Intelligent distributiestation (EMVT 06101)

Titel
Intelligent distributiestation EMVT 06101

Er is de afgelopen jaren veel gezegd en bedacht over het opzetten van een intelligent elektriciteitsnet in de praktijk. In de Apeldoornse wijk Het Kasteel worden woningen van 230 V voorzien via een intelligent distributiestation met daarin – onder – andere een energieopslag.

Belangrijk voor een betrouwbare, betaalbare en duurzame energievoorzienig in de toekomst is de inpassing in het bestaande distributienetwerk van decentrale energieleveranciers als PV-systemen, microwarmtekrachtketels en batterijen. Die kunnen een variërende belasting van het elektriciteitsnetwerk opvangen, waardoor de beschikbaarheid van elektriciteit toeneemt.

Er zijn veel studies verricht over hoe de onzekerheid in de levering van elektriciteit kan worden verminderd, waaronder vraag- en aanbod-matching door middel van lokale opwekking en regeling, het gebruik van statistiek- en risicomethodieken en het plaatsen van opslagsystemen. Dit heeft onder meer geresulteerd in het ontwikkelen van eenvoudig te configureren ‘plug & play’-apparatuur, die geschikt is voor toekomstige netten in het kader van het EU SmartGrids-programma. Hierdoor is het mogelijk ‘prosumers’ daadwerkelijk actief deel te laten uitmaken van het energiesysteem.

Eilandbedrijf
Een consortium van ECN Intelligent Energy Grids, netbeheerder Liander, Eaton Electric (componenten), Exendis (componenten), KEMA Consulting, Imtech (besturing) en Alfen (engineering), realiseerde in het kader van dit EMVT-project in de Apeldoornse wijk Het Kasteel een intelligent distributiestation.

Doel van dit project was het ontwikkelen en realiseren van een intelligent distributiestation dat het onderliggende laagspanningnet bewaakt en stuurt. Dit betekent: totale beheersing van vermogen en kwaliteit, evenals power quality, waardoor de aanwezige decentrale opwekking kan worden ingezet in geval van storingen. De algemene eisen voor de intelligente componenten waren:

  • het verkrijgen van informatie over en het beïnvloeden van vermogensstromen in het midden- en laagspanningsnet
  • het verkrijgen van informatie over en de mogelijkheid tot het beïnvloeden van het spanningsprofiel in deze netwerken
  • het vergroten van de immuniteit tegen power quality-problemen, zoals harmonischen, spanningdips en flicker
  • verminderen van spanningonderbrekingen
  • herkennen van illegale aansluitingen op het netwerk
  • in staat zijn micronetwerken te creëren die autonoom kunnen werken, om zo de leveringzekerheid te vergroten.

Inmiddels is dit EMVT-project nagenoeg afgerond. Momenteel is dit het enige project dat werkelijk is uitgevoerd in de praktijk.

Effect op PQ
In de wijk Het Kasteel in Apeldoorn worden 200 huizen van elektriciteit voorzien via een intelligent distributiestation. Het gaat hierbij om een bestaande wijk, na 1990 gebouwd, dus relatief nieuw. Ook werden in de huizen micro-WKK’s geplaatst die energie kunnen terugleveren aan het elektriciteitsnet.

Hiervoor werd een intelligent distributiestation gebouwd. Een aantal aanvullende functies van dit distributiestation:

  • controle op en tegengaan van netvervuiling
  • vraaggestuurde levering (Demand Response), met een controlesysteem (Power Matcher)
  • een systeem voor lokale controle en monitoren op afstand
  • een energieopslagsysteem, bestaande uit een batterij en een bidirectionele inverter (ESI)
  • traploze regeling van het spanningniveau aan de laagspanningzijde, uitgevoerd door een intelligente trafo (Smart Trafo)
  • bidirectionele communicatie tussen huishoudelijke apparaten en het intelligente distributiestation, met een domoticasysteem (Xanura Home).

Projectleider Josco Kester over het verloop van het project: “Nadat het ontwerp tot in detail was uitgewerkt en getest in het lab, bleek dat er nog enkele zaken konden worden verbeterd. Belangrijk was om te weten wat het effect op de power quality zou zijn, maar er waren nauwelijks onverwachte problemen. ”

Het intelligente distributiestation is groter dan een normaal laagspanningdistributiestation, want er is een extra werkruimte aangebracht voor het uitvoeren van metingen. “Uiteindelijk zal dit distributiestation compacter worden”, aldus Kester.

Energieopslag
Een belangrijk onderdeel van dit intelligent distributiestation is de 30 kWh batterij, waarin energie van  de netspanning en de energie opgewekt door de micro-WKK’s kan worden opgeslagen. De functie ‘Demand Response’ die hieraan gekoppeld is, zorgt bij een hoge belasting van de transformator ervoor dat deze niet wordt overbelast. Kester zegt hierover: “Het Supply Demand Matching systeem Power Matcher voor het aansturen van micro-WKK’s en het laden en ontladen van de batterij functioneert goed. Dit is onder meer al getest in Power Matching City in Groningen met 20 micro-WKK’s in combinatie met PV-systemen.”

De stabiliteit van het laagspanningnet wordt gegarandeerd door de functie Stabilised LV Grid (SLVG). Bij een storing aan de hoogspanningzijde van het distributiestation, bijvoorbeeld in de vorm van korte spanningdips, vangen de batterijen de stroomvoorziening op. Hierdoor wordt de spanning van 230 V met een goede sinus gehandhaafd.

Conflict
Lastig probleem was wel volgens Kester dat de PowerMatcher-functie voor het laden en ontladen van de batterij, en de PQ-functie niet gelijktijdig bleken te werken. “Dit hebben we opgelost door de regeling aan te passen”, aldus Kester, “Voor de PQ-verbetering gebruiken we een inverter, die tussen de batterijen en de 230 V-aansluiting is geplaatst. Die kan snel reageren op hogere harmonischen en die beïnvloeden, maar die werkt alleen bij een minimumstroom. Dat was iets waar we geen rekening mee hadden gehouden, maar dat is intussen opgelost.”

Projectleider
J.C.P. Kester MSc – ECN

Onderzoeksperiode
2007-2010