morePV2grid: Von Simulationen zu Labor- und Feldtests, der ...
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morePV2grid:
Von Simulationen zu Labor- und Feldtests, der Weg für
die Umsetzung einer lokalen Spannungsregelung
Benoît Bletterie
Senior Engineer
Energy Department, AIT
Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon0
2000
4000
6000
Active P
ow
er
(W)
Day
Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon-200
0
200
400
600
800
Reactive P
ow
er
(VA
r)Day
0 5 10 15 20 250
200
400
600
800
1000
1200
Time (h)
Irra
dia
nce (
W/m
2)
20050116
1 s values
10 min average
0 5 10 15 20 250
200
400
600
800
1000
1200
Time (h)
Irra
dia
nce (
W/m
2)
20050709
1 s values
10 min average
0 5 10 15 20 250
200
400
600
800
1000
1200
Time (h)
Irra
dia
nce (
W/m
2)
20040913
1 s values
10 min average
0 5 10 15 20 250
200
400
600
800
1000
1200
Time (h)
Irra
dia
nce (
W/m
2)
20050121
1 s values
10 min average
0 5 10 15 20 250
200
400
600
800
1000
1200
Time (h)
Irra
dia
nce (
W/m
2)
20050212
1 s values
10 min average
0 5 10 15 20 250
200
400
600
800
1000
1200
Time (h)
Irra
dia
nce (
W/m
2)
20050621
1 s values
10 min average
Lastprofile:
PL1, PL2, PL3
QL1, QL2, QL3
Sekundenwerte
PV Profile:
Sekundenwerte für
repräsentative Tage
Was ist neu?
Hoch aufgelöste Messdaten
Unsymmetrische
Simulationen (3-4L)
B. Bletterie, Smart Grids Week | Salzburg 2013 AIT | 2
Was ist bei der Simulation Niederspannungsnetze anders?
Am entferntesten Knoten:
R/X~2,5
Kompensation ~20% @cos=0,9
0 0.05 0.1 0.15 0.20
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2Voltage sensitivity of the 0.4 kV nodes
U/P (%/kW)
U
/ Q
(%
/kV
ar)
∆𝑼 ≈ 6 ∙𝑹 ∙ 𝑷
𝑼𝑵𝟐
∙ 𝟏 − 𝒕𝒂𝒏 𝝋 ∙𝟏
𝑹 𝑿
Ende vom Strang
Trafostation
Bei symmetrischen Bedingungen:
B. Bletterie, Smart Grids Week | Salzburg 2013 AIT | 3
Bei unsymmetrischen Bedingungen:
∆𝑼 ≈ 6 ∙𝑹 ∙ 𝑷
𝑼𝑵𝟐 6 ∙ ?
Wirksamkeit der Q-basierte U-Regelung in
Niederspannungsnetzen
Weakest node
(R/X~1.4) Distr. station
-1 -0.99 -0.98 -0.97 -0.96 -0.95 -0.94 -0.93 -0.92 -0.91 -0.9 -0.89 -0.88 -0.87 -0.86 -0.85-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Voltage d
evia
tion (
%)
3-phase infeed
uL1n
uL2n
uL3n
un
-1 -0.99 -0.98 -0.97 -0.96 -0.95 -0.94 -0.93 -0.92 -0.91 -0.9 -0.89 -0.88 -0.87 -0.86 -0.85-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Voltage d
evia
tion (
%)
single-phase infeed L1
-1 -0.99 -0.98 -0.97 -0.96 -0.95 -0.94 -0.93 -0.92 -0.91 -0.9 -0.89 -0.88 -0.87 -0.86 -0.85-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Power factor (-)
Voltage d
evia
tion (
%)
single-phase infeed L1&L2
Zref=0,4+j0,25
(IEC 60725):
3Ø: 5 kW pro Phase
1Ø: 5 kW@L1
2Ø: 5 kW@L1
2Ø: 5 kW@L2
UL2N sinkt
UL1N wenig kompensiert
B. Bletterie, Smart Grids Week | Salzburg 2013 AIT | 4
Blindleistungsbezug
Wirksamkeit der Spannungsregelung (cos(P)) bei
unsymmetrischen Bedingungen
0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Maximal voltage rise of L1 L2 L3 (p.u.)
cdf
Achievable reduction by reassignment
0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Maximal voltage rise of L1 L2 L3 (p.u.)
cdf
Achievable reduction by reassignment
0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Maximal voltage rise of L1 L2 L3 (p.u.)
cdf
Achievable reduction by reassignment
0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Maximal voltage rise of L1 L2 L3 (p.u.)
