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2020 | OriginalPaper | Chapter

3. Elektrotechnisches Basiswissen zur Netzintegration der Erzeugungsanlagen

Author : Boris Valov

Published in: Handbuch Netzintegration Erneuerbarer Energien

Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden

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Zusammenfassung

Die große Menge der Informationsquellen und das unterschiedliche Darstellungsniveau der theoretischen Grundlagen der Elektrotechnik in zahlreichen Medien können in der Praxis Verständnisprobleme verursachen. Das Kapitel richtet sich an alle Interessenten, die das elektrotechnische Grundwissen gezielt auf die Netzintegration Erneuerbarer Energien zusammengefasst nachlesen möchten. Alle Grundbegriffe sowie Charakteristiken der Netze und Erzeugungsanlagen sind ausschließlich aus international anerkannten Standards, Normen, Netzkodizes und Richtlinien übernommen. Einige neue Begriffe wie – „Tangens-Verschiebungsfaktor“, „Elektrische Entfernung“, „Vollleistungsstundenzahl“ und andere – wurden eingeführt. Die Begriffe „Verbraucherzählpfeilsystem“, „Kurzschlussleistung“, „Netzimpedanzwinkel“, „Längs-Spannungsänderung“ und „Quer-Spannungsänderung“ am Netzanschlusspunkt der Erzeugungsanlage werden ausführlich erklärt. Diese Begriffe stellen im Buch die Grundsteine dar.

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Footnotes
1
Deutsch: Gleichstrom; Englisch: Direct Current (DC); Russisch: постоянный ток.
 
2
Deutsch: Wechselstrom; Englisch: Alternating Current (AC); Russisch: переменный ток.
 
3
Eine PV-Zelle ist ein Basisbaustein der PV-Anlage, die Strahlungsenergie in elektrische Energie umwandelt.
 
4
Ein PV-Modul der PV-Anlage besteht aus mehreren PV-Zellen, die durch eine Reihenschaltung oder Parallelschaltung miteinander verbunden sind.
 
5
Alternativere Begriffe zur „Reihenschaltung“ sind „Schaltung in Reihe“ und „Serielle Schaltung“.
 
6
Deutsch: Effektivwert; Englisch: Root Mean Square (RMS) [IEC 60050 Nr. 103-02-03]; Russisch: действующее значение.
 
7
Siehe Abschn. 3.3 und Abb. 3.13.
 
8
Zahlen der Normreihe R10 sind auch als Normzahlen oder „Renard-Serien“ bekannt.
 
9
Siehe Abschn. 3.2.7.
 
10
Grundschwingung – Sinusförmige Schwingung erster Ordnung der Fourier-Reihe einer periodischen Größe [IEV 161-02-17] bzw. sinusförmige Schwingung mit der Grundfrequenz (50 Hz).
 
11
Oberschwingung – sinusförmige Schwingung, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz (50 Hz) ist [5].
 
12
In Sonderfällen auch R, S, T und X, Y, Z [DIN 40108].
 
13
Abgeleitete Einheit aus den Basiseinheiten im Internationalen Einheitensystem SI: W = V · A.
 
14
Siehe Abschn. 3.3 und Abb. 3.13.
 
15
Deutsch: untererregter Betrieb der Erzeugungsanlage; Englisch: under-excited operation of the generating plant; Russisch: режим недовозбуждения генерирующей установки.
 
16
Deutsch: übererregter Betrieb der Erzeugungsanlage; Englisch: over-excited operation of the generating plant; Russisch: режим перевозбуждения генерирующей установки.
 
