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Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik Fachgebiet Elektrische Energieversorgung Systemdienstleistungen.

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Präsentation zum Thema: "Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik Fachgebiet Elektrische Energieversorgung Systemdienstleistungen."—  Präsentation transkript:

1 Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik Fachgebiet Elektrische Energieversorgung Systemdienstleistungen von Windparkclustern Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Hofmann

2 2 Systemdienstleistungen von Windparkclustern BegriffsdefinitionenEinleitungSystemdienstleistungen Netzregelung und EngpassmanagementClustermanagementsystem (WCMS)Wirkleistungsregelung mit dem WCMSBlindleistungsregelung mit dem WCMSZusammenfassung Gliederung Einleitung

3 3 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Aufbau von Elektroenergiesystemen Verteilungsnetz Übertragungsnetz Hochspannungsnetz Mittelspannungsnetz Niederspannungsnetz Höchstspannungsnetz Leistungstransite ~ On- und Offshore WEA Rückspeisungen

4 4 Systemdienstleistungen von Windparkclustern neue Übertragungs- und Verteilungsaufgaben –Änderung der Erzeugungs- und Verbrauchsschwerpunkte Ersatz thermischer Erzeugungskapazität durch EEG Kraftwerksneubau und Kernenergieausstieg –zunehmende dezentrale Erzeugung, Rückspeisungen aus Verteilnetzen –Intensivierung europäischer Strommarkt Auswirkungen und Herausforderungen –großräumige Energietransporte in die Lastschwerpunkte –volatile Leistungsflüsse, Netzengpässe => Redispatch –Einsatz von Ausgleichsleistung und Schattenkraftwerken –Bereitstellung von Systemdienstleistungen zur Wahrung der Netzstabilität Spannungshaltung Regelleistungsbereitstellung Schwarzstartfähigkeit und Betriebsführung Aufgaben und Herausforderungen für die Übertragungsnetze NETZREGELUNG

5 5 Systemdienstleistungen von Windparkclustern BegriffsdefinitionenEinleitungDas Übertragungsnetz, seine Aufgaben und aktuelle NetzsituationClustermanagementsystem (WCMS)Wirkleistungsregelung mit dem WCMSBlindleistungsregelung mit dem WCMSZusammenfassung Gliederung Systemdienstleistungen Netzregelung und Engpassmanagement

6 6 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Netzregelung Frequenz-Wirkleistungs- Regelung (f-P-Regelung) Spannungs-Blindleistungs- regelung (U-Q-Regelung) Netzregelung PüPü jederzeit ausreichende Vorhaltung von –Primärregelleistung –Sekundärregelleistung und –Minutenreserveleistung Frequenz-Übergabeleistungs-Regelung im Verbundnetz f = 50 Hz X

7 7 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Netzzeitkonstante T m =8 s Primärreglerzeitkonstante T p =3 s Frequenz Primärregelleistung Sekundärregelleistung 650 mHz Rückgang der rotierenden Massen der konventionellen thermischen Kraftwerke kleinere Zeitkonstante T m größere Frequenzeinbrüche

8 8 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Netzzeitkonstante T m =4 s Primärreglerzeitkonstante T p =3 s Frequenz Primärregelleistung Sekundärregelleistung 910 mHz

9 9 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Spannungs-Blindleistungs-Regelung (U-Q-Regelung) Generator- regelung Transformator- regelung Kompensations- regelung Verstimmungs- gradregelung R UfUf U Schräg: Längs: ±U±U konventionelle Kraftwerke von oben nach unten Spannungs- stützung Sternpunkt- erdung

10 10 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Spannungsprofil: mit Blindleistungskompensation 4x100 Mvar U min = 411,5 kV 144 Knoten 4 Kraftwerkseinspeisungen Last MW mit cos =0.9

11 11 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Spannungsprofil: mit Blindleistungskompensation 4x50 Mvar U min = 410,6 kV 144 Knoten 4 Kraftwerkseinspeisungen Last MW mit cos =0.9

12 12 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Spannungsprofil: ohne Blindleistungskompensation U min = 409,0 kV 144 Knoten 4 Kraftwerkseinspeisungen Last MW mit cos =0.9

13 13 Systemdienstleistungen von Windparkclustern ~ ~ Land A Land B KW A KW B Netzengpässe und Engpassbeseitigung durch Redispatch

14 14 Systemdienstleistungen von Windparkclustern BegriffsdefinitionenEinleitungSystemdienstleistungen Netzregelung und EngpassmanagementEntwicklungen und deren Auswirkungen auf die ÜbertragungsnetzeWirkleistungsregelung mit dem WCMSBlindleistungsregelung mit dem WCMSZusammenfassung Gliederung Clustermanagementsystem (WCMS)

