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Eines der zentralen Themen in Zeiten der Energiewende: Netzqualität

Die oberste Priorität für Netzbetreiber heißt Versorgungssicherheit

Die Energiewende mit zunehmend dezentraler Einspeisung aus erneuerbaren Energiequellen stellt Verteilnetzbetreiber vor immer neue Herausforderungen. Es gilt, die Überwachung, Steuerung und Automatisierung der Netze auf allen Ebenen anzupassen und zu optimieren, um Störungen bei der Energiequalität und insbesondere Spannungsbandverletzungen zu vermeiden. Auf der Grundlage langer Erfahrung als Partner der Energiewirtschaft stellt Siemens die passenden intelligenten Lösungen und Systeme dafür zur Verfügung.

Netzqualität in der Praxis

Unterschiedlichste Anwendungsfälle – passgenaue, individuelle Lösungen

Wie gut ist Ihr Netz? Die steigende Anzahl von fluktuierenden Einspeisern in den Netzen erfordert zielgerichtete Gegenmaßnahmen für höhere Netzqualität. 

Es wird immer komplexer und schwieriger, die Netzqualität zu optimieren. Vor allem die Integration erneuerbarer Energiequellen, aber auch die zunehmend dezentrale Stromerzeugung stellen die Verteilnetzbetreiber vor neue Herausforderungen. Wie lassen sich Störquellen oder Beeinträchtigungen der Spannungsqualität effizient und sicher aufspüren? Dafür hat Siemens zahlreiche Produkte und Lösungen entwickelt, die auf die individuellen Anforderungen zugeschnitten sind und dabei helfen, die Versorgungssicherheit zu erhöhen.

Semi-dezentrales Konzept für Spannungs- und Kapazitätsmanagement

Die dezentrale Einspeisung von zahlreichen kleinen, verteilten Erzeugungsanlagen nimmt zu, damit verbunden sind stark variierende Last- und Einspeisebedingungen mit deutlichen Schwankungen der Betriebsspannung. Und gleichzeitig müssen, wenn möglich ohne kostenintensive Netzerweiterungen, jederzeit die Versorgungssicherheit und die Einhaltung der Vorgaben aus Normen gewährleistet werden. Kurz: Die Herausforderungen für Betreiber von Verteilnetzen wachsen enorm und lassen sich nur mit intelligenten Lösungen in den Griff bekommen. 

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Spannungsregulierung im Verteilnetz in Abhängigkeit der unterschiedlichen Anforderungen

Um für diese wie auch für zukünftige Anforderungen gerüstet zu sein, hat Siemens ein intelligentes semi-dezentrales Konzept für das Spannungs- und Kapazitätsmanagement in Verteilnetzen entwickelt. Es beruht auf dem regionalen Controller und nutzt je nach den Strukturen und Rahmenbedingungen vor Ort unterschiedliche Ansätze für die Spannungsregelung. Für ein optimales individuelles Lösungskonzept lassen sich auch verschiedene Optionen kombinieren, um mit der bestehenden Netzanordnung den maximalen Wirkungsgrad zu erreichen.

 

Ob Primärumspannwerke oder Ortsnetzverteilstationen; und von moderner Fernwirktechnik und Komponenten wie Spannungslängsreglern in der Mittelspannungsebene oder geregelten Verteilnetztransformatoren in der Niederspannungsebene bis hin zu intelligenten Feldgeräten: Die Lösungen von Siemens sorgen nicht nur für einen effizienteren Betrieb des gesamten Mittelspannungsnetzes. Sie gewährleisten auch regionale wie lokale Spannungs- und Netzstabilität bis in den Niederspannungsbereich. 

 

Das semi-dezentrale Konzept – zentrale Vorteile

  • Minimierung von Neuinvestitionen durch effiziente Nutzung bestehender Strukturen
  • Bessere Kapazitätsausnutzung des Mittel- und des Niederspannungsnetzes
  • Optimierte Ausnutzung des Spannungsbands mit nur wenigen, verteilten Messstellen
  • Regionale Kommunikation ohne großen Aufwand
  • Automatische Überwachung des Netzstatus für Betrieb und Planung

Smarte Produkte und Komponenten für smartes Spannungs- und Kapazitätsmanagement

Harmonie im Netz – durch optimiertes Power Quality Management

Durch die zunehmend dezentrale Erzeugung müssen Netzbetreiber künftig stärker harmonische Belastungen (z. B. aufgrund von fehlerhaften Wechselrichtern) beobachten. Diese können nahe gelegene Industriebetriebe und sogar TV-Empfang und Computer in Wohngebieten negativ beeinflussen. In vielen Ländern fordern die Netzregulierer bereits die Einhaltung der EN 50160 als KPI für Verteilnetze.

