morePV2grid: Spannungsregelung mittels PV-Wechselrichter – … · 2015-07-10 · 2 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morePV2grid / EnInnov2014 - v01 Inhalt / Projektübersicht

morePV2grid: Spannungsregelung mittels PV-Wechselrichter – Ergebnisse aus einem Feldtest Christoph Winter Fronius International GmbH Sparte Solarelektronik Froniusplatz 1 4600 Wels

2 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morePV2grid / EnInnov2014 - v01

Inhalt

/  Projektübersicht morePV2grid

/  Was ein PV-Wechselrichter kann

/  Problem und Problemlösungsbeitrag durch PV-Wechselrichter

/  Regelung von Wirk- und Blindleistung: lokal autonom

/  Bestätigung von Funktionalität und Wirksamkeit: Simulation, Labortest, Feldtest

/  Schlussfolgerungen

/  Handlungsempfehlungen und Ausblick

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Struktur

Projektübersicht: morePV2grid


Konzept

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Verwertung


Ergebnisse

/  Deutliche Erhöhung der netzverträglichen Dichte an PV-Anlagen

/  Optimierung von

Regelungsstrategien gemeinsam mit Netzbetrieb

/  Smart-Grid-Funktionalitäten

auch ohne Kommunikation wirksam realisierbar

/  Kooperatives Forschungs- und Demonstrationsprojekt

/  Konsortium aus Industrie, Forschung und Netzbetrieb

/  Forschungsförderung durch Klima- und Energiefonds

/  Gesamtbudget: 0,5 Mio Euro

/  Laufzeit: 2010-2013

Intelligente Wechselrichter unterstützen aktiv die Spannungshaltung im elektrischen Netz

/  durch optimierte, lokale Regelung von Wirk- und Blindleistung

/  und ohne übergeordnete Kommunikationstechnik.

Erprobung der Konzepte mittels Versuchsreihen /  in einem realen Netzgebiet /  mit regelbaren Fronius

Wechselrichtern

Mit Blindleistungsregelung kann die mögliche Einspeise-leistung um 20 bis 80 % erhöht werden. Mit Wirkleistungsoptimierung ist noch viel mehr möglich.

Fronius International GmbH / Christoph Winter / morePV2grid / EnInnov2014 - v01 3

Was ein PV-Wechselrichter kann: Betriebsbereiche (1)


Q

Pac cosφ Grenze z.B. 0,85 kap.

cosφ Grenze z.B. 0,85 ind.

Pdc

Udc

Snenn

Pdc [kW] Pac [kW]

Q [kVAr]

MPP



Q

Pac Pdc

Udc

Snenn

Pdc [kW] Pac [kW]

Q [kVAr]

MPP

Qmax



Q

Pac Pdc

Udc

Snenn

Pdc [kW] Pac [kW]

Q [kVAr]

MPP

Was ein PV-Wechselrichter kann: Wirkleistung (1)


Q



Pdc

Udc

MPP Snenn

Pdc [kW] Pac [kW]

Q [kVAr]

Was ein PV-Wechselrichter kann: Wirkleistung (2)


Q



Pdc

Udc

MPP Snenn

Pdc [kW] Pac [kW]

Q [kVAr]

Was ein PV-Wechselrichter kann: Blindleistung (1)


Q



Pdc

Udc

Snenn

Pdc [kW] Pac [kW]

Q [kVAr]

MPP



Q


Pdc

Udc

Snenn

Pdc [kW] Pac [kW]

Q [kVAr]

Qmax

Pdc,mpp,stc ≙ Snenn



Q


Pdc Snenn

Udc

Pdc [kW] Pac [kW]

Q [kVAr]

Pdc,mpp,stc < Snenn

Qmax

Problem: Spannungshaltung im Niederspannungsnetz


0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000.930.940.950.960.970.980.99

11.011.021.031.041.051.061.071.081.091.1

1.111.12

Distance (m)

Vol

tage

( p.

u.)

Voltage drop diagram for Over-Voltage critical node - 0437_090 - @ Sun | 13:16:23

Photovoltaic Phase 1 Photovoltaic Phase 2 Photovoltaic Phase 3

PV L3

PV L1

PV L2

Pow erFact ory 14. 0.5 20

mo re PV2 gr id

AI T - Au str i an Inst i tut e of T echnol ogy

Proj ekt: 02099 .1. 0 Graf ik: 0437 Dat um: 10. 02. 2011 Anha ng

PV L1

6_

98

_M

20

1

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M2_M

3

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_M

2

PV

PV( ..

PV( ..

PV( ..

PV( ..

PV( ..

PV( ..PV( 18)

Ex ter nes Netz

089_Las t

276_Las t

283_Las t

282_Las t

082_Las t 2082_Las t 1

275_Las t 2

083_Las t 1

083_Las t 2

201_Las t 2201_Las t 1

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238_Las t

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191_Las t 2191_Las t 1

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097_Las t212_Las t 2212_Las t 1

267_Las t 2267_Las t 1

178_Las t

081_Las t

PV( 19)

PV( ..

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PV( 6)

PV( ..

