Auswirkung der dezentralen Erzeugungsanlagen mit lokaler Blindleistungsregelung auf Verteilnetze

Abstract

Die Erzeugung aus Erneuerbaren Energien, besonders aus Photovoltaik Anlagen, spielt derzeit eine große Rolle in der elektrischen Energieversorgung. Mit steigender Anzahl dezentraler Erzeuger wachsen damit die Herausforderungen der Netzbetreiber. Sie sind durch nationale Gesetze verpflichtet Strom von dezentralen Erzeugern aufzunehmen und gleichzeitig die Spannungsqualität zu gewährleisten. Bei einer höheren Einspeisung der dezentralen Erzeugungsanlagen können Spannungsbandverletzungen auftreten. Um einen teuren Ausbau des Netzes zu vermeiden, sind Maßnahmen für die Spannungshaltung zu unternehmen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden diese Maßnahmen zur Spannungshaltung durch Blindleistungsregelung in einem Modelnetz in NEPLAN untersucht. Dabei wurde die Aufnahmefähigkeit des Netzes sowohl unter Berücksichtigung der Blindleistungsregelung an den Wechselrichtern, als auch durch Regeltransformatoren analysiert. Es wurden die in der Norm VDE-AR-N-4105 vorgesehenen Möglichkeiten zur Blindleistungsregelung durch PV-Wechselrichter durchgeführt. Die Arbeit gliedert sich wie folgt: Kapitel 1 dient zur Einleitung und Aufgabenstellung. In Kapitel 2 werden die Grundlagen der Erzeugung aus erneuerbaren Energieträgern kurz erläutert sowie die Photovoltaik-Komponenten vorgestellt und deren Funktionen kurz beschrieben. In Kapitel 3 werden die Netztopologien kurz beschrieben. In Kapitel 4 sind die Anschlussbedingungen der PV-Anlagen in das Netz sowie die Grundlagen der Spannungskompensation durch Blindleistungsregelung zu finden. Im Kapitel 5 sind das Modelnetz und Lastprofile zu finden. Dabei werden Netzelemente wie Transformatoren, Leitungen, Reaktanzen, Kabeln etc. als Standardelemente für ein Verteilnetz angenommen. In Kapitel 6 sind die Ergebnisse zu finden. Abschnitt 6.1 stellt die Ergebnisse bei der Eingabe eines fixen Leistungsfaktors in den Wechselrichtern dar. In Abschnitt 6.2 bzw. Abschnitt 6.3 ist die Auswirkung der cos(-)=f(P)-Reglung bzw. Q=f(U)-Regelung auf die Kompensation der Spannungsanhebung analysiert worden. In Kapitel 7 sind die Freileitungen im Mittelspannungsnetz durch Kabeln ersetzt worden und es wurde die gleichen Simulationen durchgeführt. Schließlich wurden diese Ergebnisse mit denen von Kapitel 6 verglichen.

Generation from renewable energy sources, specialty from photovoltaic systems, play an important role in the currently electrical power supply. With the increasing number of the distributed generators the challenges of the network operator with it are also expanded. They are obliged by national law to take power from the distributed generation and at the same time to ensure the voltage quality. A higher feed of decentralized generation can cause overvoltage as well as overloading of cables and transformers on distribution grids. Therefore, to avoid expensive grid extensions, options to prevent overvoltage are to be taken. In this thesis, the options to prevent overvoltage based on reactive power control were analyzed in a model network in NEPLAN. The capacity of the network has been analyzed based on reactive power control in the inverter as well as on regulating transformers. These are analyzed in standard VDE-AR-N-4105 options for reactive power control by PV-inverter. The thesis was organized as follows: Chapter 1 is used to provide an introduction and to set the tasks. Chapter 2 describes the basics of generation from renewable energy sources followed by a brief description of the photovoltaic components and their functions. Chapter 3 describes the topologies of the power grids. In Chapter 4 is described the connection conditions of photovoltaic systems and the basics of voltage compensation by reactive power control. In Chapter 5 the model grids and load profiles are to be found. All network elements such as transformers, cables, lines etc. has been chosen as standard elements of a distribution network. Chapter 6 provides the results of the simulations. Section 6.1 presents the results when entering a fixed power factor on the inverter. In Sections 6.2 and 6.3, are analyzed the effect of cos (-) = f (P) - and Q = f (U) - Controller on the compensation of the voltage increase. In Chapter 7, the overhead lines of medium-voltage network have been replaced by cables and the same simulations performed. Finally, these results are compared with those from Chapter 6.