Smart Grids

Übersicht

Intelligente Netze (Smart Grids)

Intelligente Stromnetze entstehen durch die kommunikative Vernetzung zur Steuerung aller Stromerzeuger, Speicher, elektrischer Verbraucher und Netzbetriebsmittel von Übertragungs- und Verteilnetzen bis zum Haushalt.

Konkret bedeutet dies die Zusammenführung aller SPRECON-E Anwendungen (Netzleittechnik, Fernwirktechnik, Stationsleittechnik, Kraftwerksleittechnik und Netzschutz) zu einem intelligent vernetzten Gesamtsystem auf Basis offener und standardisierter Schnittstellen (IEC 61850, IEC 60870-5-104/-103/-101, SML, DLMS, etc.) inklusive Ankopplung von Systemen anderer Hersteller wie beispielsweise Messgeräte, Zähler, Regler und Power Quality sowie Verbraucher (zB Stromtankstellen) und auch die Erzeuger von Alternativenergie (zB Photovoltaik, Blockheizkraftwerke, Windkraftwerke uvm.).

Für die vertikale und horizontale Vernetzung der Betriebsmittel werden alle verfügbaren Kommunikationstechnologien wie GPRS/UMTS, Funk, LWL, Powerline uvm. eingesetzt.

Schematische Darstellung eines intelligenten Netzes (Smart Grid)

 

Ziel der SPRECON-E Gesamtlösung als intelligentes Netz ist die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit durch optimale Ausnutzung der bestehenden Primärtechnik, die Verminderung von Netzverlusten und somit der gezielte Einsatz netzgebundener Erzeuger und Verbraucher. Dabei wird die Verfügbarkeit der Energienetze durch schnellere Fehlerlokalisierung, zeitgerechte und effektive Netzumschaltung zum Zwecke der schnellen Wiederversorgung bis hin zum automatischen Aufbau eines Inselnetzes deutlich verbessert. Ein weiterer Nutzen besteht in der effizienten Unterstützung beim Reporting gegenüber der öffentlichen Verwaltung und den Kunden.

 

Meter Data Management

Lösungen

Intelligente Ortsnetzstationen

Sprecher Automation bietet auf der bewährten SPRECON-Plattform die modulare Lösung für die Steuerung und Überwachung von Ortnetzstationen zur Sicherstellung der Versorgungsqualität bei gleichzeitiger Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit und Gewährleistung der IT-Security im Netzbetrieb.

Für den weiteren Ausbau der dezentralen Einspeisung sind intelligente Ortsnetzstationen notwendig, um auch zukünftig die erforderliche Versorgungsqualität zu gewährleisten. Die intelligente Ortsnetzstation von Sprecher Automation bietet den Netzbetreibern folgende Nutzen:

  • Erfassung der relevanten Netzdaten und Steuerung der Netzzustände über das SPRECON-E-T3 Grundsystem mit integrierter IT-Security durch verschlüsselte Kommunikation über IEC 60870-5-104 mit IPsec / OpenVPN
  • Steuerung relevanter Einspeiser, Verbraucher und Speicher
  • Dezentrale Managementaufgaben zur Entlastung der Netzleitstelle

Die intelligente Ortsnetzstation von Sprecher Automation ist modular erweiterbar, um auch zukünftige gesetzliche und/oder betriebliche Anforderungen erfüllen zu können. Hierfür steht folgende Funktionalität zur Verfügung:

  • Fernwirkfunktionen zur Erfassung von Netzzuständen und zur Steuerung im Nieder- und Mittelspannungsnetz
  • Dreiphasige Messwerterfassung für U/I, Wirk- und Blindleistung, Frequenz
  • Temperatur über PT 100
  • Netzautomatisierung wie z.B. Transformatorregelung
  • Integration in bestehende Systeme z.B. durch Interoperabilität zu Netzleitsystemen
  • 2 getrennte Ethernet-Schnittstellen und je nach Variante bis zu 2 RS232 bzw. 2 RS485
  • Ankopplung von Sub-Systemen wie Power Quality, Metering, etc. über z.B. Modbus, IEC 62056-21 (IEC 1107)
  • Fernwartung und Fern-Inbetriebsetzung für Service und Flächen-Rollout
  • Bedieneinheit für Überwachung und Steuerung
  • Integrierter Web-Server als Informationsportal für den Netzbetreiber
  • Wahlweise mit integriertem GPRS-Modem

Die intelligente Ortnetzstation kann zu einer intelligenten Lösung für das Management von ganzen Netzgebieten ausgebaut werden. Hierfür bietet Sprecher Automation mit SPRECON-E und SPRECON-V460 auch Lösungen für die
Automatisierung, die Kommunikation und die Netzleittechnik.

Modulare und flexibel erweiterbare Ortsnetzstation mit Bedieneinheit auf Basis SPRECON-E-T3

Intelligentes Einspeisemanagement für Erneuerbare-Energie-Einspeiser

Sprecher Automation bietet auf der bewährten SPRECON-Plattform die standardisierte und modulare Lösung für die Steuerung und Überwachung von Erneuerbare-Energien-Einspeisern zur gesetzeskonformen Umsetzung der Leistungsreduzierung unter Beachtung der individuellen Bedürfnisse der Netzbetreiber bei gleichzeitiger Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit und Gewährleistung der IT-Security im Netzbetrieb.

