Bereitstellung von Blindleistung durch regenerative … · Gefördert durch: Ansatz –Particle-Swarm-Optimization 03 Optimierte Bereitstellung von Blindleistung 09.12.2014 Projekt

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Enersax KonferenzDresden, 03. Dezember 2014

Dieses Projekt wurde gefördert durch den ESF – EuopäischerSozialfond und den Freistaat Sachsen

Bereitstellung von Blindleistung durch regenerative Erzeugungsanlagen


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

1

2

3

4

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01 Notwendigkeit der Erbringung von SDL


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


Abbildung aus:Maßnahmen zur Vermeidung zeitweiliger Überspannungen als Folge dezentraler Einspeisung im 110-kV-Netz;Weber, Sten; Diplomarbeit, 2014

-2

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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02 Anschluss von EZA im 110-kV-Netz


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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Erhöhung der Spannung am Anschlusspunkt

Einspeisung übererregt (PF = cap.)

WF CPU U>

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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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Identifikation der Arbeitspunkte von EZA

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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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Anforderungen an den Algorithmus

03 Optimierte Bereitstellung von Blindleistung


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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Ansatz – Particle-Swarm-Optimization



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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Ansatz – Particle-Swarm-Optimization



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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Eingangsgrößen und Grenzwerte



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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Ergebnisse der Berechnungen - Stellbereich



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Ergebnisse der Berechnungen - Stellbereich



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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04 Zusammenfassung


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

[email protected]

Uwe Schmidt

0351/463-43204

[email protected]

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