Prüfungen an der Schnittstelle von dezentralen Generatoren entsprechend europäischen Netzanschlussbedingungen Dipl. Ing. Roland Bründlinger Austrian Institute of Technology ÖFPZ Arsenal GmbH Giefinggasse 2, 1210 Wien, Österreich Tel.: +43 50550 6315, Fax: +43 50550 6390 E-mail: roland.bruendlinger@ait.ac.at Member of Energy Department | Electric Energy Systems 30.03.2017

Anwendung der neuen Anforderungen in ausgewählten Ländern Europas Inhalt Anforderungen an die Ausführung der Netzschnittstelle dezentraler Erzeugungsanlagen Anwendung der neuen Anforderungen in ausgewählten Ländern Europas Prüfung der Kompatibilität von Anlagen und Komponenten mit den neuen Netzanschlussrichtlinien Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 30.03.2017 30.03.2017 2

Neue Anforderungen an den Netzanschluss dezentraler Erzeugungsanlagen Inhalt Neue Anforderungen an den Netzanschluss dezentraler Erzeugungsanlagen Anwendung der neuen Anforderungen in ausgewählten Ländern Europas Prüfung der Kompatibilität von Anlagen und Komponenten mit den neuen Netzanschlussrichtlinien Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 30.03.2017 30.03.2017 3

Neue Anforderungen an den Netzanschluss dezentraler Erzeugungsanlagen Massives Wachstum von Leistung und Dichte dezentraler Erzeugung in den Verteilnetzen „Historische“ Philosophie der Anschlussrichtlinien für DEA: Möglichst passives Verhalten von DEA im Störungsfall, um die Fehlerbehandlung im Netz nicht zu beeinflussen  nachhaltig nicht weiter gangbar Neue Vorschriften für den Netzanschluss fordern nun, dass DEA zukünftig eine aktive, unterstützende Rolle im Netzbetrieb übernehmen. Ziel dieser Forderungen: Mittel- und langfristig den sicheren und zuverlässigen Betrieb des Stromversorgungssystems zu gewährleisten Weiteren Ausbau der Stromerzeugung in DEA zu ermöglichen. 30.03.2017

Neue Anforderungen an den Netzanschluss dezentraler Erzeugungsanlagen Umsetzung: Anwendung der Anforderungen die bisher nur für Anlagen in höheren Spannungsebenen galten, für DEA im NS und MS Netz Forderung der vollen Funktionalität von allen DEA Vorreiter: Richtlinien für den Anschluss an die Mittelspannungsnetze in Deutschland und Frankreich (2008) Richtlinie für den Anschluss an Niederspannungsnetze in DE (2011) Trends: Entsprechende Anpassung der Vorschriften in einer Reihe weiterer europäischer Länder Definition der aktiven Rolle dezentraler Erzeugungsanlagen auch im Rahmen des derzeit in Ausarbeitung befindlichen europäischen Grid Codes 30.03.2017

Neue funktionale Anforderungen an die Ausführung von Netzschnittstelle und Erzeugungsanlage Anforderungen im stationären Betrieb „statische Netzstützung“ Wirkleistungsreduktion im Fall von Erzeugungsüberschüssen im Netz Lieferung von Blindleistung Beitrag zur Spannungsregelung Möglichkeit zur externen Vorgabe von Wirk- und Blindleistung Anforderungen an das Verhalten bei transienten Fehlerzuständen „Dynamische Netzstützung“ Keine Trennung vom Netz Rückkehr zur normalen Wirkleistungseinspeisung unmittelbar nach Klärung des Fehlers Lieferung von Blindströmen zur Spannungsstützung während des Fehlers Anforderungen an die integrierte Netzüberwachung Definierte Ab- und Zuschaltschwellen / -zeiten Definierte Messtoleranzen 30.03.2017

Anwendung der neuen Anforderungen in ausgewählten Ländern Europas Übersicht Anforderungen an die Ausführung der Netzschnittstelle dezentraler Erzeugungsanlagen Anwendung der neuen Anforderungen in ausgewählten Ländern Europas Prüfung der Kompatibilität von Anlagen und Komponenten mit den neuen Netzanschlussrichtlinien Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 30.03.2017 30.03.2017 7

