morePV2grid: Von Simulationen zu Labor- und Feldtests, der

morePV2grid:

Von Simulationen zu Labor- und Feldtests, der Weg für

die Umsetzung einer lokalen Spannungsregelung

Benoît Bletterie

Senior Engineer

Energy Department, AIT

Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon0

2000

4000

6000

Active P

ow

er

(W)

Day

Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon-200

0

200

400

600

800

Reactive P

ow

er

(VA

r)Day

0 5 10 15 20 250

200

400

600

800

1000

1200

Time (h)

Irra

dia

nce (

W/m

2)

20050116

1 s values

10 min average

0 5 10 15 20 250

200

400

600

800

1000

1200

Time (h)

Irra

dia

nce (

W/m

2)

20050709

1 s values

10 min average

0 5 10 15 20 250

200

400

600

800

1000

1200

Time (h)

Irra

dia

nce (

W/m

2)

20040913

1 s values

10 min average

0 5 10 15 20 250

200

400

600

800

1000

1200

Time (h)

Irra

dia

nce (

W/m

2)

20050121

1 s values

10 min average

0 5 10 15 20 250

200

400

600

800

1000

1200

Time (h)

Irra

dia

nce (

W/m

2)

20050212

1 s values

10 min average

0 5 10 15 20 250

200

400

600

800

1000

1200

Time (h)

Irra

dia

nce (

W/m

2)

20050621

1 s values

10 min average

Lastprofile:

PL1, PL2, PL3

QL1, QL2, QL3

Sekundenwerte

PV Profile:

Sekundenwerte für

repräsentative Tage

Was ist neu?

Hoch aufgelöste Messdaten

Unsymmetrische

Simulationen (3-4L)

B. Bletterie, Smart Grids Week | Salzburg 2013 AIT | 2

Was ist bei der Simulation Niederspannungsnetze anders?

Am entferntesten Knoten:

R/X~2,5

Kompensation ~20% @cos=0,9

0 0.05 0.1 0.15 0.20

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2Voltage sensitivity of the 0.4 kV nodes

U/P (%/kW)

U

/ Q

(%

/kV

ar)

∆𝑼 ≈ 6 ∙𝑹 ∙ 𝑷

𝑼𝑵𝟐

∙ 𝟏 − 𝒕𝒂𝒏 𝝋 ∙𝟏

𝑹 𝑿

Ende vom Strang

Trafostation

Bei symmetrischen Bedingungen:


Bei unsymmetrischen Bedingungen:

∆𝑼 ≈ 6 ∙𝑹 ∙ 𝑷

𝑼𝑵𝟐 6 ∙ ?

Wirksamkeit der Q-basierte U-Regelung in

Niederspannungsnetzen

Weakest node

(R/X~1.4) Distr. station

-1 -0.99 -0.98 -0.97 -0.96 -0.95 -0.94 -0.93 -0.92 -0.91 -0.9 -0.89 -0.88 -0.87 -0.86 -0.85-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

Voltage d

evia

tion (

%)

3-phase infeed

uL1n

uL2n

uL3n

un

-1 -0.99 -0.98 -0.97 -0.96 -0.95 -0.94 -0.93 -0.92 -0.91 -0.9 -0.89 -0.88 -0.87 -0.86 -0.85-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

Voltage d

evia

tion (

%)

single-phase infeed L1

-1 -0.99 -0.98 -0.97 -0.96 -0.95 -0.94 -0.93 -0.92 -0.91 -0.9 -0.89 -0.88 -0.87 -0.86 -0.85-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

Power factor (-)

Voltage d

evia

tion (

%)

single-phase infeed L1&L2

Zref=0,4+j0,25

(IEC 60725):

3Ø: 5 kW pro Phase

1Ø: 5 kW@L1

2Ø: 5 kW@L1

2Ø: 5 kW@L2

UL2N sinkt

UL1N wenig kompensiert


Blindleistungsbezug

Wirksamkeit der Spannungsregelung (cos(P)) bei

unsymmetrischen Bedingungen

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Maximal voltage rise of L1 L2 L3 (p.u.)

cdf

Achievable reduction by reassignment

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1


cdf


0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1


cdf


0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1


cdf


0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1


cdf


0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1


cdf


0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1


cdf


Handgriffe: Handgriffe: 1 Handgriffe: 2 Handgriffe: 3 Handgriffe: 4 Handgriffe: 5


© Österreichs E-Wirtschaft

© Siemens

Probabilistische Methoden für die Netzplanung – Optimale

Phasenzuordnung mit Smart Meters (Monte carlo / Pareto)

L2 L1 L3

ZaL1

ZaL2

ZaL3

Z1N

AC Sim

WRaL1 WRaL2 WRbL1

ZbL1

Reference impedance

Additional impedance

a b

ZbN


Qmax/Pmax

- Qmax

Q,P

Δu

+10 %

EN

50160

10 m

in p

rote

ction

Fast U

> p

rote

ction

© AIT

Labortests – Aufbau

-1 -0.5 0 0.5 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

PQ Diagram (EuT: Inv L1b, Phase L1-N / Node b)

Control: Avg. Time=32 cyc., Q/t=200% / s

Reactive Power (p.u.)

