Technische und betriebliche Aspekte für den Netzanschluss von ...

VDE/SEV/ÖVE-Fachtagung „Netzzugang und Netznutzung im liberalisierten Umfeld“Friedrichshafen, 9. – 10. Mai 2001NetzschutzkriteriumSpannungssteigerungsschutzSpannungsrückgangsschutzFrequenzsteigerungsschutzFrequenzrückgangsschutzEinstellwert1,06 * U n0,8 * U n50,5 Hz49,5 HzTabelle 2: Typische Werte für die Einstellung desNetzschutzes bei Windenergieanlagen.trennen und entsprechend enge Grenzen für den Netzschutzder Anlagen gefordert. Typische Einstellwertesind z. B. in der untenstehenden Tabelle 2 wiedergegeben.Die Windenergieanlage soll hierbei möglichstschnell, z. B. innerhalb von 200 ms abschalten.Damit die Großwindparks im Fehlerfall zur Netzstützungbeitragen können, müssen diese Werte, vor allemFrequenzrückgangs- und Spannungsrückgangsschutz,verändert werden. Während eine Veränderungdes Frequenzrückgangsschutzes von 49,5 Hz. auf 47,5Hz von den Herstellern der Windenergieanlagen alsproblemlos erachtet wird, stößt die Absenkung desSpannungsrückgangsschutzes auf größere technischeSchwierigkeiten, die ggfs. ein komplettes neues Designdes elektrischen Systems der Windenergieanlagenerforderlich machen. Aus diesem Grund ist eineenge Zusammenarbeit zwischen Anlagenherstellerund Netzbetreiber bei der Festlegung neuer Grenzwertesinnvoll.Der von der Windenergieanlage zur Verfügung gestellteBeitrag zur Kurzschlussleistung hängt starkvom elektrischen System ab. Hier muss unterschiedenwerden zwischen• Windenergieanlagen mit direkt netzgekoppeltemAsynchrongenerator, deren Rotordrehzahl nahezukonstant ist (entsprechend dem Schlupf des Generators)• Windenergieanlagen mit Synchrongenerator, beidem die gesamte Leistung über ein Wechselrichtersystemin das Netz eingespeist wird. DieserTyp weist eine variable Rotordrehzahl auf.• Windenergieanlagen mit doppelt-gespeistemAsynchrongenerator, bei dem nur ein Teil derLeistung über ein Wechselrichtersystem geführtwird. Auch dieser Typ ist drehzahlvariabel.Die Windenergieanlagen mit direkt netzgekoppeltemGenerator könnten kurzzeitig einen Beitrag zur Kurzschlussleistungleisten. Die drehzahlvariablen Windenergieanlagenmit Wechselrichtersystemen hingegensind in der maximalen Ausgangsleistung begrenzt undtragen somit nicht oder nur geringfügig zur Kurzschlussleistungbei.Die Blindleistung heutiger Windenergieanlagen wirdbei Anlagen mit direkt netzgekoppeltem Asynchrongeneratordurch stufig schaltbare Kondensatorbänkekompensiert. In der Regel wird dabei ein Leistungsfaktorim Bereich von 0.98 bis 1.00 erreicht. Beidrehzahlvariablen Windenergieanlagen findet eineBlindleistungsregelung durch die Wechselrichtersystemestatt. Die heutigen Wechselrichter in Windenergieanlagenbasieren auf pulsbreitenmoduliertenIGBT-Technologien, die in der Lage sind, die Blindleistungdynamisch zu regeln. Dadurch kann der Leistungsfaktorauf einen vorgegebenen Wert geregeltwerden. Je nach Anforderung kann dieses sowohlstatisch, also auf einen vorgegeben Blindleistungswertoder Leistungsfaktor, als auch dynamisch, also zeitlichentsprechend der Vorgaben, aber auch in Formeiner Spannungsregelung erfolgen. Der technischmögliche Blindleistungsbereich ergibt sich hierbei ausder Nennscheinleistung der Wechselrichter.5 Zusammenfassung - Technische undbetriebliche Lösungen zur NetzeinbindungDer enorme Zuwachs an installierter Windenergieleistungder jüngsten Vergangenheit und der weiterhinhohe Zubau erfordern eine neue Strategie beim Netzanschlussvon Großwindparks. Die in der Vergangenheiterfolgreich durchgeführte Optimierung der klassischenNetzrückwirkungen muss durch eine netzstützendeFunktion der WEA ergänzt werden. Zur Aufrechterhaltungeines zuverlässigen und wirtschaftlichenSystembetriebs ergeben sich von Seiten derNetzbetreiber erweiterte Anforderungen an WEAhinsichtlich der Blindleistungsregelung sowie derSpannungs- und Frequenzstabilität. Insbesondere derNetzanschluss an das Hoch- und Höchstspannungsnetzerfordert die Schalthoheit des Netzbetreibersdurch eine direkte leit- und schutztechnische Einbindung.Bei der notwendigen Erweiterung der einschlägigenRegelwerke sollte berücksichtigt werden, dass bestimmteAnforderungen von Herstellerseite relativleicht zu erfüllen sind, andere dagegen systembedingteinen unangemessen hohen Aufwand erfordern würden.Eine Lösung lässt sich am besten durch die Fortführungder engen Zusammenarbeit zwischen Herstellern,Planern, Messinstituten und Netzbetreibernerzielen.