Innovative Methode zur elektronischen Einstellung der Versorgungsspannung in Ortnetzen mit Solaranlagen

Transkript

1 Innovative Methode zur elektronischen Einstellung der Versorgungsspannung in Ortnetzen mit Solaranlagen Prof. Dr.-Ing. Günter Schulz Graz,

2 Inhalt 2 1. Einleitung 2. Aufgabenstellung 3. 20kV Funktionsmuster 4. 10kV Prototyp 5. Kleinserienprodukt 6. Felderprobung 7. Zusammenfassung und Ausblick

3 Inhalt 3 1. Einleitung 2. Aufgabenstellung 3. 20kV Funktionsmuster 4. 10kV Prototyp 5. Kleinserienprodukt 6. Felderprobung 7. Zusammenfassung und Ausblick

4 Einleitung EEG-Prognose (September 2010) Jahreshöchstlast am 02. Dezember 2009 um 18:00 Uhr: MW install. Leistung in MW Wasser Gase Biomasse Wind onshore Wind offshore Solar Basis ist die Mittelfristprognose der ÜNB bis 2015 vom , die Daten für 2016 bis 2020 wurden extrapoliert PV wurde auf Basis neuer Erkenntnisse für 2009 und 2010 angepasst und ebenfalls bis 2020 extrapoliert

5 Einleitung EEG-Leistungszuwachs vs. EEG-Vergütung 5 P/kWp Einspeisevergütung/ -cent/kwh 63, Modulpreis/ /kwp , ,4 36, PV Zuwachs RR ,3 18, Entwicklung Einspeisevergütung , Kostenentwicklung Modulpreise 0 Jan 05 Jan 06 Jan 07 0 Jan 08 Jan 09 Jan 10 Jan 11 t 0 Auswertung aus Erzeugerdatenbank (Stand )

6 Inhalt 6 1. Einleitung 2. Aufgabenstellung 3. 20kV Funktionsmuster 4. 10kV Prototyp 5. Kleinserienprodukt 6. Felderprobung 7. Zusammenfassung und Ausblick

7 Aufgabenstellung Spannungsbandproblem 7 NS PVA l MS Last maximale Einspeisung bei minimaler Last +10% U n l -10% minimale Einspeisung bei maximaler Last

8 Aufgabenstellung Anforderungen an das System 8 Einhaltung der Kriterien für die Spannungsqualität nach EN 50160: Langsame Spannungsänderung U n ± 10%, Flicker, Oberwellen,... Umschaltung der Stufen ohne Unterbrechung der Energieversorgung

9 Inhalt 9 1. Einleitung 2. Aufgabenstellung 3. 20kV Funktionsmuster 4. 10kV Prototyp 5. Kleinserienprodukt 6. Felderprobung 7. Zusammenfassung und Ausblick

10 20kV- Funktionsmuster 10 F&E- Projekt VINDE I: Technische und wirtschaftliche Optimierung der Versorgungsqualität in Niederspannungsnetzen mit dezentraler Energieeinspeisung, Laufzeit ; gefördert vom Land NRW und der EU (Landesinitiative Zukunftsenergien, Förderprogramm: Rationelle Energieverwendung und Nutzung unerschöpflicher Energiequellen - REN) DIESES VORHABEN IST VOM EUROPÄISCHEN FONDS FÜR REGIONALE ENTWICKLUNG KOFINANZIERT WORDEN

11 20kV- Funktionsmuster Systemmerkmale stufige Ausführung: +2% / 0% / -2% Luftisolierte Leistungselektronik, angeordnet in einem Schaltschrank 250 kva - Transformator: 20 kv / 400V Verbindung zwischen Schaltschrank und Transformator über drei 6-polige steckbare Hochspannungsleitungen

12 20kV- Funktionsmuster Funktionsprinzip 12 Vorwähler a Elektronische Umschaltung: 3- stufig +4% +2% 0% b +2% 0% -2% c 0-2% -4% Stufen TIEF und HOCH Schließerkontakt Stufe MITTE Öffnerkontakt

