Dynamische Spannungshaltung dank neuer Regelkonzepte

Die Aufnahmefähigkeit insbesondere von ländlich geprägten Niederspannungsnetzen für dezentrale Elektrizitätserzeugung ist derzeit im Wesentlichen durch die Einhaltung der zulässigen Spannungen nach DIN EN 50 160 begrenzt. Thermische Betriebsmittel-Belastungsgrenzen können nur durch den Einsatz von Speichern, durch Abregelung oder Netzausbau gelöst werden. Im Gegensatz dazu stehen für Spannungsgrenzwertverletzungen darüber hinaus weitere technische Optionen zur Verfügung. Diese werden bereits vereinzelt in Pilotprojekten getestet. Zugleich sind erste Produkte auf dem Markt verfügbar. Allerdings sind die technischen und wirtschaftlichen Einsatzkriterien bisher weitgehend unklar.

Im Projektverlauf des Forschungsvorhabens LISA (Leitfaden zur Integration spannungsstabilisierender Applikationen) wird die Interaktion zwischen den unterschiedlichen Maßnahmen zur Spannungshaltung für die verschiedenen Netzsituationen analysiert und die daraus abgeleiteten Strategien in einem gemeinsamen Regelkonzept sowie in einem Leitfaden zur Anwendung und Nutzung der unterschiedlichen Maßnahmen integriert. Das Regelkonzept übernimmt die zuverlässige Koordination auch bisher autonomer Spannungsregler auf den verschiedenen Netzebenen, optimiert das nichtstationäre Systemverhalten und gewährleistet eine stabile Spannungsregelung. Ein Plan zum Aufbau und Einsatz hybrider Kommunikationsnetze ermöglicht die Auswahl und Installation einer zur Regelung passenden Kommunikations-Infrastruktur. Zur Verifikation der Ergebnisse sind Tests an ausgewählten Systemkonfigurationen mit realen Systemkomponenten im Labor vorgesehen, da nur so das tatsächliche Zusammenwirken zweifelsfrei nachgewiesen werden kann. Abschließend sollen die Systemkomponenten in realen Netzen der Pfalzwerke implementiert und das mit Hilfe des Leitfadens theoretisch vorhergesagte Verhalten in einem Praxistest verifiziert werden.

Ein Leitfaden zur sinnvollen Nutzung technischer Möglichkeiten

Aus den Erkenntnissen der systematischen Untersuchung verschiedener Konzepte und deren Einsatzmöglichkeiten sind entsprechende Empfehlungen für den Einsatz der Optionen in Form eines Leitfadens abzuleiten. Dieser Leitfaden soll es den Praktikern der Netzbetreibergesellschaften ermöglichen, ohne hohen Analyseaufwand für ihre speziellen Gegebenheiten eine technisch und wirtschaftlich optimale Lösung zu finden. Gleichzeitig soll das Vorhaben auch den Herstellern der Betriebsmittel und der Regler Hinweise für die Weiterentwicklung geben. Dies betrifft insbesondere die Regelkonzepte zur koordinierten Spannungsregelung über Netzebenen hinweg. Weiterhin soll eine Planung für hybride Kommunikationsnetze zur Anbindung der unterschiedlichen Mechanismen zur Spannungshaltung im Verteilnetz entwickelt werden, das dann in den Leitfaden mit einfließt.
Die einzelnen Punkte sollen abschließend in einem Praxistest im Netz der Pfalzwerke Netz AG verifiziert werden.

Im Projektverlauf wird die Interaktion zwischen den unterschiedlichen Maßnahmen zur Spannungshaltung für die verschiedenen Netzsituationen analysiert und die daraus abgeleiteten Strategien in einem gemeinsamen Regelkonzept sowie im beschriebenen Leitfaden integriert. Eine hybride Kommunikations-Infrastruktur ist bisher in den Kombinationsformen nicht erprobt. Spannend ist die Frage: Was geschieht, wenn die Kommunikation zwischen den Betriebsmitteln ausfällt?

Wichtige Erkenntnisse auf dem Weg zu einem Smart Grid

Die Ergebnisse zur Lösung der Probleme zur Spannungshaltung stellen einen wichtigen Schritt für die Integration der erneuerbaren Energien in die Stromnetze und damit den Umbau der heutigen Energieversorgung in ein Smart Grid dar.

Die wesentliche Neuheit des Lösungsansatzes besteht in der Entwicklung eines Leitfadens mit Handlungsempfehlungen zum koordinierten Einsatz spannungsstabilisierender Maßnahmen in Niederspannungsnetzen. Erstmalig wird hierzu eine systematische Analyse existierender technischer Individualmaßnahmen zur Spannungshaltung durchgeführt und nach ihrer Leistungsfähigkeit in unterschiedlichen Netztopologien bewertet.

Das Regelkonzept ist in der Lage, unterschiedliche, teilweise bereits erprobte technische Verfahren der Spannungshaltung im selben Niederspannungsnetz zu koordinieren und so aufeinander abzustimmen, so dass eine optimale Netzregelung gewährleistet ist. Erstmalig wird es möglich sein, an unterschiedlichen Stellen im Netz jeweils den geeignetsten Mechanismus zur Spannungsregelung einzusetzen, ohne dass ein „Gegeneinanderregeln“ mit anderen Reglern erfolgt. Mögliche Stabilitätsgefährdungen werden in dynamischen Simulationen identifiziert und als Rahmenbedingungen für die Gestaltung des Leitfadens aufgenommen. Die Aussicht, dadurch den Gesamtaufwand zur Spannungsregelung in Verteilnetzen deutlich reduzieren zu können, ist sehr vielversprechend.

Darüber hinaus werden erstmalig Konzepte zum Aufbau hybrider Kommunikations-Infrastrukturen entwickelt, welche die unterschiedlichen Anforderungen aus der Regelung verschiedener Verfahren der Spannungshaltung abbilden. Die daraus resultierenden Erkenntnisse zum Aufbau hybrider Kommunikationsnetze werden im Leitfaden eingebunden und darüber hinaus in den entsprechenden Feldaufbauten verifiziert.

Die ersten Ergebnisse sollen Ende 2015 vorliegen