlussleistung (nächstgelegener geeigneter Anschlusspunkt) Begrenzung der installierten Einspeiseleistung Ausbau Verteilernetz Unterschiedliche Optima bei der Integration dezentraler Erzeugung Erzeuger Volle Einspeiseleistung zu jeder Zeit in das Netz einliefern zu können Keine oder nur geringe Kosten für die Herstellung des technisch geeigneten Anschlusspunktes Verteilernetzbetreiber Netzkosten so gering möglich halten Ziel muss es daher sein, ein volkswirtschaftliches Optimum und damit einen Kompromiss zwischen Netzinvestition und dezentral erzeugter Energiemenge zu finden. Seite 2

3 Planungsansätze Konventioneller Planungsansatz Bei der konventionellen Planung wird angenommen, dass die maximale Leistung beim schlechtesten Betriebszustand im Verteilernetz eingespeist wird. Berechnung mit maximal möglicher Ausgangsspannung am Ortsnetztrafo (107%) Nur so ist es dem VNB möglich, die 100%-ige Einspeisung zu jeder beliebigen Zeit zu garantieren Tatsächlich aktuelle Netzverhältnisse zeigen, dass kritische Spannungspegel nur sehr selten auftreten. Probabilistischer Planungsansatz Dieser Planungsansatz berücksichtigt das statische Verhalten der Parameter Spannungshub am Ortsnetztransformator Verbraucherlast Einspeiserleistung Regelungsstrategie Ziel des Planungsansatzes ist es, die wahrscheinliche Spannung am Verknüpfungspunkt zu berechnen Erhöhung der installierbaren Einspeiseleistung sowie Erhöhung der eingespeisten Energiemenge bei geringen Netzkosten und einer geringen nicht eingespeisten Energiemenge Ziel ist jedoch nur erreichbar, wenn es dem VNB möglich ist, für seltene kurze Zeitperioden die Einspeiseleistung der Einspeiser bei Bedarf zu regeln oder abzuschalten. Seite 3

4 Probabilistische Beurteilung (Methodik) Es wurde ein Netzanalysemodul SMARTSIM entwickelt, dass alle oben genannten statistischen Parameter berücksichtigt. Weiters wurde ein vereinfachtes probabilistisches Beurteilungsverfahren entwickelt (Methodik wird im folgenden dargestellt) Berücksichtigt das statistische Verhalten der Ausgangsspannung am Ortsnetztransformator und der PV-Einspeiseleistung Basierend auf der Beurteilungsformel nach TOR D2 für die Spannungsanhebung wird ein probabilistischer Reduktionsfaktor eingeführt. d ΔS a S kv Ψ Ρ F relative Spannungsänderung Einspeiseleistung[kVA], für PV-Anlagen [kwp] Kurzschlussleistung am Verknüpfungspunkt Netzwinkel Winkel Scheinleistungsänderung probabilistischer Reduktionsfaktor Seite 4

5 Probabilistische Beurteilung (Methodik) Gemessene PV-Leistungen(kW/kWp) und Erwartungswert der Leistung zur Mittagszeit Ermittlung der Erwartungswerte mittels Kerndichteschätzer Gemessene Ortsnetztrafoausgangsspannung(Juni Sept.) und Erwartungswert der Spannung Kern (Triweight-Funktion) Quelle: Seite 5

6 Probabilistische Beurteilung (Methodik) UW Trafo Maximale Spannung z.b 107% mit Einspeisung in MS-Netz, Min. Last U Pv Spannungsband fürpv z.b 3% Bezugspunkt 0% Spannungsanhebung Reglerabweichung - Spannungshub U Hub durch Reglerabweichung und Laständerung U Hub Spannungshub am Trafo z.b 3% ΔU = ΔU Hub + ΔU Pv ΔU resultierende Spannungsanhebung ΔU Hub Abweichung der Trafoausgangsspannung vom Bezugspunkt Spannungsanhebung durch PV-Anlage ΔU Pv E = E hub * E pv E Gesamterwartungswert der resultierenden Spannungsanhebung E hub Erwartungswert der Transformatorausgangsspannung Erwartungswert der Spannungsanhebung durch PV-Anlage E pv Seite 6

7 Probabilistische Beurteilung (Methodik) F = ΔU / U PV_zul F U U PV_zul probabilistischer Reduktionsfaktor resultierende Spannungsanhebung zulässige Spannungsanhebung durch PV Faktor F ist abhängig vom Verhältnis U Hub /U PV. Also vom Spannungshub am Ortsnetztrafound der zulässigen Spannungsanhebung durch PV-Anlagen. Seite 7

8 Ergebnisse Feldtestregion Im Rahmen des Forschungsprojektes DG DemoNet Smart LV Grid wurde der probabilistische Planungsansatz getestet m 70mm² Frlt. und 95mm² Bündel 734 m 70mm² Frlt. und 95mm² Bündel Seite 8

9 Ergebnisse Feldtestregion 260 Spannungsverlauf 250 P(U) 109% - 112% Spannung [V] % 5% 50% 95% 100% Q(U) 106% - 109% :00:00 03:00:00 06:00:00 09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 00:00: Spannungsverlauf 250 Spannung [V] % 5% 50% 95% 100% 210 Konventionelle Beurteilung mit Cosρ=1 -> U= +9% :00:00 03:00:00 06:00:00 09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 00:00:00 Gemessene maximale Spannungen (100% und 95% Quantil) Trafostation Prendt 2 U [%] U Q95 101,7% 233,91 V 107,2% 246,56 V 5,5 % U Q ,5% 235,75 108,2% 248,86 V 5,7 % Seite 9

10 Ergebnisse Feldtestregion In Prendt 2 wurde durch den Kunden ein Fronius-Datalogger installiert. Dieser Datenlogger zeichnete die Regelungseingriffe ( Events ) der P(U)-Regelung in folgender Form auf. - Zeitpunkt des Regeleingriffs - Aktivierungsdauer - Minimale und Maximale Spannung der aktivierenden Phase(n) (1s-Wert) Nicht eingespeiste Energiemenge sehr gering. Im Bereich zwischen 0,51% - 1,31% Ertragseinbuße [kwh] Ertragseinbuße [%] Erwartete Leistungsreduktion 100% 50% 25% 100% 50% 25% >0 s 133,6 66,8 33,4 2,62% 1,31% 0,66% >5 s 104,1 52,0 26,0 2,04% 1,02% 0,51% Seite 10

11 Schlussfolgerung Probabilistischer Planungsansatz stellt eine sehr effektive Methode zur Bewertung der Netzkapazität für dezentrale PV-Anlagen dar. Konventionelle Beurteilung ist immer Worst-Case Annahme. Probabilistischer Planungsansatz berücksichtigt statistisches Verhalten der Spannung am Ortsnetztrafo und der Einspeiseleistung. Worst-Case Annahmen treten nur mit geringer Wahrscheinlichkeit auf. Wenn es dem Verteilernetzbetreiber möglich ist, für seltene kurze Zeitperioden die Einspeiseleistung eines oder mehrerer Einspeiser bei Bedarf zu regeln (P(U)- Regelung) oder abzuschalten, wenn der obere Spannungsgrenzwert erreicht wird, so ist eine Erhöhung der installierten PV-Einspeiseleistung möglich. Seite 11

12 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Ing. NIEDERHUEMER Walter LINZ STROM NETZ GmbH Fichtenstraße 7, 4021 Linz Seite 12