Messtechnik

Mit Minimum an Messdaten die Verteilernetze überblicken

| Autor / Redakteur: Martin Witzsch* / Sariana Kunze

In Erlangen entwickeln die Stadtwerke zusammen mit der dortigen Universität eine Methode, die mit einem Minimum an Messdaten ein möglichst genaues Bild des städtischen Netzes liefert. Die Messtechnik von Janitza findet hier in einem separaten Schrank hinter den Kabelverteilern Platz.
In Erlangen entwickeln die Stadtwerke zusammen mit der dortigen Universität eine Methode, die mit einem Minimum an Messdaten ein möglichst genaues Bild des städtischen Netzes liefert. Die Messtechnik von Janitza findet hier in einem separaten Schrank hinter den Kabelverteilern Platz. (Bild: Janitza Electronics)

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Über Lastflüsse und kurzzeitige Spannungsschwankungen bei der Niederspannung ist noch wenig bekannt. Diese Informationen werden jedoch durch den Photovoltaik-Boom immer wichtiger. In Erlangen entwickeln die Stadtwerke zusammen mit der dortigen Universität eine Methode, die mit einem Minimum an Messdaten ein möglichst genaues Bild des städtischen Netzes liefert.

Noch vor wenigen Jahrzehnten war ein Niederspannungsnetz eine übersichtliche Angelegenheit: Der Strom floss vom Erzeuger zum Verbraucher und der jährliche Blick auf den Schleppzeiger informierte über die Winterstarklast. Dies genügte für Planung und Abrechnung. Seit einigen Jahren aber wollen und müssen die Betreiber es genauer wissen, so auch in Erlangen. Im Verteilnetz der Universitätsstadt mit ihren gut 100.000 Einwohnern finden sich etwa 400 Trafostationen. In mehreren Städten und Gemeinden laufen Pilotprojekte zur Erforschung von Niederspannungsnetzen, eines davon im Erlanger Stadtteil „am Anger“. Mit dem gezielten Einsatz von Messtechnik soll ein Verfahren entwickelt werden, um mit den frei parametrierbaren Messgrößen ein hochaufgelöstes genaues Bild eines Verteilnetzes zu gewinnen. Dazu muss man jedoch zunächst möglichst umfangreich und genau messen sowie auswerten. In einem zweiten Schritt nutzt man das so gewonnene, detailreiche Bild als Referenz für Verfahren, die mit weniger, aber geschickt gewählten Messpunkten und ausgeklügelten Algorithmen den Zustand eines Netzes hinreichend genau simulieren. Nur mit diesem Ansatz ist eine flächendeckende Überwachung der Niederspannungsnetze wirtschaftlich und technisch machbar. Annette Köpken, Abteilungsleiterin Netz- und Anlagenservice, ist seitens der Erlanger Stadtwerke (ESTW) für das Pilotprojekt verantwortlich. Ihr Hauptproblem war die fehlende Zeit für die Datenauswertung. Doch dies konnte Gaby Seifert übernehmen, die am Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme (EES) der Universität Erlangen arbeitet. Annette Köpken erklärt: „Wir haben uns am runden Tisch Smart Grid vom Energiecampus in Nürnberg kennengelernt. Bei den ESTW lief das Projekt grade an und wir dachten, dies sei ideal für eine Kooperation.“ Gaby Seifert bestätigt: „Daten sind bei einem Forschungsprojekt oft das Problem.“

Energiedaten und Netzqualität überwachen

Das Gebiet „am Anger“ wurde ausgewählt, da hier die Verhältnisse besonders gut bekannt sind, es gibt Mehrfamilienhäuser mit überdurchschnittlich vielen PV-Anlagen. Dazu kommen eine Tankstelle, ein Studentenwohnheim und die Straßenbeleuchtung. Die PV-Anlagen gehören zum Teil den ESTW. „Wir haben hier sehr viel Photovoltaik. Der Peak im Sommer ist mit 820 kW fast genau so groß wie die Lastspitze von 834 kW im Winter. An sonnigen Tagen haben wir Rückspeisungen bis in die übergeordnete Netzebene“, weiß Köpken. Deshalb war die ganzjährige Messung wichtig, denn die klassische Netzplanung auf Basis der Winterstarklast ist für Netze heutzutage nicht mehr ausreichend.

Um das Gebiet genau zu erfassen, verbaute die ESTW nicht nur in den Trafostationen geeignete Messtechnik, wie den UMG 511 Netzanalysator als Master und UMG 103 als Slave-Geräte von Janitza Electronic. Auch sämtliche Kabelverteilerschränke wurden entsprechend ausgerüstet. Für diese entwarfen die Stadtwerke ein eigenes Konzept, wie Annette Köpken erläutert: „Wir haben Kabel- und Messschrank aufgeteilt. Die Kabelschränke mit ihrer Sonderverdrahtung haben unsere Azubis gemacht. Hier wurden Abgriffe an Wandlern über Sicherungen geführt und durch ein Rohr an der Rückseite des Schrankes in den Messschrank geleitet. Die Kollegen von der Leittechnik, die diesen Messschrank aufbauen, müssen dann nicht am Kabelverteilerschrank arbeiten.“ Kilian Eckert vom Business Development Energieversorgung bei Janitza beschreibt das System so: „Dieser Spannungsqualitätsanalysator für die Hut-schiene fungiert nicht nur als Zähler, sondern auch als Oberschwingungsanalysator und Transientenrekorder. Ein großer interner Speicher dient als Backup, falls bei der Datenübertragung Probleme auftreten sollten. Diese erfolgt per Ethernet an die im Hause der ESTW eingesetzte Fernwirktechnik. Per Modbus RTU sind acht UMG 103 Slaves eingebunden, die ebenfalls sowohl Energiedaten als auch die Netzqualität überwachen. Dank Ethernet können wir sowohl Daten übertragen als auch die Geräte aus der Ferne parametrieren, ohne dass ein Techniker direkt zu dem jeweiligen Schrank fahren muss. Unsere Software Gridvis bietet hierfür Möglichkeiten.“ Zur Anbindung des Kabelverteilers dient ein LWL-Modem mit Spleißbox. Dadurch erfolgt die Datenübertragung per Glasfaserkabel direkt in die Leitwarte und in eine Janitza-Datenbank. 70 Geräte speichern im Minutentakt Daten und senden sie zur Leitwarte. Aus Sicherheitsgründen ist die Kommunikation für das Pilotprojekt komplett von der Fernwirktechnik für den Netzbetrieb getrennt. Die Peripherie ist hier über RS-485 Modbus RTU als Feldbus an die Fernwirkeinheit angebunden. Für die Weiterverarbeitung liest die Software die Daten aus und speichert sie ab. Aufgrund der offenen Systemarchitektur können die Messdaten einfach von den Stadtwerken an die Uni weitergeleitet werden. Köpken resümiert: „Wir haben jetzt fast lückenlos die Daten von zwei Jahren im Minutentakt.“ Diese Auflösung unterscheidet das Erlanger Projekt von anderen Forschungsarbeiten. Im Minutentakt sind selbst kurze Schwankungen in der PV-Einspeisung, etwa bei bewölktem Himmel aufzulösen.

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