Spannungsregelung durch PV-Wechselrichter in Niederspannungsnetzen Erfahrungen aus morepv2grid Benoît Bletterie
Inhalt 1. Projektansatz 2. Wirksamkeit der lokalen Spannungsregelung unter realen Bedingungen 3. Planung und Durchführung der Feldtests 4. Erfahrungsaustausch - IEA PVPS Task 14 B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung 19.1.212, Laxenburg AIT 2
morepv2grid Ansatz Motivation: Reserven (hosting capacity - Aufnahmefähigkeit) unter derzeitigen Planungskriterien schnell erreicht wenig Wissen über Niederspannungsnetze Planung auf Basis konservativer Annahmen (worst- worst case) Lokale Probleme sollten lokal gelöst werden PV Anlagen als Teil der Lösung Aber: Komplexität steigt, Erfahrungen fehlen Ansatz (Simulationen, Labortests und Feldtests): Quantifizierung der Auswirkung einer hohen PV-Dichte Abschätzung der Wirksamkeit der Regelung / Stabilitätsuntersuchungen Entwicklung der Regelung Validierung B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung 19.1.212, Laxenburg AIT 3
Was ist bei Niederspannungsnetzen anders? Lastprofile aus 1 s-messungen (2 Wochen) PL1, PL2, PL3 QL1, QL2, QL3 Was ist neu? Unsymmetrische Lastflussberechnung Hoch aufgelöste Messungen statt synthetische Last- und Erzeugungsprofile PV Profile aus 1 s {G,T}- Messungen I-V Modell aus EN 553 6 repräsentative Tage wurden ausgewählt Active Power (W) Reactive Power (VAr) 6 4 2 Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon Day 8 6 4 2-2 Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon Day Irradiance (W/m 2 ) Irradiance (W/m 2 ) 12 1 8 6 4 2 12 1 8 6 4 2 25621 25116 1 s values 1 min average 5 1 15 2 25 Time (h) 1 s values 1 min average 5 1 15 2 25 Time (h) Irradiance (W/m 2 ) Irradiance (W/m 2 ) 12 1 8 6 4 2 12 1 8 6 4 2 24913 1 s values 1 min average 5 1 15 2 25 Time (h) 25121 1 s values 1 min average 5 1 15 2 25 Time (h) Irradiance (W/m 2 ) Irradiance (W/m 2 ) 12 1 8 6 4 2 12 1 8 6 4 2 2579 1 s values 1 min average 5 1 15 2 25 Time (h) 25212 1 s values 1 min average 5 1 15 2 25 Time (h) B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung 19.1.212, Laxenburg AIT 4
Lokale Spannungsregelung mit PV-Wechselrichter Fragen: Wirksamkeit der Regelung Nebenwirkungen : Einfluss auf andere Knoten und Phasen Netzverluste Blindleistungsbezug Auslegung der PV Anlagen Einfluss auf den Ertrag? Sinnvolle Einstellungen?! Q rel = 1% (übererregt) 6%,8,9 Q(U) Kennlinie,93-6% 1, 1,1 1,2 1,7 U/U Nenn Q rel = -1% (untererregt) B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung 19.1.212, Laxenburg AIT 5
Wirksamkeit der Q-basierte U-Regelung in Niederspannungsnetzen.2.18 Voltage sensitivity of the.4 kv nodes Unter symmetrischen Bedingungen: U/ Q (%/kvar).16.14.12.1.8.6 Trafostation Entfernteste Knoten U R P U N 2 1 tan φ 1 R X Am entferntesten Knoten: U/ P =,15 %/kw U/ Q =,6 %/kvar R/X~2,5.4.2 Kompensation ~2% @cos =,9.5.1.15.2 U/ P (%/kw) B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung 19.1.212, Laxenburg AIT 6
Wirksamkeit der Spannungsregelung (hier cos (P)) unter unsymmetrischen Bedingungen Z ref =,4+j,25 (IEC 6725): 15 kw 3Ø Distr. station 5 kw L1 5 kw L1 5 kw L2 Voltage deviation (%) Voltage deviation (%) Voltage deviation (%) 4 3 2 1-1 -2-3 -4-1 -.99 -.98 -.97 -.96 -.95 -.94 -.93 -.92 -.91 -.9 -.89 -.88 -.87 -.86 -.85 4 3 2 1-1 -2 Weakest node (R/X~1.4) 3-phase infeed single-phase infeed L1 UL2N sinkt -3-4 -1 -.99 -.98 -.97 -.96 -.95 -.94 -.93 -.92 -.91 -.9 -.89 -.88 -.87 -.86 -.85 single-phase infeed L1&L2 4 3 2 1-1 -2-3 -4-1 -.99 -.98 -.97 -.96 -.95 -.94 -.93 -.92 -.91 -.9 -.89 -.88 -.87 -.86 -.85 Power factor (-) UL1N wenig kompensiert u L1n u L2n u L3n u n B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung 19.1.212, Laxenburg AIT 7
