Optimierter Einsatz und Betrieb von Laststufenschaltern zur Spannungshaltung in Verteilnetzen

Abstract

Seit Inkrafttreten des Erneuerbaren-Energie-Gesetzes ist der Anteil an regenerativer Stromerzeugung in den vergangenen Jahren in Deutschland stetig gestiegen. In Verteilnetzen handelt es sich dabei meistens um dezentrale Erzeugungsanlagen, wie z.B. Photovoltaik-Anlagen, die an das Netz angeschlossen sind. Diese Zunahme an dezentraler Einspeisung hat nicht unwesentliche Auswirkungen auf den Betrieb der Verteilnetze. Bevor Betriebsmittel ihre thermischen Grenzen erreichen, treten bereits Verletzungen des zulässigen Spannungsbandes im Niederspannungsnetz auf. Eine von vielen Netzbetreibern favorisierte Möglichkeit zur Spannungsregelung ist der Einsatz von Laststufenschaltern. Dadurch lässt sich die Aufnahmefähigkeit der Netze für PV-Anlagen und Elektromobilität erhöhen und teure Netzausbauma ÿnahmen können vermieden werden. Ein wichtiges Anliegen der Netzbetreiber ist es dabei, die Lebensdauer des Laststufenschalters zu maximieren. Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Optimierung der Betriebsweise von Laststufenschaltern. Die hergeleiteten Richtlinien ermöglichen den Netzbetreibern sowohl die Aufnahmef ähigkeit für PV als auch die Lebensdauer des Laststufenschalters zu maximieren. Es wurde gezeigt, dass bei optimalem Betrieb die Aufnahmefähigkeit des Netzes für Photovoltaik durch Laststufenschalter in etwa verdreifacht werden kann.

Germanys Renewable Energy Act has led to a drastic increase of renewable energy generation in the past few years. Photovoltaic plants are mainly connected to the distribution grid and have a signicant impact on the grid operation. Typically, voltage band violations are observed in low voltage networks with high share of distributed generation before the electrical equipment reaches the thermal limits. One solution for voltage regulation in distribution grids - preferred by utilities - is the use of on-load tap changers (OLTCs). This increases the hosting capacity of the networks for PV systems and electro mobility and expensive grid extension can be avoided. A major concern of network operators is the lifetime of the OLTC. This thesis shows how the operation of OLTCs can be optimized. Simple rules are derived that enable the utilities to maximize both the hosting capacity of the network as well as the lifetime of the OLTC. It was demonstrated that OLTCs can triple the PV hosting capacity of the network if used at optimum.