cdf
Achievable reduction by reassignment
0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Maximal voltage rise of L1 L2 L3 (p.u.)
cdf
Achievable reduction by reassignment
0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Maximal voltage rise of L1 L2 L3 (p.u.)
cdf
Achievable reduction by reassignment
0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Maximal voltage rise of L1 L2 L3 (p.u.)
cdf
Achievable reduction by reassignment
Handgriffe: Handgriffe: 1 Handgriffe: 2 Handgriffe: 3 Handgriffe: 4 Handgriffe: 5
B. Bletterie, Smart Grids Week | Salzburg 2013 AIT | 5
© Österreichs E-Wirtschaft
© Siemens
Probabilistische Methoden für die Netzplanung – Optimale
Phasenzuordnung mit Smart Meters (Monte carlo / Pareto)
L2 L1 L3
ZaL1
ZaL2
ZaL3
Z1N
AC Sim
WRaL1 WRaL2 WRbL1
ZbL1
Reference impedance
Additional impedance
a b
ZbN
B. Bletterie, Smart Grids Week | Salzburg 2013 AIT | 6
Qmax/Pmax
- Qmax
Q,P
Δu
+10 %
EN
50160
10 m
in p
rote
ction
Fast U
> p
rote
ction
© AIT
Labortests – Aufbau
-1 -0.5 0 0.5 10
0.2
0.4
0.6
0.8
1
PQ Diagram (EuT: Inv L1b, Phase L1-N / Node b)
Control: Avg. Time=32 cyc., Q/t=200% / s
Reactive Power (p.u.)
Active P
ow
er
(p.u
.)
Operating Area
PQ Trajectory
0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Q(U) Diagram (EuT: Inv L1b, Phase L1-N / Node b)
Control: Avg. Time=32 cyc., Q/t=200% / s
Voltage (p.u.)
Reactive P
ow
er
(p.u
.)
Q(U) Trajectory
Q(U) Characteristic
UMAX
[1.09 0.91]
UDB
[1.07 0.93]
0 5 10 15 20 25 300.9
0.95
1
1.05
1.1
1.15
Inverter and Grid Voltage (EuT: Inv L1b, Phase L1-N / Node b)
Control: Avg. Time=32 cyc., Q/t=200% / s
Voltage (
p.u
.)
ULN
|UMAX
|
|UDB
|
0 5 10 15 20 25 30
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Inverter Active and Reactive Power
Time (s)
Active a
nd R
eactive P
ow
er
(p.u
.)
P
Q
S
|QMAX
|
|QMAX
(t)|
0 10 20 30 40 50 60 70 80 900.9
0.95
1
1.05
1.1
1.15
Inverter and Grid Voltage (EuT: Inv L1a, Phase L1-N / Node a)
Control: Avg. Time=1 cyc., Q/t=200% / s
Voltage (
p.u
.)
ULN
|UMAX
|
|UDB
|
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Inverter Active and Reactive Power
Time (s)
Active a
nd R
eactive P
ow
er
(p.u
.)
P
Q
S
|QMAX
|
|QMAX
(t)|
Labortests – Beispielhafte Ergebnisse
0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Q(U) Diagram (EuT: Inv L1a, Phase L1-N / Node a)
Control: Avg. Time=1 cyc., Q/t=200% / s
Voltage (p.u.)
Reactive P
ow
er
(p.u
.)
Q(U) Trajectory
Q(U) Characteristic
UMAX
[1.09 0.91]
UDB
[1.07 0.93]
-1 -0.5 0 0.5 10
0.2
0.4
0.6
0.8
1
PQ Diagram (EuT: Inv L1a, Phase L1-N / Node a)
Control: Avg. Time=1 cyc., Q/t=200% / s
Reactive Power (p.u.)
Active P
ow
er
(p.u
.)