17
Siehe Abschn. 3.3 und Abb. 3.13.
 
18
Gemäß den Basiseinheiten im Internationalen Einheitensystem SI.
 
19
Einige nationale Standards, z. B. DIN 1301-1:2010-10, zugelassen auch die Bezeichnung „Var“ und „var“.
 
20
Deutsch: Verzerrungsleistung; Englisch: power of distortion; Russisch: мощность искажения.
 
21
Abgeleitete Einheit aus den Basiseinheiten im Internationalen Einheitensystem SI: W = V · A.
 
22
Siehe Abschn. 3.3 und Abb. 3.13.
 
23
Siehe Abschn. 3.3 und Abb. 3.13.
 
24
Siehe Kap. 5 und 6.
 
25
Siehe Abschn. 3.3 und Abb. 3.13.
 
26
Siehe Abschn. 3.2.12.
 
27
Deutsch: Mitsystem; Englisch: positive sequence component; Russisch: прямая последовательность.
 
28
Deutsch: Gegensystem; Englisch: negative sequence component; Russisch: обратная последовательность.
 
29
Deutsch: Nullsystem; Englisch: zero sequence component; Russisch: нулевая последовательность.
 
30
Siehe Abschn. 3.3.
 
31
Deutsch: Sternpunktbehandlung; Englisch: neutral grounding; Russisch: режим работы нейтрали.
 
32
Die „Fouriersche Reihe“ oder „Fourier-Reihe“ ist nach dem französischen Mathematiker Jean Baptiste Joseph Fourier benannt.
 
33
Deutsch: Diskrete Fourier-Transformation; Englisch: Discrete Fourier Transform (DFT); Russisch: дискретное преобразование Фурье.
 
34
Deutsch: Schnelle Fourier-Transformation; Englisch: Fast Fourier Transform (FFT); Russisch: быстрое преобразование Фурье.
 
35
Deutsch: Gesamtoberschwingungsgehalt; Englisch: Total Harmonic Distortion (THD); Russisch: суммарный коэффициент гармонических составляющих.
 
36
Deutsch: Verbraucherzählpfeilsystem; Englisch: consumer–reference arrow system; Russisch: условные положительные направления тока и напряжения на нагрузке.
 
37
Siehe Kap. 5.
 
38
Siehe Abschn. 3.5.
 
39
Siehe Abschn. 6.​5.
 
40
Siehe Abschn. 3.7.
 
41
Siehe Abschn. 3.6.
 
42
Netzknotenfestigkeit – die Eigenschaft des Netzanschlusspunktes zur Aufrechterhaltung seiner elektrischen Parameter in den durch die geltenden Standards erlaubten Bereichen bei den Netzrückwirkungen der angeschlossenen Erzeugungsanlage Erneuerbarer Energien (Begriff des Autors).
 
43
Siehe Abschn. 6.​6 und 3.5.
 
44
Kurzschluss, bei dem mindestens eine Synchronmaschine einen zu erwartenden Anfangs-Kurzschlusswechselstrom liefert, der größer als das Doppelte des Bemessungsstromes der Maschine ist, oder ein Kurzschluss, zu dem Asynchrongeneratoren mehr als 5 % des Anfangs-Kurzschlusswechselstroms ohne Motoren beitragen [25].
 
45
Kurzschluss, bei dem die Größe des Wechselstromanteils des zu erwartenden Kurzschlussstroms im Wesentlichen konstant bleibt [25].
 
46
Einige Bespiele sind in den nächsten Kapiteln dargestellt.
 
47
Deutsch: „Externes Netz“; Englisch: „External grid“; Russisch „Внешняя сеть“.
 
48
Siehe Abschn. 6.​5.
 
49
Deutsch: Spannungsänderung; Englisch: Voltage change; Russisch: изменение напряжения.
 
50
Siehe Abschn. 4.​5.
 
51
Siehe Abschn. 3.6.
 
52
Der Zusammenhänge zwischen der Kurzschlussleistung, dem Netzimpedanzwinkel und der Spannungsänderungen am Netzanschlusspunkt der Erzeugungsanlage werden im Kap. 6 ausführlich behandelt.
 
53
Siehe Kap. 6.
 
54
Siehe Kap. 6.
 
55
Siehe Kap. 6.
 
56
Siehe Kap. 6.
 
57
Das Berechnungsverfahren der Energieverluste und der Blindenergie wird im Abschnitt „Interne Verlustleistungen und Blindleistungsbezüge in Betriebsmitteln der Erzeugungsanlage“ erläutert.
 