Anwendung der neuen Anforderungen in ausgewählten Ländern Europas – statische Netzstützung Land Anforderung DE Anlagen am Niederspannungsnetz: Bei Spannungen innerhalb der EN 50160 Grenzen (±10%) und ab 20 % der Bemessungswirkleistung: Anlagen <3,68 kVA cos>0,95 Anlagen zwischen 3,68 kVA und 13,8 kVA: vorgegebene Kennlinie innerhalb cos = f(P) (Bereich +/-0,95) Anlagen > 13,8 kVA: Vorgegebene Kennlinie cos = f(P) (+/-0,90) Anlagen am Mittelspannungsnetz: Leistungsfaktor zwischen 0,90 übererregt und 0,90 untererregt, entsprechend Vorgabe konstanter Leistungsfaktor cos = f(P): Charakteristik zwischen Leistungsfaktor und eingespeiste Konstante Blindleistung Q = f(U): Charakteristik zwischen Blindleistung und Spannung am Verknüpfungspunkt Anlagen sollten die Möglichkeit haben einen konstanten Sollwert zu fahren, einem Fahrplan zu folgen, bzw. oder einen ferngesteuerten Sollwert zu fahren. Alle Anlagen müssen bei Überfrequenz ihre Wirkleistung entsprechend einer Wirkleistungs-Frequenzstatik abregeln (40 % der Nennleistung per Hz im Bereich 50,2 Hz bis 51.5 Hz. Zusätzlich müssen Anlagen am Mittelspannungsnetz sowie Anlagen > 100 kW am Niederspannungsnetz mit reduzierter Leistungsabgabe (in 10 % Schritte) betrieben werden 30.03.2017

Anwendung der neuen Anforderungen in ausgewählten Ländern Europas – statische Netzstützung Land Anforderung AT Für Anlagen > 100 kW - konstanter Leistungsfaktor / cos = f(P) / Q = konst / Q = f(U) (am Verknüpfungspunkt) - cos [0,85übererregt bis 0,95untererregt] für Anlagen> 1 MW - cos [0,90übererregt bis 0,95untererregt ] für Anlagen > 100 kW (und < 1 MW) Anlagen am Mittelspannungsnetz müssen mit reduzierter Leistungsabgabe betrieben werden können . Alle Anlagen müssen bei Überfrequenz ihre Wirkleistung entsprechend einer Wirkleistungs-Frequenzstatik abregeln (40 % der Nennleistung per Hz im Bereich 50,2 Hz bis 51,5 Hz. CH Zurzeit keine Anforderungen. CZ Gleiche Anforderungen wie in Deutschland für Anlagen am Mittelspannungsnetz. BE Anlagen > 1 MVA Q bis 0.1xPNOM (untererregt) Q bis 0,33xPNOM (übererregt) FR Anlagen am Niederspannungsnetz: cos = 1 Anlagen am Mittelspannungsnetz: cos = 0,928 (Kapazitiv) cos = 0,943 (induktiv) IT Derzeit keine Anforderungen. 30.03.2017

Anwendung der neuen Anforderungen in ausgewählten Ländern Europas – dynamische Netzstützung LVRT Land Anforderung DE Anlagen am Mittelspannungsnetz müssen bei folgenden Spannungseinbrüchen am Netz bleiben. 0 % -150 ms 30% bzw. 70 % -700 ms 90 % -dauernd Zusätzliche Anforderungen bezüglich Lieferung von Blindleistung, sowie der Trennung der Erzeugungsanlage vom Netz. Keine Anforderungen für Anlagen am Niederspannungsnetz. AT Anlagen am Mittelspannungsnetz sollen bei folgenden Spannungseinbrüchen am Netz bleiben können: Restspannung 70 % UC bis 100 % UC dauernd Restspannung 30 % UC bis 70 % UC für 0,7 s Restspannung kleiner als 30 % UC für 0,150 s (ist dies technisch nicht möglich, kann in Abstimmung mit dem Netzbetreiber eine Trennung vom Netz erfolgen). CH Zurzeit keine Anforderungen. CZ Gleiche Anforderungen wie in Deutschland. BE Anlagen am Mittelspannungsnetz > 1 MW müssen bei folgenden Spannungseinbrüchen am Netz bleiben können: 70 % UC für 0,2 s 85 % UC für 1,5 s 90 % UC für 1500 ms FR Anlagen am Mittelspannungsnetz >5 MW 5 % UC für 0 ms 20 % UC für 150 ms 90 % UC für 1500 ms IT 30.03.2017

