Fallstudie PCS100 AVR Intelligente Spannungsregelung für Netze

Fallstudie
PCS100 AVR Intelligente Spannungsregelung für Netze mit
dezentraler Stromerzeugung
Die Betreiber von Verteilnetzen müssen
sich neuen Herausforderungen stellen,
die sich aus der dezentralen Stromerzeugung ergeben.
Spannungseinbrüche sind nicht mehr
das Hauptproblem sondern Spannungserhöhungen, verursacht durch Solar
und Windeinspeisung. ABB hat mit dem
PCS100 AVR eine Lösung für die
Spannungshaltsprobleme entwickelt
und erprobt. Der PCS100 AVR trägt
somit zu einer effizienten und
zuverlässigen Stromversorgung bei.
Hintergrund
In die heutigen Mittelspannungs- (< 33 kV) und
Niederspannungsnetze (<1 kV) wird vermehrt Strom aus
Photovoltaikanlagen (PV), der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) und
Windkraftanlagen eingespeist. In der Vergangenheit wurden die
Netze zur Versorgung der Verbraucher ausgelegt. Heute stellt die
dezentrale Stromerzeugung neue Anforderungen an die
Verteilnetze. Hinsichtlich der Spannungshaltung ist nicht länger nur
der Spannungsfall, sondern der Spannungsanstieg in
Einspeisesituationen zu berücksichtigen. Neue Lösungen der
Spannungsregelung sind gefordert als effiziente Alternative zum
klassischen Netzausbau.
Die Aufgabe
Spannungshaltungsprobleme, verursacht durch extreme
Energieeinspeise- und Verbrauchsszenarien sehen wir bereits
in vielen Netzen. Die europäische Norm EN 50160 definiert
die Kriterien für die Spannungsqualität mit ±10 % der
Nennspannung. Dieser Bereich wird in vielen Netzen heute
bereits nicht mehr eingehalten. Ein Großteil der SolarWechselrichter geht bereits bei 5-7% Überspannung in Fehler.
Da auch zukünftig ein verstärkter Ausbau der dezentralen
Einspeisung erwartet wird, ist mit einer Verschärfung des
Problems zu rechnen. Bisher wurde die Spannung im
Verteilnetz durch einen Laststufenschalter auf der Primärseite
der Hoch - / Mittelspannungstransformatoren reguliert.
Weitere aktive Einrichtungen zur Spannungsregelung im
Verteilnetz waren nicht erforderlich.
Die Energieversorger sind oft per Gesetz (EEG) verpflichtet,
den Anschluß von Erneuerbaren zuzulassen. In Deutschland
sind bereits zahllose PV-Anlagen installiert worden. Von einer
weiteren, signifikanten Erhöhung der Einspeisung in den
nächsten Jahren darf insbesondere in ländlichen Gebieten
ausgegangen werden.
Für die Außenaufstellung ausgelegter PCS100 AVR
Dabei verfügen die weitläufigen, ländlichen Netze aufgrund
der deutlich geringeren Lastdichte zumeist noch über
ausreichende Übertragungskapazität. Die zulässige
Erzeugungsleistung wird deutlich häufiger durch die
Spannungserhöhung begrenzt und nicht durch die
Stromtragfähigkeit des Netzes. Ein weiterer wichtiger Faktor
in diesem Zusammenhang ist die mangelnde Flexibilität oder
das Fehlen aktiver Einrichtungen zur Spannungsregelung,
wenn sich die Bedingungen erneut ändern. Hier erweist sich
die kundennahe Spannungsregelung durch eine Verringerung
der Spannungsbandrestriktionen und somit verbesserte
Ausnutzung der Übertragungskapazität bestehender Netze
als vorteilhaft. Konventionelle Netzausbauten zum Anschluss
weiterer dezentraler Erzeuger können so zeitlich verzögert
werden und fokussiert dort erfolgen, wo vorhandene
Verteilungsnetze an die Grenze ihrer Aufnahmekapazität
stoßen.
