Der regelbare Ortsnetztransformator im Verteilnetz - FGE
Der regelbare Ortsnetztransformator im Verteilnetz - FGE
Der regelbare Ortsnetztransformator im Verteilnetz - FGE
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<strong>Der</strong> <strong>regelbare</strong><br />
<strong>Ortsnetztransformator</strong> <strong>im</strong><br />
Verteilungsnetz – Lösung aller<br />
Spannungsbandprobleme?<br />
bl <strong>FGE</strong> Kolloquium, RWTH Aachen, 13.12.2012, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz
FRAGESTELLUNGEN<br />
‣ Mti Motivation<br />
‣ EE Zubau <strong>im</strong> <strong>Verteilnetz</strong> und die Folgen<br />
‣ Problemstellung Spannungsbandverletzung<br />
‣ <strong>Der</strong> Regelbare <strong>Ortsnetztransformator</strong><br />
t t t<br />
‣ Erfahrung aus Feldversuchen<br />
‣ Zukünftige Herausforderungen<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 2
KLASSICHES VERSORGUNGSMODELL –TOP DOWN<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 3
ENERGIEWENDE BEDINGT STARKES WACHSTUM<br />
ERNEUERBARER ENERGIEN<br />
Anteile Energieträger an der Stromerzeugung, Deutschland 2010 (in %)<br />
100%<br />
Bundesregierung<br />
plant Wachstum 75%<br />
um<br />
Faktor ~3,5 bis 2050<br />
50%<br />
Sonstige<br />
Sonstige<br />
Erdgas<br />
Biogas<br />
Erneuerbare<br />
Energien<br />
Biogene Brennstoffe<br />
Steinkohle<br />
Wasserkraft<br />
Photovoltaik<br />
Kernenergie<br />
Hochvolatile<br />
25%<br />
und dezentrale<br />
Energieträger<br />
Braunkohle<br />
Windenergie<br />
0%<br />
Brutto-Stromerzeugung<br />
Brutto-Stromerzeugung<br />
Erneuerbare Energien<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 4
(R)EVOLUTION DER ENERGIEVERSORGUNG<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 5
EINE NEUE SYSTEMDENKE<br />
Traditioneller Netzbetrieb<br />
(Top Down):<br />
lastabhängig, uni‐direktional, zentralisiert<br />
Worldwide trends of<br />
electrical energy technology<br />
380 kV,<br />
220 kV<br />
110 kV<br />
Zukünftiger Netzbetrieb<br />
(Internet‐Type):<br />
volatil, multi‐direktional, dezentralisiert<br />
Retrofit<br />
Technology<br />
• old network structures / equipment<br />
• increasing reliability demands<br />
• higher equipment utilization<br />
• information / communication<br />
• New materials<br />
• Power semiconductor<br />
30 kV, 20 kV,<br />
10 kV<br />
Regulating<br />
demands<br />
690 V, 400 V,<br />
240 V<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 6
DAS MASTERPROBLEM DER ÜBERTRAGUNGSNETZE<br />
•aktuelle Schätzung: bis 2015 werden 850 km neue Übertragungsleitung erforderlich<br />
•in den letzten 6 Jahren wurden davon rund 90 km gebaut<br />
•bis 2020 müssen, abhängig von der Technologie, noch rund 2000‐3000 km gebaut werden<br />
•be<strong>im</strong> aktuellen Projekttempo (Genehmigung und Bau) würde dies rund 125 Jahre dauern<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 7
DAS MASTERPROBLEM DER VERTEILUNGSNETZE<br />
Quelle: E.ON Avacon<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 8
PUNKTUELL BEREITS HEUTE MASSIVER ZUBAU<br />
ERNEUERBARER ENERGIEN<br />
Beispiel Larrieden<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 9
SPANNUNGSBANDAUFTEILUNG IM VERTEILUNGSNETZ<br />
Ohne Regelung Spannungshub <strong>im</strong> NS-Netz auf 3% begrenzt<br />
Ausgangssituation<br />
heute:<br />
•DIN EN 50160<br />
Spannungsband<br />
Abweich hung von Nennspannu<br />
ung (in %)<br />
110 kV 20 kV 20 kV 0,4 kV 0,4 kV<br />
Umspann- Mittelspan- Ortsnetz- Niederspanwerk<br />
nungsnetz station nungsnetz<br />
+10 %<br />
+5 %<br />
•Netzplanungs-e pa u 0 %<br />
praxis basierend<br />
auf „Worst-Case“-<br />
Rechnungen<br />