Zusammenfassung der neuen Anforderungen in ausgewählten Ländern Europas (teilweise vereinfacht!) Land Lieferung von Blindleistung Wirkleistungsbegren- zung bei Überfrequenz Dynamische Netzstützung (LVRT) DE Alle Anlagen ab 3.68 kVA (tlw. 2012) Alle Anlagen Anlagen am Mittelspannungsnetz AT Alle Anlagen ab 100 kVA CH Derzeit keine CZ BE Anlagen ab 1 MVA Keine. FR Keine detaillierte Festlegung. Anlagen ab 5 MVA IT Derzeit (noch) keine 30.03.2017

Anwendung der neuen Anforderungen in ausgewählten Ländern Europas Übersicht Anforderungen an die Ausführung der Netzschnittstelle dezentraler Erzeugungsanlagen Anwendung der neuen Anforderungen in ausgewählten Ländern Europas Prüfung der Kompatibilität von Anlagen und Komponenten mit den neuen Netzanschlussrichtlinien Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 30.03.2017 30.03.2017 12

Prüfung der Kompatibilität von Anlagen und Komponenten mit den neuen Netzanschlussrichtlinien Neue, komplexe Anforderungen an die Funktionalität erfordern adäquate Prüf- und Zertifizierungsrichtlinien Überprüfung der korrekten Funktion und Konformität mit den Anforderungen Voraussetzung für sicheren und zuverlässigen Betrieb – nicht nur der Anlage sondern auch des Stromversorgungssystems Situation heute Festgelegte Prüf- und Zertifizierungsrichtlinien nur in Deutschland Keine Vorschriften/Hinweise zur Prüfung in Netzanschlussrichtlinien in Österreich, Tschechien, Belgien und Frankreich ≈ Erzeugungseinheit Dezentrale Erzeugungsanlage Verteil- Netz 30.03.2017

Prüf- und Messverfahren – Übersicht über Normen & Richtlinien Europäische Normen/Richtlinien EN/IEC 61400-21 Measurement and assessment of power quality characteristics of grid connected wind turbines Weitere Normen: EN/IEC 62116 (Islanding test procedure); EN 50438 (Microgenerators) Nationale Normen/Richtlinien Technische Richtlinie (TR) 3 der Fördergesellschaft Windenergie (FGW) – Ursprünglich für Windanlagen, Scope erweitert auf alle DEA Nationale Normen mit Prüfvorschriften (VDE 0126-1-1,…) Außereuropäisch IEEE 1547.1 - Komplementäre Prüfvorschrift zum IEEE Standard 1547 (Interconnection of DR) Zukünftig EN/TS 50549 (Grid interconnection of generators >16 A) dzt. Entwurf 30.03.2017

Prüf- und Messverfahren Wirkleistungsregelung Bestimmung der maximalen Wirkleistung (IEC 61400-21; FGW TR3) Wirkleistung nach Sollwertvorgabe (IEC 61400-21; FGW TR3) Messung der Einstellzeit (IEC 61400-21; FGW TR3) Begrenzung der Wirkleistungseinspeisung bei Überfrequenz (FGW TR3; prTS 50549) Wirkleistungsgradienten nach einer Wiederzuschaltung (IEC 61400-21; FGW TR3) 30.03.2017

Prüf- und Messverfahren Wirkleistungsregelung Bestimmung der maximalen Wirkleistung (IEC 61400-21; FGW TR3) Wirkleistung nach Sollwertvorgabe (IEC 61400-21; FGW TR3) Messung der Einstellzeit (IEC 61400-21; FGW TR3) Begrenzung der Wirkleistungseinspeisung bei Überfrequenz (FGW TR3; prTS 50549) Wirkleistungsgradienten nach einer Wiederzuschaltung (IEC 61400-21; FGW TR3) 30.03.2017

Prüf- und Messverfahren Wirkleistungsregelung Bestimmung der maximalen Wirkleistung (IEC 61400-21; FGW TR3) Wirkleistung nach Sollwertvorgabe (IEC 61400-21; FGW TR3) Messung der Einstellzeit (IEC 61400-21; FGW TR3) Begrenzung der Wirkleistungseinspeisung bei Überfrequenz (FGW TR3; prTS 50549) Wirkleistungsgradienten nach einer Wiederzuschaltung (IEC 61400-21; FGW TR3) 30.03.2017

Prüf- und Messverfahren Wirkleistungsregelung Bestimmung der maximalen Wirkleistung (IEC 61400-21; FGW TR3) Wirkleistung nach Sollwertvorgabe (IEC 61400-21; FGW TR3) Messung der Einstellzeit (IEC 61400-21; FGW TR3) Begrenzung der Wirkleistungseinspeisung bei Überfrequenz (FGW TR3; prTS 50549) Wirkleistungsgradienten nach einer Wiederzuschaltung (IEC 61400-21; FGW TR3) 30.03.2017

