ZUQDE - salzburg.gv.at · Sollwertoptimierung durch ZUQDE und manuelle Ausgabe der Sollwerte...

2 Titel: Smart Grids

ZUQDE

Zentrale Spannungs- (U) und

Blindleistungsregelung (Q) für

dezentrale Einspeiser

Hydropower-Alpina, 12. März 2014 in Salzburg DI Rudolf Pointner, Salzburg Netz GmbH, Elektrische Netze

.


Smart Grid Ansatz: Von der nachfrageorientierten Erzeugung

zur erzeugungsorientierten Nachfrage!

= +

1. Verbrauch

steuern

Demand Side Managment

Nutzung virtueller Speicher

gesteuertes Laden E-Fahrzeuge

2. Mehr Speicher

ans Netz

Heute: Pumpspeicher

Zukünftig auch

geparkte E-Fahrzeuge (?)

Vehicle to Grid

Stationäre Akkus

Rotationsspeicher,

…

fluktuierend

3. Erzeugung

regeln steuerbar

Regelung Erneuerbare

Energie-Einspeiser,

Lastanpassung

…

Sm

art

Gri

ds

inte

llig

en

tes M

an

ag

em

en

t u

nd

Au

sg

leic

h

Beispiele

Wärmepumpe +

Pufferspeicher

Kühlhaus /

Gefriertruhen

Spülmaschine

http://www.salzburg-ag.at/uploads/pics/Logo.jpg


Ziele der Modellregion sind:

Bündelung aller Smart Grid Themenfelder und Fragestellungen

(Mehrwert aus Anwendungen & Projekten)

Forschung & Entwicklung mit Fokus auf

Technische Lösungen

Kundenintegration und -akzeptanz

Umsetzung des integrierten Gesamt-

konzepts in „Leuchtturm-Projekten“

im realen Umfeld.

Im Dezember 2009 wurde Salzburg vom Klima- und Energiefonds als 1. Smart Grids Modellregion Österreichs ausgezeichnet.

Smart Grids Modellregion Salzburg


Eckdaten 30-kV-Netz UW Lungau Stand 01.2014

Eine zentrale Übergabe zum übergeordneten 110-kV-Netz

MS-Netz: zwei getrennt betriebene Teilnetze Lungau Ost und Lungau West

256 km MS–Freileitung, 158 km MS-Kabel (414 km Gesamtnetzlänge)

376 Ortsnetzstationen

Fünf Umschaltstellen zu benachbarten MS-Netzen

Bezug 110/30-kV-Umspanner: Maximaler Bezug 2013: 31,2 MW (08.02. - 15:00)

Minimaler „Bezug“ 2013: -7,2 MW (03.06. - 01:50)

rund 22.000 Einwohner, 16 Gemeinden

Einspeisungen MSN: 15 Einheiten im MS-Netz (EPL 7,95 MW / Erzeugte Energie 2011 39.597 MWh)

3 Einheiten der Salzburg AG im MS-Netz (EPL 15,52 MW / Erzeugung 2011 48.000 MWh)

29 Einheiten im NS-Netz (EPL 0,42 MW / Erzeugte Energie 2011 979 MWh)

EPL insgesamt 23,9 MW

Erzeugte Energie gesamt 2011: 88.576 MWh

Anschlussanfragen MSN aktuell: 20 MW (Wasser, PV, Kleinanlagen Wind)


Historie Spg.-Regelung Netz Lungau Zwei 30-kV-Teilnetze im UW Lungau kompoundierte Spannungsregelung seit über 15 Jahren

UM1 (Netz-West): keine Kompoundierung

UM2 (Netz-Ost): Betrieb mit Kompoundierung

Vorgaben für KW-Einspeisungen seit über 10 Jahren

KW Zederhaus (13 MW, Salzburg AG) untererregter Betrieb

cos - Vorgaben an Einspeiser

seit 2007 (Bestand damals 2,9 MW inst. EPL am betroffenen 30-kV-Abzweig,

mit Anschluss und IBS KW Geißbach 700 kW zusätzlich):

U-abhängige Q-Regelung im Rahmen Netzanschluss vorgeschrieben (auch für benachbartes KW Kendlbruck 2 mit 2500 kW)

Netzbetrieb im Ring

ab Sommer 2012

3 weitere KW-Projekte: KW Klölingbach (IBS erledigt), KW Turrach (IBS erledigt), KW Mieslitzbach (in Diskussion)

zusätzlicher Ringbetrieb von 2 Abzweigen mit „Sollbruchstelle“ zur Spannungsstützung nötig


Lageschema

KKW Lungau

KW Leistungen (30 kV-Netz):

Zaunschirm: 900 kW

Graggaber: 700 kW + 400 kW

(Einspeisung ins NSN-Netz)

2007

2012

ggf. 2012

2012

aktuelle KW Projekte

eingebunden in die

Smart -Grids-Projekte


Regelungsmöglichkeiten S

pa

nnu

ng

Leitungslänge (l)

