Spannungshaltung in Niederspannungsnetzen: Strangregler versus Batteriespeicher

Abstract

Der Ausbau dezentraler Erzeugungsanlagen (DEA) wird aufgrund Österreichs Dekarbonisierungszielen, gestützt durch das Klimaschutzabkommen von Paris (COP21), und prognostiziertem steigenden Strombedarf [28] weiter voranschreiten. In einer Vielzahl von Untersuchungen wird als eine limitierende Größe für den Zubau von DEA das einzuhaltende Spannungsband gemäß EN 50160 [2] genannt. Maßnahmen zur Einhaltung des Spannungsbandes, ohne unmittelbaren Netzausbau, sind an unterschiedlichen Orten im Niederspannungsnetz denkbar. Diese Arbeit vergleicht den Nutzen von Strangreglern (Spannungsregler, Netzregler) im Verteilnetzbetrieb auf Netzebene 7. Anhand realer Messdaten aus dem Feld und Untersuchungen im Prüflabor, werden verschiedene Typen von Strangreglern nach technischen und ökonomischen Gesichtspunkten betrachtet. Anhand von Simulationen im Netzberechnungsprogramm DIgSILENT PowerFactory wird der Einsatz von Strangreglern mit dem Einsatz von äquivalent wirksamen Batteriespeichern gegenübergestellt. Dazu wird ein Strang eines Niederspannungsnetzes näher untersucht indem mittels gemessenen Tageslastprofilen auf Sekundenbasis die im Netz auftretenden Spannungsbänder im Normalbetrieb, unter Einsatz eines Strangreglers und unter Einsatz eines Batteriespeichers, verglichen werden. Zusammenfassend kann man sagen, dass das Einsatzgebiet für Strangregler sehr eingeschr änkt, aber jedenfalls gegeben ist. Dies gilt auch für wirtschafliche Aspekte. Bei der Ausführung als Niederspannungs-Längsregler, gilt es zu beachten, dass zwar die Phasenspreizung der Sternspannugen ausnivelliert wird, jedoch die Unsymmetrie gemäß EN 50160 steigt. Auch der Batteriespeicher zeigt sich als probates Mittel für Spannungshaltung im Ortsnetz. Der Vergleich der beiden Technologien zeigt, dass das (im Sinken begriffene) Preisniveau der derzeitiger Speicher zu hoch ist, um mit dem Strangregler (zum aktuellen Zeitpunkt) zu konkurrieren. Letztendlich gilt es aber zu klären, wie hoch die Komplexität der Niederspannungsnetze steigen soll und darf um den qualitativ hochwertigen Netzbetrieb in Zukunft weiter praktikabel zu gestalten. Wesentliche Punkte der Arbeit: Netzverträglichkeit dezentraler Erzeugungsanlagen - Spannungshaltung im Niederspannungsnetz - Vergleich marktreifer Strangregler - Wirksamkeit des Strangreglers im Feldeinsatz - Ermittlung äquivalent wirksamer Batteriespeicher im 'netzfreundlichen Betrieb' - Ökonomische Betrachtung der Maßnahmen

The integration of increasingly distributed generation due to Ausrian's decarbonisation targets, is supported by the implementation of the Paris Agreement at COP21 and the projected rising electricity demand [28]. A variety of studies is considering the specified nominal voltage range according to EN 50160 [2] as the limiting factor for the integration of additional energy sources. Measures to preserve the voltage in the stipulated bandwidth without conventional grid extension are possible at different points in the low voltage grid. This thesis compared the usefulness of low voltage regulators (in-line voltage regulator). The voltage regulators are compared, based on field data and measurements in the test laboratory. Furthermore, a profitability analysis is carried out. Finally, the voltage regulator is compared with a battery storage operatin 'grid-friendly'. For this reason, a feeder is simulated with a load flow analysis, to find the equivalent effective settings for achieving a certain voltage range. In summary, it can be said that the field of application for voltage regulators is limited, but exists. This also applies to economic aspects. It can be observed that the application of voltage series regulators increases the voltage asymmetry according to EN 50160, but reduces the voltage spread of the line-to-neutral voltages. The battery storage also fulfills the required voltage maintenance. The comparison of the two technologies shows that the (declining) price level of storage systems is current too high to challenge the voltage regulator (at the moment). Never the less, it is important to clarify the desired stage of complexity in low voltage grids for a feasible use in the future. main topics: - grid compatibility of distributed generation - voltage maintenance in low voltage grids - comparison of voltage regulators - effectiveness of voltage regulators in operation - evaluation of equally effective 'grid-friendly' battery storage systems - profitability analysis