Probabilistische Methoden für die Netzplanung optimale Phasenzuordnung mit Smart Meters 1 Achievable reduction by reassignment.9.8.7 Handgriffe: 12 34 5 cdf.6.5.4.3.2.1.3.4.5.6.7.8.9.1 Maximal voltage rise of L1 L2 L3 (p.u.) B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung 19.1.212, Laxenburg AIT 8
PowerFactory 14.1.3 Feldtests - Vorbereitung 3_kV_Netz DIgSILENT Netzumbau um die Auswirkung der PV Anlagen zu erhöhen: Verlegung eines Kabels (Erhöhung des Angriffsfaktor) Umschaltung der Anlagen auf die gleiche Phase Noch zulässig (Stark- / Schwachlast)? KK31838 34954_HA_frd_Cu_4x16 671284 7811 Trafostation 1636_Krenglbach_HS 1636_ON_Kenglbach_NS-Verteiler LS/TR Schalter_STRANG9 STRANG9_16369 14119_XAY2Y_4x15 KK31834 14142_YY_4x16 Richtung_KK_NEU_SS_LINKS 635157 Richtung_KK_NEU_SS_RECHTS RI_KK_NEU_SS_LI RI_KK_NEU_SS_RE 693599 RI_KK_NEU_SS_LI_XAY2Y_4x15 RI_KK_NEU_SS_RE_XAY2Y_4x15 KK_NEU_SS_LINKS KK_NEU_SS_RECHTS LS/TR Schalter_PV_6162_v_LI LS/TR Schalter_PV_6162_v_RE Richtung_PV_6162_v_LI Richtung_PV_6162_v_RE 1412a_YY_4x16 1412_YY_4x16 635264 KK31835 14123_AYY_4x15 17671_XY2Y_4x25 14121_XAY2Y_4x15 ON_Trafo_4kVA_27.5/.4kV 461858_HA_frd_Cu_4x16 1414_YY_4x16 6743 6256425 666473 32627 PV_6162 14139_AYY_4x15 787198 1528644 55483 KK31839 KK31836 14125_YY_4x16 14124_XY2Y_4x16 14137_YY_4x16 14126_YY_4x16 635272 635193 635178 6758591 6352 369556_AYY_4x15 461859_HA_frd_Cu_4x16 676176 14141_YY_4x16 635256 1961 1555195 54233 542313 547339_YY_4x16 682223 277241_XAY2Y 4x15 293983_XAY2Y 4x15 76857 748667 635789 1217 49628 MU85292525 625818 15113 Situation: U @ cos =1: 4,9 % U @ cos =,85: 3,6 % Kompensation: 26 % RINGSCHALTER_N-Unterbr_Richtung_KK_31841 KK31841 36956_YY_4x16 14135_YY_4x16 14132_YY_4x16 6739618 635241 14133_YY_4x16 14134_YY_4x16 635225 635165 635249 9958 KK31842 277238_XAY2Y_4x15 14127_AYY_4x15 KK3148 KK31837 14129_YY_4x16 14128_YY_4x16 1413_YY_4x16 MU85292529 6256424 MU85292539 RINGSCHALTER_NEU_Richtung_KK_31835 34956_HA_frd_Cu_4x16 369562_YY_4x16 14131a_AYY_4x15 369561_YY_4x16 63527 635216 Richtung_KK31843 6729 38622 1125 Richtung_KK31841 516823 923556 116226 15968 116446 1528889 277237_XAY2Y_4x15 PV_5997 PV_7473_1 PV_7473_2 48847 446741 913298 461857_HA_frd_Cu_4x16 27724_YY_4x16 461853_YY_4x16 461854_HA_frd_Cu_4x16 67786 671299 677517 6781461 277239_XAY2Y_4x15 6363 157421 67282 11642 1576887 KK31843 461856_XY2Y_4x16 461855_HA_frd_Cu_4x16 369559_YY_4x16 6791421 6766956 6751218 RINGV ERBINDUNG_NEU_KK31837/KK 31843 PV_6178 35666_HA_frd_Cu_4x16 6727815 1524275 75846 15826 664856 1548875 MU99277417 369557_XAY2Y_4x15 KK31844 369558_YY_4x16 34955_YY_4x16 673331 6717598 6382 91186 14785 ON 1636 KRENGLBACH STRANG 9 Projekt: mpv2grid Grafik: Netz PowerFactory 14.1.3 Erstellt von: Streif Michael, Kirchhofer Martin Datum: 18.1.212 Anhang B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung 19.1.212, Laxenburg AIT 9
Feldtests - Monitoring Testplan mit verschiedenen Regelmodi wurden definiert Wechselrichter-Monitoring (Solar.access) Grundsätzliche Überprüfung der Funktion Feldtest-Betrieb wöchentliche Auswertung Dauer Power-Monitoring (bei einer PV Anlagen) Dauer Power-Quality Monitoring (3 Stellen entlang des Strangs) Power Snap Shot Analysis (smart meter) zur synchronen Aufnahme relevanter Zustände Input für weitere Simulationen Irradiation (W/m 2 ) Voltage (V) 12 1 8 6 4 2 237 232 227 222 217 2/9 9/9 16/9 2/9 9/9 16/9 B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung 19.1.212, Laxenburg AIT 1