-5 %<br />
2 % Spannungsanhebung<br />
durch Einspeisung<br />
2 % Regelbandbreite Transformator<br />
5 % Spannungsabfall <strong>im</strong> MS-Netz<br />
Außerhalb des Spannungsbands<br />
3 % Spannungsanhebung<br />
durch Einspeisung<br />
Jeweils 1,5 % Spannungsabfall und<br />
Einstellungenauigkeit <strong>Ortsnetztransformator</strong><br />
Max<strong>im</strong>ale<br />
Einspeisung<br />
-10 %<br />
5 % Spannungsabfall <strong>im</strong> NS-Netz Max<strong>im</strong>ale<br />
Außerhalb des Spannungsbands<br />
Last<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 10
SIGNIFIKANTER ANTEIL NIEDERSPANNUNGSNETZE<br />
ZUKÜNFTIG MIT SPANNUNGSBANDVERLETZUNGEN<br />
Anteil Niederspannungsnetze mit Spannungsbandverletzungen<br />
Ländliche Netze Vorstädtische Netze Städtische Netze<br />
35% 35% 35%<br />
30%<br />
30%<br />
30%<br />
25%<br />
25%<br />
25%<br />
20%<br />
20%<br />
20%<br />
15%<br />
15%<br />
15%<br />
10%<br />
10%<br />
10%<br />
5%<br />
5%<br />
5%<br />
0%<br />
0%<br />
0%<br />
20 010<br />
20 015<br />
20 020<br />
20 025<br />
20 030<br />
20 010<br />
20 015<br />
20 020<br />
20 025<br />
20 030<br />
20 010<br />
20 015<br />
20 020<br />
20 025<br />
20 030<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 11
WAS IST STABILITÄT?<br />
So verstehen Sie<br />
und ich „Stabilität“<br />
Leistungsfähigkeit g und Versorgungsqualität<br />
g •Übertragungsaufgabe<br />
•Zuverlässigkeit<br />
•Spannungsqualität<br />
Systemdesign<br />
Technischer<br />
Stabilitätsbegriff<br />
Frequenzstabilität<br />
Wirkleistungsbilanz<br />
Technischer<br />
Stabilitätsbegriff<br />
Statische Stabilität<br />
Transiente Stabilität<br />
Eigenschaft der<br />
Synchronmaschine<br />
Sonderprobleme<br />
Spannungsstabilität<br />
Netzphänomen<br />
Zukunftsprobleme<br />
Phasenstabilität<br />
Eigenschaft von<br />
IGBT Umrichtern<br />
Quelle: TU Kaiserslautern<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 12
DER (RONT) ALS SYSTEMLÖSUNG FÜR ORTSNETZSTATIONEN<br />
– EINE BEWÄHRTE TECHNOLOGIE<br />
EINE BEWÄHRTE TECHNOLOGIE<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 13
GRIDCON ® iTAP ® - DIE SYSTEMLÖSUNG FÜR REGELBARE<br />
ORTSNETZTRANSFORMATOREN<br />
Grundkonzept Laststufenschalter<br />
Transformator (3 Phasen)<br />
Oberspan<br />
nnungsw wicklung<br />
U S<br />
Stammwicklung<br />
Regelwicklung<br />
Un nterspann nungng<br />
swicklun<br />
Legende:<br />
U S : Stufenspannung<br />
I: Strom<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012<br />
04.12.2012 I<br />
Seite 14
DER REGELBARE ORTSNETZTRANSFORMATOR (RONT) ALS<br />
SYSTEMLÖSUNG FÜR ORTSNETZSTATIONEN<br />
3<br />
MS-Netz<br />
Spannungsregler<br />
Ortsnetzstation<br />
Spannungsmessung<br />
am Transformator<br />
Niederspannungsnetz<br />
abgesetzte<br />
Spannungsmessung<br />
Regler<br />
Sensor<br />
Aktor<br />
V<br />
1<br />
Transformator<br />
PV<br />
G<br />
2<br />
Laststufenschalter<br />
3~<br />
=<br />
PV<br />
3~<br />
=<br />
PV<br />
3~<br />
=<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 15
INSTALLATION LARRIEDEN<br />
Larrieden bei Feuchtwangen<br />
‣Einsatz in hochbelastetem<br />
Netzgebiet mit 650 kWp<br />
Photovoltaik<br />
Weyhe und Stuhr bei Bremen<br />
‣Abgesetzte U‐Regelung<br />
‣Weitere weitreichende Projekte<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 16
INSTALLATION OBERURSEL<br />
‣630 kVA Ortnetzstation<br />
‣Transformator mit amorphem Kern<br />
‣20 kWp Photovoltaik<br />
‣8 kWp Windenergie<br />
‣100 kVAr dynamische Kompensation<br />
‣Ladestation E‐Mobility<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 17
GRIDCON ® iTAP ® - DIE SYSTEMLÖSUNG FÜR REGELBARE<br />
