Smart Grids: iNES Intelligentes Verteilnetz-Management System

Autarke Überwachung und Regelung durch Identifikation des Netzzustandes und gezielte Steuerung von Erzeugungs-/Verbrauchsanlagen.

Grid State Identification

Wie funktioniert das IGC?

Im Rahmen zyklischer online-Berechnungen aus Daten der per direkter Messung an die sBOX (Smart RTU) übermittelten Werte der mBOXen und aBOXen erfolgt eine Netzzustandsberechnung. Die Ergebnisse dieser Berechnung werden der IGC (Intelligent Grid Controll) zur Berechnung einer möglichen optimalen Maßnahmenstrategie übergeben. Dabei werden im Rahmen eines Berechnungszyklus Maßnahmen und ihre Auswirkungen auf das Netz simuliert und bewertet. Das Ergebnis mit der dabei ermittelten höchsten Erfolgswahrscheinlichkeit wird dann an den entsprechenden Aktor zur Ausführung übermittelt. Im Rahmen des folgenden Mess-, Berechnungs- und Regelungszyklus werden die Folgen dieser Aktion gemessen, analysiert und fortgesetzt oder durch eine ggf. im IGC ermittelten besseren Strategie abgelöst.

Der Regelungsalgorithmus folgt dabei einem dreistufigen Konzept. Zuerst wird versucht eine Spannungsbandverletzung durch Steuerung eines regelbaren Ortsnetztrafos oder eines Längsreglers zu begegnen. Führt das nicht zum Erfolg folgt in der zweiten Stufe die Anpassung der Blindleistung. Erst in der dritten Stufe erfolgt die Anpassung der Wirkleistung bzw. Laststeuerung. Als Beispiel Anpassung einer PV-Anlage: Führen die Regelungsaktivitäten der ersten beiden Stufen nicht zum Erfolg, erfolgt die Wirkleistungsregelung – dies auf die Stufen 90 %, 60%, 30%, 0% oder auch stufenlos. Durch die Reportingfunktion von iNES können für die Nachweisführung für diese Fälle die genauen Daten mit Zeitstempel zur Zahlung der Entschädigung an den Anlagenbetreiber zugrunde gelegt werden.

Erfassung/Übertragung von Ist-Werten diverser Netzknoten des NSP-Netzes.

Erfassung/Übertragung von Ist-Werten und Steuerung von dezentralen Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen.

Für die Nachbetrachtung des Netzzustandes werden die von iNES gemessenen Werte in die Webanwendung iNES map geladen. Somit steht Ihnen ein umfangreiches Analysetool zur Verfügung, welches Sie unter anderem für das Assetmanagement oder die Netzplanung heranziehen können.

Bildschirmaufbau und Bedienelemente

Kartenoptionen

Sie können die Kartenansicht je nach Ihren Bedürfnissen anpassen. Dafür stehen Ihnen folgende Möglichkeiten zur Verfügung:

Die Kommunikationsstruktur der iNES-Systemlösung besteht aus zwei Teilsystemen, die von der sBOX aus angesprochen werden:

• Leitstellenkommunikation: zu einem übergeordneten System,
• Feldkommunikation: zu einem untergeordneten System (dezentrale Messwertgeber).

Kommunikation zu einem untergeordneten System:

Die Kommunikation von der sBOX zu den untergeordneten dezentralen Messwertgebern wird anhand der Breitband-Powerline-Technik (BPL) aufgebaut. Damit wird über das Stromnetz eine echtzeitfähige Kommunikationsstruktur realisiert.

Kommunikation zu einem übergeordneten System:

Die Kommunikation von der sBOX zu einer übergeordneten Fremd-/Leitwarte wird anhand einer verschlüsselten VPN-Verbindung über Mobilfunk oder DSL aufgebaut. Ist die Ortsnetzstation mit einen Steuerkabel zur Leitwarte ausgerüstet, kann auch diese Verbindung anhand von seriellen Modems oder ADSL-Modems genutzt werden.

Zusatz:
Die Kommunikation über Serielle-/ ADSL-Modems bezieht sich auf Messwerte, Sollwerte, Steuerbefehle! Um Archive von einer Station abzurufen oder einen Fernwirkzugang zu schaffen wird eine Mobilfunkverbindung oder DSL-Verbindung vorausgesetzt. Die Kommunikationswege sind verschlüsselt!

Im ersten Schritt zu einem intelligenten Netz werden bestehende Ortsnetzstationen um die Funktion Stationsmonitoring zur Erfassung von Auslastungsgrad und Stationszustand erweitert.

Beim Stationsmonitoring werden neben unserer sBOX auch Sensoren innerhalb der ONS installiert. So besteht die Möglichkeit, Ist-Werte – wie z.B. Strom, Spannung, Leistung und Temperatur – aus der ONS mit Zeitstempel zu erfassen, zu archivieren und an das übergeordnete Leitsystem zu übertragen.

Mit der ersten Ausbaustufe der iNES-Systemlösung werden Istwerte von Strom und Spannung in der Ortsnetzstation (ONS) auf der Niederspannungsseite gemessen und in verdichteter Form (z.B. als Ampel) an ein übergeordnetes Leit- bzw. Diagnosesystem zur Identifikation von elektrotechnisch kritischen Zuständen an der Ortsnetzstation weitergeleitet.

Das System umfasst dabei folgende Komponenten:

• iNES sBOX
• Sensoren innerhalb der ONS
• Kommunikation von iNES sBOX zu übergeordneten Diagnose-/Leitsystemen
  

Das Ziel des Stationsmonitoring ist es, den Auslastungsgrad der Ortsnetzstation (ONS) durch Sensoren innerhalb der ONS zu erfassen und zu überwachen.