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PV( 2)

2_

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83

2_

K4_2

82

2_

27

6_

K4

2_

27

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89

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6

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M210

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TS

T-

04

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M201

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9

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M201

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TS

T-

04

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TS

T-

04

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TS

T-

04

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85

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K5_3

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TS

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78

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0

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K6_K

irch

e

DIg

SIL

EN

T

Quelle: AIT/morePV2grid


Problemlösungsbeitrag durch PV-Wechselrichter

/  Zieldefinition /  Erhöhung der integrierbaren PV-Anlagendichte in Niederspannungsnetzen

/  Maßnahmen /  Einsatz von Wirk- und Blindleistungsregelung zur Unterstützung der Spannungshaltung

/  Randbedingungen /  Lokale Autonomie (keine Kommunikationsinfrastruktur) /  Gewährleistung der Stabilität /  Vorrangig Blindleistungsaustausch mit einem Leistungsfaktor von minimal 0,85 /  Nachrangig Begrenzung der Wirkleistung /  Bedarfsorientierte Aktivierung (Minimierung von Blindarbeit, Netzverlusten und Ertragseinbußen) /  Schutzfunktionen bleiben unberührt


Regelung von Wirk- und Blindleistung: lokal autonom

/  Beispiele für Regelungsmechanismen

/  cos(φ) = konstant

/  cos(φ) = f(P)

/  Q = f(U)

/  Kombinationen Q = f(U) & P = f(U)

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U/UN 1,0 0,9

Q(U)

1,1 1,2 U/UN 1,0 0,9

Q(U)

1,1

ΔP(U)

1,2

14

Analyseschritte: Simulation, Labortest, Feldtest


PV12,38 kW

PV23,06 kW

PV35,13 kW

PV41,7 kW

PV53,06 kW

KK1

KK2

KK3

Stranglänge: ca. 850 m



Quelle: Energie AG/morePV2grid

Bestätigung der Wirksamkeit: Beispiel P&Q(U)-Regelung


Ø  Reduktion der max. Spannungsanhebung im betrachteten Strang von 4,9 % ohne Regelung um 2,25 Prozentpunkte auf 2,65 % mittels P&Q(U)

Ø  2/3 des Effekts durch Blindleistungregelung Q(U)

Ø  1/3 des Effekts durch Wirkleistungsreduktion P(U)

0,75 Prozentpunkte Reduktion der max.

Spannungsanhebung zwischen den beiden

Messpunkten

min. cosφ=0,85

16


Effekt der spannungsabh. Wirkleistungsreduktion P(U)


14:00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00 16:00:000.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

hour of day

P/P st

c

2013-08-16 14:00-16:00

ID 1 ID 2 ID 3 ID 5 Irradiation ID 3- Highres

Ø  Stufenlose Regelung Ø  Punktuelle Eingriffe Ø  Nicht eingespeiste Energie

gering (hier ca. 2,5 % innerhalb von 2 kritischen Stunden)

Änderungsgeschwindigkeit der Wirkleistung: 10 %/s (bezogen auf Pnenn)

17

Verlauf der Einstrahlung

Limitierung der Spannungsanhebung

Verlauf der Anlagenleistungen

5 min RMS 3 s RMS


Schlussfolgerungen

/  Funktionalität gegeben, Randbedingungen erfüllt /  Lokal autonome Unterstützung der Spannungshaltung durch PV-Wechselrichter /  Stabilität netzparalleler Anlagen in einem weiten Bereich sinnvoller Einstellmöglichkeiten /  Vorrangig Blindleistungsaustausch, nachrangig Begrenzung der Wirkleistung /  Bedarfsorientierte Aktivierung /  Schutzfunktionen bleiben unberührt

/  Wirksamkeit Q-Regelung /  Spannungsanhebung zwischen 20 % und 80 % technisch sinnvoll kompensierbar /  Anlagenbetreiber: Dimensionierung auf Scheinleistung

/  Wirksamkeit P-Regelung /  Einspeisebedingtes Überschreiten eines definierten Spannungswertes ausgeschlossen /  Anlagenbetreiber: „Anschlusszusage mit Ertragsverlust“


Handlungsempfehlungen und Ausblick

/  Einsatz der lokalen Regelungsvarianten zu empfehlen /  Lokale Q-Regelungen bereits in den Regelwerken; lokale P-Regelungen unstandardisiert /  „Smart Grid“ auch ohne Kommunikation praxistauglich, jedenfalls als Rückfallebene /  Mit Fernsteuerung weitere Optimierung möglich (vgl. Projekt DG DemoNet – Smart LV Grid)

/  Organisatorische Herausforderungen /  Berücksichtigung des Spannungsbandgewinns bei Netzplanung und Anschlussbeurteilung /  Einfache Handhabung durch Vereinbarung standardmäßiger Einstellungen /  Rechtlich-regulatorische Deckung einer „Anschlusszusage mit Ertragsverlust“

/  Weiterer Untersuchungsbedarf /  Analyse der Vor- und Nachteile unterschiedlicher Q-Regelungen, z.B. Q(U) versus cosφ(P) /  …


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