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Netzstabilität braucht Transparenz

01 Die Weitbereichsregelung ermöglicht es, ein Maximum an erneuerbaren Energien in die Netze einzuspeisen und gleichzeitig an allen Stellen das Spannungsband einzuhalten (Bild: Wago)

01 Die Weitbereichsregelung ermöglicht es, ein Maximum an erneuerbaren Energien in die Netze einzuspeisen und gleichzeitig an allen Stellen das Spannungsband einzuhalten (Bild: Wago)

02 Die Wago-Controller PFC200 übernehmen bei der Weitbereichsregelung eine zentrale Aufgabe. Der Controller für intelligente Ortsnetzstationen (iONS) erfasst Stromwerte im Niederspannungsnetz, der UA-Controller in der Umspannanlage regelt die Mittelspannung auf Basis der ermittelten Messdaten so, dass im gesamten untergelagerten Netz die Spannung im erlaubten Bereich liegt

02 Die Wago-Controller PFC200 übernehmen bei der Weitbereichsregelung eine zentrale Aufgabe. Der Controller für intelligente Ortsnetzstationen (iONS) erfasst Stromwerte im Niederspannungsnetz, der UA-Controller in der Umspannanlage regelt die Mittelspannung auf Basis der ermittelten Messdaten so, dass im gesamten untergelagerten Netz die Spannung im erlaubten Bereich liegt

Ohne Transparenz keine Netzkontrolle, ohne Kontrolle keine Planung, ohne Planung keine Netzoptimierung. Um Engpässe im Niederspannungsnetz automatisiert auszuregeln, ist es für Verteilnetzbetreiber notwendig, die Netze im Blick zu haben. Die hier vorgestellte Lösung erleichtert die Netzvisualisierung und -steuerung auf Basis von Online-Messungen.

