morepv2grid: Spannungsregelung mittels PV-Wechselrichter Ergebnisse aus einem Feldtest

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1 morepv2grid: Spannungsregelung mittels PV-Wechselrichter Ergebnisse aus einem Feldtest Christoph Winter Fronius International GmbH Sparte Solarelektronik Froniusplatz Wels

2 Inhalt / Projektübersicht morepv2grid / Was ein PV-Wechselrichter kann / Problem und Problemlösungsbeitrag durch PV-Wechselrichter / Regelung von Wirk- und Blindleistung: lokal autonom / Bestätigung von Funktionalität und Wirksamkeit: Simulation, Labortest, Feldtest / Schlussfolgerungen / Handlungsempfehlungen und Ausblick 2 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

3 Projektübersicht: morepv2grid Struktur Konzept Ergebnisse Verwertung Lorem / Kooperatives ipsum dolor Forschungs- sit amet, consec und Demonstrationsprojekt tetuer adipiscing elit. Aenean commodo ligula eget dolor. / Konsortium aus Industrie, Forschung und Netzbetrieb Aenean massa. Cum sociis natoque / Forschungsförderung pena tibus et magnis durch dis Klimaparturient und Energiefonds montes, nascetur ridiculus mus. Donec / Gesamtbudget: quam felis, 0,5 ultricies Mio Euro nec, pellentesque eu, pretium quis, / Laufzeit: sem Lorem Intelligente ipsum Wechselrichter dolor sit amet, consec unterstützen tetuer aktiv adipiscing die elit. Aenean Spannungshaltung commodo ligula im eget dolor. elektrischen Netz / durch optimierte, lokale Aenean massa. Cum sociis Regelung von Wirk- und natoque Blindleistung pena tibus et magnis dis parturient montes, nascetur / und ohne ridiculus übergeordnete mus. Donec Kommunikationstechnik. quam felis, ultricies nec, pellentesque eu, pretium quis, sem. Lorem Erprobung ipsum der dolor Konzepte sit amet, consec mittels Versuchsreihen tetuer adipiscing elit. Aenean / in einem commodo realen Netzgebiet ligula eget dolor. / mit regelbaren Fronius Wechselrichtern Aenean massa. Cum sociis natoque Mit Blindleistungsregelung pena tibus et magnis dis kann parturient die mögliche montes, Einspeiseleistung um ridiculus 20 bis mus. 80 % nascetur Donec erhöht werden. quam felis, ultricies nec, Mit Wirkleistungsoptimierung pellentesque eu, pretium quis, ist noch sem. viel mehr möglich. / Deutliche Lorem ipsum Erhöhung dolor sit der amet, netzverträglichen consec tetuer adipiscing Dichte an PV-Anlagen ligula eget dolor. / Optimierung Aenean massa. von Cum sociis Regelungsstrategien natoque pena tibus et gemeinsam magnis dis parturient mit Netzbetrieb / Smart-Grid-Funktionalitäten Donec quam felis, ultricies auch nec, pellentesque ohne Kommunikation eu, wirksam pretium quis, realisierbar sem. 3 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

4 Was ein PV-Wechselrichter kann: Betriebsbereiche (1) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc MPP cosφ Grenze z.b. 0,85 ind. S nenn P ac cosφ Grenze z.b. 0,85 kap. U dc Q 4 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

5 Was ein PV-Wechselrichter kann: Betriebsbereiche (2) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc MPP S nenn P ac Q max U dc Q 5 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

6 Was ein PV-Wechselrichter kann: Betriebsbereiche (3) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc MPP S nenn P ac U dc Q 6 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

7 Was ein PV-Wechselrichter kann: Wirkleistung (1) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc MPP cosφ Grenze z.b. 0,85 ind. S nenn P ac cosφ Grenze z.b. 0,85 kap. U dc Q 7 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

8 Was ein PV-Wechselrichter kann: Wirkleistung (2) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc MPP cosφ Grenze z.b. 0,85 ind. S nenn P ac cosφ Grenze z.b. 0,85 kap. U dc Q 8 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

9 Was ein PV-Wechselrichter kann: Blindleistung (1) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc MPP cosφ Grenze z.b. 0,85 ind. S nenn P ac cosφ Grenze z.b. 0,85 kap. U dc Q 9 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

10 Was ein PV-Wechselrichter kann: Blindleistung (2) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc P dc,mpp,stc S nenn S nenn P ac cosφ Grenze z.b. 0,85 kap. U dc Q max Q 10 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

11 Was ein PV-Wechselrichter kann: Blindleistung (3) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc P dc,mpp,stc < S nenn S nenn P ac cosφ Grenze z.b. 0,85 kap. U dc Q max Q 11 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