58
Deutsch: Blindleistungsbereitstellung; Englisch: provision of reactive power; Russisch: генерация или потребление реактивной мощности.
 
59
Siehe Kap. 6.
 
60
Deutsch: Regelbare Systeme für Drehstromübertragungen; Engl.: Flexible Alternative Current Transmission System (FACTS); Russisch: управляемые системы для передач переменного тока.
 
61
Die Bezeichnungen der FACTS sind rechtlich geschützt, dadurch sind sie ohne Übersetzung dargestellt.
 
Literature
1.
DIN 40108: Elektrische Energietechnik – Stromsysteme. Begriffe, Größen, Formelzeichen, 2003.
2.
DIN 40110-1: Wechselstromgrößen; Zweileiter-Stromkreise, 1994.
3.
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4.
VDE-AR-N 4110: Technische Regeln für den Anschluss von Kundenanlagen an das Mittelspannungsnetz und deren Betrieb, 2018.
5.
DIN EN 50160: Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen, 2011.
6.
7.
GOST 29322: Standard voltages (Напряжения стандартные), 2014.
8.
DIN VDE V 0124-100: Netzintegration von Erzeugungsanlagen – Niederspannung – Prüfanforderungen an Erzeugungseinheiten vorgesehen zum Anschluss und Parallelbetrieb am Niederspannungsnetz, 2012.
9.
VDE-AR-N 4105: Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz. Technische Mindestanforderungen für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz, FNN/VDE, 2011.
10.
VDE-AR-N 4120: Technische Regeln für den Anschluss von Kundenanlagen an das Hochspannungsnetz und deren Betrieb, 2018.
11.
EEG-Erzeugungsanlagen am Hoch- und Höchstspannungsnetz. Leitfaden für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen auf Basis erneuerbarer Energien. Verband der Netzbetreiber e. V., 2004.
12.
DIN EN 60196 VDE 0175-3: IEC-Normfrequenzen, 2010.
13.
DIN EN 60059: IEC-Normwerte für Bemessungsströme, 2009.
14.
DIN 323-1: Normzahlen und Normzahlreihen: Hauptwerte, Genauwerte, Rundwerte, 1974.
15.
TransmissionCode 2007. Netz- und Systemregeln der deutschen Übertragungsnetzbetreiber. Verband der Netzbetreiber e. V. beim VDEW, 2007.
16.
Blume D, Schlabbach Jü, Stephanblome Th: Spannungsqualität in elektrischen Netzen. VDE-Verlag GmbH, ISBN 3-8007-2265-8, 1999.
17.
Kurzweil P: Das Vieweg Einheiten-Lexikon. Formeln und Begriffe aus Physik, Chemie und Technik. ISBN 978332292921-1, 1999.
18.
Albach M: Grundlagen der Elektrotechnik. Rearson Education. ISBN 978-3-8273-7106-5, 2005.
19.
DIN EN 61000-4-27: Elektromagnetische Verträglichkeit. Teil 4–27: Prüf- und Messverfahren. Prüfung der Störfestigkeit von Geräten mit einem Eingangsstrom, der 16A je Leiter nicht überschreitet, gegen Unsymmetrie (der Versorgungsspannung), 2009.
20.
21.
DIN EN 61000-2-4: Elektromagnetische Verträglichkeit-Umgebungsbedingungen; Verträglichkeitspegel für niederfrequente leitungsgeführte Störgrößen in Industrieanlagen, 2003.
22.
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23.
IEC 60909-0: Kurzschlussströme in Drehstromnetzen. Berechnung der Ströme, 2002.
24.
Gallert W et al.: Mathematik. VEB Verlag Enzyklopedie Leipzig, 1965.
25.
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26.
DIN EN 61000-4-7: Elektromagnetische Verträglichkeit. Teil 4–7: Prüf- und Messverfahren – Allgemeiner Leitfaden für Verfahren und Geräte zur Messung von Oberschwingungen und Zwischenharmonischen in Stromversorgungsnetzen und angeschlossenen Geräten, 2009.
27.
