Energietechnik, Teil 3, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik Energietechnik Teil 3 – Angebot und...
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Energietechnik Teil 3 – Angebot und NachfrageStephan Rupp
www.dhbw-stuttgart.de
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik2
Inhalt
Angebot und Nachfrage - Regelungstechnik im Netz
• Übersicht
• Spannungsregelung
• Leistungsregelung
• Wirtschaftliches Umfeld
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Funktionsprinzip der Regelung
Legende:
ÜN: Übertragungsnetz (380kV/220kV)
VN: Verteilnetz (110kV, 20kV)
ON: Ortsnetz (400V)
ÜN
VN
ON
Synchrongeneratoren
Wechselrichter
Lastfluss Leistungsregelung
∿
• Leistungsregelung: nahe der Einspeisung (ÜN)
• Spannungsregelung: bis nahe an den Verbraucher
ÜN
VN
ON
Spannungsregelung
3
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Informations- und Regelungstechnik
Netzleitstelle
Stationsebene
Bayebene Primärgerät (Trafo)
Leitsystem *)
Stationsleitgerät
Schutz RTU **)
Feld
Feldleitgerät
Stationsbus
Feldbus
Fernwirken
I/O I/O
Feldgeräte auf Stationsebene
Feld-geräte
**) RTU: Remote Terminal Unit (abgesetzte Einheit)
*) SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition)
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik5
Inhalt
Angebot und Nachfrage - Regelungstechnik im Netz
• Übersicht
• Spannungsregelung
• Leistungsregelung
• Wirtschaftliches Umfeld
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Regelung am Transformator
Buchholz-relais
LuftströmungswächterVentilatoren
„Gas in Öl“-Sensor
Ölstandmessung
Wicklungs- und Ölthermometer
Elektronische Wicklungs-temperaturberechnung
Ölströmungsmessungim Zu-/Ablauf
Ölfeuchte
Digitale ÖltemperatursensorenTemperatursensoren fürOLTC-Monitoring
Motorantrieb, Regelung, Überwachung
Spannungsmessung mit Spitzenwertdetektion
Stufenschalter(Stellglied)
Laststrommessung mit Spitzenwertdetektion
Druckentlastung
Gestänge
Luftentfeuchter
MonitoringsystemTransformator
Elektronische Spannungsregler
Verbundisolatoren für Durchführungen
Quelle: Maschinenfabrik Reinhausen
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Laststufenschalter
Funktionsprinzip
Stufenwähler(Tap Selector)
Lastumschalter(Diverter Switch)Animation
Quelle: Maschinenfabrik Reinhausen
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
ED VACUTAP®
Spannung ist abhängig vom Lastzustand• Spannungsabfall bei erhöhter Last (an der Impedanz des Netzes)• Spannungsanstieg bei niedriger Last bzw. bei Einspeisung
Laststufenschalter
RegelgrößeNetzspannung
SollwertNetzspannung
Netzlast
Störgröße
Stelleinrichtung Regeltransformator
Regelstrecke
Spannungsregler
Regler
Überwachung
Messwandler
Messeinrichtung
UI
Spannungsregelung
Quelle: Maschinenfabrik Reinhausen8
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik9
Inhalt
Angebot und Nachfrage - Regelungstechnik im Netz
• Übersicht
• Spannungsregelung
• Leistungsregelung
• Wirtschaftliches Umfeld
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Leistungsregelung
Angebot und Nachfrage
Leistungsregelung = Anpassung der erzeugten Leistung an die benötigte Leistung
Ausgleich durch Regelung der Einspeiseleistung von konventionellen Kraftwerken.