15 15 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Wirkleistungsregelung Gradient Control Time t P [MW] t+i t+j t+n Blindleistungsregelung P +Q -Q cos Capacitive Inductive Adjustable power factor Blindleistungsprognose Blindleistungsregelung Spannungsregelung Windleistungsreserve Engpassmanagement Leistungsbegrenzung Gradientenbegrenzung Frequenzregelung Aktiver Beitrag zur Systemsicherheit

16 16 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Logische Aggregation von physikalisch existierenden Windparks die an einem Netzknoten verknüpft sind WindenergieanlagenWindparkWindpark-Clusters Windenergie als konventionelle Einspeiser Cluster-Architektur Übernahme von Kraftwerkseigenschaften Quelle: A. J. Gesino, IWES

17 17 Systemdienstleistungen von Windparkclustern WP 1 WP n Wettervorhersage Messwerte Clusterprognose Cluster-Befehle Folgetags- prognose Cluster-Regler Netzberechnung Kurzfrist- prognose WCMS Windpark-Sollwerte Cluster-Architektur und Windparkclustermanagementsystem (WCMS) Quelle: K. Rohrig, IWES

18 18 Systemdienstleistungen von Windparkclustern BegriffsdefinitionenEinleitungSystemdienstleistungen Netzregelung und EngpassmanagementClustermanagementsystem (WCMS)Übertragungsnetz der ZukunftBlindleistungsregelung mit dem WCMSZusammenfassung Gliederung Wirkleistungsregelung mit dem WCMS

19 19 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Leistungsregelung / -begrenzung mit WP-Clustern Kurzfristprognose Folgetagsprognose ÜNB/VNB: Sollwert für Netzverknüpfungspunkt zu erfüllen wenn prognostizierter Leistungswert > Sollwert Praxisbeispiel Erzeugungs- bzw. Einspeisemanagement Quelle: K. Rohrig, IWES

20 20 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Praxisbeispiel Erzeugungs- bzw. Einspeisemanagement I eff (t) – 1/4-h-Werte Beispiel: Situation am 12/ EAV Quelle: K. Rohrig, IWES

21 21 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Quelle: Extended operation control to integrate german (offshore) wind farms, Wolff, Mackensen, Füller, Lange, Rohrig, Fischer, Hofmann, Heier, Valov Regelleistungsbereitstellung durch Androsselung von WEA

22 22 Systemdienstleistungen von Windparkclustern A1 A2 A0, BO B1 B B3 A3 xx Normierte Leistung [%] Frequenz [Hz] Wirkleistungsregelung - Frequenzregelung Quelle: K. Rohrig, IWES Regelleistungsbereitstellung durch Androsselung von WEA

23 23 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Leistungsflussbeeinflussung durch gezielte Einspeiseänderung Bestimmung von Einflussfaktoren auf Basis des Netzgleichungssystems in MVA / MVA oder kA / MVA Auswahl der Windparks mit dem größten Einfluss auf den Engpass Bestimmung der maximal möglichen und erforderlichen Stellleistung S ik =K Z S WP

24 24 Systemdienstleistungen von Windparkclustern BegriffsdefinitionenEinleitungSystemdienstleistungen Netzregelung und EngpassmanagementClustermanagementsystem (WCMS)Wirkleistungsregelung mit dem WCMSNetzausbau und ÜbertragungstechnikZusammenfassung Gliederung Blindleistungsregelung mit dem WCMS

25 25 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Betriebsführungsstrategien – Blindleistung und Spannung Blindleistungsbereitstellung: ÜNB/Grid-Code Anforderungen Bsp.:_National Grid, UK

26 26 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Betriebsführungsstrategie – Blindleistung und Spannung Arbeitspunkt muss innerhalb der Betriebsgrenzen des Clusters liegen K.. Rohrig, IWES

27 27 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Blindleistungseinspeisung und Spannungsregelung durch gezielte Einspeiseänderung Bestimmung von Einflussfaktoren auf Basis des Netzgleichungssystems in kV / Mvar oder Mvar / Mvar lokale Spannungsregelung durch Blindleistungsbereitstellung Verlustminimierung durch gemeinsame Spannungsregelung (optimaler Leistungsfluss) U K =K K Q WP UnUn -10 % +10 %

28 28 Systemdienstleistungen von Windparkclustern BegriffsdefinitionenEinleitungSystemdienstleistungen Netzregelung und EngpassmanagementClustermanagementsystem (WCMS)Wirkleistungsregelung mit dem WCMSBlindleistungsregelung mit dem WCMSZusammenfassung Gliederung Zusammenfassung

