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Title
Volt/var behavior of low voltage Grid-Link in European grid type / by Daniel-Leon Schultis
Additional Titles
Volt / var Verhalten von Niederspannungs-Grid-Link in europäischen Netztyp
AuthorSchultis, Daniel-Leon
CensorGawlik, Wolfgang
Thesis advisorIlo, Albana
PublishedWien, 2017
Description121 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institutional NoteTechnische Universität Wien, Diplomarbeit, 2017
Annotation
Zusammenfassung in deutscher Sprache
Annotation
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
LanguageEnglish
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)Niederspannungsnetz / Blindleistung
Keywords (EN)low voltage grid / reactive power
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-103689 Persistent Identifier (URN)
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Volt/var behavior of low voltage Grid-Link in European grid type [3.37 mb]
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Abstract (German)

Der Trend hin zur dezentralen Erzeugung erneuerbarer elektrischer Energie bringt neue Herausforderungen für die Netzbetreiber mit sich, da die fluktuierende Wirkleistungseinspeisung zu Überschreitungen der maximal zulässigen Strom- und Spannungswerte führen kann. Insbesondere die gesetzlich geforderten Spannungsbeschränkungen sind häufig der begrenzende Faktor für die Integration fluktuierender Erzeuger in die Verteilnetze. Um den Spannungsüberhöhungen auch ohne einen Netzausbau entgegen wirken zu können, werden die Stromrichter, über welche Erzeugungsanlagen wie z.B. Photovoltaik an das Verteilnetz angebunden sind, häufig mit lokalen Regelungen wie der P(U)-, der Q(U)- oder der cos'(P)-Regelung ausgestattet. Diese Regelungen beeinflussen den Wirk- bzw. Blindleistungsaustausch der Erzeugungsanlagen mit dem Netz mit dem Ziel der Spannungshaltung.^ Außerdem könnte bei lokaler Überspannung die Wirkleistungseinspeisung einer Erzeugungsanlage durch einen Überspannungsschutz zur Gänze unterbunden werden. Ein weiteres denkbares, jedoch bisher wenig beachtetes Spannungsregelungskonzept ist es lokal geregelte Blindleistungssenken mit Spannungssollwerten nahe der maximal zulässigen Netzspannung an den Enden der betroffenen Stichleitungen zu betreiben und die Stromrichter der Kunden zu verwenden um deren eigenen Blindleistungsbedarf zu decken. Dieses Konzept wird hier als L(U)-Regelung mit Q-autarken Kunden bezeichnet. In dieser Masterarbeit werden die Einflüsse der genannten Regelungskonzepte auf die betriebliche Performance eines theoretischen Niederspannungsnetzes unter verschiedenen Last/Erzeugungs-Szenarien anhand von Lastflusssimulationen miteinander verglichen.^ Zur Bewertung der Performance des Netzes werden dabei die Netzverluste, die Auslastung des Transformators, der Blindleistungsaustausch zwischen dem Nieder- und dem Mittelspannungsnetz, die eventuell verbleibenden Spannungsbandverletzungen und die eventuell abgeregelte Wirkleistungseinspeisung herangezogen. Zusätzlich wird bewertet, welche dieser Regelungskonzepte zu einer Diskriminierung einzelner Netzkunden führt, und welche Konzepte einen Datenaustausch zwischen Kunden und Netzbetreiber erfordern um eine koordinierte Blindleistungsregelung des Niederspannungsnetzes zu ermöglichen. Außerdem wird die L(U)-Regelung mit und ohne Q-autarken Kunden unter verschiedenen realen Netzbedingungen simuliert.^ Nach den Ergebnissen der wirkleistungsbasierten Regelungskonzepte spart die teilweise Abregelung der Wirkleistungseinspeisung durch eine P(U)-Regelung gegenüber einer vollkommenen Unterbindung der Wirkleistunseinspeisung durch einen Überspannungsschutz Wirkleistung ein und verhindert trotzdem zuverlässig Überschreitungen der Maximalspannung. Nach den Ergebnissen der blindleistungsbasierten Regelungskonzepte schneidet die cos'(P)-Regelung bezüglich aller betrachteten Kriterien durchschnittlich am schlechtesten ab, während die L(U)-Regelung mit Q-autarken Kunden bezüglich aller betrachteten Kriterien durchschnittlich am besten abschneidet. Die L(U)-Regelung mit und ohne Q-autarken Kunden verhindert auch unter realen Netzbedingungen zuverlässig Überschreitungen der oberen Spannungsgrenze und erhöht damit entsprechend stark die Aufnahmekapazität der Niederspannungsnetze für verteilte Energieerzeuger.^ Weiters hat sich herausgestellt, dass ausschließlich die Regelungskonzepte, welche die Stromrichter der Kunden zur Spannungshaltung verwenden, zu einer Diskriminierung der Kunden führen und einen Datenaustausch zwischen Kunden und Netzbetreiber benötigen um eine koordinierte Blindleistungsregelung des Niederspannungsnetzes zu ermöglichen.

Abstract (English)

The trend towards the decentralised production of renewable electrical energy entails new challenges for the network operators, since the fluctuating active power infeed may lead to exceedances of the maximum permissible current and voltage values. In particular, the legally stipulated voltage limitations are often the limiting factor for the integration of fluctuating producers into distribution networks. To counteract the voltage rise also without grid reinforcements, local Q(U)-, P(U)- and cos'(P)-controls are often implemented into the inverters which couple decentralised producers, like photovoltaic arrays for instance, with the distribution grid. These controls influence the active or reactive power exchange between the producers and the grid in order to improve the grids voltage profile. Furthermore, the active power injection of a producer could be completely prevented during overvoltage conditions by an overvoltage protection.^ Another conceivable, but so far barely considered voltage control concept is to operate locally controlled reactive power sinks with voltage set-points close to the maximum permissible voltage limitation at the ends of the affected feeders, and to simultaneously use the customers inverters to cover their own reactive power demand. This concept is called L(U)-control with Q-autarkic customers in this thesis. Based on load flow simulations, the impacts of the above-mentioned control concepts on the performance of a theoretical low voltage network are analysed under different load/production scenarios and compared with each other. The performance of the low voltage grid is evaluated by means of the network losses, the transformer loading, the reactive power exchange between the low and the medium voltage grid, the possibly remaining voltage limit violations and the possibly curtailed active power.^ In addition, it is assessed which of these control concepts leads to a discrimination of individual customers and which concepts require a data exchange between the customers and the network operators in order to enable a coordinated reactive power control of the low voltage network. Furthermore, the L(U)-control with and without Q-autarkic customers is simulated under different real network conditions. The results of the active power based control concepts show that the partial curtailment of the producers active power injection by P(U)- controls waste less active power than the disconnection of the producers from the grid by their overvoltage protections, while it still reliably prevents upper voltage limit violations. For each of the evaluation criteria, the results of the reactive power based control concepts show that the cos'(P)-controls averagely lead to the worst grid performance, while the L(U)-controls with Q-autarkic customers averagely lead to the best grid performance.^ Also under realistic network conditions, the L(U)- controls with and without Q-autarkic customers reliably prevent violations of the upper voltage limitation and thus increase the networks hosting capacities for distributed electricity production. Furthermore it turned out that exclusively those voltage control concepts, which require customer-owned inverters for voltage control, lead to a discrimination of individual customers and requires a data exchange between the customers and the DSO in order to enable a coordinated reactive power control of the low voltage grid.

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