UN

Umax

Umin

R+jX R+jX R+jX R+jX

Verbraucher

Leitungs-

abschnitte

Einspeiser

I

G G

Verbraucher + dezentrale Einspeisung ohne Regelung Verbraucher + dezentrale Einspeisung mit Regelung

Trafostufung Verbraucher + dezentrale Einspeisung mit Regelung

Blindleistung Generatoren

Q Q

© Salzburg AG, Netze


Regelungsmöglichkeiten S

pa

nnu

ng

Leitungslänge (l)

UN

Umax

Umin

R+jX R+jX R+jX R+jX

Verbraucher

Leitungs-

abschnitte

Einspeiser

I

G G

Verbraucher + dezentrale Einspeisung ohne Regelung Verbraucher + dezentrale Einspeisung mit Regelung

Trafostufung Verbraucher + dezentrale Einspeisung mit Regelung

Blindleistung Generatoren

Q Q


Verbraucher + dezentrale Einspeisung mit Regelung

Trafostufung und Blindleistung Generatoren


Projekt ZUQDE

powered by

Laufzeit: Juli 2010 – April 2012

Kosten: 543.221,- € , davon KLIEN-Förderung: 217.288,- €


U 110 kV

P, Q LTC

Sicherung

Kabel

30 kV

0,4 kV

P1, Q

1

∼

∼

∼

Pi, Qi

Pm, Q

m

I I I P, Q

DSSE U

cal (1) ... U

cal(n)

Un ± 7% +

-

Zentraler Spannungs-

und Blindleistungs-

Regler

Projekt ZUQDE

Zentrale Spannungs(U)- und Blindleistungs(Q)-Regelung für dezentrale Erzeuger

Implementieren einer automatischen, zentral gesteuerten Spannungs- und Blindleistungsregelung von Transformatoren, Erzeugern und Lasten mit dem Ziel, die Aufnahmekapazität des Verteilnetzes für dezentrale Erzeugung aus erneuerbaren Energien wesentlich zu erhöhen.

Zentrale Spannungs-/ Blindleistungsoptimierung wird in das bestehend Prozessrechnersystem integriert

Optimierung von Netzknoten im MS-Netz (Spannungshaltung, Blindleistungs-Management, Verlustminimierung)

Optimierung inklusive übergeordnetes 110-kV-Netz bzw. untergeordnetes NS-Netz

Prototypische Entwicklung + „Closed-Loop“ Demo-Betrieb im Testnetz Lungau (Land Salzburg)


ZUQDE Multisite Betrieb

ZUQDE Server

Verteilnetz

Modell „State Estimation“

Dynamische Prozessdaten Messwerte

Schaltzustände (inkl. JGC)

…

Statische Daten

Kennwerte der Netzelemente Stufensteller, PQ-Diagramme

Lastprofile ….

Fernwirk

WAN

Prozess-

rechner

Einstellwerte

Sollwert Trafostufung

Blindleistungssollwerte

Netz

Spannungs-

Blindleistungs-

Regler

Bestehendes Netzleitsystem

SCADA-System Siemens Spectrum™ Power 4.5.1

• Dateneingabe erfolgt am Hauptsystem über Listen (Statische Daten)

• Befehlsausgabe erfolgt über das Hauptsystem


ZUQDE Regelungsablauf

Auslöser des Regelprozesses

Netzzustandsänderungen: Topologieänderung

Periodisch: 5 bis 15 Minuten

1. Lastflussberechnung mit aktuellem Netzzustand

Topologie und Messwerte

2. Kontrolle der Spannungen auf Grenzwertverletzungen

3. Ermittlung neuer Sollwerte

Schienenspannung, Blindleistung der dezentralen Kraftwerke

4. Optimierung Ausgabereihenfolge der Sollwerte

Keine Grenzwertverletzungen während der „Einstellphase“

5. Ausgabe der neuen Sollwerte

Reglerdesign und Testszenarien müssen

an die Betriebsanforderungen angepasst werden

Open Loop Betrieb: Sollwertermittlung und manuelle Sollwertausgabe

Closed Loop Betrieb: Sollwertermittlung und automatische Sollwertausgabe


ZUQDE–Implementierung vor Ort (1) Messpunkte im Netz („entlegene“ Trafostationen) sind mess- und fernwirktechnisch auf zu rüsten:

SS-Spannung, Gefahrenmeldungen (nur eine Melderichtung der Daten)

zur Kontrolle der Auswirkungen von SW-Vorgaben an Umspanner und Einspeiser

5 Trafostationen wurden fernwirktechnisch und mit Wandlermessungen ausgestattet,

1 vorhandene Umspannstation mit Messwertübertragung wird auch berücksichtigt

Sicam 1703emic (angebunden über ModBus) leitet U-Messwerte über Funk- oder LWL Verbindung an zentralen

Fernwirkkopf im UW weiter

Bereitschaft und Zustimmung der KKW-Betreiber für den Zugriff auf ihre Erzeugungsanlagen ist ein zu holen:

