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Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:
Enersax KonferenzDresden, 03. Dezember 2014
Dieses Projekt wurde gefördert durch den ESF – EuopäischerSozialfond und den Freistaat Sachsen
Bereitstellung von Blindleistung durch regenerative Erzeugungsanlagen
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Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:
00 Gliederung
09.12.2014 Projekt „Energiewende Sachsen“ Folie 2
o Notwendigkeit der Erbringung von SDL
o Anschluss von EZA im 110-kV-Netz
− Verhalten der EZA
o Optimierte Bereitstellung von Blindleistung
− Algorithmus
− 110-kV-Beispielnetz
− Ergebnisse
o Zusammenfassung
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01 Notwendigkeit der Erbringung von SDL
09.12.2014 Projekt „Energiewende Sachsen“ Folie 3
Auswirkung des Zubaus von Erzeugungsanlagen• Rückgang konventioneller Erzeugerleistung
• Lastumkehr am Verknüpfungspunkt zum 380-kV-Netz
• Zunehmende Spannungsschwankungen im 110-kV- und 380-kV-Netz
Zunehmende Systemverantwortung des Verteilnetzbetreibers• Beiträge zur Bereitstellung von Blindleistung für das 380-kV-Netz
• Systemdienstleistungen
• Spannungshaltung im 380/110-kV-Netz
Systemverantwortung der Erzeugungsanlagen• Flexible (geregelte) Beiträge für SDL
• Anpassung der technischen Anforderungen
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Verhalten des Netzes
01 Notwendigkeit der Erbringung von SDL
09.12.2014 Projekt „Energiewende Sachsen“ Folie 4
Abbildung aus:Maßnahmen zur Vermeidung zeitweiliger Überspannungen als Folge dezentraler Einspeisung im 110-kV-Netz;Weber, Sten; Diplomarbeit, 2014
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0
2
4
6
8
10
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Blindle
istu
ngsb
edarf
in M
var/
km
S/Pnat
110-kV-FL 380-kV-FL
übernatürlichunternatürlich
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Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:
02 Anschluss von EZA im 110-kV-Netz
09.12.2014 Projekt „Energiewende Sachsen“ Folie 5
Erhöhung der Spannung am Anschlusspunkt
Einspeisung reiner Wirkleistung (PF = 1)
WF CPU U>
IWF max
IWF·R110UWF
IWF·jX110UCP
IWF UWF
R110 jX110
UCP
IWF
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Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:
02 Anschluss von EZA im 110-kV-Netz
09.12.2014 Projekt „Energiewende Sachsen“ Folie 6
Erhöhung der Spannung am Anschlusspunkt
Einspeisung übererregt (PF = cap.)
WF CPU U>
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Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:
02 Anschluss von EZA im 110-kV-Netz
09.12.2014 Projekt „Energiewende Sachsen“ Folie 7
Absenkung der Spannung am Anschlusspunkt des WP
Einspeisung untererregt (PF = ind.)
WF CPU U<
IWF·R110UWF
IWF·jX110
UCP
IWF
IWF UWF
R110 jX110
UCP
IWF max
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Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:
02 Anschluss von EZA im 110-kV-Netz
09.12.2014 Projekt „Energiewende Sachsen“ Folie 8
Identifikation der Arbeitspunkte von EZA
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Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:
02 Anschluss von EZA im 110-kV-Netz
09.12.2014
Aufgabenstellung
Bereitstellung von Systemdienstleistung am Anschlusspunkt• Blindleistung
• Beitrag zur Spannungshaltung
Angenähertes Verhalten eines Kraftwerkes• „Flächenkraftwerk“
• „virtuelles Kraftwerk“
• Spannungshaltung im 380/110-kV-Netz
Spannungshaltung im 110-kV-Netz• verlustoptimiert
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Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:
Anforderungen an den Algorithmus
03 Optimierte Bereitstellung von Blindleistung
