Intelligente, dezentrale Energieerzeugungseinheiten übernehmen im Verteilnetz Aufgaben der zentralen Betriebsführung
Erneuerbare Energien, wie beispielsweise Wind, Sonne oder Biogas, werden weltweit zu einem immer wichtigeren Faktor im Energiemix. Das schwer prognostizierbare Einspeisevolumen sowie das spezifische Betriebsverhalten dieser „Kleinkraftwerke" beeinflussen den Betrieb der Übertragungsnetze jedoch mitunter erheblich. Je größer der Anteil der erneuerbaren Energien gegenüber der Energie aus konventionellen Kraftwerken im Netz wird, umso wichtiger wird es, dass auch solche Kleinkraftwerke dem Netzverhalten anderer Großkraftwerke entsprechen.
Intelligente, dezentrale Energieerzeugungseinheiten übernehmen im Verteilnetz Aufgaben der zentralen Betriebsführung
Dezentrale Energieerzeugung in Zeiten des Smart Grid

Integrierte Überwachung

Grid Measurement and Protection Module GMP232: Netzmessung und Netzüberwachung in Spannungserzeugungs- beziehungsweise Spannungsversorgungsnetzen
Grid Measurement and Protection Module GMP232: Netzmessung und Netzüberwachung in Spannungserzeugungs- beziehungsweise Spannungsversorgungsnetzen
Mit dem GMP 232 werden Überwachungs- und Schutzfunktionen in die Steuerung integriert exklusiv in Kem Der Beitrag stammt von der Bachmann Electronic GmbH, A-Feldkirch
Mit dem GMP 232 werden Überwachungs- und Schutzfunktionen in die Steuerung integriert exklusiv in Kem Der Beitrag stammt von der Bachmann Electronic GmbH, A-Feldkirch

Erneuerbare Energien, wie beispielsweise Wind, Sonne oder Biogas, werden weltweit zu einem immer wichtigeren Faktor im Energiemix. Das schwer prognostizierbare Einspeisevolumen sowie das spezifische Betriebsverhalten dieser „ Kleinkraftwerke" beeinflussen den Betrieb der Übertragungsnetze jedoch mitunter erheblich. Je größer der Anteil der erneuerbaren Energien gegenüber der Energie aus konventionellen Kraftwerken im Netz wird, umso wichtiger wird es, dass auch solche Kleinkraftwerke dem Netzverhalten anderer Großkraftwerke entsprechen.

Im traditionellen Verständnis ist die elektrische Energieversorgung zentral und in eine Richtung organisiert: Ein Energieversorgungsunternehmen (EVU) stellt seine Energie den Verbrauchern in seinem Versorgungsgebiet zur Verfügung. Dazu verwendet dieses einige wenige, große Kraftwerksanlagen, welche weitestgehend konstant Energie liefern. Die Leitwarten der EVU stellen sicher, dass die Balance zwischen Verbrauch und Erzeugung aufrecht erhalten bleibt und sich Spannung und Frequenz im Netz nur geringfügig ändern.

Die Liberalisierung des Strommarktes verbunden mit dem vermehrten Einsatz von Kleinkraftwerken, die Strom aus erneuerbaren Energien erzeugen, wie Windkraft-, Photovoltaik- oder Biogas-Anlagen, erfordern neue Konzepte, um die Netzstabilität aufrecht erhalten zu können. Solche Anlagen können, beispielsweise aufgrund von Witterungseinflüssen, ihre Energie nicht vergleichbar planbar liefern wie dies zum Beispiel bei einem klassischen Großkraftwerk der Fall ist. Dadurch ist die Vorhersagbarkeit der zur Verfügung stehenden Energie nur noch zum Teil gegeben. Durch die Erweiterung des Bachmann M1-Automatisierungssystems um das neue „Grid Measurement and Protec- tion"-Modul GMP 232 werden weitere Überwachungs- und Schutzfunktionen in die „klassischen" Steuerungsaufgaben einer Energie-Erzeugungseinheit integriert.

Die Zukunft des Netzes: Smart Grid

Der Begriff „Smart Grid" wird oft auf intelligente Stromzähler reduziert. Smart Grid bedeutet aber weitaus mehr: Nicht nur die Stromzähler auf der Verbraucherseite werden intelligenter, sondern das gesamte Energieversorgungsnetz, vom Erzeuger bis zum Verbraucher. Intelligenter heißt in diesem Zusammenhang, dass die einzelnen Komponenten eines Energieversorgungsnetzes, wie zum Beispiel Schalteinrichtungen, Transformatoren oder dezentrale Energieerzeugungsanlagen mit mehr Intelligenz ausgestattet werden. Dadurch können diese Komponenten lokale Steuerungsaufgaben übernehmen und vorverdichtete Daten an eine übergeordnete Leitstelle weiterleiten oder von dort empfangen. Dadurch reduziert sich die Komplexität, notwendige Reaktionszeiten verkürzen sich und die Versorgungssicherheit steigt.