IEA PVPS Task 14 High-Penetration PV in Electricity Grids Goals Promote the use of grid connected PV Develop and verify technical requirements for PV and electric power systems Enable the active role of PV systems related to energy management and system control of electricity grids Outcomes Provide access to more transparent technical analyses Provide comprehensive case studies for high penetration PV Dissemination activities, Utility Workshops, Conferences, Providing objective and neutral high-quality Information B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung 19.1.212, Laxenburg AIT 11
Task 14 First Results Energy Management with PV Case studies for PV integration Base case PV 4.5 kwh/d Integration with DSM PV 6.5 kwh/d (+45%) Integration with Storage system PV 12 kwh/d (+165%) Integration with DSM and storage system PV 12.9 kwh/d (+185%) Source: Planair/Lionel Perret B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung 19.1.212, Laxenburg AIT 12
Task 14 First Results Survey on PV forecast techniques 14 models 3 regions: USA, Europe and Japan Source Location of validation Time step and forecast time Uncertainty % of persistence Uncertainty RMSE (relative or absolute) Source: Jan Remund, Meteotest DLR (DE) Southern Spain 1 h, day 1 DNI: 5 64% rmse CanmetENERGY (CAN) Canada, USA 1 h, day 1 2 57% JWA (JP) Japan 3 Min, 1h. 14 W/m 2 MeteoSwiss (CH) Switzerland - - - Univ. Oldenburg / Meteocontrol (DE) Switzerland Southern Spain 1 h, day 1 65% 61% 2 42 % rmse 21 % rmse Canada, Spain 57% 2 Univ. Jaen (ES) Southern Spain 1 h, day 1 72% 2 DTU IMM (DK) Denmark 68% 2 AIST / Waseda (JP) Japan 1 h, day 1 1 W/m 2 Univ. GIFU (JP) Gifu 1 h 64% rmse UCSD (USA) San Diego, 4 days 3 sec. 5 min. 5% 75% Bluesky Wetteranalyse (A) Switzerland 1 h, day 1 65% 2 Irsolav (ES) Spain 1 h, day 1 18 35% rmse Meteotest (CH) Switzerland 1 h, day 1 72% 2 41 5% rmse Weather Analytics (USA) - - - B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung 19.1.212, Laxenburg AIT 13
Task 14 First Results High Penetration Case Studies Distribution grid case studies Germany USA Belgium Overall power system studies Japan USA Italy Source: E.on Bayern/Fraunhofer IWES Source: SMUD/NREL Source: NREL Source: Y.M. Saint Drenan/Fraunhofer IWES B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung 19.1.212, Laxenburg AIT 14
Task 14 Dissemination and interaction with key stakeholders Successful series of Task 14 High Penetration PV Workshops: 9.21: Joint Task 1/14 workshop EUPVSEC, Valencia 12.21: Task 14 workshop, Golden, CO, U.S.A. Hosted U.S. DoE, NREL and SEPA 5.211: Task 14 utility workshop, Lisbon, Portugal, Hosted by EDP 1.211: Task 14 Utility and Research workshop, Beijing, China, hosted by the IEE, Chinese Academy of Sciences 5.212: Task 14 High penetration PV workshop, Kassel, Germany, Hosted by SMA 11.212: Task 14 High penetration PV workshop, Tokyo, Japan, hosted by NEDO 5.213: Brussels Presentations available at www.iea-pvps.org B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung 19.1.212, Laxenburg AIT 15
Danke für Ihre Aufmerksamkeit BENOÎT BLETTERIE Energy Department Electric Energy Systems AIT Austrian Institute of Technology GmbH Giefinggasse 2 121 Vienna Austria T +43() 555-6355 benoit.bletterie@ait.ac.at http://www.ait.ac.at