Probleme bei einem Ungleichgewicht:
• Absinken oder Steigen der Netzfrequenz
• Funktionsbeeinträchtigung elektrischer Geräte
• Ausfall von Teilnetzen
• Ausfall der kompletten Stromversorgung
Erzeugung Verbrauch
Erzeugung
Verbrauch
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Leistungsregelung im Netz
Funktionsprinzip: Verbund der Synchrongeneratoren
• f/P-Kennlinie eines Generators• → Lastzunahme bewirkt ein absinken der Frequenz
• Proportionalverhalten durch Statikaufschaltung des Generators
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Leistungsregelung im Netz
Parallelbetrieb zweier Generatoren
• Generatoren arbeiten im Allgemeinen parallel in einem Netz• Die Statik bestimmt die Zuordnung von Drehzahl und Wirkleistung
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Leistungsregelung im Netz
Kollektive Aufteilung bei Laständerungen
• Die Last wird im Verhältnis zur Statik aufgeteilt, d.h. passend zum Leistungsvermögen der Generatoren => Primärregelung
Änderung der Netzfrequenz
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Leistungsregelung im Netz
Ausgleich der außerplanmäßigen Laständerung
• Durch Verstellen des Drehzahlsollwerts erfolgt Anpassung an die Lastabweichung => Sekundärregelung (durch Generator 2)
• Die Primärregelung wird abgelöst.
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik15
Inhalt
Angebot und Nachfrage - Regelungstechnik im Netz
• Übersicht
• Spannungsregelung
• Leistungsregelung
• Wirtschaftliches Umfeld
![Page 16: Energietechnik, Teil 3, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik Energietechnik Teil 3 – Angebot und Nachfrage Stephan Rupp .](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062316/570491be1a28ab14218d80ef/html5/thumbnails/16.jpg)
Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Quelle: Netzentwicklungsplan.de
• Übertragungsnetzbetreiber– Regelzonen– Anpassung von Angebot
und Nachfrage an elektrischer Leistung: Leistungsregelung
• Konzept– Planung: Netzfahrplan– Planabweichungen
dynamisch ausregeln
Übertragungsnetz
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Wirtschaftliches Umfeld
Regelzonen in Deutschland
Aufteilung in sechs Regelzonen unter der der Führung der Übertragungsnetzbetreiber• Innerhalb einer Regelzone muss
Gleichgewicht zwischen Ein- und Ausspeisungen herrschen!
PEin - P Aus = 0
Aufgaben der Übertragungsnetzbetreiber:• Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch
anhand von Prognosen• Vorhaltung von Regelleistung für den
Ausgleich von Prognoseabweichungen
PEin
P Aus
Quelle: Commons, Wikimedia, F. McLloyd
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Wirtschaftliches Umfeld
Regelleistung• Übertragungsnetzbetreiber kaufen von Kraftwerksbetreibern (EVUs) im Vorfeld
Regelleistung ein, die sie bei Bedarf abrufen können. • Die vorgehaltene Leistung wird unterteilt in:
• Um Regelleistung bereitstellen zu dürfen, müssen die Kraftwerksbetreiber bestimmte Voraussetzungen erfüllen Präqualifikationsverfahren
Quelle: A. Kamper, Scientific Publishing
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Leistungsregelung
Beispiel
120s 200s
Quelle: Amprion
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Wirtschaftliches Umfeld
Lastprognose des Bilanzkreises (Plan)
ÜNB BilanzkreisPErz. - P Verbr. = 0
0 24 h6 12 18
P
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Wirtschaftliches Umfeld
Planabweichungen werden untereinander abgerechnet
Quelle: Energieversorgung.de
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik
Einflüsse erneuerbarer Energien
Technische Randbedingungen• Wind und PV speisen nicht kontinuierlich ein
• Regelung durch konventionelle Kraftwerke keine dauerhafte Lösung
• Ausbau der Transportkapazität erforderlich (Nord-Süd)
• Stellenweise Lastflussumkehr im Netz
• Einsatz von Speichertechnologien zur Primärregelung
Regulatorische Anforderungen• Teilnahme EE in der Regelenergie (z.B. im Verbund)
• Neue Rollen für Verteilnetzbetreiber
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Energietechnik, Teil 3, S. Rupp 5. Semester, Elektrotechnik23
Energietechnik
ENDE Teil 3