Regelungsverfahren für regelbare Ortsnetztransformatoren im Mono- und Multisensorbetrieb

Vorangetrieben durch festgelegte Mindestvergütungssätze für elektrische Energie aus erneuerbaren Energiewandlungsanlagen durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) kam es in den Jahren 2008 bis 2014 zu einem starken Zubau von Photovoltaikanlagen in den Niederspannungsverteilnetzen. Hinzu kommen aktuell neue Niederspannungsnetzlasten, wie beispielsweise Ladepunkte für die Elektromobilität oder Elektrowärmepumpen. Diese Entwicklungen erzwingen Maßnahmen durch den Verteilnetzbetreiber (VNB) um die Einhaltung der nach DIN EN 50160 zulässigen Spannungstoleranzen zu gewährleisten. Eine Möglichkeit sind regelbare Ortsnetztransformatoren (rONT) die unterbrechungsfrei durch die Änderung des Übersetzungsverhältnisses die Niederspannung einstellen können. Hiermit können bis zum Erreichen der thermischen Belastungsgrenzen der Netzbetriebsmittel (Stromtragfähigkeit) Eingriffe wie Leitungsverstärkungen und Transformatorenaustausch (sog. „konventioneller Netzausbau“) reduziert oder gar vermieden werden. In der heutigen Praxis wird überwiegend der „Monosensorbetrieb“ realisiert, bei welchem der Spannungsistwert auf der Transformatorenunterspannungsseite erfasst und zur Spannungsregelung genutzt wird. In dieser Arbeit wird die Steigerung des Zubaupotentials durch erweiterte Regelungsverfahren des rONT untersucht. Hierzu werden zunächst Erweiterungen des Monosensorbetriebs betrachtet, die sich auf eine variable Einstellung des Spannungssollwerts durch Statiken beziehen. Im weiteren Verlauf erfolgt die Einbeziehung von zwei möglichen Datenfiltern, die aus abgesetzten Spannungsmesswerten einen resultierenden Spannungsistwert berechnen. Unter Beibehaltung des praxiserprobten Regelungsverfahrens für den Monosensorbetrieb wird auf diese Weise der Multisensorbetrieb realisiert. Zur Vermeidung der abgesetzten Sensorik im Netz werden zwei weitere Verfahren eingeführt, die die Netzspannungen annähern. Beim ersten Verfahren wird auf Basis der Solarstrahlungsleistung, des Leistungsflusses über dem Transformator und der Transformatorenunterspannung ein Spannungsistwert ermittelt, der an den Regler als Eingangsgröße übermittelt wird. Das zweite Verfahren nutzt zusätzlich einfache Netzparameter und nähert die Netzspannung unter Berücksichtigung der Strangströme an. Bei diesem Verfahren wird die ermittelte Netzspannung auf einen dynamischen Spannungssollwert zurückgeführt. Beide Verfahren reduzieren die auftretende Spreizung der Spannung (Differenz aus Minimal- und Maximalwert) an den Netzknoten und generieren auf diese Weise weitere Freiheiten im nach Norm zulässigen Spannungstoleranzband. Durch die erweiterten Regelungsverfahren kann das Zubaupotential vom Faktor 2,8 beim Monosensorbetrieb auf bis zu 4,3 bei den erweiterten Regelungsverfahren gesteigert werden.