Phasensymmetrierung

In einem Niederspannungsnetz sind viele Haushalte, Wärmepumpen, Ladestationen und PV-Anlagen nur an eine der drei Phasen angeschlossen. Hängen zu viele davon an derselben Phase, werden die drei Phasenspannungen ungleich. Das nennt man Spannungsunsymmetrie. Sie beeinträchtigt Motoren und Transformatoren, verschlechtert die Netzqualität und ist durch Normen wie EN 50160 begrenzt.

Die Phasensymmetrierung beantwortet eine Frage: Welche wenigen Lasten und Erzeuger sollten auf eine andere Phase umgeklemmt werden, damit die Unsymmetrie sinkt, und mit wie wenigen Umklemmungen gelingt das? Das Ergebnis ist eine geordnete Liste von Umklemmungen, zum Beispiel «Load 50: A to C», die Sie mit einem Klick in eine Netzverstärkung übernehmen.

Die Phasensymmetrierung gehört zum Add-on .Unbalance und funktioniert nur bei Netzen, die mit Phasen modelliert sind.

Funktionsweise

Messung der Unsymmetrie

Die Unsymmetrie wird mit dem Spannungsunsymmetriefaktor (VUF) in Prozent gemessen. Er setzt den durch die Unsymmetrie verursachten Teil der Spannung ins Verhältnis zum normalen, symmetrischen Teil. 0% bedeutet, dass die drei Phasen vollkommen symmetrisch sind. Der VUF wird an jedem Knoten mit allen drei Phasen berechnet, ausser am Slack-Knoten, dessen Spannung fest ist.

Der in den Einstellungen festgelegte VUF-Grenzwert ist die Unsymmetrie, die Sie akzeptieren. Nur Unsymmetrie über dem Grenzwert zählt gegen das Netz, und grosse Überschreitungen zählen deutlich stärker als kleine. Wenige stark unsymmetrische Knoten werden deshalb vor vielen leicht unsymmetrischen behoben.

Typische Zeitpunkte

Die Unsymmetrie ändert sich im Tagesverlauf. Die Berechnung kann deshalb einen ganzen Zeitraum statt eines einzelnen Zeitpunkts betrachten. Jede mögliche Umklemmung in jedem Zeitschritt zu prüfen, würde Stunden dauern. Ähnliche Zeitschritte werden deshalb gruppiert, und pro Gruppe wird ein tatsächlicher, typischer Zeitschritt behalten. Jeder typische Zeitschritt wird entsprechend dem Anteil des Zeitraums gewichtet, den seine Gruppe abdeckt.

Auswahl der Umklemmungen

Die Berechnung klemmt pro Runde ein Gerät um:

1. Optionen auflisten. Jede einphasige Last und jeder einphasige Erzeuger kann auf jede andere Phase umgeklemmt werden, die am Knoten vorhanden ist. Dreiphasige Geräte werden nie umgeklemmt.
2. Schnell vorauswählen. Eine schnelle Abschätzung sagt voraus, wie stark jede Option die Unsymmetrie senkt, ohne für jede einen vollständigen Lastfluss zu rechnen.
3. Die besten exakt prüfen. Die vielversprechendsten Optionen werden mit einem vollständigen Lastfluss in jedem typischen Zeitschritt geprüft. Optionen, bei denen der Lastfluss nicht konvergiert, werden verworfen.
4. Die beste Umklemmung behalten. Die Umklemmung, die die Unsymmetrie am stärksten senkt, wird behalten, und die nächste Runde startet mit dem aktualisierten Netz.

Hilft keine der vorausgewählten Optionen, werden alle verbleibenden Optionen exakt geprüft, bevor die Berechnung aufgibt. Die Berechnung endet, wenn die maximale Anzahl Geräte umgeklemmt ist, keine Unsymmetrie über dem Grenzwert mehr besteht oder keine weitere Umklemmung das Netz verbessert.

Da jede Umklemmung die beste in ihrem Schritt ist, bringen die ersten Umklemmungen der Liste immer die grösste Verbesserung. Die ersten N Umklemmungen sind die besten N Umklemmungen, die die Berechnung gefunden hat.

INFO

Ein Gerät wird als Ganzes umgeklemmt: Wirk- und Blindleistung bleiben gleich, nur die Phase ändert sich. Netztopologie, Stufenstellungen und alle anderen Geräte bleiben unverändert. Ein Gerät nach dem anderen umzuklemmen ist ein praktischer Ansatz, findet aber nicht garantiert die absolut beste Kombination.

Netz

Die Phasensymmetrierung läuft jeweils auf einem Netz. Wählen Sie das Netz in der Auswahlliste Grid und starten Sie die Berechnung mit . Die Berechnung läuft im Hintergrund und zeigt ihren Fortschritt. Mit Cancel brechen Sie sie ab; die bis dahin gefundenen Umklemmungen bleiben erhalten.

Wurde dasselbe Netz bereits mit denselben Add-ons und Einstellungen berechnet, wird das gespeicherte Ergebnis angezeigt statt neu zu rechnen. Frühere Ergebnisse wählen Sie in der Auswahlliste oben auf der Seite.

Netzverstärkungen, Anschlussgesuche und Szenarien

Netzverstärkungen und Anschlussgesuche werden je nach Status standardmässig auf das Netz angewendet. Sie sind für die Dauer der Berechnung Teil des Netzmodells.

Um die Standardauswahl zu ändern, wählen Sie die gewünschten Add-ons in der Liste an oder ab. Ein Neuladen der Seite oder ein Klick auf die Schaltfläche zum Aktualisieren stellt die Standardauswahl wieder her.