13 20kV- Funktionsmuster Komponenten 13 Stationsschrank Transformator Mittelspannungsleitung

14 20kV- Funktionsmuster Transformator kv - Verbindungen zur Leistungselektronik 20 kv - Anschlüsse 400 V - Anschlüsse

15 20kV- Funktionsmuster Leistungsmodule 15 L1 L2 L3

16 20kV- Funktionsmuster Netzerprobung 16 Einbau: Betriebsphase: bis ca Umschaltungen (ca. 15 / Tag)

17 Inhalt Einleitung 2. Aufgabenstellung 3. 20kV Funktionsmuster 4. 10kV Prototyp 5. Kleinserienprodukt 6. Felderprobung 7. Zusammenfassung und Ausblick

18 10kV- Prototyp 18 F&E- Projekt VINDE II: Entwicklung eines kompakten universellen Traforeglers für Verteilnetztransformatoren, Laufzeit ; gefördert vom Land NRW und der EU (Landesinitiative Zukunftsenergien, Förderprogramm: Rationelle Energie-verwendung u. Nutzung unerschöpflicher Energiequellen - REN) DIESES VORHABEN IST VOM EUROPÄISCHEN FONDS FÜR REGIONALE ENTWICKLUNG KOFINANZIERT WORDEN

19 10kV- Prototyp Systemmerkmale stufige Ausführung: +4% / +2% / 0% / -2% / -4% Kompaktleistungselektronik, angeordnet im Transformator 400 kva - Transformator: 10 kv / 400V

20 10kV- Prototyp Systemaufbau 20 USV Drehstrommesssystem SRM Funkmodem Datenlogger LWL KLM L1 L1-4% -2% 0% +2% +4% KLM L2 L2-4% -2% 0% +2% +4% KLM L3 L3-4% -2% 0% +2% +4% Flanschgehäuse am Transformator

21 10kV- Prototyp Funktionsprinzip 21

22 10kV- Prototyp Komponenten 22 Kompaktleistungsmodul KLM (Stand Vissel)

23 10kV- Prototyp Komponenten 23 Transformator und eingebaute Kompaktleistungsmodule

24 10kV- Prototyp Netzerprobung 24 Start am SGB- Kompaktstation in Vissel Bis zum erfolgten 1131 Umschaltungen.

25 10kV- Prototyp Netzerprobung kv WKA: 2 MW 10 kv 0,4 kv Kiesgrube PVA 1: 14,4 kwp H 10 H 9 H 8 H 3 H 4 H 2 H 1 Netzstation PVA 4: 24 kwp H 11 H 5 H 7 H 6 PVA H 12 PVA 2: 5 kwp PVA 3: 30 kwp H = Haus H 14 H 13 Ortsnetz Vissel (PVA- Einspeiseleistung ca. 74 kwp)

26 Inhalt Einleitung 2. Aufgabenstellung 3. 20kV Funktionsmuster 4. 10kV Prototyp 5. Kleinserienprodukt 6. Felderprobung 7. Zusammenfassung und Ausblick

27 Kleinserienprodukt Kompaktleistungsmodul (KLM) 27

28 Kleinserienprodukt Steuer- und Regelmodul (SRM) 28

29 Kleinserienprodukt Schaltschrank 29

30 Kleinserienprodukt 10 kv - Testaufbau kv Testaufbau für 3 KLMs

31 Inhalt Einleitung 2. Aufgabenstellung 3. 20kV Funktionsmuster 4. 10kV Prototyp 5. Kleinserienprodukt 6. Felderprobung 7. Zusammenfassung und Ausblick

32 Felderprobung Ziele 32 Nachweis der Betriebssicherheit und einer hohen Verfügbarkeit mithilfe der seitens CTE beigestellten optionalen Komponenten: - GSM-Modem zur Ferndiagnose - RS 232 Datenlogger durch Auswertung der Betriebsdaten Sammlung von Praxishinweisen und erfahrungen zur Optimierung der Funktionsweise Erprobung der Ferndiagnose und parametrierung durch den Anwender Vorbereitung auf ein wartungsarmes Serienprodukt Nachweis des Nutzens des ECT-Einsatzes Aufbereitung der Voraussetzungen zur CE-Kennzeichnung Erwirkung einer Serienfreigabe