Darauf aufbauend können im Verteilnetz an neuralgischen Netzknoten Messsensoren und Regeleinheiten platziert werden, um das gesamte Ortsnetz überwachen und steuern zu können. In der Ortsnetzstation werden die Daten der dezentral gewonnenen Messungen zusammengeführt und anschließend in einer zyklischen Online-Berechnung (Grid State Identification) des aktuellen Netzzustandes, auf der Basis einer spärlichen Messtopologie, aufbereitet.

Die Ausbaustufe 2 beinhaltet das Stationsmonitoring und erweitert dieses um weitere gemessene Istwerte von Strom und Spannung an einzelnen Knoten und Strängen im Niederspannungs-Netzgebiet hinter der Ortsnetzstation. Auf dieser Basis werden Ersatzwerte für die nicht gemessenen Netzknoten und –stränge gebildet. Gemessene Istwerte und ermittelte Ersatzwerte bilden gemeinsam den Ausgangspunkt für eine Leistungsflussberechnung im Niederspannungsnetz. Die Ergebnisse dieser Berechnung werden in einer verdichteten Form (z.B. als Ampel) an ein übergeordnetes Leit- bzw. Diagnosesystem zur Identifikation von elektrotechnisch kritischen Netzzuständen im Netzgebiet weitergeleitet.

Das Ziel des Netzmonitorings ist die Erhöhung der Systembeobachtung zu den elektrisch wirksamen Vorgängen im unterlagerten Netz.

Das System umfasst dabei folgende Komponenten:

• iNES sBOX, mBOX, GSI
• Sensoren innerhalb der ONS
• Kommunikation von iNES sBOX zu übergeordneten Diagnose-/Leitsystemen
• Kommunikation zwischen der Station mit iNES sBOX und diversen Netzknoten mit iNES mBOX

Das Netzmonitoring ergänzt das Stationsmonitoring um Sensorik (mBOX) an einzelnen Netzknoten (z.B. Kabelverteilerschränke). Dabei erfolgt die Auswahl der aufzurüstenden Netzknoten durch unser Projektierungstool welches aus den bestehenden GIS-Daten die Anzahl der Messpunkte auf ein Minimum reduziert. So können zusätzlich zu den Ist-Werten der ONS auch die Ist-Werte der diversen Netzknoten des Niederspannungsnetzes (Strom, Spannung, Leistung, etc.) zentral in der sBOX mit Zeitstempel erfasst, archiviert und an das übergeordnete Leitsystem übertragen werden.

Nur maximal 10 bis 15% der Netzknoten müssen mit Sensorik ausgerüstet werden, um den Netzzustand und potenzielle Änderungen der Netztopologie automatisch registrieren zu können.

In der dritten Ausbaustufe wird in Kombination mit dem innovativen iNES Berechnungsalgorithmus (Intelligent Grid Control) und Ausstattung zentraler Einspeiser und Verbraucher mit Aktorik eine autarke, intelligente und sichere Netzführung mit Wahl der optimalen Maßnahmenstrategie zur Spannungs-, Blindleistungs- und Wirkleistungsregelung in Echtzeit erreicht.

Die letzte Ausbaustufe baut auf den Resultaten des Netzmonitorings auf. Zur wirksamen Aufhebung der in Ausbaustufe 2 ermittelten elektrotechnisch kritischen Netzzustände werden automatisiert Handlungsempfehlungen berechnet und selbständig Gegenmaßnahmen eingeleitet. Auch hier werden sowohl die Ergebnisse der Leistungsflussberechnung als auch die Handlungsempfehlungen sowie die Gegenmaßnahmen zur Aufhebung der elektrotechnisch kritischen Netzzustände in einer verdichteten Form (z.B. als Ampel) an ein übergeordnetes Leit- bzw. Diagnosesystem weitergeleitet.

Das System umfasst dabei folgende Komponenten:

• iNES sBOX, mBOX, aBOX, GSI, IGC,
• Sensoren innerhalb der ONS und an Netzknoten,
• Kommunikation von iNES sBOX zu übergeordneten Diagnose-/Leitsystemen,
• Kommunikation zwischen der Station mit iNES sBOX und diversen Netzknoten mit iNES mBOX oder Erzeugungs-/Verbrauchsanlagen mit iNES aBOX.

Die Netzautomatisierung ergänzt das Netzmonitoring um Aktorik (aBOX) und unseren Lastfluss- und Regelalgortihmus „Intelligent Grid Control“, kurz IGC. Dabei wird die Aktorik an einzelnen Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen installiert und ermöglicht in Verbindung mit unseren IGC-Algorithmus eine Steuerung und Regelung von entsprechenden Netzkomponenten. Durch die Ausbringung der Aktorik (aBOX) und die Installation des IGC auf der sBOX besteht somit die Möglichkeit, das Niederspannungsnetz aktiv und autark vor Überlastsituationen zu schützen.

Das Ziel der Netzautomatisierung ist die autarke Überwachung und Regelung des Niederspannungsnetzes durch Erfassung des Netzzustandes und gezielte Steuerung von Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen.

Stationsmonitoring Mittelspannung

Mit einer neuen Generation von Kabelgarnituren wird jetzt die effiziente Möglichkeit einer Überwachung der MSP geschaffen. Dies ermöglicht in Verbindung mit den iNES-Komponenten eine erweiterte Automatisierung des Stromnetzes. Ziel des Stationsmonitorings ist ein exaktes und kontinuierliches Messen im Mittelspannungsnetz.