Szenarien und Lastsituationen werden nie standardmässig angewendet. Sie müssen gezielt ausgewählt werden.

Einstellungen

Mit oben auf der Seite öffnen Sie die Calculation options. Mit im Dialog starten Sie die Berechnung mit diesen Optionen.

• Max. number of devices to re-phase: maximale Anzahl Geräte, die umgeklemmt werden dürfen. Eine höhere Zahl ergibt eine längere Liste zur Auswahl, verlängert aber die Rechenzeit. Wie viele Umklemmungen Sie umsetzen, entscheiden Sie später. Standard ist 10.
• Voltage unbalance factor limit: der VUF-Grenzwert in Prozent, unter den die Phasensymmetrierung jeden Knoten bringen will. Unsymmetrie unter dem Grenzwert wird akzeptiert; die Berechnung endet, sobald jeder Knoten darunter liegt. Beim Standard von 0% zählt jede Unsymmetrie, und es werden Geräte umgeklemmt, bis die maximale Anzahl erreicht ist oder keine Umklemmung mehr hilft. EN 50160 begrenzt die Spannungsunsymmetrie zum Beispiel auf 2%.
• Use time series simulation: Mit Zeitreihen symmetrieren, damit die Umklemmungen über den Tag oder die Jahreszeiten wirken statt nur zu einem Zeitpunkt. Ist die Option deaktiviert, werden die statischen Leistungen der Lasten und Erzeuger verwendet. Zeitreihen sind aussagekräftiger, aber langsamer. Der Zeitraum ist auf die Monitoring-Daten des Netzes begrenzt, sofern vorhanden. Mit Adaptricity.Mon können Sie die .Mon-Simulationsergebnisse verwenden und die Berechnung des Ausgangs-VUF überspringen, um die Berechnung zu beschleunigen. Änderungen der Netztopologie nach der .Mon-Berechnung sind in deren Ergebnissen aber nicht enthalten, sodass die Phasensymmetrierung wegen veralteter Daten falsche Entscheidungen treffen kann.
• Number of top candidates: Anzahl Lasten bzw. Erzeuger, für die der VUF exakt berechnet wird, bevor die beste ausgewählt wird. Eine höhere Zahl verlängert die Rechenzeit, ergibt aber genauere Ergebnisse. Standard ist 3.
• Convergence threshold: minimale Verbesserung pro Berechnungsschritt. Die Berechnung endet, wenn keine Umklemmung die Unsymmetrie um mehr als diesen Wert verbessert. Standard ist 0.000001.

Ergebnisse

Ergebnisdiagramm

Das Diagramm zeigt, wie sich der Spannungsunsymmetriefaktor mit der Anzahl umgeklemmter Geräte ändert. Position 0 ist das heutige Netz.

• Die schwarze Linie ist der Median des VUF über alle Knoten und Zeitschritte.
• Das dunkle Band zeigt die mittlere Hälfte der Werte, vom ersten bis zum dritten Quartil.
• Das helle Band zeigt den gesamten Bereich vom Minimum bis zum Maximum.

Wenn Sie mit der Maus über eine Position fahren, sehen Sie die genauen Werte. Ein Klick ins Diagramm wählt, wie viele Geräte Sie umklemmen möchten. Die gewählte Position wird mit einer senkrechten Linie markiert, und die Tabellen darunter passen sich an.

Spannungsunsymmetriefaktor

Zeigt Minimum, erstes Quartil, Median, drittes Quartil und Maximum des VUF in Prozent nach der gewählten Anzahl Umklemmungen.

Umklemmungen

Listet die Umklemmungen für die gewählte Anzahl Geräte in der Reihenfolge, in der die Berechnung sie gefunden hat. Jede Zeile zeigt das Netzelement, die heutige Phase und die Phase, auf die es umgeklemmt werden soll. Ein Klick auf neben einem Netzelement hebt es auf der Karte hervor und öffnet es im Inspektor.

Mit laden Sie die Umklemmungen als Excel-Datei herunter, zum Beispiel um die Arbeiten vor Ort zu planen.

PDF-Bericht

Mit oben auf der Seite erstellen Sie einen PDF-Bericht des Ergebnisses.

Netzverstärkung erstellen

Mit übernehmen Sie die gewählten Umklemmungen in eine Netzverstärkung. Sie wird nach der Anzahl umgeklemmter Geräte benannt, zum Beispiel «Phase Balancing (5 Devices)», enthält jede Umklemmung als Änderung und startet mit dem Status Ausstehend. Das Netz selbst ändert sich erst, wenn Sie die Netzverstärkung übernehmen.

Wählen Sie die Netzverstärkung in anderen Berechnungen, etwa im Lastfluss oder in Zeitreihensimulationen, um die Wirkung der Umklemmungen zu prüfen, bevor Sie sie umsetzen.

WARNING

Ein Ergebnis gehört zum Netz, wie es bei der Berechnung war. Wurde das Netz seither bearbeitet, rechnen Sie neu, bevor Sie eine Netzverstärkung erstellen.

Einschränkungen

• Nur einphasige Lasten und Erzeuger werden umgeklemmt. Transformatoren, Leitungen und dreiphasige Geräte werden nie geändert.
• Ein Gerät kann nur auf eine Phase umgeklemmt werden, die an seinem Knoten vorhanden ist. Die Berechnung kann keinen Phasenleiter hinzufügen.
• Die Berechnung läuft nicht auf symmetrischen Netzen.