Hübner, O. (2022). Entwicklung einer Methode zur Bewertung der energetischen Effizienz von Ortsnetztransformatoren [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2022.92944
energy efficiency; power transformers; power electronic transformers
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Abstract:
Die Bewertung der Energieeffizienz von elektrischen Betriebsmitteln dient oft als Entscheidungsgrundlage in Anschaffungsprozessen. Die energetische Effizienz eines Transformators kann damit beschrieben werden, wie groß die Verluste im Betriebspunkt sind. Da im Falle des Ortsnetztransformators die Belastung durch die Verbraucher in der Niederspannungsebene ausschließlich volatiler Art ist, muss daher eine Auswertung der Effizienz anhand der Betrachtung eines längeren Zeitraums erfolgen. Als Grundlage für die Effizienzbewertung von Transformatoren werden Modelle für konventionelle Transformatoren und Solid-State-Transformatoren entwickelt. Die Modelle für konventionelle Transformatoren werden mit realen am Markt befindlichen Transformatorkenngrößen parametrisiert. Für die Ermittlung des Wirkungsgrads des SSTs wird auf vorhandene Simulationsmodelle zurückgegriffen. Um realitätsnahe Auslastungszyklen zur Bewertung der Effizienz zu erhalten, werden unter Verwendung von Standardlastprofilen auf Basis von Statistiken künstliche Jahres-Lastprofile für die Jahre 2022 und 2030 erstellt. Dabei werden die Einflüsse von elektrischen Heizsystemen, der steigenden Nutzung der E-Mobilität und zunehmender Einspeisung durch Photovoltaik-Anlagen ins Niederspannungsnetz berücksichtigt. Zur Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Netzstrukturen auf die Effizienz von Ortsnetztransformatoren werden zusätzlich Lastprofile des ProjektsSimbench für urbane, halburbane und ländliche Netzstrukturen herangezogen. Die Bewertung der Effizienz der verschiedenen Transformatortypen erfolgt durch die Auswertung eines simulierten Jahreszyklus unter Einsatz der fünf Lastprofile. Um eine schnelle Abschätzung der Effizienz ohne aufwendige Berechnungen zu ermöglichen, werden abschließend lastabhängige Wirkungsgradformeln für verschiedene Einsatzzwecke angegeben. Diese Arbeit zeigt, dass der Verwendungszweck des Transformators für eine realistische Effizienzbeurteilung unbedingt berücksichtigt werden muss. Nur dann lässt sich eine akkurate Empfehlung für die Anschaffung des bestmöglich geeigneten Transformatortyps abgeben.
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The evaluation of the energy efficiency of electrical equipment often serves as a basis for decisionmakingin acquisition processes. The energy efficiency of a transformer can be described in terms of how large the losses are at the operating point. In case of the local network transformer, the electrical load from the consumers in the low-voltage level is exclusively of a volatile type,therefore an evaluation of the efficiency must be based on the observation of a longer period of time.Models for conventional transformers and solid-state transformers are developed as a basis for transformer efficiency evaluation. The models for conventional transformers are parameterized with real transformer characteristics available on the market. To determine the efficiency of theSST already existing simulation models are used.In order to obtain realistic load cycles for the evaluation of efficiency, artificial annual load profiles for the years 2022 and 2030 are created using standard load profiles and statistical analysis. The influences of electric heating systems, the increasing use of e-mobility and risingfeed-in power by photovoltaic systems into the low-voltage grid are taken into account. Load profiles from the Simbench project for urban, semi-urban and rural grid structures are also used to investigate the effects of different grid structures on the efficiency of local grid transformers.The efficiency of the different transformer types is determined by evaluating a simulated annual cycle using the five load profiles. To allow a quick estimation of the efficiency without extensive calculations, load dependent efficiency formulas are given for different applications.This work shows that it is essential to consider the intended use of the transformer for a realistic efficiency assessment. Only then can an accurate recommendation be made for the purchase ofthe most suitable transformer type.
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Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers