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Spannungshaltung

Elektrizität wird in Deutschland über Netze mit verschiedenen Spannungsebenen transportiert, von der Höchst- (380 kV) bis zur Niederspannung (≤ 1000 V, üblicherweise im Niederspannungsnetz 400 bzw. 230 V). Die Spannung muss in jeder dieser Ebenen in einem vorgeschriebenen Band bleiben, damit ein stabiler Netzbetrieb möglich ist und an das Netz angeschlossene Geräte keinen Schaden nehmen. Spannungsschwankungen können mit der Bereitstellung von Blindleistung ausgeglichen werden.

Die Blindleistung ist neben der Wirkleistung ein Teil der elektrischen Scheinleistung (Gesamtleistung). Sie wird zum Aufbau von elektromagnetischen Feldern benötigt, kann aber nicht als Energie genutzt werden (d.h. sie verrichtet keine Arbeit). Die Bereitstellung von Blindleistung ist wichtig für eine stabile Spannung im Netz.

Im Projekt Kombikraftwerk2 werden die Herausforderungen der Spannungshaltung im Höchstspannungsnetz eines rein regenerativen Stromversorgungssystems untersucht. 

 


Blindleistungsmanagement am HS/MS-Netzkoppelpunkt durch regelbare Photovoltaikanlagen

Die aktive Steuerung des Blindleistungsaustauschs zwischen Verteil- und Transportnetz stellt eine wichtige, zukünftige Systemdienstleistung des Verteilnetzbetreibers an den Transportnetzbetreiber dar. Ziel der Blindleistungssteuerung ist es, einen Beitrag zur Spannungsstabilität im Transportnetz zu leisten. Diese Systemdienstleistung wird klassischerweise direkt auf der Transportnetzebene durch zentrale Großkraftwerke, Generatoren im Phasenschieberbetrieb und/ oder Kompensationsanlagen erbracht. Durch die Energiewende und den daraus folgenden Abbau zentraler Großkraftwerke reduziert sich in Zukunft allerdings das dort verfügbare Blindleistungsbereitstellungspotenzial.

Durch eine intelligente Betriebsführung der unterlagerten Verteilnetzebene ergeben sich jedoch neue Möglichkeiten zur Blindleistungsbereitstellung.  Eine verteilnetzseitige Steuerung bzw. Regelung der Blindleistungsflüsse über den Netzkoppelpunkt zwischen Verteil- und Transportnetz kann die Blindleistungsbereitstellungspotenziale zentraler Großkraftwerke zumindest teilweise kompensieren. Hierbei nutzt der Verteilnetzbetreiber die Flexibilität regelbarer Blindleistungsquellen (z.B. regelbare Erzeugungsanlagen und Verbraucher, STATCOMS etc.) zur Erbringung der Systemdienstleistung für den Transportnetzbetreiber.

Im Video wird anhand einer Simulation gezeigt, wie ein am Fraunhofer IWES entwickeltes Netzbetriebsführungssystem zur Regelung des Blindleistungsaustauschs an der Koppelstelle zwischen Mittel- und Hochspannung arbeitet. In der Mitte des Bildausschnitts finden sich Informationen zur Netzstruktur einschließlich einer Visualisierung des realen Mittelspannungsnetzes. Zur Regelung des Blindleistungsflusses stehen dem Verteilnetzbetreiber die Blindleistungskapazitäten von insgesamt vier Mittelspannungs-PV-Parks zur Verfügung. Deren Blindleistungsbereitstellung wird in der Anzeige links unten dargestellt. Zur Einhaltung der Spannungsgrenzen im Verteilnetz – eine Randbedingung der Optimierung - wird auch der Stufensteller im Umspannwerk eingesetzt.

Der Anzeige links oben kann der derzeitige Blindleistungsaustausch mit dem vorgelagerten Hochspannungsnetz entnommen werden. Bis 12:30 Uhr ist die zentrale Optimierung deaktiviert, weshalb sich zunächst ein Blindleistungsfluss um den Wert von 3,5 Mvar am Netzkoppelpunkt einstellt.

In der Anzeige rechts oben ist die maximale Netzspannung im Mittelspannungsnetz abgebildet. Diese steigt im betrachteten Zeitraum aufgrund der Einspeisung von vier Mittelspannungs- und über 300 kleineren Niederspannungs-PV-Anlagen (vergleiche Anzeige rechts unten). Die eingezeichnete Spannungsgrenze ist zunächst willkürlich gewählt, um den Effekt der optimierten Verteilnetzbetriebsführung zu demonstrieren.

Um 12:30 Uhr wird schließlich die intelligente Verteilnetzbetriebsführung aktiviert, mit dem Ziel, den Blindleistungsaustausch zwischen Mittel- und Hochspannungsebene zu minimieren. Basierend auf dem jeweils aktuellen Netzzustand ermittelt das System optimierte Einstellwerte für die regelbaren PV-Anlagen und den Stufensteller  im Umspannwerk und sendet diese an die Anlagen im Feld. Als Ergebnis der Optimierung ist ein deutlich reduzierter Blindleistungsaustausch zwischen den beiden Netzebenen zu erkennen. Gleichzeitig wird die temporäre Überspannung im Netzgebiet des Verteilnetzbetreibers beseitigt. Die Einspeiseleistung der in die Regelung einbezogenen PV-Anlagen bleibt im Rahmen der Optimierung unverändert.