3 Anlagenbetreiber, 4 Generatoren (Einspeisung in 30-kV-Ebene):

KW Zaunschirm 900 kW

KW Graggaber Maschine 1 700 kW

KW Graggaber Maschine 2 400 kW

KW Kendlbruck 2 2500 kW

Verträge wurden vorbereitet und abgeschlossen

(Fragen der Versicherung, Verdienstentgang, ... sind zu regeln)

mit Anlagenausrüstern wurde der Umbau Regeleinrichtungen

abgestimmt (Angebot) und umgebaut


ZUQDE Aufrüstung Trafostationen

Wimax-

Antennenmast

Funkeinrichtung

Spannungswandler

für Messung

Zubehör für Messung

und Datenübertragung


ZUQDE Bsp. Umbauten Erzeugungsanlagen

KW Graggaber M2 (400 kW) vorne, M1 (700 kVA) hinten

Antenne KW Graggaber

Motorpotentiometer KW Graggaber

Digitales Potentiometer KW Graggaber

für beide Generatoren


Anzeige und Bedienung alle relevanten Befehle/

Rückmeldungen aus dem Projekt ZUQDE im PR-Hauptsystem

Grenzwertüberwachte Messwerte von 5 Trafostationen

Für die Inbetriebnahme des Systems erforderlich, Validierung und Parametrierung

Im Betrieb für Kontrollzwecke und der Verifizierung der Ergebnisse


Inbetriebnahme von ZUQDE

5 - stufiger Prozess

1. Online Tests zur Verifizierung der Eingangsdaten Data Validation

Verifizierung der State Estimation

2. Open Loop Testphase Sollwertoptimierung durch ZUQDE und manuelle Ausgabe der Sollwerte

Manuelle Sollwertvorgabe für die einzelnen Regelglieder

Test der typischen Lastfälle, KW 51, 2011 (19.12. – 22.12.2011)

Bewusstes Annähern an die Betriebsspannungsgrenzen Durch manuelle Positionierung des Stufenstellers


Inbetriebnahme von ZUQDE

3. Schulung der Wartemitarbeiter Parallel zu 1 und 2 (Schichtdienst)

Technische Grundlagen und Betrieb

Großes Interesse an der Lösung

4. Closed Loop Testphase Closed Loop Betrieb unter ständiger Beobachtung

Mehrere Termine je Werktag innerhalb einer Woche Maximallast, Minimallast, TRA-Schaltzeitpunkte, große Variation der Hochspannung (KW-Einsatz und Pumpbetrieb)

KW 2, 2011 (09.01. – 13.01.2012)

5. Closed Loop Betrieb Start am 13.01.2012, Freitag


Closed Loop Betrieb – Wirkungsweise

Ergebnis der Optimierung am Bsp. eines Abzweiges Vergleich der aktuellen Regelung mit ZUQDE

Berücksichtigung einer Schaltungs- und Planungsreserve

Grenzen für ZUQDE sind enger gewählt als die Betriebsspannungsgrenzen

Einfluss der Generatorregelung

kapazitiv


Closed Loop Betrieb - Betriebserfahrung Ergebnis der Optimierung für die Modellregion

Einfluss der Trafostufengröße

Berücksichtigung der Blindleistungsregelung

Normalbetrieb ZUQDE – mit Generatorregelung

ZUQDE: Geringerer Spannungsbandbedarf Spannungsbandgewinn

ZUQDE: Höhere Konstanz der Knotenspannung

ZUQDE – ohne Gen. Regelung


Betriebsführung wird komplexer und „mit weniger Reserven“

ZUQDE-Betrieb erfordert Eingreifen des Netzbetreibers in KW-Regelung

neue Situation für beide Parteien - im Rahmen Neuanschluss von KW

problemlos im Vorhinein zu fixieren (Kosten Anschlussalternativen)

Aufwand Datenerhebung und Inbetriebsetzung System: Betriebsdaten der KW erforderlich (PQ-Diagramme, Impedanzen, …)

Aufwand Umrüstung bestehende Anlagen – sehr viele (alle möglichen?) unterschiedliche

Problemstellungen sind zu lösen

Datenanbindung ans Fernwirksystem, Datenpunkttest bei IBS

Einstellung / Abgleich der Parameter für Betrieb

Standardisierung ist wichtig für „Plug & Play“ bei neuen Anlagen Vorgaben für Parametereinstellungen / Betriebskennlinien durch NB, …

Auswirkungen im Netzbetrieb


Idee der

Koordinierten Spannungsregelung

funktioniert –

technisch / betrieblich und wirtschaftlich

ZUQDE als Lösung funktioniert

zufriedenstellend

Implementierung ZUQDE

in neues Spectrum-Release

Fazit


Endbericht Projekt ZUQDE ist

downloadbar auf Webpage

www.smartgridssalzburg.at

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Zwischenergebnisse und Highlights

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www.smartgridssalzburg.at


http://www.smartgridssalzburg.at/http://www.smartgridssalzburg.at/


Salzburg Netz GmbH

Dipl.-Ing. Rudolf Pointner

Elektrische Netze

[email protected]

Fragen und

Diskussion …

Kontakt:
mailto:[email protected]

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