Lastflussoptimierung in Verteilnetzen durch Einsatz von Leistungselektronik

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1 Unser Profil Power Transmission and Distribution Lastflussoptimierung in Verteilnetzen durch Einsatz von Leistungselektronik und Regelungskonzept von Dipl.-Ing. J. Flottemesch; Dipl.-Ing. U. Krebs; Dr.-Ing. Michael Weinhold

2 Lastflussoptimierung in Verteilnetzen durch Einsatz von Leistungselektronik Gliederung: Anwendungsszenarien Regelungs- und Referenten: Dipl.-Ing. Jörg Flottemesch; PTD M3 M Dipl.-Ing. Uwe Krebs; PTD M3 E Dr.- Ing. Michael Weinhold; PTD TI

3 Lastflußoptimierung in Verteilnetzen Anwendungs Ballungszentrum Großkraftwerk Dezentrale Energieerzeuger (Windkraftanlagen, Solaranlagen) Verbraucher mit sensitiven Prozessen Großindustrie mit Eigenerzeugung Handwerk, Gewerbe, Kleinindustrie ohne Eigenerzeugung Features Features Krankenhaus Voneinander unabhängige Regelung von Wirk- und Blindleistung Inselnetzbetrieb und sogenannter Schwarzstart möglich Power-Quality-Verbesserung Bewährte MittelspannungsGleichstromübertragung im Netz selbstgeführte IGBT-Pulsstromrichter Technik

4 (Siemens Multifunctional Power Link) Systemaufbau Q 1 P Q 2 Netz 1 Netz 2 IGBT-PSR U DC U 1 U 2 IGBT-PSR Start / Stop Steuerung 1 Steuerung 2 Start / Stop Wahl der Betriebsart U DC / Q 1 U DC / U 1 P / U 2 P / Q 2 Sollwertvorgabe Wirkleistungsflußsteuerung und schnelle Blindleistungsregelung!

5 Topologie des selbstgeführten Stromrichters Voltage-Sourced Converter (VSC) IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) Drehstromsystem IGBT L+ L1 L2 L3 V dc 2 V dc 2 L- N

6 Modellierung des Stromrichters durch Schalter IGBT L+ VP L1 VP L2 VP L3 L1 L2 L3 S1 S2 S3 V dc 2 Drehspannungsnetz V dc 2 L- VP N N VP Verknüpfungspunkt der Stromrichteranlage mit dem Netz

7 Prinzip der Pulsweitenmodulation (PWM) L+ v L1, SR VP L1 L1 S1 V dc 2 Netz V dc 2 L- VP N N V dc 2 Spannungs- Sollwert Spannungs- Istwert 0 t V dc 2 T p T p

8 Vergleich selbstgeführter Stromrichter / Synchronmaschine Synchronmaschine Synchrone Reaktanz X d Stomrichter ist gesteuerte Spannungsquelle! Ankoppel-Impedanz X SR v p v 1 v SR v VP Induzierte Spannung Klemmenspannung Stromrichterspg. Klemmenspannung

9 (Siemens Multifunctional Power Link) Systemaufbau und Regelungskonzept Q 1 P Q 2 Netz 1 Netz 2 IGBT-PSR U DC U 1 U 2 IGBT-PSR Start / Stop Steuerung 1 Steuerung 2 Start / Stop Wahl der Betriebsart U DC / Q 1 U DC / U 1 P / U 2 P / Q 2 Sollwertvorgabe Wirkleistungsflußsteuerung und schnelle Blindleistungsregelung!

10 Grundsätzlicher Anlagenaufbau (hier dargestellt: 2 MVA-Anlage im Multiparallelbetrieb) 3/N 50Hz 400V Eigenbedarf Steuerung / Vorladung Warte EVU Stationsleitebene Profibus DP (elektrisch) Profibus DP (optisch) konventionell verdrahtet SS1 TIM SIMATIC S7 IEC-Protokoll Standleitung Cu Messwerterfassung Schalthoheit SS2 Simeas P SR1 Master SR2 Master Simeas P 7SJ63 OP7 3~ 7SJ63 Netz 1: 10kV M 2,5 MVA 10,2/0,62 kv 3~ Slave 1 Slave 1 3~ 3~ 2,5 MVA 10,2/0,62 kv M Netz 2: 10kV I ist U ist U ist I ist Netz 1 Netz 2

11 als Netzkupplung Welche Vorteile bringt die Kupplung von Verteilnetzen? Vorteilhafter Energieaustausch zwischen Verteilnetzen/Kosteneinsparung durch Energiebezugsoptimierung Netzkopplung unterschiedlicher Frequenzen und Phasenlage Verbesserung der Versorgungsqualität DC-Link Versorgungszuverlässigkeit Spannungsqualität Investkosteneinsparung durch Alternativen zum Netzausbau insbesondere in Ballungszentren

12 : Energiebezugsoptimierung für ein neues Versorgungsgebiet Energiebezug über das 110 kv-netz 20kV Netz Erschließung neues Versorgungsgebiet 110kV Netz oder Direktbezug über und kein Netzumbau 10 kv Last ~ Erzeugung Kostensenkung Energiebezug: 25% Investeinsparung 10 %

13 SWF-Frankfurt / M Pilotanlage / Stromversorgung für 60Hz-Prüffeld Netz 1 Q 1 P Q 2 Netz 3 Netz 2 Projektdaten: Bemessungsleistung 2 x 100 kva Verbund- und Inselnetzbetrieb (50/60 Hz; 440V) Lastflussregelung und Power Quality Modularer (Container)

14 Stadtwerke Karlsruhe 2 MVA- in Container-Construction Network 1 Q 1 P Q 2 Network 2 Projektdaten: 2,2 MVA Power-Link (Multiparallel-operation) zwischen zwei 20kV-Netzen Verbesserung der Spannungsqualität durch Bereitstellung von Blindleistung Wirkleistungsaustausch in Spitzenlastzeiten Leistungstransfer bei einer fehlerhaften Einspeisung

15 Flender-Werft AG; Lübeck Application for Shipyards Q 1 Netz 1 P Q 2 Netz 2 Projektdaten: 1 MVA Inselnetzversorgung für 50/60 Hz Bordnetze Erprobung der Bordnetzgeneratoren: Speisung zurück ins Werftnetz statt auf Wasserwiderstände Wirkleistungsaustausch in Spitzenlastzeiten Blindleistungskompensation

16 SWU: Württembergisch-bayerischer Lastausgleich Anlagenkonfiguration: 2 MVA in Multiparallelbetrieb Elchingen EnBW Neu-Ulm Ulm (Bayern) (Baden-Württemberg) Erbach Senden Staig Vöhringen RWE Oktober 2003 PR/E8 SWU-Unternehmensgruppe :30h 08:15h 10:00h 12:15h 14:15h 15:15h 19:45h MW MW :30h 07:30h 09:45h 12:00h 17:15h 18:45h 20:15h 21:45h

17 SWU: (Siemens Multifunctional Power Link) Converter-Building für 6x5MVA-Netzkupplung

18 für Wellengeneratoranlagen (Pilotentwicklung 690V, 1,5MVA) Bordnetz ~ ~ G 3 ~ Hauptmaschine

19 Lastflussoptimierung in Verteilnetzen durch Einsatz von Leistungselektronik Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!