ORTSNETZTRANSFORMATOREN<br />
Eigenschaften Lastschaltfunktion<br />
Reaktorschalter, d. h. Strombegrenzung durch Drosseln<br />
Linearer Direktantrieb<br />
Lichtbogenlöschung in speziell entwickelten Vakuumzellen<br />
Regelung auf der Oberspannungsseite<br />
3 Phasen<br />
9, 7 oder 5 Stellungen<br />
Symmetrische oder asymmetrische Auslegung (z.B. +4/-4 4 oder +5/-3)<br />
Stufenspannung frei wählbar solange kleiner gleich 3% (entspricht max<strong>im</strong>al 600 V)<br />
Einsetzbar in allen Transformatoren bis 800 kVA und 24 kV<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 18
GRIDCON ® iTAP ® - DIE SYSTEMLÖSUNG FÜR REGELBARE<br />
ORTSNETZTRANSFORMATOREN<br />
Unterschied Widerstandsschnell- und Reaktorschalter<br />
Widerstandsschnellschalter Reaktorschalter (GRIDCON ® iTAP ® )<br />
Widerstände zur Kreisstrombegrenzung<br />
Widerstände können nur kurz belastet werden,<br />
daher Federkraftspeicher nötig<br />
N Anzapfungen ermöglichen N Stufen<br />
Bekannt seit 1926<br />
Hauptprinzip in Europa<br />
Drosseln zur Kreisstrombegrenzung<br />
Drosseln können dauerhaft belastet werden,<br />
daher langsamere Schaltungen möglich<br />
N Anzapfungen ermöglichen (Nx2)-1 Stufen<br />
Bekannt seit 1905<br />
Hauptprinzip in den USA<br />
Legende: I C : Kreisstrom; I: Strom<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012<br />
04.12.2012 I<br />
Seite 19
DER REGELBARE ORTSNETZTRANSFORMATOR (RONT) ALS<br />
SYSTEMLÖSUNG FÜR ORTSNETZSTATIONEN<br />
Basis Regelalgorithmus entkoppelt Mittel- und Niederspannung<br />
•DIN EN 50160<br />
Spannungsband<br />
•Netzplanungspraxis<br />
basierend<br />
auf „Worst-Case“-<br />
Rechnungen<br />
ennspannu ung (in %)<br />
Abweich hung von N<br />
110 kV 20 kV 20 kV 0,4 kV 0,4 kV<br />
Umspann- Mittelspan- Ortsnetz- Niederspanwerk<br />
nungsnetz station nungsnetz<br />
+10 %<br />
Außerhalb des Spannungsbands<br />
Max<strong>im</strong>ale<br />
11 % Spannungsanhebung Einspeisung<br />
+5 %<br />
0 %<br />
-5 %<br />
2 % Spannungsanhebung<br />
durch Einspeisung<br />
2 % Regelbandbreite Transformator<br />
5 % Spannungsabfall <strong>im</strong> MS-Netz<br />
durch Einspeisung<br />
Regelung<br />
„nach unten“<br />
4% Regelbandbreite<br />
Regelung<br />
g <strong>Ortsnetztransformator</strong><br />
„nach oben“<br />
-10 %<br />
5 % Spannungsabfall <strong>im</strong> NS-Netz Max<strong>im</strong>ale<br />
Außerhalb des Spannungsbands<br />
Last<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 20
BEISPIEL 1: LARRIEDEN<br />
EEG-ZUKUNFTSSZENARIO BEREITS HEUTE REALITÄT<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 21
BEISPIEL 1: LARRIEDEN<br />
EEG-ZUKUNFTSSZENARIO BEREITS HEUTE REALITÄT<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 22
BEISPIEL 1: LARRIEDEN<br />
EEG-ZUKUNFTSSZENARIO BEREITS HEUTE REALITÄT<br />
Schaltungen pro Tag <strong>im</strong> Juli 2012<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
01.07.12<br />
02.07.12<br />
03.07.12<br />
04.07.12<br />
05.07.12<br />
06.07.12<br />
07.07.12<br />
08.07.12<br />
09.07.12<br />
10.07.12<br />
11.07.12<br />
12.07.12<br />
13.07.12<br />
14.07.12<br />
15.07.12<br />
16.07.12<br />
17.07.12<br />
18.07.12<br />
19.07.12<br />
20.07.12<br />
21.07.12<br />
22.07.12<br />
23.07.12<br />
24.07.12<br />
25.07.12<br />
26.07.12<br />
27.07.12<br />
28.07.12<br />
29.07.12<br />
30.07.12<br />
31.07.12<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 23
ERFAHRUNGEN AUS DER STUFENSCHALTERENTWICKLUNG<br />
UND FELDTESTS<br />
Anforderungen/Fragen der <strong>Verteilnetz</strong>betreiber:<br />
„Konventioneller“<br />
Ölschalter<br />
(„Oiltap® L“)<br />
Hat der RONT negative Auswirkungen auf das Netz?<br />