33 Felderprobung Voraussetzungen Neplan-Dateien zu den Netzstandorten 2. Simulation / Beschreibung der Netzeigenschaften 3. Messung des ungeregelten Netzverhaltens 4. Messung des spannungsgeregelten Netzverhaltens 5. Auswertung der Messkampagnen 6. Regelmäßiger Erfahrungsaustausch über die gewonnenen Einsatzerkenntnisse

34 Felderprobung Messtechnik 34 Das eingesetzte Messgerät XL424 hat folgende grundsätzliche Eigenschaften: 3 phasiger AC-Spannungslogger bis 600V (ca. 1% Genauigkeit), Datenspeichergröße 1MB (ca. 90 Tage Aufzeichnungsdauer bei 1-Minuten Messintervall; bei größeren Intervallen entsprechend länger), Baugröße 120x80x43mm, Windows Software zum Auslesen (RS232) und Darstellen der Messdaten, Preis ca. 400.

35 Felderprobung Übersicht Einsatzorte 35 Regionalzentrum Standort IBS -Termin Niederrhein Rees, Weseler Landstraße Osnabrück Voltlage, Höckel Münster Reken, Heltweg Sieg Bad Berleburg März 2012 Neuss Schwalmtal, Hehlerbusch

36 Felderprobung Station am Einsatzort 36

37 Felderprobung Netzplan mit Messpunkten 37 Messpunkt 1 Messpunkt 3 Messpunkt 4 (Station) Messpunkt 2

38 Felderprobung Darstellung von Messergebnissen 38 L1-L3_Station 10min- Mittelwert (V) L1-L3_Reeser Str.12 10min-Mittelwert (V) Zeitverlauf der 10-Minuten-Mittelwerte der Aussenleiterspannungen (Mittelwert L1-L3) mit Darstellung der aktuellen Trafostufung L1-L3_Putenstall 10min-Mittelwert (V) L1-L3_Mast 10min- Mittelwert (V) Trafostufe % Mi :00 Mi :00 Mi :00 Mi :00 Do :00 +4% 0% L1-L3_Station 10min- Mittelwert (V) OR L1-L3_Reeser Str.12 10min-Mittelwert (V) OR Zeitverlauf der rückgerechneten 10-Minuten-Mittelwerte der Außenleiterspannungen (Mittelwert L1,L2,L3) bei fester Stufung (ohne Regelung) L1-L3_Putenstall 10min-Mittelwert (V) OR L1-L3_Mast 10min- Mittelwert (V) OR % Trafostufe ohne Regelung 215 0% 210-4% Mi :00 Mi :00 Mi :00 Mi :00 Do :00 Zeitverlauf der 10-Minuten-Mittelwerte an den Messpunkten und der rückgerechneten Spannungswerte ohne Umstufung (feste Stufung auf -2%) am

39 Inhalt Einleitung 2. Aufgabenstellung 3. 20kV Funktionsmuster 4. 10kV Prototyp 5. Kleinserienprodukt 6. Felderprobung 7. Zusammenfassung und Ausblick

40 Ausblick 40 1.Entwicklung eines 20kV-ECT 2.Einsatz digitaler Zähler zur Messung der Netzkenngrößen (Smart Metering) 3.Definition der Regelgüte 4.Entwicklung eines robusten Reglers für variable Netzbedingungen 5.Online-Bewertung des Nutzens 6.Intelligenter Verteilnetztrafo - ein Beitrag zu Smart Grid-

41 Zusammenfassung 41 EEG Prognose Anforderungen an einen elektronischen Traforegler 20kV Funktionsmuster Zeitraum: kV Prototyp Zeitraum: Kleinserienprodukt Zeitraum: Felderprobung Zeitraum: z.z. Ausblick