Wie hoch ist der Anteil an Solarmodulen, den mein Verteilungsnetz aufnehmen kann?
Diese Frage stellt sich vielen Verteilernetzbetreibern, die sehen, wie die dezentrale Erzeugung in ihren Netzen zunimmt, und sich fragen, wo die Grenze liegt. Bislang haben die Verteilernetzbetreiber in vielen Ländern keine Kontrolle über diese kleinen Erzeugungsquellen wie Solarpaneele (PV), die an 220 oder 400 Volt angeschlossen sind. Tatsächlich haben sie kaum einen Überblick über die Vorgänge im Niederspannungsbereich, und es macht Sinn, sich zu fragen, wann und wo es Probleme geben wird.
Die kurze Antwort auf diese Frage lautet, wie bei den meisten Dingen im Leben, "es kommt darauf an".
Elektrische Systeme sind wie Ökosysteme, in denen alles miteinander verbunden und abhängig ist. Wenn man in den Ökosystemen der Ozeane die Haie nicht schützt, werden die Korallenriffe in Mitleidenschaft gezogen. Keiner dachte, dass es einen direkten Zusammenhang gibt, bis man die Korrelation entdeckte. In den elektrischen Systemen ist es das Gleiche. Es ist sehr schwierig, eine einfache Frage, wie z. B. die Frage, was der Durchdringungsgrad der Photovoltaik auslöst, mit einer einzigen Zahl zu beantworten, wenn die Antwort von vielen Variablen abhängt, die miteinander verbunden sind. Wenn man eine Variable verschiebt, wirkt sich das auf alle anderen aus, und ein optimales Gleichgewicht zu finden, ist nicht so einfach.
Wenn wir über eine große Verbreitung der dezentralen Stromerzeugung sprechen, ahnen die Menschen, dass dies ein Problem sein wird, und es gibt bereits mehrere Medienberichte über diese Art von Situationen. In Südaustralien beispielsweise liegt die PV-Durchdringung in Haushalten bei etwa 35 %, und im Februar 2021 mussten die Energiebehörden die PV-Anlagen in Haushalten abschalten, um die Netzstabilität zu wahren.
Das Hauptproblem war nicht die hohe PV-Durchdringung. Das Problem war eine Kombination von "Ökosystem"-Faktoren, die als die drei "S" bezeichnet werden: Sonntag - Sommer - Sonne. Die Kombination der drei "S" führte zu einer Situation, in der mehr als 70 % des Stromverbrauchs des Staates allein von Solarzellen auf Dächern stammten, was die Energiebehörde zwang, den Betrieb einzustellen.
An diesem Punkt mag mancher denken: "OK, gut, das ist kein Problem für uns. Wir haben nicht so viel Sonne wie in Südaustralien", und an dieser Stelle wird es wichtig, das "Ökosystem" zu verstehen.
Traditionell funktionierte das Netz, insbesondere in der elektrischen Endverteilung, als ein System von Leitungen, die die Energie zwischen den Verbrauchern verteilten und klar definierte Stromflüsse in einer einzigen Richtung erzeugten, von stromaufwärts nach stromabwärts. Dies bedeutete, dass die Spannungsprofile vom Kopf einer Zuleitung eines Transformators bis zu ihrem Ende immer abnahmen. Transformatoren mit Anzapfungen regulierten die Spannung an ihrer Sekundärseite, da sie mit Sicherheit wussten, dass dies der Punkt maximaler Spannung im Abzweig war und dass die Spannung von dort an abnehmen würde. Es war relativ einfach, die Spannung so zu regeln, dass ein angemessenes Mindestspannungsniveau und eine Verringerung der Verluste im Verteilungsnetz gewährleistet waren.
Das Aufkommen dezentraler Erzeuger im Niederspannungsnetz verursacht heute Rückleistungsflüsse, die die Steuerungsalgorithmen von Stufenschaltern im Falle von automatischen Stufenschaltern oder die Netzbetreiber im Falle von Anzapfungen mit manuellen Anzapfungen verwirren. In jedem Fall bedeutet das Auftreten von Leistungsrückflüssen auf bestimmten Phasen bestimmter Einspeiser zu bestimmten Zeiten des Jahres, dass die Spannungsprofile nicht monoton abnehmen und dass die Spannungsregelung auf den Einspeisern keine triviale Angelegenheit ist.