Operating Area
PQ Trajectory
B. Bletterie, Smart Grids Week | Salzburg 2013 AIT | 7
PowerFactory 14.1.3
ON 01636 KRENGLBACH STRANG 9
Erstellt von: Streif Michael, Kirchhofer Martin
Projekt: mPV2grid
Grafik: Netz
Datum: 18.10.2012
Anhang
Richtung_PV_6162_v_RE
KK_NEU_SS_RECHTSKK_NEU_SS_LINKS
KK31835
Richtung_PV_6162_v_LI
RI_KK_NEU_SS_RE
Richtung_KK31843
RI_KK_NEU_SS_LI
Richtung_KK31841
60751218
01636_ON_Kenglbach_NS-Verteiler
KK31834
KK31838
60781461
KK31842
6003524960035165
6003524160739618
60035225
KK31841
KK31480
60035216
MU85292539
60035207
MU85292529
6003520060035178
MU85292525
60256424
6075859160035193
60256425
60035256
6076170660743000
60720090
60701284
60035272
KK31839
KK31837
60727815
60822203
KK31836
60035264
60035157
STRANG9_0163609
Trafostation 01636_Krenglbach_HS
60766956
60733031
KK31843
MU99277417
60717598
60791421
60775170
KK31844
60770806 60712099
ON
_Tra
fo_4
00
kV
A_2
7.5
/0.4
kV
RIN
GV
ER
BIN
DU
NG
_N
EU
_K
K31
837
/KK
318
43
LS/TR Schalter_PV_6162_v_LI LS/TR Schalter_PV_6162_v_RE
141020a_YY_4x16
PV_7473_1
67282 1010642
PV_7473_2
63063 1507421
369559_YY_4x16
PV_5997
PV_6162
1528889
1016446900958
408847
913298446741
91186 140785
705846 6648561582006
603082
RINGSCHALTER_N-Unterbr_Richtung_KK_31841
1576887
78101
635789
141031a_AYY_4x150
277240_YY_4x16
277237_XAY2Y_4x150
141034_YY_4x16141033_YY_4x16
141035_YY_4x16369560_YY_4x16
141032_YY_4x16
RINGSCHALTER_NEU_Richtung_KK_31835
141019_XAY2Y_4x150
277239_XAY2Y_4x150
340955_YY_4x16369558_YY_4x16
461853_YY_4x16
RI_KK_NEU_SS_LI_XAY2Y_4x150
542313542303
Richtung_KK_NEU_SS_RECHTS
1524275
554803
Richtung_KK_NEU_SS_LINKS
1016226
141026_YY_4x16141025_YY_4x16
1555195
1548875
748667
693599
666473 3026270
141020_YY_4x16
923556
141
03
9_
AY
Y_
4x
150
141
02
1_
XA
Y2
Y_
4x
15
0
787198 1528644
1509068
461859_HA_frd_Cu_4x16
1009061
141042_YY_4x16
625818
277
24
1_
XA
Y2
Y 4
x1
50
PV_6178
141024_XY2Y_4x16
RI_KK_NEU_SS_RE_XAY2Y_4x150
141023_AYY_4x150
461855_HA_frd_Cu_4x16
461854_HA_frd_Cu_4x16461857_HA_frd_Cu_4x16
30_kV_Netz
LS/TR Schalter_STRANG9
760857 40962812170
141037_YY_4x16
1005113
547339_YY_4x16
369561_YY_4x16
141030_YY_4x16
369562_YY_4x16
516823
141029_YY_4x16
141027_AYY_4x150
1010025386202
141028_YY_4x16
369556_AYY_4x150
141040_YY_4x16
141041_YY_4x16
461858_HA_frd_Cu_4x16
340954_HA_frd_Cu_4x16
176071_XY2Y_4x25
340956_HA_frd_Cu_4x16
356660_HA_frd_Cu_4x16
293983_XAY2Y 4x150
461856_XY2Y_4x16
369557_XAY2Y_4x150
277238_XAY2Y_4x150
DIg
SIL
EN
T
PowerFactory 14.1.3
ON 01636 KRENGLBACH STRANG 9
Erstellt von: Streif Michael, Kirchhofer Martin
Projekt: mPV2grid
Grafik: Netz
Datum: 18.10.2012
Anhang
Richtung_PV_6162_v_RE
KK_NEU_SS_RECHTSKK_NEU_SS_LINKS
KK31835
Richtung_PV_6162_v_LI
RI_KK_NEU_SS_RE
Richtung_KK31843
RI_KK_NEU_SS_LI
Richtung_KK31841
60751218
01636_ON_Kenglbach_NS-Verteiler
KK31834
KK31838
60781461
KK31842
6003524960035165
6003524160739618
60035225
KK31841
KK31480
60035216
MU85292539
60035207
MU85292529
6003520060035178
MU85292525
60256424
6075859160035193
60256425
60035256
6076170660743000
60720090
60701284
60035272
KK31839
KK31837
60727815
60822203
KK31836
60035264
60035157
STRANG9_0163609
Trafostation 01636_Krenglbach_HS
