Einfluss der Integration von verteilten PV-Anlagen auf die Alterung von Verteiltransformatoren

Abstract

Durch die beschlossenen Klimaziele, besonders die Klimaneutralität in der Stromversorgung bis 2030, kommen große Herausforderungen auf die elektrische Infrastruktur zu. Jedoch sind es nicht nur die zukünftigen Herausforderungen, die die Netzbetreiber beschäftigen, sondern auch der Erhalt der elektrischen Infrastruktur und die Sicherung der zuverlässigen Energieversorgung. Ein Großteil der heutigen elektrischen Infrastruktur wurde in der Nachkriegszeit und den darauffolgenden Jahrzehnten errichtet und ist damit oft kurz vor dem Ende der erwarteten Lebensdauer. Gealterte elektrische Betriebsmittel, wie Ortsnetz- und Leistungstransformatoren, erhöhen nicht nur das Risiko von Störungen, sondern machen auch eine Verkürzung des Wartungsintervall notwendig. Somit steigen die laufenden Kosten des Netzbetreibers mit steigendem Alter seiner elektrischen Infrastruktur. Eine Folge der Abkehr von kalorischen Kraftwerken, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, ist der Ausbau von verteilten Photovoltaikanlagen, die oft im Niederspannungsnetz integriert werden. Dadurch kommt es zu einer Veränderung des Lastflusses im Netz und somit auch zu einer Änderung der Auslastung von Ortsnetz- und Leistungstransformatoren. In dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit sich die Durchdringung von verteilter Photovoltaik im Niederspannungsnetz auf die Alterung der Ortsnetztransformatoren auswirkt. Die Alterung wurde in vier verschiedenen Szenarien, keine installierte Photovoltaik, 3 kWp Photovoltaik pro Haushalt mit reinem Eigenverbrauch, 3 kWp Photovoltaik pro Haushalt mit Einspeisung in das Netz und größtmöglicher Photovoltaik pro Haushalt mit Einspeisung in das Netz, ermittelt. Mit Hilfe von PSS SINCAL wurden für die verschiedenen Szenarien eine Lastprofilsimulation durchgeführt. Mit dem daraus gewonnen Lastfaktor des Ortsnetztransformators wurde mit dem Heißpunktmodell nach DIN 60076-7 der Lebensdauerverbrauch berechnet und damit die verschiedenen Szenarien bewertet und anschließend in Matlab direkt oder in MS Excel die Ergebnisse dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass es durch einen moderaten Ausbau von Photovoltaik im Niederspannungsnetz zu einer erhöhten Lebensdauer von Ortsnetztransformatoren kommt. Bei starkem Ausbau von Photovoltaik und daraus folgender erhöhter Einspeisung an überschüssiger PV-Leistung in das Netz, kommt es zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Ortsnetztransformators.

The climate goals that have been decided, particularly climate neutrality in the electricity supply by 2030, pose major challenges for the electrical infrastructure. However, it is not only the future challenges that concern system operators, but also the maintenance of the electrical infrastructure and securing a reliable energy supply. Much of today's electrical infrastructure was built in the post-war period and the decades that followed and is therefore already close to the end of the expected life time. Aged electrical equipment, such as power and distribution transformers, not only increases the risk of malfunctions but also makes it necessary to shorten the maintenance interval. This means that the system operator's running costs increase as its electrical infrastructure ages.One consequence of the move away from caloric power plants that run on fossil fuels is the expansion of distributed photovoltaic systems, which are often integrated into the low-voltage network. This leads to a change in the load flow in the network and thus also to a change in the utilization of distribution and power transformers.The extent to which the penetration of distributed photovoltaics in the low-voltage network affects the aging of distribution transformers was examined in this work. The aging of the distribution transformer was determined in four different scenarios, no installed photovoltaics, 3 kWp photovoltaics per household with pure self-consumption, 3 kWp photovoltaics per household with feed into the grid and the largest possible photovoltaics per household with feed into the grid. With the help of PSS Sincal, a load profile simulation was carried out for the various scenarios. With the resulting load factor of the distribution transformer, the service life consumption was calculated, using the hot spot model according to DIN 60076-7. The various scenarios were evaluated and the results were then illustrated in Matlab directly or in MS Excel.The results show that a moderate integration of photovoltaics in the low-voltage network leads to an increased service life of distribution transformers. When too much excess PV power is fed into the grid, the service life of the distribution transformer is shortened.