Systemvergleich von Spannungshaltungskonzepten

Die Einhaltung der Spannungsbandgrenzen im Verteilungsnetz bedingt bei hoher installierter Leistung an dezentraler Einspeisung aus Erzeugungsanlagen oft Netzoptimierungs/-verstärkungs/-ausbaumaßnahmen. Dem Netzbetreiber stehen mittlerweile viele Lösungsmaßnahmen zur Behebung des Spannungsbandproblems zur Verfügung. Innovative Konzepte wie der regelbare Ortsnetztransformator (RONT) oder die Spannungsblindleistungsregelung sind bereits serienreif und werden eingesetzt. Unklarheit herrscht oft noch darüber, welche Maßnahmen bzw. Kombinationen langfristig wirtschaftlich günstig sind und sich hinsichtlich der Netzplanung als vorteilhaft erweisen. Ein Forschungsprojekt an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg untersucht verschiedene Lösungsmaßnahmen für die Nieder- und Mittelspannungsebene systematisch und unter verschiedenen Randbedingungen, um sie wirtschaftlich, technisch und energetisch bewerten zu können.

Problem:

Der Zuabu von Erzeugungsanlagen Zubau treibt den Ausbau der Netze voran

Neue Spannungshaltungskonzepte wurden entwickelt

Bewertung/Wahl des geeigneten Konzeptes schwierig

In 20 Niederspannungsnetzen und 4 Mittelspannungsnetezn (+ zusätzliche Varianten, die das nicht-/vorhandensein von Mittelspannungsbetrieben darstellen) wird in diskreten Schritten die Integration von Erzeugungsanlagen simuliert. Der Zubau umfasst den Bereich von 0 – 100 % des möglichen Dachflächenpotenzials bei den Niederspannungsnetzen bzw. der installierten Transformatorbemessungleistung am 110-kV-Übergabepunkt bei den Mittelspannungsnetzen. Nach jedem Zubauschritt wird die maximale Spannungsanhebung und Betriebsmittelauslastung bestimmt. Bei Spannungsbandverletzungen oder der Stromtragfähigkeitsgrenze eines Betriebsmittels erfolgt ein Netzausbau. Dabei werden die Optionen RONT, die Parallelverkabelung, drei Stufen des Einspeisemanagements (Spitzenkappung auf 85 %, 70 % und 55 %), die Blindleistungsregelung (cos(\varphi), Q(U)), der Zubau von zusätzlichen Ortsnetzstationen und die Verwendung von Strangreglern untersucht.

Ziel:

Handlungsempfehlungen für die Netzplanung zur Wahl des geeigneten Spannungshaltungskonzeptes in einem vom EZA-Zubau getriebenen Verteilungsnetz

 

Methodik des Systemvergleichs

Netze / Netzkategorien

Netzausbau / Netzausbaubedarf

Lösungsmaßnahmen / Primäroptionen

Lastflusssimulationen

Blindleistungsverhalten

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

Kostenbasis

Alle Definitionen sind im Beitrag Definitionen im Systemvergleich nachzulesen.

Definitionen und Normierungen im Systemvergleich

Für den Systemvergleich von Spannungshaltungskonzepten in einzelnen Netzen und in verschiedenen Netzkategorien ist die Einführung von normierten Vergleichsgrößen nötig. Diese werden entweder auf den Ausgangszustand des Netzes oder auf die am Simulationsende vorgesehene Erzeugungskapazität bezogen. Diese Anfangswerte und Endwerte sind bekannt oder zumindest berechenbar. Ebenso werden hier die Begriffe Zubauschritt, Ausbaustufe und Durchdringung eingeführt.

Durchdringungsgrad: DDG

Anschlusskapazität: NAK (natürliche, zusätzliche)

Integrationspotential: IP

Zubauschritte und Ausbaustufen

Detailergebnisse Niederspannung

In insgesamt 21 Niederspannungsnetzen wurden der Einfluss des Zubaus von dezentralen Erzeugungsanlagen auf den Netzausbau untersucht. Vier dieser Netze wurden an der Forschungsstelle für Energienetze und Energeispeicher (FENES) definiert, 17 weitere sind aus [1] entnommen. Die Netze werden den Kategorien Weiler, Dorf, Markt und Vorstadtnetze zugeordnet.


Ausgangsnetze, sortiert nach Netzkategorie (tabellarisch)

In den unten stehenden Tabellen werden die Netze der einzelnen Netzkategorien mit wichtigen Kennwerten aufgeführt. Durch die Sortierfunktion könnnen Netze mit speziellen Aspekten, wie z.B. einer hohen Anzahl an Landwirtschaften, gefunden werden. Unter den vier Tabellen sind jeweils Vorschaubilder der Netze abrufbar. Für den Systemvergleich wurden alle Netze in einem maßstäblichen Polardiagramm gezeichnet. So können Leitungslängen von Nieder- und Mittelspannungskablen berechnet werden. Zur Vereinfachung werden nur geradlinige Netzstränge betrachtet. Im Zentrum des Polardiagramms befindet sich jeweils der Ortsnetztransformator des Startnetz. Die gelb hinterlegten Bereiche spiegeln die Siedlungsstruktur wider. Die rot gepunktete Linie illustriert den Verlauf der Mittelspannungsleitung zum ONT, bzw. durch die Ortschaft.

Durch Anklicken einer der grünen Schaltflächen werden alle online verfügbaren Auswertungen der Netzkategorie in neuen Browserfenstern angezeigt.


Netzkategorie: Dorf

  • Ein dominierender Netzstrang
  • Verhältnismäßig viele Landwirtschaften, auch einzelne Gewerbe
  • Geringe Bemessungsscheinleistung des ONT (Startnetz)

Netz 4: (FVE2)
Netz 8: (KLE1)
Netz 9: (KLE2)
Netz 15: (KLT4)
Netz 10: (KLE3)
Netz 11: (KLE4)
Netz 12: (KLT1)

Netzkategorie: Markt

  • Mehrere Netzstränge
  • Haushalte, Landwirtschaften und Gewerbe
  • Mittlere Bemessungsscheinleistung des ONT (Startnetz)

Netz 1: (FLE1)
Netz 5: (KDE1)
Netz 6: (KDE2)
Netz 7: (KDT1)

Netzkategorie: Weiler

  • Netze mit geringer Ausdehnung
  • keine Gewerbe
  • Geringe Bemessungsscheinleistung des ONT (Startnetz)

Netz 2: (FLE2)
Netz 13: (KLT2)
Netz 14: (KLT3)

Netzkategorie: Vorstadt

  • Mehrere Netzstränge in unterschiedliche Richtungen
  • Viele Haushalte, einige Gewerbe, keine Landwirtschaften
  • Bemessungsscheinleistung des ONT (Startnetz) unterschiedlich

Netz 3: (FVE1)
Netz 16: (KVE1)
Netz 20: (KVT1)
Netz 21: (KVT2)
Netz 17: (KVE2)
Netz 18: (KVE3)
Netz 19: (KVE4)

[1] Kerber, G.: Aufnahmefähigkeit von Niederspannungsverteilnetzen für die Einspeisung aus Photovoltaikkleinanlagen.
Dissertation, TU München, 2011