{"id":1125,"date":"2018-02-26T12:40:10","date_gmt":"2018-02-26T11:40:10","guid":{"rendered":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/?page_id=1125"},"modified":"2021-05-27T13:09:13","modified_gmt":"2021-05-27T11:09:13","slug":"inselnetzerkennung-in-niederspannungsnetzen","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/forschung\/forschungsgebiete\/inselnetzerkennung-in-niederspannungsnetzen","title":{"rendered":"Inselnetzerkennung in Niederspannungsnetzen"},"content":{"rendered":"

Inselnetzerkennung & Systemdienstleistungen \u2013 Rivalen oder Verb\u00fcndete?<\/h2>\n

Die Zahl dezentraler Erzeugungsanlagen im Niederspannungsnetz steigt seit Jahren stark an (Bild 1). In einigen Netzgebieten \u00fcbersteigt die Erzeugung zeitweise sogar den Verbrauch. Dies hat zur Folge, dass sich in kleinen Teilgebieten \u00fcber kurze Zeitr\u00e4ume ausgeglichene Leistungsbilanzen bilden (Bild 2). Was im Hinblick auf eine autonome Versorgung zun\u00e4chst als positiver Effekt erscheint, ist ein problematischer Zustand, denn die isolierten Netzgebiete bergen Gefahren f\u00fcr Personen und Betriebsmittel, da sie keiner Steuerung durch den Netzbetreiber mehr unterliegen.<\/p>\n

\"Installierte
Bild 1: Installierte Leistung aus Erneuerbaren Energieanlagen, Stand 2014<\/figcaption><\/figure>\n
\"Niederspannungsnetz\"
Bild 2: Exemplarisches Niederspannungsnetz mit verschiedenen Generatoren und ausgeglichener Leistungsbilanz. Beim Ausfall
des Netzes tritt ein ungewollter Inselnetzbetrieb ein.<\/figcaption><\/figure>\n

Gleichzeitig m\u00fcssen Erzeuger im Niederspannungsnetz immer mehr zur Systemstabilit\u00e4t beitragen. Die Vorgaben hierf\u00fcr wurden in den letzten Jahren ausgeweitet. Durch die verschiedenen Anforderungen ergeben sich Zielkonflikte und m\u00f6glicherweise ungewollte \u00dcberlagerungen. Aus diesem Grund beauftragte das Forum Netztechnik und Netzbetrieb (FNN) im VDE die Professur f\u00fcr Elektrische Energiesysteme an der HSU<\/abbr> mit einer Studie zur \u00dcberpr\u00fcfung der aktuellen und zuk\u00fcnftigen Anforderungen an die Inselnetzerkennung.<\/p>\n

Modellbildung und Methodik<\/h2>\n

Zur Untersuchung der Zielkonflikte wurden detaillierte Modelle dreiphasiger Wechselrichter mit vollst\u00e4ndig parametrierbarem Regelungssystem implementiert. F\u00fcr belastbare Ergebnisse wurden mehrere Anlagen im Labor aufgebaut und die Ergebnisse der Simulation best\u00e4tigt.<\/p>\n

\"Frequenzabh\u00e4ngige
Bild 3: Frequenzabh\u00e4ngige Wirkleistungsreduktion,
P(f)-Regelung<\/figcaption><\/figure>\n
\"Variabler
Bild 4: Variabler cos\u03c6 abh\u00e4ngig vom Arbeitspunkt, Q(P)-Regelung<\/figcaption><\/figure>\n
\"Kennlinie
Bild 5: Kennlinie zur dynamischen Netzst\u00fctzung bei Wechselrichtern<\/figcaption><\/figure>\n

Systemdienstleistungen (SDL) werden im Wesentlichen durch variable Wirk- und Blindleistungseinspeisung vorgegeben und wurden in die Modelle integriert (Bild 3 und 4). Zus\u00e4tzlich m\u00fcssen Wechselrichter in Zukunft auch bei Spannungseinbr\u00fcchen weiterhin am Netz bleiben (sogenannte dynamische Netzst\u00fctzung), was \u00fcber die Kurve in Bild 5 hinterlegt wurde. Durch die Integration dieser Regelungsalgorithmen sind die Anlagen in der Lage, reale Netzverh\u00e4ltnisse realit\u00e4tsgetreu nachzubilden und bleiben zugleich flexibel.<\/p>\n

