Netzintegration von Fahrzeugen mit elektrifizierten ... - JUWEL

6. Chancen und Risiken der Netzintegration von Elektrofahrzeugen auf verschiedenen Spannungsebenen
6.4 Kritische Grenzwerte der Elektrofahrzeug-Integration im Verteilnetz
6.4.1 Ziel der Untersuchung
Damit Elektrofahrzeuge, wie in den vorangegangenen Abschnitten gezeigt, zur Integration
erneuerbarer Energien beitragen können, muss untersucht werden, welche xEV-Durchdringungen
im Verteilnetz möglich sind, ohne dass die zulässigen Grenzwerte der Spannungsqualität
verletzt werden. Die Haltung der Spannungsqualität ist neben der Versorgungszuverlässigkeit
und der Konstanz der Netzfrequenz Voraussetzung für die sichere Versorgung
mit elektrischer Energie [Schwab, 2009]. Die zulässigen Grenzwerte hinsichtlich
Frequenz, Höhe, Kurvenform und Symmetrie der Leiterspannungen sind in der DIN EN
50160 definiert [DIN, 2011]. Die in diesem Kapitel durchgeführten Analysen der Spannungsqualität
wurden in Kooperation mit dem EU-Forschungsprojekt MERGE durchgeführt [Project
MERGE, 2012].
Eine Besonderheit der elektrischen Versorgung ist, dass ihre Qualität in einem größeren
Ausmaß vom Nutzer am jeweiligen Lastknoten als vom Erzeuger beeinflusst wird [DIN,
2011]. Auf jeder Leitung in einem Netz hängt die Übertragung von Wirk- und Blindleistung
von den Spannungen an den Leitungsenden und der induktiven Leitungsimpedanz ab. Eine
Erhöhung der Last an einem Netzknoten führt zu einem zusätzlichen Spannungsfall und damit
zu einer Erhöhung der übertragenen Leistung. In Richtung abnehmender Spannungswinkel
fließt Wirkleistung, in Richtung abnehmender Spannungsbeträge Blindleistung. Das unkontrollierte,
kaskadenartige Fallen der Knotenspannungen innerhalb eines Netzes, wie es
beispielsweise durch das ungesteuerte Auftreten hoher zusätzlicher Ladelasten von xEV der
Fall sein könnte, birgt die Gefahr eines Spannungskollapses [Schwab, 2009].
Um diesem Szenario vorzubeugen ist die Untersuchung des zusätzlichen Spannungsfalls
durch Elektrofahrzeuge im Verteilnetz von großer Bedeutung. Ein Spannungseinbruch ist
nach DIN EN 50160 als zeitweiliges Absinken des Effektivwertes der Spannung unter die
Anfangseinbruchschwelle von 90% der Bezugsspannung zu verstehen. Es ist eine zweidimensionale
elektromagnetische Störgröße, die sowohl durch die Spannung als auch die
Dauer bestimmt ist. Spannungseinbrüche weisen typischerweise auf Fehler im öffentlichen
Versorgungsnetz oder in Anlagen der Netznutzer hin, während Spannungsüberhöhungen
hingegen typisch für Lastabtrennungen oder Schalthandlungen sind [DIN, 2011]. Für Niederspannungsnetze
ist die vereinbarte Versorgungsspannung gleich der Nennspannung und
beträgt U n = 230V. Für reguläre Betriebsbedingungen müssen für jedes Wochenintervall
95% der 10-Minuten-Mittelwerte des Effektivwertes der Versorgungsspannung innerhalb des
Spannungsbandes ±10% der Nennspannung U n liegen. Außerdem müssen 100% der 10-
Minuten-Mittelwerte des Effektivwertes der Versorgungsspannung innerhalb des Intervalls U n
+10% und U n −15% liegen.
Eine weitere Störung der Spannungsqualität durch xEV kann durch Asymmetrien beim Laden
hervorgerufen werden. Im Allgemeinen wird nach DIN EN 50160 unter Spannungsasymmetrie
der Zustand in einem Mehrphasensystem bezeichnet, bei dem die Effektivwerte
des Grundschwingungsanteils der Spannung oder die Phasenwinkeldifferenzen zwischen
aufeinander folgenden Leiterspannungen nicht alle gleich sind [DIN, 2011]. In einem System
mit drei unterschiedlichen Spannungen, beispielsweise 230V, 232V und 225V, liegt eine
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