Wie viele Stellungen werden überhaupt benötigt?<br />
Arbeitet der RONT autark am Netzknoten oder ist eine<br />
IKT Anbindung notwendig?<br />
Lessons learned:<br />
langlebig wie ein ungeregelter Transformator<br />
robuste, autark einsetzbare Lösung notwendig<br />
wartungsfreier <strong>regelbare</strong>r Transformator<br />
Hybridhlt<br />
schalter<br />
Vakuumschalter<br />
„GRIDCON<br />
iTAP ®“<br />
kompakt zur Integration in Kompaktstationen<br />
5-9 Stufen, Stufenspannung: Nach Kundenwunsch,<br />
typisch 2% oder 2.5%<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 24
ERFAHRUNGEN AUS DER STUFENSCHALTERENTWICKLUNG<br />
UND FELDTESTS<br />
Messungen seit 2009, RONT Feldtests seit Januar 2011<br />
• 1 „Larrieden“<br />
• 2 „e‐Home“ • 3 „Oberursel“<br />
• 4 „Nieder‐ 5 „Seebach“<br />
vorschütz“<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 25
BEISPIEL 2: e-home-Energieprojekt 2020, E.ON AVACON<br />
ANSATZ DER DEZENTRALEN SPANNUNGSREGELUNG<br />
• Bisher eine starre Kupplung zwischen Mittel- und<br />
Niederspannung.<br />
8%<br />
2%<br />
3%<br />
7%<br />
3%<br />
12%<br />
5%<br />
• Deshalb können wir das normativ verfügbare<br />
Spannungsband von +/- 10 % pro Netzebene nicht<br />
ausnützen, sondern müssen es aufteilen.<br />
• Da die Aufteilung (und damit die gewachsene<br />
Netztopologie) klassischerweise praktisch ausschließlich<br />
auf die Versorgungsaufgabe ausgerichtet war, gibt es <strong>im</strong><br />
Spannungsband kaum Spielraum für dezentrale<br />
Erzeugung.<br />
Für Verbrauch nötig<br />
Schwankung am Trafo<br />
MS<br />
NS<br />
Frei für Erzeuger<br />
In MS für NS reserviert<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 26
BEISPIEL 2: e-home-Energieprojekt 2020, E.ON AVACON<br />
ANSATZ DER DEZENTRALEN SPANNUNGSREGELUNG<br />
• Einzelne RONT‘s erschließen <strong>im</strong><br />
jeweiligen NS-Netz Netz deutlich<br />
höhere EEG-Potenziale ohne<br />
Netzausbau<br />
• Sie können auf Erzeugung und<br />
Verbrauch (Wärmepumpen,<br />
E-Mobility) verteilt werden.<br />
• Das Spannungsband <strong>im</strong> MS-<br />
Netz und in den Ortsnetzen<br />
ohne RONT bleibt unverändert.<br />
Konventionelle Nutzung der Nt Nutzung bei bi punktuellem<br />
Spannungsbänder MS / NS RONT-Einsatz NS<br />
Für Verbrauch nötig<br />
Nutzung <strong>im</strong> Konzept der<br />
DSR<br />
Schwankung am Trafo<br />
Frei für Erzeuger<br />
In MS für NS reserviert<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 27
BEISPIEL 2: e-home-Energieprojekt 2020, E.ON AVACON<br />
ANSATZ DER DEZENTRALEN SPANNUNGSREGELUNG<br />
Konventionelle Nutzung der<br />
Nutzung bei punktuellem<br />
Nutzung <strong>im</strong> Konzept<br />
Spannungsbänder MS / NS RONT-Einsatz NS<br />
der DSR<br />
Für Verbrauch nötig<br />
Schwankung am Trafo<br />
Frei für Erzeuger<br />
In MS für NS reserviert<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 28
ZUSAMMENFASSUNG & AUSBLICK<br />
Zusammenfassung<br />
RONT erhöht die Aufnahmefähigkeit des Verteilungsnetzes für erneuerbare Energien<br />
Wirksamkeit in zahlreichen Feldtests bereits nachgewiesen<br />
Kundenanforderungen KOMPAKT, WARTUNGSFREI und LANGLEBIG in<br />
Produktentwicklung eingeflossen -> Serienlösung verfügbar!<br />
Ausblick<br />
Berücksichtigung des RONT-Einsatzes auf Netzplanung und –betrieb (NS- und MS!)<br />
Verdeutlichung tlih der Kosteneffizienz ffii zum klassischen Netzausbau Nt zur Anerkennung in<br />
ARegV (Zeitverzug der Erlöswirksamkeit, F&E Budgets)<br />
Power Distribution, Dipl.-Ing. Ansgar Hinz I <strong>FGE</strong>-Seminar 2012 04.12.2012 I Seite 29
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