VEREDELE FACDS

Robuste Steuerung- und Regelung von Verteilernetzen mit hohem Anteil regelfähiger Erzeuger und Lasten

Projektstatus
Begonnen
Projektgrafik VEREDELE-FACDS
@ Fraunhofer IOSB
Projektgrafik VEREDELE-FACDS
@ Fraunhofer IOSB

Im Zuge der Energiewende erfahren insbesondere die bestehenden Verteilernetze gravierende strukturelle Veränderungen, deren Auswirkungen detailliert analysiert und dokumentiert werden müssen. Ausgehend von anspruchsvoll formulierten Energie- und Klimakonzepten und propagierten Regelungs- und Steuerungsverfahren in Verteilernetzen der Zukunft stellt sich die Frage, nach welchen Prinzipien diese zukünftig geplant, technologisch umgesetzt und betrieben werden. Zur Beibehaltung höchstmöglicher Versorgungsqualität und –sicherheit ist es notwendig, die propagierten Ansätze im Detail in ihren Wechselwirkungen zu analysieren und Vorschläge abzuleiten. Ein Ansatz, den VEREDELE propagiert ist die Technologie eines Flexiblen AC Distribution System (FACDS).

Dieser berücksichtigt in der Planung, Auswahl von Technologien und Betriebsweise Wechselwirkungen zwischen den Akteuren wie z.B. steuerbarer und regelbarer Betriebsmittel, Lasten, Erzeuger, Regelkreise und Kommunikationstechnologien im Millisekunden- bis Minutenbereich. VEREDELE beschreibt damit einen Ansatz die Versorgungsqualität und Herausforderungen des Netzbetriebs zu-künftiger Verteilernetze mit einem hohen Anteil dezentraler Erzeuger (PV, BHKW, etc.) und neuartiger Lasten (bspw. Elektromobile, Erdwärmepumpen, thermische Speicher) vorherzusagen und Anforderungen an ein ganzheitliches Regelungs- und Steuerungskonzept abzuleiten.

VEREDELE hat zum Ziel Referenzimplementierungen eines FACDS als Soft- und Hardwaredemonstrators / Prototyps zu realisieren, welches eine wechselwirkungsarme Interaktion aller Komponenten im Verteilernetz erlaubt. VEREDELE erforscht und beschreibt die Wechselwirkungen von Smart Grid Komponenten im Zeitbereich Millisekunden bis Minuten zukünftiger Verteilernetze der Netzebenen 5 bis 7 (Mittel- und Niederspannungsebene) und analysiert deren Einfluss auf die Netzkapazität, Systemstabilität und Versorgungsqualität. In den von VEREDELE fokussierten Netzebenen wird derzeit der Einsatz innovativer Betriebsmittel wie Regelbarer Ortsnetztransformatoren (RONT), Serien- und Parallelkomponenten (z.B. Stromrichter, Kompensationseinrichtungen), stationärer und mobiler Speicher und Wirkprinzipien des Smart Markets (bspw. Demand Side Management oder Demand Response) zur Erhöhung der Netzkapazität diskutiert. Ziel dieser Transformation zum Aktiven Netz ist die optimale Ausnutzung der bestehenden Verteilernetzinfrastrukturen, um die Ziele der Ener-giewende Deutschlands mit weiteren Zubau Erneuerbarer Energien und dezentraler Einspeisung zu erreichen.

Es erfolgt die Validierung der Erkenntnisse anhand eines Demonstrationsvorhaben zusammen mit der Thüringer Energienetze GmbH. VERDELE verfolgt damit die Ziele der Energiewende bei Sicherstellung der gleich bleibenden und vergrößerten Versorgungssicherheit- und –qualität und liefert dabei einen ganzheitlichen Ansatzes zur stabilen Regelung und Steuerung im Verteilernetz. Der Ansatz beschreibt die Transformation des bestehenden Verteilernetzes hin zu einem aktiven, flexiblen Netz mit robusten und stabilem Steuerungs- und Regelungsverhalten unter Berücksichtigung der erforschten Wechselwirkungen. Das dann entstehende Flexible AC Distribution System (FACDS) ist ein Äquivalent zum FACTS-Ansatz für Transportnetze. Ziel dieses Ansatzes ist ein Energiesystem mit Plug- & Play Fähigkeit. Netzplanung, Netzführung und Assetmanagement eines FACDS werden sich deutlich unterscheiden vom aktuellen Stand der Technik.

Projektkonsortium

Das Projektkonsortium besteht aus den Partnern Fraunhofer IOSB-AST (Koordinator), Technische Universität Ilmenau mit den Fachgebieten Elektrische Energieversorgung (Lehrstuhl Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dirk Westermann) und Leistungselektronik (Lehrstuhl Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Petzold), Technische Universität Berlin mit dem DAI-Labor (Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Sahin Albayrak), der A. Eberle GmbH und Co. KG und der P&M Power Consulting GmbH.

Das Fraunhofer IOSB-AST analysiert die experimentell nachweisbaren Wechselwirkungsphänomene im Niederspannungsbereich und erstellt unter Einsatz anerkannter systemtechnischer Methoden ein abstrahiertes Simulationsmodell dieses Netzbereichs. Darüber hinaus soll durch die Konzeption und Realisierung eines Rapid-Control-Prototyping-Demonstrators die Validierung der Simulationsmodelle sowie die Entwicklung von robusten Steuerungs- und Reglungskonzepten für FACDS-Systeme ermöglicht und systematisiert werden.

Die Technische Universität Ilmenau untersucht mittels Simulation mögliche Wechselwirkungen. Weiterhin ist sie verantwortlich für den Aufbau eines Hardware-in-the-Loop Demonstrators, der im Verlauf zur Verifikation der Simulationsergebnisse und Modellerweiterung genutzt werden soll.

Das DAI-Labor der Technischen Universität Berlin untersucht die Anforderung aus dem FACDS-Ansatz an IKT-Komponenten und  Bussysteme und führt das Design dedizierter IKT Systeme für FACDS durch. Dazu gehören optimierte Schnittstellen, Protokolle, Datenübertragungssysteme und Einhaltung von Latenz-, Sicherheits- und Verfügbarkeitsanforderungen. In einem umfangreichen Testbed werden die entworfenen IKT-Ansätze praktisch implementiert, erprobt und validiert.

Die A.Eberle GmbH und Co. KG übernimmt die Evaluation von neuen Mess-, Kommunikations- und aktiven Reglerkonzepten sowie Ableitung von wichtigen funktionalen Anforderungen. AEB untersucht neuartige WAMS und WACS Komponenten für aktiv geregelte Ortsnetze. Im Bereich Messtechnik wird ein neuartiger Sensor für die Zustandsüberwachung entwickelt. Im Bereich Regelungstechnik entwickelt AEB eine Komponente zur schnellen Blindleistungsregelung, die geeignete Steuerbefehle aus der Cloud empfangen und umsetzen kann.

Die P&M Power Consulting GmbH führt im Rahmen der Wechselwirkungsanalysen Simulationen und Analysen der oberen Spannungsebenen durch. Auf Basis von Referenzstrukturen von Industrienetze und EE-Netze werden Methodiken zur Adaption für die Wechselwirkungsanalyse erarbeitet.

Projektlaufzeit

08/2015 – 07/2018

Kontakt

Dipl.-Ing. Steffen Nicolai
Verbundkoordinator
Fraunhofer IOSB
Am Vogelherd 50
98693 Ilmenau
+49 3677 461-112
+49 3677 461-100

Forschungsförderung

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

Basisinformationen