12 PV( 18) Ex ter nes Netz 086_Last 280_Last _Last 267_Last _Last 282_Last 275_Last 1 275_Last 2 276_Last 283_Last 278_Last 268_Last 1268_Last 2 270_Last 281a_Last 281_Last 303_Last 265_Last PV( 19) 238_Last 237_Last 085_Last 1085_Last 2 100_Last 221_Last 083_Last 1 084_Last 083_Last 2 082_Last 1 082_Last 2 081_Last 201_Last 1 099_Last 201_Last 2 098_Last 212_Last 212_Last _Last PV( 6) 097_Last 248_Last 191_Last 191_Last _Last 1 193_Last 1 087_Last 2 088_Last 089_Last 193_Last 2 PV( 2) 090_Last PV Problem: Spannungshaltung im Niederspannungsnetz Voltage( p.u.) Voltage drop diagram for Over-Voltage critical node _090 Sun 13:16: Quelle: AIT/morePV2grid Distance (m) Photovoltaic Phase 1 Photovoltaic Phase 2 Photovoltaic Phase 3 Trafo_0437 1_TST- 0437_86 2_TST- 0437_K1 2_K2_280 2_K1_267 2_K1_178 2_267_K2 2_K4_282 2_276_K4 2_275_276 2_K2_275 2_K4_283 3_270_281 3_268_270 3_278_268 3_TST- 0437_278 4_K5_303 4_265_K5 4_TST- 0437_265 PV L1 PV L2 PV L3 5_238_2375_221_238 5_100_2215_85_100 5_TST- 0437_85 5_84_83 5_M1_84 5_221_M1 5_M2_81 5_82_M2 5_M1_82 5_M3_201 5_M2_M3 6_M201_99 6_M201_212 6_98_M201 6_TST- 0437_98 6_M208_95 6_98_M208 6_M208_97 6_94_87 6_M208_94 Quelle: AIT/morePV2grid 6_191_96 6_248_191 6_87_248 mo re PV2 grid Projekt: AIT -Au strian Institute of Technology Grafik: 0437 Datum: PowerFactory Anha ng 6_87_88 6_89_193 6_M210_89 6_88_M210 6_K6_Kirche 6_89_K6 6_K6_90 12 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

13 Problemlösungsbeitrag durch PV-Wechselrichter / Zieldefinition / Erhöhung der integrierbaren PV-Anlagendichte in Niederspannungsnetzen / Maßnahmen / Einsatz von Wirk- und Blindleistungsregelung zur Unterstützung der Spannungshaltung / Randbedingungen / Lokale Autonomie (keine Kommunikationsinfrastruktur) / Gewährleistung der Stabilität / Vorrangig Blindleistungsaustausch mit einem Leistungsfaktor von minimal 0,85 / Nachrangig Begrenzung der Wirkleistung / Bedarfsorientierte Aktivierung (Minimierung von Blindarbeit, Netzverlusten und Ertragseinbußen) / Schutzfunktionen bleiben unberührt 13 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

14 Regelung von Wirk- und Blindleistung: lokal autonom / Beispiele für Regelungsmechanismen Q(U) / cos(φ) = konstant / cos(φ) = f(p) 0,9 1,0 1,1 1,2 U/U N / Q = f(u) / Kombinationen Q = f(u) & P = f(u) ΔP(U) 14 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

15 Analyseschritte: Simulation, Labortest, Feldtest Quelle: AIT/morePV2grid KK2 Quelle: Energie AG/morePV2grid PV5 3,06 kw PV1 2,38 kw KK1 KK3 PV4 1,7 kw Quelle: AIT/morePV2grid PV3 5,13 kw PV2 3,06 kw Stranglänge: ca. 850 m 15 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

16 Bestätigung der Wirksamkeit: Beispiel P&Q(U)-Regelung 0,75 Prozentpunkte Reduktion der max. Spannungsanhebung zwischen den beiden Messpunkten Ø Reduktion der max. Spannungsanhebung im betrachteten Strang von 4,9 % ohne Regelung um 2,25 Prozentpunkte auf 2,65 % mittels P&Q(U) Ø 2/3 des Effekts durch Blindleistungregelung Q(U) Ø 1/3 des Effekts durch Wirkleistungsreduktion P(U) Quelle: AIT/morePV2grid min. cosφ=0,85 16 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

17 Effekt der spannungsabh. Wirkleistungsreduktion P(U) min RMS s RMS P/P stc :00-16:00 Verlauf der Einstrahlung Verlauf der Anlagenleistungen Änderungsgeschwindigkeit der Wirkleistung: 10 %/s (bezogen auf P nenn ) Ø Stufenlose Regelung Ø Punktuelle Eingriffe Ø Nicht eingespeiste Energie gering (hier ca. 2,5 % innerhalb von 2 kritischen Stunden) 0.3 Limitierung der Spannungsanhebung Quelle: AIT/morePV2grid :00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00 16:00:00 hour of day ID 1 ID 2 ID 3 ID 5 Irradiation ID 3- Highres 17 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

18 Schlussfolgerungen / Funktionalität gegeben, Randbedingungen erfüllt / Lokal autonome Unterstützung der Spannungshaltung durch PV-Wechselrichter / Stabilität netzparalleler Anlagen in einem weiten Bereich sinnvoller Einstellmöglichkeiten / Vorrangig Blindleistungsaustausch, nachrangig Begrenzung der Wirkleistung / Bedarfsorientierte Aktivierung / Schutzfunktionen bleiben unberührt / Wirksamkeit Q-Regelung / Spannungsanhebung zwischen 20 % und 80 % technisch sinnvoll kompensierbar / Anlagenbetreiber: Dimensionierung auf Scheinleistung / Wirksamkeit P-Regelung / Einspeisebedingtes Überschreiten eines definierten Spannungswertes ausgeschlossen / Anlagenbetreiber: Anschlusszusage mit Ertragsverlust 18 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

19 Handlungsempfehlungen und Ausblick / Einsatz der lokalen Regelungsvarianten zu empfehlen / Lokale Q-Regelungen bereits in den Regelwerken; lokale P-Regelungen unstandardisiert / Smart Grid auch ohne Kommunikation praxistauglich, jedenfalls als Rückfallebene / Mit Fernsteuerung weitere Optimierung möglich (vgl. Projekt DG DemoNet Smart LV Grid) / Organisatorische Herausforderungen / Berücksichtigung des Spannungsbandgewinns bei Netzplanung und Anschlussbeurteilung / Einfache Handhabung durch Vereinbarung standardmäßiger Einstellungen / Rechtlich-regulatorische Deckung einer Anschlusszusage mit Ertragsverlust / Weiterer Untersuchungsbedarf / Analyse der Vor- und Nachteile unterschiedlicher Q-Regelungen, z.b. Q(U) versus cosφ(p) / 19 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

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