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VeNiFre150

Netzstörungen durch Haushaltsgeräte minimieren

Projektstatus
Begonnen
Toaster, Wasserkocher und Kaffemaschine - sie werden immer moderner und energiesparender. Das erkaufen die Hersteller mit Leistugnselektronik. Doch die kann das Netz belasten.
Toaster, Wasserkocher und Kaffemaschine - sie werden immer moderner und energiesparender. Das erkaufen die Hersteller mit Leistugnselektronik. Doch das kann das Netz belasten. | Bild: dudek - fotolia.com

Deutschland hat eines der modernsten Stromversorgungsnetze weltweit. Dieses Netz muss in Zukunft niederspannungsseitig noch mehr dezentrale Energieerzeugungsanlagen integrieren. Außerdem werden elektronische Geräte immer effizienter, die Energie wird besser genutzt. 

Das geschieht in den meisten Fällen durch den Einsatz leistungselektronischer Schaltungstechnologien, die mit Schaltfrequenzen oberhalb von 2 kHz arbeiten. Die damit verbundene zunehmende Anzahl dieser Geräte führt zu steigenden Emissionen im Frequenzbereich zwischen 2 kHz und 150 kHz. Die auftretenden Phänomene, die sich unter anderem durch die Ausbreitung im Netz und Auswirkungen auf andere Geräte zeigen, in diesem Frequenzbereich sind weitgehend unerforscht. 

In den letzten Jahren kam es vermehrt zu unzulässigen Beeinflussungen, wie beispielsweise Fehlfunktionen von Touch-Dimmer-Lampen, störende Geräusche bei Fernsehgeräten oder die Beeinflussung der Genauigkeit elektronischer Zähler in der Nähe von Photovoltaik-Wechselrichtern. Das ist auf Emissionen im genannten Frequenzbereich zurückzuführen. Des Weiteren herrscht bei der Entwicklung des entsprechenden Normenwerkes eine große Unsicherheit in Bezug auf volkswirtschaftlich sinnvolle Verträglichkeitspegel sowie Störfestigkeits- und Störaussendungsgrenzwerte.

Kosten sparen und Netzverträglichkeit sichern

Ziel des Forschungsprojekts VeNiFre150 (Netzverträglichkeit in öffentlichen Niederspannungsnetzen im Frequenzbereich von 2 kHz bis 150 kHz) ist es, mit wichtigen grundlegenden Untersuchungen einen wesentlichen Beitrag zum besseren Verständnis der Wirkungsmechanismen und Einflussmöglichkeiten zu leisten. So kann eine sachgerechte und bezüglich der Gesamtkosten optimierte Koordination von Störaussendung und Störfestigkeit in diesem Frequenzbereich erreicht werden. Das hat zum einen den Vorteil, unnötige Kosten bei Herstellern zum Beispiel durch Überdimensionierung von Filtern und Netzbetreibern zum Beispiel durch zu umfangreichen Netzausbau zu vermeiden. Auf der anderen Seite ermöglicht die Forschung künftig eine für Deutschland und Europa angemessene Netzverträglichkeit im Niederspannungsnetz.

Das Projekt wird durch den Forschungsverbund zwischen dem Institut für Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft (IE3) der Technischen Universität Dortmund und dem Institut für elektrische Energieversorgung und Hochspannungstechnik (IEEH) der Technischen Universität Dresden realisiert.

Der Projektablauf: von der Literatur über das Labor in die Praxis

Zu Beginn des Forschungsprojekts wird zunächst eine umfassende Aufarbeitung von Literatur und Normen zu den projektrelevanten Aspekten durchgeführt. Zusätzlich werden die anzuwendenden Methoden und Verfahren für die Netz- und Labormessungen definiert, um eine einheitliche Erfassung und Auswertung und somit eine Vergleichbarkeit der Messergebnisse zu ermöglichen.

Auf dieser Grundlage werden zwei Messanordnungen für die Labormessungen aufgebaut. Der erste Messaufbau dient der Untersuchung der Störaussendung aktueller Haushaltsgeräte und –anwendungen. So können die Forscher deren typische Störpegel im relevanten Frequenzbereich charakterisieren. Zusätzlich sind Messungen an gezielt ausgewählten Punkten im Niederspannungsnetz geplant. Die Messstellen können zum Beispiel in der Nähe von potenziellen Störquellen wie PV-Anlagen liegen. So erhalten die Wissenschaftler ein Bild über die aktuelle Situation in Niederspannungsnetzen zu erhalten. Diese Aufgaben übernimmt das IEEH federführend.

Ebenfalls vom IEEH wird der zweite Messaufbau initiiert. Er dient der Störfestigkeitsuntersuchungen verwendet. Er hat das Ziel, die Störfestigkeit der betrachteten Haushaltsgeräte hinsichtlich der höherfrequenten Störeinflüsse zu charakterisieren. Hierbei wird zusätzlich die thermische Beanspruchung analysiert und der Einfluss der verschiedenen Zusatzbeanspruchungen auf die Lebensdauer untersucht und bewertet.

Mit den gewonnenen Ergebnissen setzt das IE3 im Anschluss verschiedene Methoden und Verfahren zur Reduzierung der höherfrequenten Belastungen für die untersuchten Geräte und Verteilnetze um. Diese Geräteoptimierung umfasst schaltungstechnische Änderungen, um zum einen eine erhöhte Robustheit gegen höherfrequente Störpegel und zum anderen eine Reduzierung der Störaussendung zu schaffen. Zur Evaluierung der Optimierung soll ein Labormuster aufgebaut und bezüglich der Filtereigenschaften, Baugröße und Effizienz getestet und analysiert werden.

Schließlich sollen verschiedene Szenarien beziehungsweise Strategien zur Verträglichkeitskoordination erstellt werden. Hierbei sollen zunächst die durch mögliche Schädigungen oder Funktionsausfälle entstehenden Kosten bewertet werden. Darauf aufbauend führen die Wissenschaftler des IE3 Kosten-Nutzen-Abschätzungen durch. Sie haben das Ziel, die durch den zusätzlichen Schaltungsaufwand entstehenden Gesamtkosten im Rahmen der technischen Realisierungsmöglichkeiten und bereits existierender Normen für Störfestigkeits- und Störaussendungsgrenzwerte zu minimieren. Die minimalen Gesamtkosten sollen im Rahmen der entwickelten Koordinationsstrategien/-szenarien auf die Gerätehersteller und Netzbetreiber aufgeteilt werden, um eine gesamtwirtschaftlich optimierte Netzverträglichkeit gewährleisten zu können.

Projektlaufzeit

05/2015 – 04/2018

Kontakt

Prof. Dr. Johanna Myrzik
Verbundkoordinatorin
Technische Universität Dortmund - Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Emil-Figge-Str. 70
44227 Dortmund
+49 231 755-2359
+49 231 755-2694

Forschungsförderung

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

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