29 29 Systemdienstleistungen von Windparkclustern zukünfige Netzsituation in DE wird dominiert durch … die Änderung der Erzeugungsstruktur und den europäischen Strommarkt die Stromnetze übernehmen Schlüsselfunktion … koordinierter Ausbau von regenerativen Erzeugungsanlagen und der Netze erforderlich sind … Ausbau der HS- und HöS-Netze für den regionalen und überregionalen Energietransport in die Verbrauchszentren netzverträgliche Integration regenerativer und dezentraler Energie- erzeugungsanlagen Übernahme von Kraftwerkseigenschaften => erweiterte Netzanschlussbedingungen aktiver Beitrag der WEA und Windparks zur Systemsicherheit => Regelleistungsbereitstellung, Spannungs-Blindleistungsregelung, Engpassmanagement, Leistungsregelung, Fahrpläne, etc. Zusammenfassung und Ausblick

30 30 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik Fachgebiet Elektrische Energieversorgung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit ! Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Hofmann

31 31 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Cluster in Portugal GENERG Pinhal Interior Gardunha Wind on the Grid: Feldtest in Portugal K.. Rohrig, IWES

32 32 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Wind on the Grid: Feldtest in Portugal U, cos f, Q Spannungsregelung am PCC Pinhal Interior Active power Reactive power 48,116 MW 33,658 MVar K.. Rohrig, IWES

33 33 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Ergebnisse des Portugiesischen Feldtests - Wirkleistung Verhalten vom Windpark Proença (Pinhal Interior) bei Leitungsbegrenzung auf 2.3 MW für 5 Minuten K.. Rohrig, IWES

34 34 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Ergebnisse des Portugiesischen Feldtests - Wirkleistung Spannungsregelung (Gardunha) K.. Rohrig, IWES

35 35 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Das Regenerative Kombikraftwerk II Vor kurzem begonnen: Unterstützung des Netzbetriebs durch EE-Kraftwerke Systemdienstleistungen Frequenzregelung Spannungsregelung K.. Rohrig, IWES

36 36 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Danke für Ihre Aufmerksamkeit

37 37 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Herausforderungen für das Übertragungsnetz Anbindung und Integration von großen Wind- und PV-Parks –Ersatz konventioneller thermischer Erzeugung durch EEG, Schatten-KW –volatile Leistungsflüsse => Einsatz von Ausgleichsleistung –Rückspeisung aus unterlagerten Netzen –großräumige Energietransporte in die Lastschwerpunkte –Bereitstellung von System- dienstleistungen, Netzstabilität Spannungshaltung Regelleistungsbereitstellung Schwarzstartfähigkeit

38 38 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Redispatch: Bsp. unvorhergesehene Windstromeinspeisung ~ ~ Land A Land B Erhöhung des Exports von Land A Land B 1)Leitung A-B ist überlastet 2)Redispatchmaßnahme: Androsselung von KW A Hochfahren von KW B 3)Beseitigung des Engpasses KW A KW B

39 39 Systemdienstleistungen von Windparkclustern 220 / 380 kV 110 kV 10, 20 kV 0,4 kV ~ ~ ~~ ~ ~ ~ DEA ~ On- und Offshore WEA Leistungstransite Verteilungsnetz Übertragungsnetz

40 40 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Betriebsführungsstrategien – Wirkleistung ÜNB Sollwert (P = 70 MW) Sollwert 1? Sollwert 2?Sollwert 3? Netzverluste? K.. Rohrig, IWES

41 41 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Betriebsführungsstrategien – Wirkleistung Wirkleistungskompensation: 1.Bestimmung des Sollwerts an den WP 2.Netzberechnung 3.Bestimmung der Netzverluste (Sollwerte tatsächliche WL am PCC) 4.Bestimmung eines Kompensations-Windparks (oder alle WP) 5.Neue Netzberechnung mit Verlustkompensation K.. Rohrig, IWES

42 42 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Betriebsführungsstrategie – Wirkleistungsregelung K.. Rohrig, IWES

43 43 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Cluster-Management: Motivation K.. Rohrig, IWES

44 44 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Betriebsführungsstrategien – Blindleistung und Spannung Leistungsfaktor- und Spannungscharakteristik +Q -Q P P in, cos in K.. Rohrig, IWES

45 45 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Netzzeitkonstante T m =8 s Primärreglerzeitkonstante T p =3 s Frequenz Primärregelleistung Sekundärregelleistung 650 mHz Rückgang der rotierenden Massen kleinere Zeitkonstante T m größere Frequenzeinbrüche

46 46 Systemdienstleistungen von Windparkclustern PüPü jederzeit ausreichende Vorhaltung von –Primärregelleistung –Sekundärregelleistung und –Minutenreserveleistung Frequenz-Übergabeleistungs-Regelung im Verbundnetz f = 50 Hz X

47 47 Systemdienstleistungen von Windparkclustern Betriebsführungsstrategien – Wirkleistung ÜNB/VNB: Sollwert für Netzverknüpfungspunkt zu erfüllen wenn prognostizierter Leistungswert > Sollwert K.. Rohrig, IWES


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