IEC61000-2-2: Elektromagnetische Verträglichkeit. Teil 2–2: Umgebungsbedingungen; Verträglichkeitspegel für niederfrequente leitungsgeführte Störgrößen und Signalübertragung in öffentlichen Niederspannungsnetzen, 2002.
28.
IEC 61000-4-13: Elektromagnetische Verträglichkeit. Teil 4–13: Prüfungen der Störfestigkeit am Wechselstrom-Netzanschluss gegen Oberschwingungen und Zwischenharmonische, 2015.
29.
DIN EN 60375: Vereinbarungen für Stromkreise und magnetische Kreise, 2013.
30.
IEC 62053-52: Teil 52 Wechselstrom-Elektrizitätszähler – Besondere Anforderungen, 2006.
31.
DIN 5483-3 Teil 3: Komplexe Darstellung sinusförmig zeitabhängiger Größen, 1994.
32.
Balzer G, Nelles D, Tuttas Ch: Kurzschlussberechnung nach VDE 0102, VDE Verlag. Berlin Offenbach, 2001.
33.
IEC 60909-0: Kurzschlussströme in Drehstromnetzen. Faktoren für die Berechnung. Beiblatt 3, 2003.
34.
Technische Richtlinien für Erzeugungseinheiten und -anlagen. Teil 8. Zertifizierung der Elektrischen Eigenschaften von Erzeugungseinheiten und -anlagen am Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsnetz, FGW, 2016.
35.
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36.
Valov B: Auslegungskonzept des Netzanschlusses von PV-Kraftwerken zwecks Spannungsstabilisierung und voller Nutzung der Netzkapazität, Bad Staffelstein, 24. Symposium – PV Solarenergie, 2009.
37.
Valov B: Änderung der Kurzschlussleistung. EW-Zeitschrift, H. 14, S. 50–55, 2013.
38.
IEC 60076-1: Part 1 Power Transformers, 2011.
39.
DIN EN 61400-21: Windenergieanlagen. Teil 21: Messung und Bewertung der Netzverträglichkeit von netzgekoppelten Windenergieanlagen, 2009.
40.
DIN EN 61000-3-11: Elektromagnetische Verträglichkeit. Grenzwerte-Begrenzung von Spannungsänderungen, Spannungsschwankungen und Flicker in öffentlichen Niederspannungsversorgungsnetzen für Geräte mit einem Bemessungsstrom <= 75 A je Leiter, 2017.
41.
DIN EN 61000-3-12: Elektromagnetische Verträglichkeit. Grenzwerte für Oberschwingungsströme, verursacht von Geräten und Einrichtungen mit einem Eingangsstrom > 16A und <= 75A je Leiter, die zum Anschluss an öffentliche Niederspannungsnetze vorgesehen sind, 2012.
42.
DIN 42508: Transformatoren – Ölgefüllte Leistungstransformatoren von 3150 kVA bis 80000 kVA und Um bis 123 kV, 2009.
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44.
Produktkatalog der Firma „XIAN XD TRANSFORMER Co. Ltd“ (China), 2016.
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Karpov FF: Blindleistungskompensation in Verteilungsnetzen. Energija-Verlag, 1975.
49.
ENTSO-E Network Code for Requirements for Grid Connection Applicable to all Generators, 2013.
50.
Power Capacitors and Capacitor Banks. Siemens AG, 2013.
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Key features and indentification of needed omprovements to existing interconnection guidelines for facilitating integration of ocean energy pilot projects. IEA-OES Document No. T0331. http://​www.​ocean-energy-systems.​org, Zugegriffen: 2015-09-17.
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58.
Discover the World of FACTS Technology. Technical Compendium. Siemens AG, 2011.
Metadata
Title
Elektrotechnisches Basiswissen zur Netzintegration der Erzeugungsanlagen
Author
Boris Valov
Copyright Year
2020
Book
Handbuch Netzintegration Erneuerbarer Energien

Print ISBN: 978-3-658-28968-3

Electronic ISBN: 978-3-658-28969-0

Copyright Year: 2020

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-28969-0_3