Modellierung und Analyse von Maßnahmen zur Spannungsregelung für den ländlichen Niederspannungs-Netzausbau

Abstract

Aufgrund der Energiewende stehen Netzbetreiber unter Druck, Überlastungen und Engpässe im Netz schneller und effizienter zu bewältigen. Diese Arbeit untersucht alternative Ansätze für den systematischen Ausbau ländlicher Niederspannungsnetze und deren Umsetzung, wobei der Fokus auf Maßnahmen zur Spannungsregelung liegt, wie dem regelbaren Ortsnetztransformator (rONT), dem Längsspannungsregler und der stromabhängigen Spannungsregelung im Umspannwerk. Auch die Konfiguration der Wechselrichter dezentraler Erzeugungsanlagen zur Bereitstellung von Blindleistung wird betrachtet. Ein strahlenförmiger, teilverkabelter Niederspannungszweig mit Familienhäusern und Photovoltaikanlagen wurde durch seine Kurzschlussleistungen an den Anschlusspunkten beschrieben und in einer Simulationssoftware modelliert. Die Ergebnisse zeigen, dass Strahlnetze in nicht-industrialisierten Streusiedlungen durch den Einsatz eines rONT, eines Längsreglers oder einer stromabhängigen Spannungsregelung eine höhere Photovoltaikleistung integrieren können. Besonders vorteilhaft ist die Positionierung des Längsreglers am Anfang des Strangs. Zudem ist die Wahl der Blindleistungscharakteristik der Wechselrichter entscheidend für die effektive Integration dezentraler Erzeugungsanlagen.

Due to the energy transition, grid operators are required to react more quickly and efficiently to overloads and constraints of the grid. This thesis examines alternative approaches for the systematic and standardized expansion of rural low-voltage grids and their implementation. The focus is on measures for voltage regulation, such as the On Load Tap Changer (OLTC), the series regulator, and the current-dependent voltage regulation in the substation. The configuration of the inverters of decentralized generation systems for the provision of reactive power is also examined. The test grid is a radial, partially cabled low-voltage branch with residential housing and photovoltaic systems. It is described by its short-circuit power at the connection points and modelled in a simulation program. The results show that radial grids in scattered settlements without industrialisation can feed in a higher photovoltaic output if an OLTC, a series regulator or current-dependent voltage regulation in the substation is implemented. The optimal positioning of the series regulator is directly after the local grid transformer. Additionally, selecting the right characteristics for reactive power provision by inverters is essential for the effective integration of decentralised generation.