Letztes Jahr hatten wir eine Situation, in der sich der Eigentümer einer PV-Anlage in einem ländlichen verteilten Netz beim Verteilernetzbetreiber beschwerte, weil er sehr häufig vom Netz getrennt wurde.
Das Versorgungsunternehmen beschuldigte den Hersteller des PV-Wandlers dieses PV-Haushalts mit dem Argument, dass der Wandler die Auslösung verursacht habe. Der Hersteller des PV-Wandlers erklärte, er habe ein konformes Produkt geliefert, das alle erforderlichen Anforderungen an das Netz erfülle, und die Auslösung sei durch die Überspannungsschutzeinrichtung verursacht worden. Der Einzelhändler, der mit dem Hausbesitzer zusammenarbeitete, beschuldigte den Verteilernetzbetreiber, dieses hohe Spannungsprofil verursacht zu haben... und am Ende gab es einen verärgerten Kunden.
Nachdem wir das Problem mit unserem digitalen Zwilling modelliert hatten, stellten wir fest, dass ein Anstieg des Leistungsflusses im Transformator den Netzbetreiber veranlasste, mit einer Erhöhung der Spannung zu reagieren, um zu verhindern, dass die Endspannung unter die zulässigen Grenzen fällt. In diesem Fall wurde der Leistungsfluss durch eine der Phasen jedoch hauptsächlich durch den PV-Generator rückwärts erzeugt. Durch die Leistungseinspeisung am Ende der Leitung stieg die Spannung am Kopplungspunkt des PV-Umrichters über die im Transformator geregelte Spannung an und erreichte Überspannungen von 10 %, die zum Auslösen des Umrichterschutzes führten. Zu diesen Zeiten, auch wenn der Wechselrichter keine Wirkleistung mehr einspeiste, speiste sein Filter Blindleistung ein, wodurch die Spannung hoch blieb und die Wiedereinschaltung verzögert wurde.
An diesem Punkt mögen einige wieder denken: "OK, gut! Das ist im Moment kein Problem für uns, ... und eine Kundenbeschwerde ist etwas, womit wir umgehen können", und das stimmt auch, aber die nächste Frage, über die man nachdenken muss, ist: "Was ist, wenn es eine zweite PV im selben Ökosystem gibt?"
Das Problem der dezentralen Erzeugung ergibt sich nicht nur aus der Leistung, die Solarmodule in das Netz einspeisen können, und der maximalen Leistung, die das Netz verkraften kann. Das Problem der dezentralen Erzeugung ergibt sich aus der Interaktion aller Akteure im System. Die Spannungen werden durch die Art des Verbrauchs oder der Erzeugung im System beeinflusst.
Die Zahl der Szenarien, denen ein und derselbe Netzabschnitt ausgesetzt sein kann, ist endlos, was die herkömmlichen Verfahren zur Lösung dieser Situationen langsam und reaktiv macht. Um eine Lösung für dieses Problem zu finden, muss man verstehen, was im gesamten "Elektrizitäts-Ökosystem" vor sich geht, und die angemessene Reaktion auf jede Situation in Echtzeit finden. Manch einer mag denken, dass man mit Messungen zur Steuerung der PV-Erzeugung in Haushalten beginnen sollte, und das mag heute eine "einfache Lösung" sein, aber was wird passieren, wenn Elektrofahrzeuge ihre Batterien nach Belieben auf wirtschaftliche Weise entladen können?
Nur wenn man das Netz modelliert und versteht, wie sich Veränderungen auf das Netz auswirken, können proaktive Maßnahmen ergriffen werden, um Zeit zu sparen, SAIDI und SAIFI zu verbessern und den Endkunden eine reibungslose Erfahrung mit Strom zu bieten.