Prüf- und Messverfahren Wirkleistungsregelung Bestimmung der maximalen Wirkleistung (IEC 61400-21; FGW TR3) Wirkleistung nach Sollwertvorgabe (IEC 61400-21; FGW TR3) Messung der Einstellzeit (IEC 61400-21; FGW TR3) Begrenzung der Wirkleistungseinspeisung bei Überfrequenz (FGW TR3; prTS 50549) Wirkleistungsgradienten nach einer Wiederzuschaltung (IEC 61400-21; FGW TR3) 30.03.2017

Prüf- und Messverfahren Blindleistungsregelung Bestimmung der maximalen Blindleistung in Abhängigkeit der Wirkleistung (IEC 61400-21; FGW TR3) Blindleistung nach Sollwertvorgabe cos = konst. cos = f(P) (IEC 61400-21; FGW TR3; prTS 50549) Lokale Spannungsregelung Q = f(U) (FGW TR3; prTS 50549) 30.03.2017

Prüf- und Messverfahren Blindleistungsregelung Bestimmung der maximalen Blindleistung in Abhängigkeit der Wirkleistung (IEC 61400-21; FGW TR3) Blindleistung nach Sollwertvorgabe cos = konst. cos = f(P) (IEC 61400-21; FGW TR3; prTS 50549) Lokale Spannungsregelung Q = f(U) (FGW TR3; prTS 50549) 30.03.2017

Prüf- und Messverfahren Blindleistungsregelung Bestimmung der maximalen Blindleistung in Abhängigkeit der Wirkleistung (IEC 61400-21; FGW TR3) Blindleistung nach Sollwertvorgabe cos = konst. cos = f(P) (IEC 61400-21; FGW TR3; prTS 50549) Lokale Spannungsregelung Q = f(U) (FGW TR3; prTS 50549) 30.03.2017

Prüf- und Messverfahren Dynamische Netzstützung “Fault-ride-through” Verhalten bei transienten Spannungseinbrüchen (IEC 61400-21; FGW TR3; prTS 50549) 3-phasige (symmetrische) und 2-phasige (unsymmetrische) Spannungseinbrüche. Unterschiedliche Tiefe und Dauer der Einbrüche Korrekte Nachbildung der auftretenden Spannungseinbrüche und Phasensprünge Messung des k-Faktors 30.03.2017

Prüf- und Messverfahren Netzüberwachungseinrichtungen Spannungs- und Frequenzüberwachung Bestimmung der Abschaltschwellen und Abschaltzeiten für Über-/Unterfrequenz sowie Über-/Unterspannung (IEC 61400-21; FGW TR3; prTS 50549) Zusätzlich: Prüfung der Zuschaltbedingungen für Frequenz und Spannung Wiederzuschaltzeiten 30.03.2017

Anwendung der neuen Anforderungen in ausgewählten Ländern Europas Übersicht Anforderungen an die Ausführung der Netzschnittstelle dezentraler Erzeugungsanlagen Anwendung der neuen Anforderungen in ausgewählten Ländern Europas Prüfung der Kompatibilität von Anlagen und Komponenten mit den neuen Netzanschlussrichtlinien Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 30.03.2017 30.03.2017 25

Zusammenfassung & Schlussfolgerungen Neue bzw. überarbeitete Netzanschlussrichtlinien fordern eine aktive, netzstützende Funktion von DEA Konkrete Anforderungen bereits in 5 von 7 europäischen Ländern (DE, AT, BE, FR, CZ) Aber – nur in DE klare Prüf- und Zertifizierungsrichtlinien Keine Vorschriften in allen anderen Ländern Erhebliche Unsicherheit, in welcher Art und Weise Konformität von Anlagenkomponenten verifiziert werden kann Mögliche kurz- und mittelfristige Folgen: Komponenten erfüllen die netzstützenden Funktionen nicht entsprechend der Anforderungen Zentral: Alle in den Netzanschlussrichtlinien gestellten Anforderungen müssen durch klare und adäquate Prüf- und Zertifizierungsverfahren ergänzt werden. 30.03.2017

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl. Ing. Roland Bründlinger Austrian Institute of Technology Energy Department Giefinggasse 2, 1210 Wien, Österreich roland.bruendlinger@ait.ac.at Member of 30.03.2017