Fallstudie PCS100 AVR Intelligente Spannungsregelung für Netze
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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
