Netzrückwirkungen in Niederspannungsverteilnetzen durch dezentrale Photovoltaikanlagen:
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| Language: | German |
| Published: |
München
Verlag Dr. Hut
[2016]
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| Edition: | 1. Auflage |
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|---|---|
| adam_text | TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN
Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachgebiet Elektrische Energieversorgungsnetze
Netzrückwirkungen in Niederspannungsverteilnetzen
durch dezentrale Photovoltaikanlagen
Andreas Philipp Spring
Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Elektrotechnik und Informati-
onst eehnik der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen
Grades eines
Doktor-Ingenieurs
genehmigten Dissertation
Vorsitzender: Univ -Prof Dr -Ing Ulrich Wagner
Prüferder Dissertation: 1 Univ -Prof Dr -Ing Rolf Witzmann
2 Prof Dr -Ing Gerd Becker
(Hochschule für Angewandte Wissenschaften München)
Die Dissertation wurde am 19 05 2015 bei der Technischen Universität, München
eingereicht und durch die Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik am
22 10 2015 angenommen
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1 1 Herausforderungen und Zielsetzung 2
1 2 Abgrenzung zu bisherigen Arbeiten 3
1 3 Aufbau der Arbeit 4
2 Wirkungskette der photovoltaischen Energieumwandlung 5
2 1 Charakterisierung der Globalstrahlung 5
211 Einstrahlungsprofile 7
212 Energieinhalt der Globalstrahlung 7
2 2 Photovoltaikanlagensysteme 8
221 Ersatzschaltbild einer Solarzelle 9
222 Wirkungsweise eines Wechselrichters 10
223 Wechselrichtertechnologien 13
3 Photovoltaik im Niederspannungsverteilnetz 19
3 1 Aufbau von Niederspannungsnetzen 20
3 2 Relevante Richtlinien für den Netzanschluss 21
321 Grenzwerte nach DIN EN 50160 21
322 Grenzwerte nach VDE-AR-N 4105 für NS-Netze 22
3 3 Spannungen und Leistungsflüsse 24
4 Einfluss von PV-Anlagen auf den Flicker in Niederspannungsnetzen 29
4 1 Analyse des Kurz- und Langzeitflickers anhand realer Messwerte 29
411 Kurz- und Langzeitflicker 30
412 Vorstellung des Untersuchungsgebiets 31
413 Vorgehensweise und Berechnungsverfahren 31
414 Auswertung der Flickermesswerte 32
415 Zwischenergebnis 51
ix
Inhaltsverzeichnis
4 2 Modellierung des Flickerpotentials von PV-Anlagen 52
421 Modell für die Ermittlung des PV-bedingten Flickers aus
Globalstralilungs- und Temperaturzeitreihen 52
422 Flickerrelevanz einer einzelnen PV-Anlage 60
423 Flickerrelevanz einer verteilten PV-Anlagenflotte 63
424 Weiteres Ausbaupotential 78
425 Zwischenergebnis 79
4 3 Anwendung des Flickermodells auf Lastprofile 80
5 Einfluss von PV-Anlagen auf die Oberschwingungsbelastung 85
5 1 Entstehung von Stromoberschwingungen 85
5 2 Messtechnische Bestimmung und Bewertung der Oberschwingungen 87
521 Oberschwingungsströme der Wechselrichter 87
522 Einfluss auf die Oberschwingungsspannung des Netzes 89
523 Einfluss auf den THD des Netzes 95
5 3 Simulation von Resonanzstellen in Niederspannungsnetzen 96
531 Ermittlung der Eingangsimpedanz einer Leitung 97
532 Resonanzfrequenzen für den Kurzschluss- und den Leerlauffall 98
533 Resonanzfrequenzen für reelle Ausgangsimpedanzen 99
534 Resonanzfrequenzen für beliebige Ausgangsimpedanzen 101
535 Resonanzfrequenzen von realen Niederspannungsnetzen 104
5 4 Simulation der Oberschwingungsspannungen 108
541 Netzausläufer mit einer PV-Anlage 108
542 Netz mit einer verteilten PV-Anlagenflotte 112
543 Grenzwertempfehlung 116
5 5 Analyse der Frequenz der maximalen Oberschwingungsströme 119
5 6 Zwischenergebnis 121
6 Blindleistungsverhalten von PV-Wechselrichtern mit einem angege-
benen Leistungsfaktor von Eins 123
6 1 Grundlagen der Analyse 125
6 2 Unbeabsichtigte Blindleistung unter Laborbedingungen 126
621 Untersuchte Wechselrichtertypen 126
622 Diskussion der erzielten Ergebnisse! 127
623 Blindleistungsausgleichspolynom erster Ordnung: Q = f(P) 133
Inhaltsverzeichnis
024 Zwischenergebnis 137
0 3 Unbeabsichtigte Blindleistung ans Feldmessungen 139
031 Stochastische Verifikation 140
032 Blindleistungsausgleichspolynoin erster und höherer Ordnungl42
033 Zwischenergebnis 140
0 4 Auswirkungen der unbeabsichtigten Blindleistung 147
041 Grundlagen der Netzsimulation 147
042 Einfluss der unbeabsichtigten Blindleistung auf die Spannung 150
043 Einfluss der unbeabsichtigten Blindleistung auf die Verluste 158
044 Zwischenergebnis 103
7 Zusammenfassung und Fazit 165
7 1 Flicker 105
7 2 Oberschwingungen 100
7 3 Blindleistung 107
7 4 Fazit 108
Literaturverzeichnis 169
Abbildungsverzeichnis 179
Tabellenverzeichnis 191
A Anhang 195
A l Niederspannungsnetz mit hoher PV-Durchdringung 195
A 2 Tabellen der Oberschwingungsgrenzwerte 190
A 3 Korrektur- und Formfaktor der Flickerberechnung 198
A 4 Ablaufplan zur Berechnung der Kurz- und Langzeitflicker 199
A 5 Variation des R-zu-X-Verhältnisses 201
A O Tabellarische Zusammenfassung der Ergebnisse aus Kapitel 4232 202
A 7 Flickersimulation der Extremwert-Netze 203
A 8 Maximale Oberschwingungsströme der Wechselrichter 215
A 9 Messfehler der Oberschwingungen 220
A 10 Messfehler der Blindleistung 221
A ll Spannungsbeeinflussung der Simulationsmethoden 222
xi
Inhaltsverzeichnis
225
B Lebenslauf 227
C Erklärung
|
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