Active P

ow

er

(p.u

.)

Operating Area

PQ Trajectory

0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Q(U) Diagram (EuT: Inv L1b, Phase L1-N / Node b)


Voltage (p.u.)

Reactive P

ow

er

(p.u

.)

Q(U) Trajectory

Q(U) Characteristic

UMAX

[1.09 0.91]

UDB

[1.07 0.93]

0 5 10 15 20 25 300.9

0.95

1

1.05

1.1

1.15

Inverter and Grid Voltage (EuT: Inv L1b, Phase L1-N / Node b)


Voltage (

p.u

.)

ULN

|UMAX

|

|UDB

|

0 5 10 15 20 25 30

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Inverter Active and Reactive Power

Time (s)

Active a

nd R

eactive P

ow

er

(p.u

.)

P

Q

S

|QMAX

|

|QMAX

(t)|

0 10 20 30 40 50 60 70 80 900.9

0.95

1

1.05

1.1

1.15

Inverter and Grid Voltage (EuT: Inv L1a, Phase L1-N / Node a)


Voltage (

p.u

.)

ULN

|UMAX

|

|UDB

|

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Inverter Active and Reactive Power

Time (s)

Active a

nd R

eactive P

ow

er

(p.u

.)

P

Q

S

|QMAX

|

|QMAX

(t)|

Labortests – Beispielhafte Ergebnisse

0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Q(U) Diagram (EuT: Inv L1a, Phase L1-N / Node a)


Voltage (p.u.)

Reactive P

ow

er

(p.u

.)

Q(U) Trajectory

Q(U) Characteristic

UMAX

[1.09 0.91]

UDB

[1.07 0.93]

-1 -0.5 0 0.5 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

PQ Diagram (EuT: Inv L1a, Phase L1-N / Node a)


Reactive Power (p.u.)

Active P

ow

er

(p.u

.)

Operating Area

PQ Trajectory


PowerFactory 14.1.3

ON 01636 KRENGLBACH STRANG 9

Erstellt von: Streif Michael, Kirchhofer Martin

Projekt: mPV2grid

Grafik: Netz

Datum: 18.10.2012

Anhang

Richtung_PV_6162_v_RE

KK_NEU_SS_RECHTSKK_NEU_SS_LINKS

KK31835

Richtung_PV_6162_v_LI

RI_KK_NEU_SS_RE

Richtung_KK31843

RI_KK_NEU_SS_LI

Richtung_KK31841

60751218

01636_ON_Kenglbach_NS-Verteiler

KK31834

KK31838

60781461

KK31842

6003524960035165

6003524160739618

60035225

KK31841

KK31480

60035216

MU85292539

60035207

MU85292529

6003520060035178

MU85292525

60256424

6075859160035193

60256425

60035256

6076170660743000

60720090

60701284

60035272

KK31839

KK31837

60727815

60822203

KK31836

60035264

60035157

STRANG9_0163609

Trafostation 01636_Krenglbach_HS

60766956

60733031

KK31843

MU99277417

60717598

60791421

60775170

KK31844

60770806 60712099

ON

_Tra

fo_4

00

kV

A_2

7.5

/0.4

kV

RIN

GV

ER

BIN

DU

NG

_N

EU

_K

K31

837

/KK

318

43

LS/TR Schalter_PV_6162_v_LI LS/TR Schalter_PV_6162_v_RE

141020a_YY_4x16

PV_7473_1

67282 1010642

PV_7473_2

63063 1507421

369559_YY_4x16

PV_5997

PV_6162

1528889

1016446900958

408847

913298446741

91186 140785

705846 6648561582006

603082

RINGSCHALTER_N-Unterbr_Richtung_KK_31841

1576887

78101

635789

141031a_AYY_4x150

277240_YY_4x16

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141034_YY_4x16141033_YY_4x16