Highlights
Regelung der Spannung in einem Bereich von ±10 % der
Nennspannung
Schnell, stufenlos und genau ohne bewegliche Teile
Universell einsetzbar und schnell zu installieren
Neue Anwendung bewerter Technologie
Ausgelegt für die Aufstellung im Freien
3~supply
3~output
Secondary
Distribution
transformer
Load
Primary
Boost transformer
Bypass
( if no 400/480V
supply )
Rectifier & inverter
The PCS100 AVR low voltage solution
Die Lösung
ABB hat eine langjährige Erfahrung in Entwicklung und Bau
von Spannungsreglern (active voltage conditioner). Die
Spannung wird mittels eines Serientransformators und eines
Umrichters im Millisekundenbereich korrigiert. Mehr als
500 MVA installierter Leistung in den sensibelsten
Anwendungen beweisen die herausragende Stellung von
ABB auf diesem Gebiet.
Als Marktführer in dieser Technologie hat ABB die
Produktpalette erweitert, um nun auch Spannungsprobleme
im Versorgungsnetz zu lösen. Der PCS100 AVR (active
voltage regulation) adressiert Regelungsprobleme im
Verteilnetz in Verbindung mit dezentraler Erzeugung. Er ist
ausgelegt zur kontinuierlichen und dynamischen Ausregelung
von Spannungsschwankungen im Bereich von ±10 %.
Er verfügt über eine integrierte Bypass-Funktion, die im
Fehlerfall den Serientransformator kurzschliesst, den
Umrichter trennt und die Last unterbrechungsfrei auf das Netz
schaltet.
Lösung 1 (Niederspannung)
Bei führenden Energieversorgern in Europa in der Erprobung
Bei dieser Lösung ist der PCS100 AVR direkt in die
vorhandene Ortsnetzstation integriert oder daneben installiert.
Der PCS100 AVR ist in Reihe zwischen der Sekundärseite des
Mitttel-/Niederspannungstransformators und der
Niederspannungsschiene der Ortsnetzstation angeschlossen.
Vorteile
Der entscheidende Vorteil dieser Konfiguration besteht in
der einfachen Realisierbarkeit und der Möglichkeit, die
vorhandene elektrische Infrastruktur weiter zu nutzen. Der
PCS100 AVR kann auch schnell und einfach wieder
entfernt werden, wenn sich die Netzkonfiguration oder
die Spannungsprobleme ändern. Durch den modularen
Aufbau ist der PCS100 AVR anpassbar an gängige
Bemessungsleistungen von Verteiltransformatoren wie z.B.
400 kVA oder 630 kVA.
2 Case Study | PCS100 Active Voltage Regulator
Schaltplan des PCS100 AVC und des PCS100 AVR
© ABB Group
May 31, 2011 | Slide 1
Lösung 2 (Mittelspannung)
In Deutschland in der Erprobung
Bei der zweiten Lösung wird der PCS100 AVR als
Mittelspannungsregler für 10 kV oder 20 kV mit einer Last
von mehreren MVA und einem Spannungsregelbereich
von ± 10 % eingesetzt. Im Rahmen eines Forschungs projektes mit einem namhaften Energieverorger wurde der
PCS100 AVR zentral in eine 20 kV Leitung eingebaut, um
abgangseitig mehr als 60 Ortnetzstationen eine
verbesserte Spannungsqualität bereitzustellen.
Vorteile
Der PCS100 AVR MV kann Spannungsprobleme an
zentraler Stelle für eine Vielzahl von Ortsnetzen lösen. Diese
Variante bietet einen wirtschaftlichen Vorteil im Vergleich zu
vielen dezentralen Einheiten an den Ortsnetzstationen.
Technische Daten
PCS100 AVR
LV
PCS100 AVR
MV
Belastbarkeit
Bemessungsleistung
400 kVA
8 MVA
Grundschwingungs
Leistungsfaktor
Nacheilung
0 bis
Vorlauf 0,9
Nacheilung 0 bis
Vorlauf 0,9
Überlastbarkeit über 100%
Einspeisespannung
Bypass bei Überlast autom.
Wiedereinschaltung
Eingang
Netznennspannung
400 V, 3
phase, 50 Hz
20 kV 50 Hz
Dauerbetriebs
Spannungsbereich
± 20% der
Einspeisenennspannung
Netztyp
3-phasig
Störungskapazität:
15 kA bei
400 V
4 kA bei 20 kV
Nennausgangsspannung (V)
400 V
20 kV
Regelbereich
± 10%
± 10%
Regelgenauigkeit
(innerhalb des Regelbereichs)
± 1% typisch
± 2% maximal
± 1% typisch
± 2% maximal
Systemwirkungsgrad
~99 %
~99 %
Ausgang
Ansprechpartner für weitere Informationen:
www.abb.com/powerquality