englisch
MuNeSIP

Netzkonditionierung für sichere Industrienetze

Projektstatus
Begonnen

Industrielle Produktionsanlagen weisen meist eine Vielzahl elektrischer Teilsysteme auf, deren Funktionalität von der Versorgungszuverlässigkeit und der Spannungsqualität des elektrischen Netzes abhängig ist, wobei insbesondere modernere Technologie durch geringere Toleranzen auffällt. Zusätzlich erhöhen die Veränderungen im Energienetz, die aus der Energiewende sowie aus der marktwirtschaftlichen Orientierung beim Netzausbau resultieren, die Häufigkeit von kritischen Netzsituationen. Dies hat negative Auswirkungen auf die Verfügbarkeit von Produktionsanlagen und die Produktionsqualität. Ziel des Projektes ist es, ein dezentrales, intelligentes und modulares Netzkonditionierungssystem zu entwickeln, welches unabhängig vom auftretenden Fehlerfall zuverlässig und schnell den jeweiligen Netzzustand erkennt, wirksame Gegenmaßnahmen durchführt und somit geeignet ist die Netzqualität für Produktionsanlagen bedarfsgerecht sicherzustellen und zu erhöhen.

Im Zuge der Energiewende steigt der Anteil Erneuerbarer Energien im Energiemix, wodurch mehr Leistung dezentral und stochastisch fluktuierend bereitgestellt wird. Dadurch sinkt die Spannungsqualität im elektrischen Verbundnetz. Gleichzeitig steigt der Anteil an Lasten und Einspeisern, die über Umrichter mit dem Netz gekoppelt sind. Diese verursachen Netzrückwirkungen und führen zu einer Verringerung der Kurzschlussleistung. Zudem reagieren moderne umrichtergespeiste Anlagen empfindlicher auf Störungen der Netzqualität, wodurch die Ausfallrate steigt und die Effizienz industrieller Prozesse beeinträchtigt wird.

Grundsätzliche Szenarien für Industrienetze

  • Spannungsschwankungen oder Spannungsunterbrechnungen im versorgenden Netz breiten sich über den zentralen Verknüpfungspunkt (PCC) in das Industrienetz aus.
  • In einem schwachen Netz beeinträchtigen Leistungsspitzen eines lokalen Großverbrauchers die Spannungsqualität am versorgenden Knoten eines internen Teilnetzes (IPC2).
  • Ein Prozess an einem Knoten des internen Teilnetzes (IPC2) beeinträchtigt durch den Bezug von Blindleistung und die Belastung des Netzes mit harmonischen Oberschwingungen die Spannungsqualität für die übrigen Prozesse am Knoten (IPC2).
Beispielschema für eine industrielle Netzstruktur
Beispiel für eine industrielle Netzstruktur
© EneSys, RUB

Die Ziele des Projekts

  • Bedarfsgerechte Sicherstellung und Erhöhung der Spannungsqualität sowie der Versorgungszuverlässigkeit für Produktionsanlagen
  • Spannungsstabilisierung durch Blindleistungsbereitstellung und Kompensation von harmonischen Oberschwingungen
  • Hochdynamischer Schutz gegen Versorgungsunterbrechungen: Vorübergehende Inselnetzbildung und Weiterbetrieb für die Dauer des Versorgungsausfalls sowie Rücksynchronisierung
  • Inhärent stabile Wirkungsweise bei sich schnell ändernden Netzeigenschaften
  • Dezentrale Bereitstellung von Kurzschlussleistung und Begrenzung von Lastspitzen
Schema des Konzepts des modularen Netzkonditionierungssystems
Konzept des modularen Netzkonditionierungssystems
© EneSys, RUB

Im Rahmen des Projekts wird ein multifunktionales Netzkonditionierungssystem entwickelt, dessen Aufbau in einzelne Module gegliedert ist. Auf der Basis aktiver parallel ans Netz angeschlossener leistungselektronischer Umrichtertopologien werden zwei unterschiedlich spezialisierte Module (HF und P) realisiert, von denen das P-Modul durch mindestens ein Energiespeichermodul (ES) ergänzt wird. Die Leistungsfähigkeit und die Speichertiefe können somit jeweils durch Parallelschaltung mehrerer gleicher Module skaliert werden. Die Regelung der einzelnen Module wird ebenso wie der Schalter für die Trennung vom versorgenden Netz durch eine übergreifende Betriebsführung koordiniert. Die Komponenten adressieren dabei folgende Zielsetzungen:

  • HF-Modul: Bereitstellung von Verzerrungsblindleistung
  • P-Modul: Bereitstellung von Verschiebungsblindleistung sowie Frequenzvorgabe und Bereit-stellung von Wirkleistung z.B. im Inselnetzbetrieb
  • ES-Modul: Energiespeicher zur Netzunabhängigen Energieversorgung
  • Schalter: Übergang in den Inselnetzbetrieb sowie Schaltung ans Netz nach erfolgter Synchronisierung

Kooperationspartner und Teilprojekte

Im Labor an der Ruhr-Universität nimmt ein Mitarbeiter des Instituts EneSys den Demonstrator des MuNeSIP-Netzkonditionierungssystems in Betrieb
Im Labor an der Ruhr-Universität nimmt ein Mitarbeiter des Instituts EneSys den Demonstrator des MuNeSIP-Netzkonditionierungssystems in Betrieb.
© EneSys, RUB
  • Ruhr-Universität Bochum -  Institut für Energiesystemtechnik und Leistungsmechatronik: "Konzipierung und Realisierung von Hardware und Betriebsführung des MuNeSIP-Systems"
  • Evonik Technology & Infrastructure GmbH - Energie- und Stromnetztechnik: "Entwicklung und Klassifizierung von Lösungsstrategien für Anlagenausfälle und Schwankungen der Produktionsqualität in Industrieanlagen"
  • Avasition GmbH: "Konzeption, Implementierung und Erprobung einer Regelungssoftware"
Mitarbeiter des Instituts EneSys testen das MuNeSIP-System zu Fehleremulation im Labor an der Ruhr-Universität Bochum
© EneSys, RUB

Nachdem im ersten Projektjahr zum ersten Meilenstein die im industriellen Umfeld relevanten Effekte identifiziert worden waren und zum zweiten Meilenstein die Konzeptphase abgeschlossen wurde, wird im zweiten Projektjahr der Aufbau und die modulare Inbetriebnahme der Teilsysteme des Demonstrators an der Ruhr-Universität Bochum vorangetrieben und zum Jahresende mit dem dritten Meilenstein abgeschlossen werden. Im dritten Projektjahr wird das Systemverhalten in verschiedenen Szenarien im Labor untersucht werden.

Projektlaufzeit

09/2014 - 08/2017

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Constantinos Sourkounis
Ruhr-Universität Bochum
Universitätsstr. 150
44801 Bochum
+49 234 32-25776
+49 234 32-14597

Forschungsförderung

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

Basisinformationen

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