60766956
60733031
KK31843
MU99277417
60717598
60791421
60775170
KK31844
60770806 60712099
ON
_Tra
fo_4
00
kV
A_2
7.5
/0.4
kV
RIN
GV
ER
BIN
DU
NG
_N
EU
_K
K31
837
/KK
318
43
LS/TR Schalter_PV_6162_v_LI LS/TR Schalter_PV_6162_v_RE
141020a_YY_4x16
PV_7473_1
67282 1010642
PV_7473_2
63063 1507421
369559_YY_4x16
PV_5997
PV_6162
1528889
1016446900958
408847
913298446741
91186 140785
705846 6648561582006
603082
RINGSCHALTER_N-Unterbr_Richtung_KK_31841
1576887
78101
635789
141031a_AYY_4x150
277240_YY_4x16
277237_XAY2Y_4x150
141034_YY_4x16141033_YY_4x16
141035_YY_4x16369560_YY_4x16
141032_YY_4x16
RINGSCHALTER_NEU_Richtung_KK_31835
141019_XAY2Y_4x150
277239_XAY2Y_4x150
340955_YY_4x16369558_YY_4x16
461853_YY_4x16
RI_KK_NEU_SS_LI_XAY2Y_4x150
542313542303
Richtung_KK_NEU_SS_RECHTS
1524275
554803
Richtung_KK_NEU_SS_LINKS
1016226
141026_YY_4x16141025_YY_4x16
1555195
1548875
748667
693599
666473 3026270
141020_YY_4x16
923556
141
03
9_
AY
Y_
4x
150
141
02
1_
XA
Y2
Y_
4x
15
0
787198 1528644
1509068
461859_HA_frd_Cu_4x16
1009061
141042_YY_4x16
625818
277
24
1_
XA
Y2
Y 4
x1
50
PV_6178
141024_XY2Y_4x16
RI_KK_NEU_SS_RE_XAY2Y_4x150
141023_AYY_4x150
461855_HA_frd_Cu_4x16
461854_HA_frd_Cu_4x16461857_HA_frd_Cu_4x16
30_kV_Netz
LS/TR Schalter_STRANG9
760857 40962812170
141037_YY_4x16
1005113
547339_YY_4x16
369561_YY_4x16
141030_YY_4x16
369562_YY_4x16
516823
141029_YY_4x16
141027_AYY_4x150
1010025386202
141028_YY_4x16
369556_AYY_4x150
141040_YY_4x16
141041_YY_4x16
461858_HA_frd_Cu_4x16
340954_HA_frd_Cu_4x16
176071_XY2Y_4x25
340956_HA_frd_Cu_4x16
356660_HA_frd_Cu_4x16
293983_XAY2Y 4x150
461856_XY2Y_4x16
369557_XAY2Y_4x150
277238_XAY2Y_4x150
DIg
SIL
EN
TFeldtests - Vorbereitung
Netzumbau um die Auswirkung der
PV Anlagen zu erhöhen:
Verlegung eines Kabels
(Erhöhung des Angriffsfaktor)
Umschaltung der Anlagen auf die
gleiche Phase
Situation:
U @ ohne Regelung: 4,9 %
U @ mit Q: 3,6 %
Kompensation mit Q: 26 %
Kompensation mit P: 100 %
B. Bletterie, Smart Grids Week | Salzburg 2013 AIT | 8
© m
edia
gra
m
Feldtests - Messungen
Testplan mit verschiedenen
Regelmodi
Wechselrichter-Monitoring
(Solar.access)
Grundsätzliche Überprüfung der Funktion
„Feldtest-Betrieb“ wöchentliche Auswertung
Dauer Power-Monitoring (PQIU, 3 s Auflösung)
(bei einer PV Anlagen)
Dauer Power-Quality Monitoring
(3 Kabelkästen)
Power Snap Shots
B. Bletterie, Smart Grids Week | Salzburg 2013 AIT | 9
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10-0.6
-0.55
-0.5
-0.45
-0.4
-0.35
-0.3
-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
Voltage deviation u-uN (%)
Reactive p
ow
er
(p.u
.)
PV-installation Drumm
Date: 2013-04-12 - 2013-04-18
Active p
ow
er
(p.u
.)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Erste Auswertungen Q&P(U)-Regelung
B. Bletterie, Smart Grids Week | Salzburg 2013 AIT | 10
smartEST
B. Bletterie, Smart Grids Week | Salzburg 2013 AIT | 11
© A
IT/K
rischanz u
nd Z
eile
r
Danke für Ihre Aufmerksamkeit
BENOÎT BLETTERIE
Energy Department
Electric Energy Systems
AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Giefinggasse 2 | 1210 Vienna | Austria
T +43(0) 50550-6355
[email protected] | http://www.ait.ac.at