Bereitstellung von Blindleistung durch regenerative Erzeugungsanlagen

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1 Bereitstellung von Blindleistung durch regenerative Erzeugungsanlagen Enersax Konferenz Dresden, 03. Dezember 2014 Dieses Projekt wurde gefördert durch den ESF Euopäischer Sozialfond und den Freistaat Sachsen

2 00 Gliederung o1 Notwendigkeit der Erbringung von SDL o2 Anschluss von EZA im 110-kV-Netz Verhalten der EZA o3 Optimierte Bereitstellung von Blindleistung Algorithmus 110-kV-Beispielnetz Ergebnisse o4 Zusammenfassung Projekt Energiewende Sachsen Folie 2

3 01 Notwendigkeit der Erbringung von SDL Auswirkung des Zubaus von Erzeugungsanlagen Rückgang konventioneller Erzeugerleistung Lastumkehr am Verknüpfungspunkt zum 380-kV-Netz Zunehmende Spannungsschwankungen im 110-kV- und 380-kV-Netz Zunehmende Systemverantwortung des Verteilnetzbetreibers Beiträge zur Bereitstellung von Blindleistung für das 380-kV-Netz Systemdienstleistungen Spannungshaltung im 380/110-kV-Netz Systemverantwortung der Erzeugungsanlagen Flexible (geregelte) Beiträge für SDL Anpassung der technischen Anforderungen Projekt Energiewende Sachsen Folie 3

4 01 Notwendigkeit der Erbringung von SDL Verhalten des Netzes 110-kV-FL 380-kV-FL Blindleistungsbedarf in Mvar/km unternatürlich übernatürlich S/P nat Abbildung aus: Maßnahmen zur Vermeidung zeitweiliger Überspannungen als Folge dezentraler Einspeisung im 110-kV-Netz; Weber, Sten; Diplomarbeit, Projekt Energiewende Sachsen Folie 4

5 02 Anschluss von EZA im 110-kV-Netz Einspeisung reiner Wirkleistung (PF = 1) I WF max Erhöhung der Spannung am Anschlusspunkt I WF U WF I WF R 110 R 110 jx 110 U CP I WF jx 110 U > U WF CP U CP I WF U WF Projekt Energiewende Sachsen Folie 5

6 02 Anschluss von EZA im 110-kV-Netz Einspeisung übererregt (PF = cap.) Erhöhung der Spannung am Anschlusspunkt U > U WF CP Projekt Energiewende Sachsen Folie 6

7 02 Anschluss von EZA im 110-kV-Netz Einspeisung untererregt (PF = ind.) Absenkung der Spannung am Anschlusspunkt des WP I WF max R 110 jx 110 I WF U CP U WF I WF jx 110 I WF R 110 U < U WF CP U CP I WF UWF Projekt Energiewende Sachsen Folie 7

8 02 Anschluss von EZA im 110-kV-Netz Identifikation der Arbeitspunkte von EZA Projekt Energiewende Sachsen Folie 8

9 02 Anschluss von EZA im 110-kV-Netz Aufgabenstellung Bereitstellung von Systemdienstleistung am Anschlusspunkt Blindleistung Beitrag zur Spannungshaltung Angenähertes Verhalten eines Kraftwerkes Flächenkraftwerk virtuelles Kraftwerk Spannungshaltung im 380/110-kV-Netz Spannungshaltung im 110-kV-Netz verlustoptimiert

10 03 Optimierte Bereitstellung von Blindleistung Anforderungen an den Algorithmus Definition der Zielgrößen am Anschlusspunkt Vorgabe einer geforderten Blindleistung Vorgabe einer geforderten Spannung am Anschlusspunkt Eingangsgrößen Netzdaten Lasten Einspeisung (Wind, Sonne) Anforderungen des ÜNB/VNB TAP P, Q, U VP VP VP LIM ANF INPUT Optimierer OUTPUT TAP Limits und Grenzen Spannungsbänder Thermische Belastbarkeiten P/Q-Kennlinien der EZA P, Q, EZA cos ϕ EZA ANF LIM TAP VP P, Q, EZA cos ϕ - Anforderungen des ÜN/VN - Begrenzungen des VN - Stufensteller Netzkuppler - Verknüpfungspunkt ÜN/VN EZA Projekt Energiewende Sachsen Folie 10

11 03 Optimierte Bereitstellung von Blindleistung Ansatz Particle-Swarm-Optimization Herkunft 1995, KENNEDY und EBERHARD Inspiriert von Fisch-/Vogelschwärmen Metaheuristisches Verfahren Grundüberlegung Bewegung von Elementen in einem Lösungsraum Iterative Annäherung an eine optimale Lösung Probleme und Grenzen Berechnungszeiten Konvergenz k V i k X i k 1 V + i Pbest V i Gbest V i k 1 X + i Projekt Energiewende Sachsen Folie 11

12 03 Optimierte Bereitstellung von Blindleistung Ansatz Particle-Swarm-Optimization 110-kV-Ersatznetz External Grid Connection Point (CP) 380_BB1 PWF2=20 MW WF2 110_BB4 Load_1 L3 L4 L14 PWF5=40 MW 110_BB1 WF5 110_BB12 L2 L13 Load_8 110_BB3 110_BB10 L1 L10 L11 Load_5 Load_6 L12 Load_7 L5 L15 110_BB11 110_BB5 Load_2, 110_BB6 110_BB7 L6 Load_4 Load_3 110_BB2 Load_12 L7 110_BB8 Load_11 L9 L8 WF4 PWF4=15 MW 110_BB9 Load_10 110_BB13 WF1 WF PWF1=40 MW PWF3=30 MW Projekt Energiewende Sachsen Folie 12

13 03 Optimierte Bereitstellung von Blindleistung Eingangsgrößen und Grenzwerte Wert Gesamtlast des 110-kV-Netzes 240 MW Last pro MS-Anschlusspunkt 20 MW (cos φ = 0,98) Leistung der Windparks Spannungsband Betriebsspannung) Belastbarkeit der 110-kV-Leitungen 5 x 20 MW (Statcom) 0,95 u 1,1 b I zul = 1000 A Projekt Energiewende Sachsen Folie 13

14 03 Optimierte Bereitstellung von Blindleistung Ergebnisse der Berechnungen - Stellbereich Projekt Energiewende Sachsen Folie 14

15 03 Optimierte Bereitstellung von Blindleistung Ergebnisse der Berechnungen - Stellbereich WP1 WP2 WP3 WP4 WP5 Arbeitspunkte der EZA (cos φ) Spannung (pu) am Anschlusspunkt der EZA 1,11 1,10 1,05 1,05 1, Projekt Energiewende Sachsen Folie 15

16 04 Zusammenfassung Übernahme von Systemverantwortung Bereitstellung von Blindleistung Spannungshaltung Anforderungen Kraftwerksverhalten des 110-kV-Netzes (virtuelles Kraftwerk, Flächenkraftwerk) Technische Eigenschaften des EZA Generatoren Lösungsansätze Regelverhalten notwendig Einsatz von Optimierungsverfahren Blindleistungsregelung/Spannungsregelung Projekt Energiewende Sachsen Folie 16

17 Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl für Elektroenergieversorgung Technische Universität Dresden Institut für Elektrische Energieversorgung und Hochspannungstechnik Dresden Rengin Idil Cabadag 0351/ Uwe Schmidt 0351/