Systemwirkung RONT

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Das Spannungsbandproblem

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Dezentrale Erzeugungsanlagen, vor allem Photovoltaikanlagen, werden meist im Niederspannungsnetz angeschlossen. Durch die Einspeisung von elektrischer Energie in diese Netzebene kommt es zeitweise zur Lastflussumkehr und damit zur lokalen Spannungsanhebung. Aber auch auf der Lastseite erfolgt durch eine wachsende Elektromobilität eine stärkere Ausreizung des zulässigen Spannungsbandes. Beides stellt die Netzplanung und -auslegung vor neue Herausforderungen. Grundsätzlich muss sichergestellt werden, dass die Spannung im Netz sowohl im Lastfall als auch im Einspeisfall innerhalb des zulässigen Spannungsbandes Un ±10 % gehalten wird.

Abbildung 2: Beispielhafte Aufteilung des Spannungsbandes innerhalb des Verteilungsnetzes ohne regelbaren Ortsnetztransformator
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Netzphysik

Die theoretischen Grundlagen zu den Spannungsverhältnissen und den sich einstellenden Spannungsfällen im Verteilungsnetz werden hier vorgestellt. Aus der mathematischen Beschreibung werden die möglichen Einflussgrößen abgeleitet.

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Lösungsmöglichkeiten zur Behebung von Spannungsbandproblemen

Dem Verteilungsnetzbetreiber stehen mittlerweile viele Lösungsmaßnahmen zur Behebung des Spannungsbandproblems zur Verfügung. Hier werden die grundsätzlichen Einflussmaßnahmen auf die Spannungshaltung diskutiert.

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Funktionsweise von regelbaren Ortsnetztransformatoren

Im weiteren Verlauf wird das Funktionsprinzip anhand eines mit einem Stufenschalter geregelten Transformators erklärt. Die Spannungsänderung am Transformator erfolgt hierbei durch Veränderung der Übersetzung, d.h. durch Änderung der Windungszahl einer der beiden Wicklungen, US oder OS.

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Ausführungsformen von regelbaren Ortsnetztransformatoren

Regelbaren Ortsnetztransformatoren sind Lösungen von MS-/NS-Transformatoren mit integrierter Regeleinrichtung. Auf dieser Seite wird eine Übersicht der Ausführungsformen und Konstruktionsprinzipien von RONT gegeben.

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Ersatzschaltbilder

Ersatzschaltbilder für regelbare Ortsnetztransformatoren

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Technische Parameter

Technische Parameter für regelbare Ortsnetztransformatoren

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RONT vs. Spannungsregler

Für die Regelung von Transformatoren gibt es drei unterschiedliche Arten hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Spannung

 a) Längsregler | b) Querregler | c) Schrägregler

Spannungszeigerdiagramme_Laengs_Quer_Schraegregler

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Einsatzstrategien von regelbaren Ortsnetztransformatoren

Im Folgenden werden verschiedene Varianten vorgestellt, die auch die MS-seitigen Potentiale des RONT berücksichtigen. Bei Betrachtung der Spannungsbandaufteilung eines Verteilungsnetzes können drei prinzipielle Einsatzmöglichkeiten für RONT abgeleitet werden, die sich hinsichtlich des zusätzlich erschlossenen Spannungsbandes unterscheiden.

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Regelstrategien für regelbaren Ortsnetztransformatoren

In diesem Abschnitt wird zunächst die Standard-Sammelschienenregelung erläutert, danach auf offene Potentiale eingegangen und darauf aufbauende alternative Regelkonzepte dargelegt.

Analog zu den etablierten und derzeit in Entwicklung befindlichen Regelstrategien für UW-Transformatoren sind für RONT verschiedene Regelvarianten denkbar. Im Unterschied zur UW-Regelung weisen die Leistungsflüsse und somit Spannungsverhältnisse am RONT bzw. in Ortsnetzen eine deutlich größere Volatilität auf. Hinzu kommt, dass in der Regel in der MS- und NS-Ebene nicht standardmäßig Messeinrichtungen mit ausreichend hoher Zeitauflösung und Verfügbarkeit/Erreichbarkeit vorhanden sind, die Eingangsdaten für eine Regelung bereitstellen könnten.

Abbildung 4: Spannungsband, offene Potentiale

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Parallelschaltung von RONT

Parallelschaltung von RONT

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Flicker

RONT beeinflussen den Flicker, da die Schalthandlungen gleichzusetzen ist mit einer Spannungsschwankung und somit in die Flickerbewertung mit eingehen. Da nicht nur die Höhe der Spannungsschwankung sondern auch die Häufigkeit von Schalthandlungen ausschlaggeben für den Flickerwert sind, spielen die Wahl der Regelbandbreite und Stufenspannung eine wichtige Rolle.

kurzzeit
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Systemvergleich von Spannungshaltungskonzepten

Dem Verteilungsnetzbetreiber stehen mittlerweile viele Lösungsmaßnahmen zur Behebung des Spannungsbandproblems zur Verfügung. Innovative Konzepte wie der regelbare Ortsnetztransformator werden in einer Vielzahl von Pilotprojekten erprobt. Unklarheit herrscht meist noch darüber, welche Maßnahmen bzw. Kombinationen langfristig gesehen wirtschaftlich am günstigsten sind. Deshalb beschäftigt sich ein Forschungsprojekt an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg damit, die Lösungsmaßnahmen systematisch zu untersuchen, um sie wirtschaftlich, technisch und energetisch bewerten zu können. Es werden hier das Vorgehen und erste Ergebnisse vorgestellt. [Erfahren Sie mehr…]

Problem:

  • EZA-Zubau treibt den Ausbau
    der Netze voran
  • neue Spannungshaltungskonzepte
    wurden entwickelt
  • Bewertung/Wahl des geeigneten
    Konzeptes ist schwierig
Ziel:

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

Netze des Systemvergleichs

Der Systemvergleich wird für reale und beispielhafte Mittel- und Niederspannungsnetze durchgeführt. Als Niederspannungsnetze dienen vier selbst definierte Netze sowie 17 Musternetze. Zusätzlich wird ein reales Ortsnetz als Referenz untersucht. Die Netze werden aufgrund ihrer Transformatorbemessungsleistung, ihrer Netztopologie (Strangzahl, Leitungstypen, Leitungslängen) und der Zahl ihrer Verknüpfungspunkte (Haushalte, Landwirtschaften, Gewerbe) in vier Kategorien eingeordnet. In Anlehnung an die Bennung von Siedlungsstrukturen wurden die Kategorien Vorstadt, Markt, Dorf und Weiler definiert.