Mit jahrzehntelanger Projekterfahrung in der Netzautomatisierung bietet Sprecher Automation basierend auf seiner SPRECON-Plattform modulare Lösungen für intelligente Verteilnetze. Sprecher Automation hat eine Standardlösung für die Überwachung und Steuerung von Erneuerbare-Energien-Einspeisern mit folgenden Merkmalen entwickelt:

  • Standard-Grundkonfigurationen zur Erfüllung der Anforderungen z.B. aus dem EnWG (Energiewirtschaftsgesetz, Deutschland) für eine anlagenselektive und diskriminierungsfreie Steuerung der Einspeiser nach Anlagen-Priorität:
    • SPRECON-E-T3 im Wandschrank mit Dokumentation
    • Wirkleistungssteuerung in 4 Stufen
    • Messwerterfassung über 20 mA-Schnittstelle
    • IT-Security durch verschlüsselte GPRS-Kommunikation über IEC 60870-5-104 mit IPsec/OpenVPN
    • Batteriepufferung durch USV
  • Integration in bestehende Systeme z.B. durch Interoperabilität zu Netzleitsystemen
  • Modulare Erweiterbarkeit der Standardkonfigurationen in Abhängigkeit zukünftiger gesetzlicher oder betrieblicher Anforderungen um:
    • Leistungssteuerung für Wirk- und Blindleistung auch über Sollwerte
    • zusätzliche analoge und/oder digitale Ein-/Ausgänge
    • Steuer- und Regelfunktionen
    • Protokolle wie z.B. Modbus
    • Power Quality-Erfassung
    • Messwerterfassung über
      • Zählimpulse
      • Messwerterfassung für Nieder- und Mittelspannung über Messwertprotokolle
  • Fernwartung und Fern-Inbetriebsetzung für Service und Flächen-Rollout
  • Integrierter Web-Server als Informationsportal für Netz- und Anlagenbetreiber
  • Einfachste Parametrierbarkeit auf Basis von Typicals
Modulares und flexibel erweiterbares Einspeisemanagementsystem mit Web-Server auf Basis SPRECON-E-T3

Studie


Machbarkeitsstudie für das Inselnetznetzprojekt Ritten der Etschwerke Netz AG

In Regionen mit einem besonders hohen Anteil an erneuerbaren Energien stoßen die Verteilnetze bereits heute teilweise an die Grenzen ihrer Belastbarkeit. Gerade die Einspeisung aus einer Vielzahl von dezentralen Photovoltaikanlagen kann ohne intelligente Führung des Verteilnetzes schon heute zu starken Netzbelastungen und Teilabschaltungen führen.

Auf der anderen Seite kann eine Vielzahl von dezentraler Erzeugung auch die Möglichkeit eröffnen, Inselnetze zu betreiben.

Intelligente Automatisierungs- und Regelungstechnologien in Verbindung mit der Netzleit-, Schutz- und Fernwirktechnik können diese beiden Probleme praktisch gemeinsam lösen. Im Netzparallelbetrieb können kritische Netzzustände behoben werden, bei einem Black-Out kann das Netz als Inselnetz betrieben werden. Allerdings sind Inselnetze komplexe Systeme, die eine exakte Analyse von Erzeugung, Verbrauch sowie der Netzinfrastruktur einschließlich der Sekundärtechnik erfordern.

Beispielhaft für diese Herausforderungen ist die Netzregion Ritten in der Nähe von Bozen in Südtirol mit Ihren ca. 2.500 Einwohnern und einer stattlichen Anzahl an Gewerbe- und Industrieunternehmen. Im Auftrag der Etschwerke Netz AG - dem größten Regionalversorger in Südtirol, erstellte das Fraunhofer AST gemeinsam mit der Sprecher Automation Deutschland GmbH die Machbarkeitsstudie für das Inselnetz Ritten.

Inhalt dieser Machbarkeitsstudie war die Prüfung der Möglichkeit, das bestehende Mittel- und Niederspannungsnetz im Netzgebiet Ritten mit 20 Ortsnetzstationen im Fall eines Black-Outs als autarke Insel betreiben zu können. Im Rahmen der Machbarkeitsstudie wurden dabei folgende Untersuchungen getätigt:

  • Modellierung und Simulation der Inselnetzstruktur mit PowerFactory
  • Analyse und Bilanzierung der Energiedaten mit EMS-EDM PROPHET®
  • Stationäre Leistungsfluss- und Kurzschlusssimulation
  • Stationäre Leistungsuntersuchungen
  • Untersuchung Spannungsband im Mittelspannungsnetz
  • Datenaufbereitung und Plausibilitätsuntersuchungen
  • Planung der Messreihen für die hochauflösenden Messungen
  • Blindleistungsbetrachtung
  • Fernwirkkonzept incl. Wiederaufbau nach Black-Out
  • Erstellung des Reglerkonzeptes incl. Berücksichtigung der Photovoltaik
  • Erstellung des Schutzkonzeptes (Netz- und Maschinenschutz)
  • Erstellung des Automatisierungskonzeptes
  • Schaltkonzept bei Schwarzstart des Netzes
  • Konzept zur Synchronisation aus Insel zu Netzparallelbetrieb
  • Kommunikationskonzept zur Regelung und Stabilitätssicherung im Inselbetrieb
  • Kommunikationskonzept als Rückgrad des Inselnetzbetriebes
  • Integration in die Netzleitstelle der Etschwerke Netz AG

Studie 2

Ergebnisse

In den Sommermonaten und der Übergangszeit ist ein Inselnetzbetrieb der gesamten Region Ritten technisch realisierbar. Tragende Säule für die Stabilität und Frequenz des Inselnetzes sind dabei Biomasse-Kraftwerke sowie ein stationäres Notstromaggregat. In Verknüpfung mit Energiespeichern kann Photovoltaik zusätzlich einen Beitrag zur Netzstabilität leisten.

In Ritten können dabei zahlreiche Technologien eines intelligenten Stromnetzes (Smart Grid) praktisch erprobt und umgesetzt werden – mit überregionalem Leuchtturmcharakter für die Netzintegration von Erneuerbaren Energien in einer ländlichen Region.

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