141035_YY_4x16369560_YY_4x16

141032_YY_4x16

RINGSCHALTER_NEU_Richtung_KK_31835

141019_XAY2Y_4x150

277239_XAY2Y_4x150

340955_YY_4x16369558_YY_4x16

461853_YY_4x16

RI_KK_NEU_SS_LI_XAY2Y_4x150

542313542303

Richtung_KK_NEU_SS_RECHTS

1524275

554803

Richtung_KK_NEU_SS_LINKS

1016226

141026_YY_4x16141025_YY_4x16

1555195

1548875

748667

693599

666473 3026270

141020_YY_4x16

923556

141

03

9_

AY

Y_

4x

150

141

02

1_

XA

Y2

Y_

4x

15

0

787198 1528644

1509068

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1009061

141042_YY_4x16

625818

277

24

1_

XA

Y2

Y 4

x1

50

PV_6178

141024_XY2Y_4x16

RI_KK_NEU_SS_RE_XAY2Y_4x150

141023_AYY_4x150

461855_HA_frd_Cu_4x16

461854_HA_frd_Cu_4x16461857_HA_frd_Cu_4x16

30_kV_Netz

LS/TR Schalter_STRANG9

760857 40962812170

141037_YY_4x16

1005113

547339_YY_4x16

369561_YY_4x16

141030_YY_4x16

369562_YY_4x16

516823

141029_YY_4x16

141027_AYY_4x150

1010025386202

141028_YY_4x16

369556_AYY_4x150

141040_YY_4x16

141041_YY_4x16

461858_HA_frd_Cu_4x16

340954_HA_frd_Cu_4x16

176071_XY2Y_4x25

340956_HA_frd_Cu_4x16

356660_HA_frd_Cu_4x16

293983_XAY2Y 4x150

461856_XY2Y_4x16

369557_XAY2Y_4x150

277238_XAY2Y_4x150

DIg

SIL

EN

T

PowerFactory 14.1.3

ON 01636 KRENGLBACH STRANG 9

Erstellt von: Streif Michael, Kirchhofer Martin

Projekt: mPV2grid

Grafik: Netz

Datum: 18.10.2012

Anhang

Richtung_PV_6162_v_RE

KK_NEU_SS_RECHTSKK_NEU_SS_LINKS

KK31835

Richtung_PV_6162_v_LI

RI_KK_NEU_SS_RE

Richtung_KK31843

RI_KK_NEU_SS_LI

Richtung_KK31841

60751218

01636_ON_Kenglbach_NS-Verteiler

KK31834

KK31838

60781461

KK31842

6003524960035165

6003524160739618

60035225

KK31841

KK31480

60035216

MU85292539

60035207

MU85292529

6003520060035178

MU85292525

60256424

6075859160035193

60256425

60035256

6076170660743000

60720090

60701284

60035272

KK31839

KK31837

60727815

60822203

KK31836

60035264

60035157

STRANG9_0163609

Trafostation 01636_Krenglbach_HS

60766956

60733031

KK31843

MU99277417

60717598

60791421

60775170

KK31844

60770806 60712099

ON

_Tra

fo_4

00

kV

A_2

7.5

/0.4

kV

RIN

GV

ER

BIN

DU

NG

_N

EU

_K

K31

837

/KK

318

43

LS/TR Schalter_PV_6162_v_LI LS/TR Schalter_PV_6162_v_RE

141020a_YY_4x16

PV_7473_1

67282 1010642

PV_7473_2

63063 1507421

369559_YY_4x16

PV_5997

PV_6162

1528889

1016446900958

408847

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91186 140785

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603082

RINGSCHALTER_N-Unterbr_Richtung_KK_31841

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141032_YY_4x16

RINGSCHALTER_NEU_Richtung_KK_31835

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340955_YY_4x16369558_YY_4x16

461853_YY_4x16

RI_KK_NEU_SS_LI_XAY2Y_4x150

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Richtung_KK_NEU_SS_RECHTS

1524275

554803

Richtung_KK_NEU_SS_LINKS

1016226

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AY

Y_

4x

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Y2

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x1

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30_kV_Netz

LS/TR Schalter_STRANG9

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1010025386202

141028_YY_4x16

369556_AYY_4x150

141040_YY_4x16

141041_YY_4x16

461858_HA_frd_Cu_4x16

340954_HA_frd_Cu_4x16

176071_XY2Y_4x25

340956_HA_frd_Cu_4x16

356660_HA_frd_Cu_4x16

293983_XAY2Y 4x150

461856_XY2Y_4x16

369557_XAY2Y_4x150

277238_XAY2Y_4x150

DIg

SIL

EN

TFeldtests - Vorbereitung

Netzumbau um die Auswirkung der

PV Anlagen zu erhöhen:

Verlegung eines Kabels

(Erhöhung des Angriffsfaktor)

Umschaltung der Anlagen auf die

gleiche Phase

Situation:

U @ ohne Regelung: 4,9 %

U @ mit Q: 3,6 %

Kompensation mit Q: 26 %

Kompensation mit P: 100 %


© m

edia

gra

m

Feldtests - Messungen

Testplan mit verschiedenen

Regelmodi

Wechselrichter-Monitoring

(Solar.access)

Grundsätzliche Überprüfung der Funktion

„Feldtest-Betrieb“ wöchentliche Auswertung

Dauer Power-Monitoring (PQIU, 3 s Auflösung)

(bei einer PV Anlagen)

Dauer Power-Quality Monitoring

(3 Kabelkästen)

Power Snap Shots


-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10-0.6

-0.55

-0.5

-0.45

-0.4

-0.35

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

Voltage deviation u-uN (%)

Reactive p

ow

er

(p.u

.)

PV-installation Drumm

Date: 2013-04-12 - 2013-04-18

Active p

ow

er

(p.u

.)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Erste Auswertungen Q&P(U)-Regelung


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