Betriebsführung dezentraler Photovoltaik-Anlagen für optimierte Spannungshaltung und stabilen Betrieb in elektrischen Verteilungsnetzen

Der Großteil der PV-Anlagen speist ins elektrische Verteilungsnetz ein und sorgt damit für eine im zunehmenden Maße dezentrale Energieerzeugung. Ein begrenzender Faktor für den Ausbau dezentraler Energieerzeugungsanlagen in Verteilungsnetzen ist die mögliche negative Auswirkung auf die Spannungs- bzw. Versorgungsqualität. Gegenstand dieser Arbeit ist daher die Bewertung und Optimierung des Beitrags von PV-Anlagen zur Spannungshaltung. Des Weiteren werden Betriebsführungsstrategien zur aktiven Nutzung der PV-Anlagen im Netzbetrieb vorgestellt. Hierbei steht das Blindleistungsmanagement im Fokus.

Eine gezielte Zusammenarbeit mehrerer PV-Anlagen wird zur Spannungshaltung und demzufolge zur Erhöhung der Netzaufnahmekapazität genutzt. Auf Basis dieser Zusammenarbeit werden Ansätze und Empfehlungen zur Parametrierung von autarken Kennlinien-Verfahren - wie bspw. Q(U) und cos phi(P) - zur optimierten Spannungshaltung in Verteilungsnetzen vorgestellt. Mit „Optimierung“ ist hierbei eine Minimierung des Blindleistungsflusses bei gegebener Nutzung der Netzaufnahmekapazität gemeint. Die Effektivität und Effizienz des Verfahrens werden anhand einer dynamischen Simulation eines realen Mittelspannungsnetzes verifiziert. Die Ergebnisse lassen erkennen, dass eine optimierte Spannungshaltung zu einer erheblichen Reduktion der benötigten jährlichen Blindarbeit für das betrachtete Netz führt.

Damit trotz Dezentralisierung der Energieversorgung kurze, schnelle Entscheidungswege für die Netzbetriebsführung erhalten bleiben, sollten PV-Anlagen in einem intelligenten Verteilungsnetz koordiniert und in die Betriebsführung eingebunden werden. Ergänzend zu autarken Verfahren werden daher Ansätze einer koordinierten Spannungshaltung untersucht. Hierbei werden Verfahren zur Einbindung der PV-Anlagen in die Netzbetriebsführung vorgestellt. Diese Verfahren beruhen auf einer optimierten Lastflussberechnung zur Erfüllung von diversen Zielvorgaben des Netzbetriebs. Durch den Einsatz der eingeführten Verfahren wird gezeigt, dass PV-Anlagen in der Lage sind, neben der Gewährleistung der Spannungshaltung den Blindleistungsbedarf der Lasten im betrachteten Netz abzudecken. Die Ergebnisse zeigen, dass der Blindleistungsimport aus dem überlagerten Netz durch Bereitstellung kapazitiver Blindleistung durch die PV-Anlagen verhindert werden kann. Als Folge dessen wird eine Verbesserung des Verschiebungsfaktors am Übergabepunkt zum Übertragungsnetz erzielt.