Schlaue „Wachhunde“ für das Stromnetz der Zukunft: Testbetrieb im Kreis Steinburg erfolgreich abgeschlossen

Bundesforschungsprojekt ENSURE hat erstmalig flächendeckend ein intelligentes Messsystem für mehr Beobachtbarkeit im Netz in Schleswig-Holstein erfolgreich getestet.

Im Kreis Steinburg erprobt Schleswig-Holstein Netz (SH Netz) gemeinsam mit den Partnern Siemens und FH Westküste im Rahmen des Bundesforschungsprojektes ENSURE ein innovatives Messsystem für das Stromnetz der Zukunft. Bildlich gesprochen, sind Messsysteme die „Wachhunde“ des Netzes. Sie messen Ströme und Spannungen in Schaltfeldern. Wenn zum Beispiel ein Kabel beschädigt wird und es dadurch zu einem Kurzschluss kommt, schlägt der „Wachhund“ an – und schaltet den entsprechenden Bereich vorübergehend ab. Der Nachteil des bisherigen Systems: Die „Wachhunde“ lernen nicht dazu. Sie werden einmalig eingestellt und können anschließend auf Veränderungen im Stromnetz nicht mehr reagieren.

SH Netz hat die „Wachhunde“ – die Phasor Measurement Units (PMU) – in einem knapp einjährigen Feldtest deutschlandweit erstmalig flächendeckend in der Mittelspannungsebene eingesetzt und erfolgreich getestet. Diese Geräte verbinden zwei Funktionen: Zum einen werden mittels der PMU hochaufgelöste Messwerte wie z.B. Spannung und Frequenz erfasst, um einen noch detaillierten Blick in den aktuellen Netzzustand der Region zu erlangen. Zum anderen sind die Messwerte satellitengestützt zeitlich synchronisiert. Somit können die Werte an den verschiedenen Messpunkten miteinander verglichen werden.

„Ich freue mich, dass die PMU-Geräte in den unterschiedlichen Betriebssituationen zuverlässig funktioniert und ihre Aufgaben vollumfänglich erfüllt haben. Die höhere zeitliche Auflösung und die Zeitsynchronisierung ermöglichen uns beispielsweise das Verhalten großer Erneuerbarer-Energien-Anlagen besser zu beobachten. Hierdurch können mögliche Spannungsschwankungen frühzeitig erkannt und gegebenenfalls Regelungen von Umrichtern angepasst werden, bevor es zu einer automatisierten Abschaltung kommt. Als Netzbetreiber profitieren wir davon, indem wir in Anbetracht des starken Ausbaus Erneuerbarer Energien auf Spannungsschwankungen deutlich schneller und flexibler reagieren können und so die gewohnt hohe Versorgungszuverlässigkeit zukünftig weiter gewährleisten können“, sagt Dr. Malte Posewang, ENSURE-Projektleiter bei SH Netz.

Die PMU-Messdaten wurden in einen eigens entwickelten Digitalen Zwilling der Demonstrationsregion im Kreis Steinburg eingespielt. In diesem virtuellen, originalgetreuen Abbild des realen Stromnetzes werden nun weitere innovative Anwendungen untersucht. Damit können weitere zukünftige Feldtests effektiv vorbereitet werden, indem z. B. optimale Standorte und Größen neuer Erneuerbarer-Energien-Anlagen ermittelt werden. Zusätzlich werden verschiedene Zukunftsszenarien untersucht – und das Stromnetz damit frühzeitig auf die Energiezukunft vorbereitet.

Während des Testbetriebes wurden am Institut für die Transformation des Energiesystems (ITE) der Fachhochschule Westküste in Heide pro Mess-Tag 750 Datensätze mit jeweils 86.400 Messwerten verarbeitet. Genutzt haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dafür die Programmiersprache Python. Für die Auswertung wurden der Fachhochschule Westküste Messwerte mit einer zeitlichen Auflösung von bis zu 50 Messwerten pro Sekunde zur Verfügung gestellt. Zum Vergleich: Der bisherige Stand der Technik beruht auf einem Messwert pro Minute.

„Der Testbetrieb belegt die Belastbarkeit des Messsystems“, erläutert Prof. Reiner Schütt von der Fachhochschule Westküste. „Als neutraler Partner zwischen dem Netzbetreiber und Hersteller bewerten wir als Fachhochschule die Messwerte aus rein wissenschaftlicher Sicht. Neben der Verlässlichkeit des Messystems ging es in dieser Projektphase auch darum, in welcher Datenauflösung Erkenntnisse zum dynamischen Netzverhalten gewonnen werden können. Auch hierzu können wir nun zuverlässige Aussagen treffen. PMU-Daten in Sekundenauflösung sind zum Teil nicht geeignet, um umfassend alle relevanten Netzereignisse zu erfassen. Netzfehler mit einer Dauer von unter einer Sekunde, wie bspw. Kurzschlüsse, können maximal durch Zufall erkannt werden. Für zukünftige Einsätze der PMUs in Verteilnetzen wird daher empfohlen, PMU-Daten in höherer zeitlicher Auflösung mit 50 Messwerten pro Sekunde zu nutzen. Würden die PMU, wie im Forschungsprojekt ENSURE, künftig breiter in Mittelspannungsnetzen eingesetzt werden, ließen sich damit die Ursachen solcher Netzsituationen mit einer Dauer von unter einer Sekunde wie beispielsweise Kurzschlüsse ggf. schneller und genauer ausfindig machen, um frühzeitig mit geeigneten Maßnahmen dem entgegenzuwirken.“

Schleswig-Holstein Netz erforscht die PMU-Geräte und ihre Adaptivschutzfunktion weiter – zum Beispiel im Forschungsprojekt VeN²uS - Vernetzte Netzschutzsysteme.

Mehr Informationen gibt es im Video: Schlaue Wachhunde für das Stromnetz der Zukunft - YouTube