09.12.2014 Projekt „Energiewende Sachsen“ Folie 10
Definition der Zielgrößen am Anschlusspunkt• Vorgabe einer geforderten Blindleistung
• Vorgabe einer geforderten Spannung am Anschlusspunkt
Eingangsgrößen• Netzdaten
• Lasten
• Einspeisung (Wind, Sonne)
• Anforderungen des ÜNB/VNB
Limits und Grenzen• Spannungsbänder
• Thermische Belastbarkeiten
• P/Q-Kennlinien der EZA
Optimierer
INPUT OUTPUTTAP
, ,
ϕ
EZA EZA
cos
P Q
VP VP
VP
, ,P Q
U
ANFLIM
TAP
EZA EZA
cos
, ,P Q
ϕ
ANF - Anforderungen des ÜN/VNLIM - Begrenzungen des VNTAP - Stufensteller NetzkupplerVP - Verknüpfungspunkt ÜN/VN
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Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:
Ansatz – Particle-Swarm-Optimization
03 Optimierte Bereitstellung von Blindleistung
09.12.2014 Projekt „Energiewende Sachsen“ Folie 11
k
iX
k
iV
1k
iX
+
1k
iV
+
Gbest
iV
Pbest
iV
Herkunft• 1995, KENNEDY und EBERHARD
• Inspiriert von Fisch-/Vogelschwärmen
• Metaheuristisches Verfahren
Grundüberlegung• Bewegung von Elementen in einem
Lösungsraum
• Iterative Annäherung an eine optimaleLösung
Probleme und Grenzen• Berechnungszeiten
• Konvergenz
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Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:
Ansatz – Particle-Swarm-Optimization
03 Optimierte Bereitstellung von Blindleistung
09.12.2014 Projekt „Energiewende Sachsen“ Folie 12
110-kV-Ersatznetz
,
WF2
WF1 WF3
WF4
WF5PWF2=20 MW PWF5=40 MW
PWF1=40 MW PWF3=30 MW
PWF4=15 MW
Load_1
Load_2
Load_3
Load_4
Load_5 Load_6 Load_7
Load_8
Load_10
Load_11
Load_12
External Grid
L2
L1
L3
L4
L5
L6
L7
L9
L8
L11
L12
L10
L13
L14
L15
380_BB1
110_BB1
110_BB4
110_BB5 110_BB6
110_BB7 110_BB8
110_BB9 110_BB13
110_BB11110_BB10
110_BB12
110_BB3
110_BB2
Connection Point (CP)
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Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:
Eingangsgrößen und Grenzwerte
03 Optimierte Bereitstellung von Blindleistung
09.12.2014 Projekt „Energiewende Sachsen“ Folie 13
Wert
Gesamtlast des 110-kV-Netzes 240 MW
Last pro MS-Anschlusspunkt 20 MW (cos φ = 0,98)
Leistung der Windparks 5 x 20 MW (Statcom)
Spannungsband Betriebsspannung)
Belastbarkeit der 110-kV-Leitungen
≤ ≤b0,95 1,1u
=zul 1000 AI
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Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:
Ergebnisse der Berechnungen - Stellbereich
03 Optimierte Bereitstellung von Blindleistung
09.12.2014 Projekt „Energiewende Sachsen“ Folie 14
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Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:
Ergebnisse der Berechnungen - Stellbereich
03 Optimierte Bereitstellung von Blindleistung
09.12.2014 Projekt „Energiewende Sachsen“ Folie 15
WP1 WP2 WP3 WP4 WP5
Arbeitspunkte der EZA (cos φ) 0.95 0.40 0.40 0.40 0.95
Spannung (pu) am Anschlusspunkt der EZA 1,11 1,10 1,05 1,05 1,02
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Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:Gefördert durch:
04 Zusammenfassung
09.12.2014 Projekt „Energiewende Sachsen“ Folie 16
Übernahme von Systemverantwortung• Bereitstellung von Blindleistung
• Spannungshaltung
Anforderungen• „Kraftwerksverhalten“ des 110-kV-Netzes
(virtuelles Kraftwerk, Flächenkraftwerk)
• Technische Eigenschaften des EZA – Generatoren
Lösungsansätze• Regelverhalten notwendig
• Einsatz von Optimierungsverfahren
• Blindleistungsregelung/Spannungsregelung
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Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl für Elektroenergieversorgung
Technische Universität Dresden
Institut für Elektrische Energieversorgung und
Hochspannungstechnik
01062 Dresden
Rengin Idil Cabadag
0351/463-43205
Uwe Schmidt
0351/463-43204