Durch die Vielzahl an neuen, dezentralen Energieerzeugungsanlagen stößt der traditionelle Ansatz zur Energieregelung an seine Grenzen. Die Auslagerung von Steuerungsaufgaben und die Reduktion auf wesentliche Aufgaben verschaffen dieser wieder „mehr Luft": Die einzelnen Komponenten übernehmen selbstständig ihre Schutz- und lokalen Steuerungsaufgaben und die zentrale Leitstelle konzentriert sich auf die Kontrolle der Netzstabilität, sprich auf die Spannungs-, Frequenz- und Leistungsfaktor-Regelung.

Dezentrales Energiemanagement

Die Abgabe von Aufgaben des Energie-Managements weg von einer zentralen Energieleitstelle an dezentrale Versorgungseinheiten bringt neue Möglichkeiten für die Verbraucher wie auch für die Netzbetreiber. So kann zum Beispiel ein Landwirt, der ein Blockheizkraftwerk (BHKW) betreibt, einen Großteil seiner benötigten Energie selbst erzeugen. Seine elektrische Anschlussleistung reduziert sich entsprechend, Kosten beim Energieversorger für den Netzausbau lassen sich einsparen. Können solche dezentralen Energiesysteme auch im Inselbetrieb, sprich autonom betrieben werden, so erhöht sich die Robustheit des Versorgungsnetzes. Dezentral gesteuerte Einheiten gewährleisten eine erhöhte Versorgungssicherheit der Verbraucher sowohl im lokalen Netz wie auch im Netzverbund: Bei einem Fehler im übergeordneten Netz kann sich das autonome Netz selbst versorgen und sich vom übergeordneten entkoppeln; bei einem Fehler im lokalen Netz kann das übergeordnete durch schnelles Isolieren des lokalen Netzes vor größeren Schäden bewahrt werden.

Mit dem M1-Automatisierungssystem bietet Bachmann Gesamtlösungen im Bereich des Schutzes, der Steuerung und der Automatisierung von dezentralen Energieerzeugungsanlagen an. Wesentliches Merkmal sind dabei die auf dem M1-Automatisierungssystem implementierten Funktionalitäten, welche dem Netzbetreiber eine manipulationssichere, zuverlässige Betriebsführung ermöglichen. Mit dem implementierten MMS-Server (Manufacturing Message Specification Server) werden die gesammelten Daten des Kleinkraftwerks zusammengefasst.

Betriebssicherheit im Smart Grid

Schutzeinrichtungen sorgen dafür, dass Anlagen bei Netzfehlern (zum Beispiel Über-/Unterspannung oder Über-/Unterfrequenz) vom Netz getrennt werden können. Diese Abschaltungen müssen jedoch sehr differenziert und sehr rasch erfolgen – zum Beispiel abhängig davon, ob das jeweilige Kraftwerk zur Stabilisierung des Netzes beiträgt oder möglicherweise selbst der Auslöser der Störung ist.

Mit dem Netzmessungs- und Überwachungsmodul GMP232 werden direkt an der Sammelschiene des Kleinkraftwerks Spannung, Strom, Frequenz, Leistung und Oberwellengehalt (Power Quality) erfasst und analysiert. Die Daten des vollständig ins M1-Automatisierungssystem integrierten GMP-Moduls können so unmittelbar und hochperformant weiterverarbeitet werden, zum Beispiel für die Visualisierung, für Trendaufzeichnungen oder weiteren Tasks zugeführt werden. Für die Anwendung macht es keinen Unterschied, ob das GMP 232 direkt auf dem Bus der Haupt-CPU steckt oder ob es über Fastbus abgesetzt ist.

Die Messwerte werden über Strom- und Spannungseingänge erfasst. Für die Stromeingänge werden üblicherweise 1A- oder 5A-Stromwandler verwendet. Die Spannungseingänge können direkt an Nennspannungen bis 690 VAC angeschlossen werden. Die Eingänge werden mit 20 kHz abgetastet, was einer Auflösung von 50 µs beziehungsweise einer Genauigkeit von 0,1 % Full Scale entspricht.

Ein leistungsfähiger digitaler Signalprozessor (DSP) direkt auf dem Modul wertet die Eingangssignale aus und stellt sie vorverarbeitet dem System zur Verfügung. Er stellt die Daten, mit Ausnahme der Oberwellen-Werte, synchron zur Netzfrequenz zur Verfügung. Bei einem 50 Hz-System stehen so alle 20 ms neu berechnete Parameter bereit (Oberwellen-Werte: 200 ms).

Hannover Messe:

Halle 27, Stand E20

Online-Info

www.kem.de/S111439

14.03.2011


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