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Die integrierte Netzqualität-Lösung meldet nur kritische Netzsituationen

Für diese und viele weitere Aufgaben bietet die SICAM-Produktfamilie ein breites Spektrum von auf verschiedene Netzsituationen hin maßgeschneiderten Geräten: von Leistungsmessgeräten wie dem SICAM P50 bis hin zum SICAM P850 als Klasse-A-Messgerät gemäß EN 50160. Bei der Anbindung von wichtigen Komponenten liefert SICAM Q100 zusätzliche Informationen für die weitere Auswertung. Und zur effizienten Analyse hat Siemens als Add-on zu SICAM PAS das Power Quality System SICAM PQS entwickelt, um Signale bereits automatisch vorzuverarbeiten. Beispielsweise zeigt der Ereignismonitor nur noch kritische Netzsituationen und blendet dabei alle irrelevanten Daten aus.

 

Integrierte Lösung für Power Quality Management – mit integrierten Vorteilen

  • Automatische Erkennung und Meldung von relevanten Ereignissen
  • Berichterstattung und Nachweise gemäß EN 50160
  • Kosteneffizienz durch maßgeschneiderte Lösungen
  • Optimierte Bedienbarkeit durch Vorverarbeitung von Daten

Produkthighlights für Harmonie im Netz

Phasenbelegung von Betriebsmitteln validieren

Auf Basis gesammelter Daten lassen sich Phasenasymmetrien in den Netzen erkennen und lokalisieren. Diese Asymmetrien haben oft negative Auswirkungen auf Betriebsmittel und Verbraucher wie zum Beispiel Motoren. Da immer mehr Sensor- und Zählermessdaten zur Verfügung stehen, können sie zur Analyse genutzt werden und so die schwierige und zeitaufwendige Suche nach Asymmetrien bei Lasten und phasenvertauscht angeschlossenen Sensoren vor Ort deutlich erleichtern.

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Parallele Datenverarbeitung ermöglicht schnelles Lokalisieren von Phasenasymmetrien

Um in großen Datenmengen Sensorinformationen mit signifikanter Abweichung von anderen Verläufen zu identifizieren, kann parallele Datenverarbeitung mittels MapReduce-Funktionen eingesetzt werden. Außerdem können Zusammenhänge mit weiteren Vorgängen bewertet und visualisiert werden. Je öfter Ereignisse gleichzeitig bei Zählern auftreten, desto stärker ist die Verbindung zwischen ihnen. So können Asymmetrien erkannt werden, die bei einer Gruppe von Zählern unabhängig von anderen nachzuweisen sind.

 

Beispielsweise kann solche eine Untersuchung ergeben, dass diese Asymmetrien bei einphasigen Schaltnetzgeräten einer Wohnhausanlageauftreten. Das Rundsteuersignal verursacht bei Aktivierung verstärkt Asymmetrien, da alle Lasten fälschlicherweise auf der gleichen Phase angeschlossen werden. Die so genannte Power-SnapShot-Methode liefert ein synchrones Abbild des Netzzustands, basierend auf Smart-Meter-Daten. Eine eigens entwickelte Methode erlaubt die Phasenzuordnung im Niederspannungsnetz mittels elektronischer Zähler.

 

Die Spannungshistogramme aus den Power-SnapShots liefern Informationen zu asymmetrischen Belastungen. Eine Analysemethode ist die interaktive Visualisierung von definierten Ereignissen wie Summen oder Über- und Unterspannung.

Störquellen durch PV-Wechselrichter im Netz identifizieren, lokalisieren, therapieren

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Störquellen durch unkonventionelle Datenauswertung aufspüren

Der Ausbau regenerativer Energiequellen führt dazu, dass auch Photovoltaik-(PV-)Anlagen einen immer größeren Anteil an der Energieversorgung übernehmen. Gerade in den Verteilnetzen entstehen dadurch neue Störquellen, die die Netzstabilität beeinträchtigen können. Doch durch eine neue Herangehensweise an die Auswertung vorhandener Daten lassen sich diese Störungen gezielt aufspüren und beseitigen.

 

Der in den PV-Anlagen erzeugte Gleichstrom wird grundsätzlich per Wechselrichter in das Verteilnetz eingespeist. Dabei sind bestimmte Parameter wie das Spannungs- und Blindleistungsverhalten an den Invertern einzustellen. Um Störungen aufgrund fehlerhafter Parametrierung zu entdecken, können stochastisch verteilte Messwerte für die Validierung dieser Parameter verwendet werden.

 

Wenn man diese Zusammenhänge grafisch darstellt, spiegeln sich Störungssituationen im Netz im Diagramm deutlich wider. Durch Korrektur der Werte lassen sich diese Einstellungen zu ändern – die unkonventionelle Auswertung von Daten macht es so möglich, Störquellen in Verteilnetzen zu analysieren und zu beseitigen.

Referenzen

Bewährte Lösungen in Referenzprojekten

Die Produkte und Lösungen von Siemens für die Sicherung der Stromversorgung, der Optimierung von Netzen und der Verbesserung der Wirtschaftlichkeit haben sich längst in der Praxis bewährt. Hier finden Sie einige Referenzprojekte.

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