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Grid Commander

Dezentrale Stromnetze koordiniert steuern

Projektstatus
Begonnen
Im Vordergrund stehen Hochspannungsmasten, im Hintergrund ist ein Windpark zu sehen.
Im Forschungsvorhaben Grid Commander erforschen Wissenschaftler eine intelligente Steuerung und Führung von Einspeisern wie Windenergieanlagen, Speichern und Verbrauchern in Verteilungsnetzen (© Q.pictures / pixelio.de)

Mit einer zunehmenden Einspeisung aus erneuerbaren Energien in das bestehende Stromnetz kommen vor allem auf die Verteilnetze neue Aufgaben zu. Denn die meisten dezentralen Anlagen speisen das Nieder- und Mittelspannungsnetz. Mit klassischen Betriebsweisen und Betriebsmitteln ist ein sicherer Betrieb nur mit sehr hohem Aufwand in Form von erheblichem Leitungsneubau möglich. 

Bei einem vollständig ausgebauten Netz würde die zusätzliche Kapazität meist nur wenige Stunden im Jahr tatsächlich in Anspruch genommen – zum Beispiel wenn die Photovoltaik-Anlagen bei strahlendem Sonnenschein mit ihrer maximal möglichen Leistung einspeisen und zusätzlich ein starker Wind weht. Ziel des Projekts Grid Commander: die Ausbaukosten der Verteilnetze gering halten. Dabei soll die gewohnte Versorgungsqualität erhalten bleiben und vorrangig einzuspeisende regenerativ erzeugte Energie so wenig wie möglich abgeregelt werden.

Die Forschungsschwerpunkte von Grid Commander im Überblick

  • Verbesserung der Netzstabilität – Die Projektpartner streben die Verbesserung der Netzstabilität im Mittel- und Niederspannungsnetz an und haben sich zum Ziel gesetzt, diese Netzebenen an die neuen Herausforderungen anzupassen. Das soll zum Beispiel mit einer Dezentralisierung der Netzzustandsidentifikation in einer teilautarken Steuerung im Umspannwerk gelingen. Das kann Betriebsmittel schützen und die Netzleitstelle entlasten.
  • Gesamtheitliche Netzzustandsidentifikation und -prognose – Als Teil der gesamten Netzzustandsidentifikation entwickeln die Forscher einen Algorithmus zur Zustandsprognose von Mittelspannungsnetzen. Er informiert den Netzbetreiber über freie Kapazitäten oder Engpässe seines Netzes. So ergeben sich neue Potenziale zur Teilnahme an Flexibilitätsmärkten. Zudem ermöglicht der Regelungsalgorithmus optimale Voraussetzungen, um Netze vorausschauend zu steuern.
  • Dezentralisierte, spannungsebenenübergreifende Regelung – Teil des Vorhabens ist eine gemeinsame Regelung von Mittel- und Niederspannungsnetzen. Durch den zu entwickelnden Regelalgorithmus soll die tatsächliche Auslastung der Mittelspannungs-Netzkapazität mess- und regelbar werden, um eine optimale Ausbaustrategie der Netzinfrastruktur ableiten zu können und eine intelligente Einspeiseregelung zu ermöglichen.

Die Spannung überwachen und in Grenzen halten

Spannungsebenen-übergreifende Überwachung und Regelung von Mittel- und Niederspannungsnetzen | Bild: Bergische Universität Wuppertal
Spannungsebenen-übergreifende Überwachung und Regelung von Mittel- und Niederspannungsnetzen | Bild: Bergische Universität Wuppertal

Das Konzept von Grid Commander (s.o.) sieht vor, dass in Ortsnetzstationen installierte Verteilnetzautomatisierungssysteme die jeweiligen Niederspannungsnetze überwachen und dort unzulässige Überlastungssituationen und Spannungsbandverletzungen verhindern. Sie kommunizieren zusätzlich zyklisch mit der Steuerungseinheit des Mittelspannungsnetzes, welche im MS-Teil der überlagerten 110-kV/MS-Umspannanlage angesiedelt ist. Von dort aus überwacht sie das Mittelspannungsnetz und verhindert dort unzulässige Überlastungssituationen und Spannungsbandverletzungen. Dazu nutzt sie sowohl die von den Niederspannungs-Steuerungseinheiten zur Verfügung gestellten Informationen als auch weitere Spannungs- und Strominformationen  aus dem Mittelspannungsnetz oder der 110-kV/MS-Umspannanlage.

Für das entwickelte Verteilnetzautomatisierungssystem werden intensiven Analysen im Rahmen von speziell entwickelten Labor- und Feldtests durchgeführt. Im Smart-Grid-Labor wird das System Extremszenarien ausgesetzt und mithilfe von Stresstests geprüft. Ein Feldtest bei einem regionalen Verteilnetzbetreiber ermöglicht die erste praxisorientierte Demonstration des Projekts Grid Commander unter realen Bedingungen.

Die Aufgaben der Verbundpartner im Detail

Die Bergische Universität Wuppertal befasst sich innerhalb des Verbundvorhabens federführend mit der Entwicklung von Algorithmen und Strategien zur ganzheitlichen Zustandsidentifikation und spannungsebenenübergreifenden Regelung für Mittel- und Niederspannungsnetze. 
Die Bilfinger Mauell GmbH implementiert die programmierten Verfahren, wozu auch die Auswahl und Integration geeigneter Hardwarekomponenten zählt. 
Die SAG GmbH bereitet die Daten auf und gestaltet die Informationsflüsse zusammen mit der Systemintegration.

Projektlaufzeit

08/2015 – 07/2018

Kontakt

Dr. Marcus Stötzel
Verbundkoordinator
Bergische Universität Wuppertal - Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik und Medientechnik
Gaußstr. 20
42119 Wuppertal
+49 202 439 1937
+49 202 439 1977

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.

Basisinformationen

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