Die Entwicklung netzentlastender Technologien und Verfahren ist ein wesentliches Ziel der Energiewirtschaft. Zu den neuesten zählt ein Erzeugungs- und Lastmanagement durch eine sogenannte Weitbereichsregelung über das Mittel- und Niederspannungsverteilnetz. Dabei wird die Mittelspannung in der Umspannanlage so geregelt, dass im gesamten untergelagerten Netz die Spannung im erlaubten Bereich liegt. Auf diese Weise kann ein Maximum an erneuerbaren Energien eingespeist und gleichzeitig an allen Stellen das Spannungsband eingehalten werden. Dies ist ein wichtiger Beitrag zur Netzoptimierung (Bild 1).
Netzstationen mit Steuerungs- und Messtechnik von Wago sind notwendiger Bestandteil der Weitbereichsregelung. Die Controller PFC200 fungieren bei dem Ansatz in den Stationen als zentrale Datenknoten: Sie sammeln die von 3-Phasen-Leistungsmessmodulen erfassten Stromwerte im Niederspannungsnetz und übertragen sie über eine sichere VPN-Verbindung in das Büronetzwerk sowie bei Bedarf, etwa im Fall einer Grenzwertüberschreitung, über eine zweite VPN-Verbindung an die Netzleitwarte. So können die Mitarbeiter der Netzplanung mit voranschreitendem Ausbau fernwirktechnischer Überwachung das Netz immer besser in den Blick bekommen, proaktiv planen und im Fehlerfall schnell reagieren (Bild 2).
Das Netz wird transparent
Parallel überträgt der Netzstations-Controller via VPN-Tunnel Spannungswerte an einen weiteren Wago-Controller in der 110-kV-Umspannanlage. Eine spezielle, einfach zu bedienende Software errechnet aus den Messwerten von den weit entfernten Endpunkten den aktuellen Zustand im Niederspannungsnetz. Auf Basis dieser Berechnungen wird die Stufenregelung in der Umspannanlage automatisch optimiert und somit die Netzführung in kritischen Situationen entlastet. Erste Erfahrungen zeigen, dass die Weitbereichsregelung die Schwankungen im Netz um fast 30 % senken kann.
Intelligente Ortsnetzstationen ermöglichen das Messen, Steuern, Regeln sowie Fernwirken und arbeiten zum Teil automatisiert. Der nächste Schritt ist nun eine wirkliche Netzregelung in der Nieder- und Mittelspannung. Online-Messungen sind nicht neu, aber jetzt nutzen wir sie gezielt, um Wissen zu schaffen, das Netzbetreibern viele Vorteile bringt. Der wichtigste Vorteil ist, dass sich Unternehmen durch die Weitbereichsregelung hohe Netzausbaukosten sparen könnten. Denn zum einen würde dadurch die Kapazität bestehender Leitungen vollends ausgenutzt und zum anderen könnten mit den Netzinformationen Investitionen zielgerichtet geplant werden. Durch die Online-Messung in der Nieder- und Mittelspannung wird das Netz transparent. Die Netzbetreiber können so leicht erkennen, wo mehr und wo weniger Primärtechnik nötig ist.
Modernisierung statt Neubau
Gerade im Niederspannungsnetz sind die Auswirkungen der Energiewende bereits deutlich zu spüren. Der Anteil der Photovoltaik sowie von Wärmepumpen und anderen elektrischen Verbrauchern nimmt stetig zu. In den kommenden Jahren ist zudem mit einem starken Wachstum der Elektromobilität zu rechnen. Die hierfür nötige Ladesäuleninfrastruktur in das Niederspannungsnetz zu integrieren, wird eine enorme Herausforderung sein.
Schon heute stößt das Netz in Teilgebieten an seine Kapazitätsgrenzen, was sich im Niederspannungsbereich an immer häufigeren Frequenzschwankungen und Spannungshüben zeigt. Das Problem: Die vorhandene Primärtechnik und die Stromleitungen sind für die Verbreitung der erneuerbaren Energien und von Elektroautos vielerorts nicht vorbereitet. Sie müssen so ausgerichtet werden, dass die Netzstabilität auch bei einer konsequenten Umsetzung der Energiewende gewahrt bleibt. Die Bundesregierung aus Union und SPD hat klare Vorstellungen, wie dies künftig sichergestellt werden soll: Im Koalitionsvertrag ist vereinbart, dass mit neuen Technologien und einer stärkeren Digitalisierung, aber auch mit einer besseren Zusammenarbeit der Netzbetreiber die vorhandenen Stromnetze höher ausgelastet werden.
Neue Netzkodizes, die sich in den neuen Technischen Anschlussregeln (TAR) widerspiegeln, verlangen ebenfalls Transparenz im Netz, um sich zum Beispiel im Fehlerfall mit vor- und nachgelagerten Netzbetreibern in kritischen Notsituationen auszutauschen. Mit der Netzregelung wären Netzbetreiber voll auf Kurs. Mit einer überschaubaren Investition in Hardware und zukünftig durch einfache Upgrades der leicht zu bedienenden Software können sie echten Mehrwert schaffen. (hz)

5. Smart-Grid-Fachtagung: Technologische Lösungen diskutieren

Auf der 5. Smart-Grid-Fachtagung von Wago in Ingelheim am Rhein werden am 25. und 26. September Experten aus Energiewirtschaft, Forschung und Industrie weitere Umsetzungsmöglichkeiten diskutieren. Dreh- und Angelpunkt der Fachtagungsagenda ist die Modernisierung des Stromnetzes, um den Ausbau der erneuerbaren Energien und die steigende Zahl an Elektrofahrzeugen überhaupt verkraften zu können. In diesem Zusammenhang erklären Experten anhand von Best-Practice-Beispielen, wie auf Basis von Onlinemessungen Engpässe im Niederspannungsnetz visualisiert und automatisiert ausgeregelt werden können. Ein weiterer Fokus der Veranstaltung liegt auf Flexibilisierungstechnologien, wie digitalen Ortsnetzstationen und Energiespeichern. Aber auch neue digitale Technologien wie Cloudanwendungen werden auf der Fachtagung beleuchtet, am Beispiel von modernen Steuerungen. Sie können Daten aus der Feldebene in die Cloud senden, wo die Informationen aggregiert und für Analysen genutzt werden.
Mehr Informationen und die Möglichkeit zur Anmeldung erhalten Interessierte unter www.wago.com/smart-grid.

Daniel Wiese ist Global Key Account Manager, Energieverteilung, Smart Grid und Fernwirktechnik bei der Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KG in Minden. daniel.wiese@wago.com

Daniel Wiese ist Global Key Account Manager, Energieverteilung, Smart Grid und Fernwirktechnik bei der Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KG in Minden. daniel.wiese@wago.com