Systemdienstleistungen beeinflussen die Inselnetzerkennung.<\/h2>\n

Mit dem sogenannten Schwingkreistest k\u00f6nnen die Betriebspunkte ermittelt werden, in denen sich gef\u00e4hrliche Inselnetze bilden k\u00f6nnen. Sie werden als Non-Detection-Zones (NDZ) bezeichnet. Sie wird vorgegeben durch Spannungs- und Frequenzbandverletzungen, die aufgrund von Wirk- und Blindleistungsabweichungen entstehen. Je gr\u00f6\u00dfer die NDZ, desto schlechter die Inselnetzerkennung.<\/p>\n

\"Implementierung
Bild 6: NDZ vor Implementierung der Systemdienstleistungen. Links und rechts begrenzt durch zul\u00e4ssiges Frequenzband (47,5 bis 51,5 Hz), oben und unten durch zul\u00e4ssiges Spannungsband (80 % bis 115 % UnN)<\/figcaption><\/figure>\n
\"Implementierung
Bild 7: NDZ nach Implementierung der Systemdienstleisungen aus den Bildern 3-5.
Es kommt zu einer Verschiebung und Aufspaltung der NDZ in zwei Bereiche.
Schwingungen k\u00f6nnen auftreten.<\/figcaption><\/figure>\n

Der Vergleich von Bild 6 und Bild 7 zeigt, dass es durch die Implementierung der Systemdienstleistungen (SDL) in das Modell zu einer Ver\u00e4nderung der NDZ kommt. Damit ver\u00e4ndert sich die Effektivit\u00e4t der Inselnetzdetektion. Es sollten also bei zuk\u00fcnftigen Anpassungen der SDL-Vorgaben immer auch die R\u00fcckwirkungen auf die Inselnetzerkennung ber\u00fccksichtigt und untersucht werden.<\/p>\n

Inselnetzerkennung und dynamische Netzst\u00fctzung? Eine gute Erg\u00e4nzung.<\/h2>\n

Was passiert, wenn Erzeuger das Netz bei einem Spannungseinbruch unterst\u00fctzen sollen, sich aber bisher bei der Detektion von Inselnetzen auf genau diesen Zustand verlassen haben und sich vom Netz trennen mussten? Wird da nicht der Ast abges\u00e4gt, auf dem man sitzt?<\/p>\n

Diese Problematik wurde ebenfalls in Simulation und praktischem Versuch untersucht. Es wurde festgestellt, dass dynamische Netzst\u00fctzung und Inselnetzerkennung nicht nur miteinander vereinbar sind, sondern sich in kritischen Situationen sogar gegenseitig unterst\u00fctzen. Einer Integration der dynamischen Netzst\u00fctzung in die Niederspannung steht die Inselnetzerkennung somit nicht im Weg.<\/p>\n

Zusammenfassung und Ausblick<\/h2>\n

Systemdienstleistungen beeinflussen das Verhalten der Inselnetzerkennung, weshalb bei zuk\u00fcnftigen \u00c4nderungen in den Vorgaben die Wechselwirkungen zwingend mit ber\u00fccksichtigt werden sollten. Eine dynamische Netzst\u00fctzung im Niederspannungsnetz ist sehr gut mit der Inselnetzerkennung vereinbar. Mittel bis langfristig ist zu erw\u00e4gen, ob die Vorteile eines gewollten und stabil geregelten Inselnetzbetriebs nicht genutzt werden sollten. Inselnetze k\u00f6nnen gezielt f\u00fcr eine bessere Versorgungssicherheit sowie einen Netzwiederaufbau nach einem Blackout eingesetzt werden.<\/p>\n

Ansprechpartner:<\/h2>\n

Prof. Dr.-Ing.<\/abbr> habil.<\/abbr> Detlef Schulz\u00a0(Projektleiter<\/u>)
\nFakult\u00e4t f\u00fcr Elektrotechnik
\nElektrische Energiesysteme<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Inselnetzerkennung & Systemdienstleistungen \u2013 Rivalen oder Verb\u00fcndete? Die Zahl dezentraler Erzeugungsanlagen im Niederspannungsnetz steigt seit Jahren stark an (Bild 1). In einigen Netzgebieten \u00fcbersteigt die Erzeugung zeitweise sogar den Verbrauch. […]<\/p>\n","protected":false},"author":57,"featured_media":0,"parent":3518,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[4,118],"tags":[],"class_list":["post-1125","page","type-page","status-publish","hentry","category-forschung","category-projekte"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/1125","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/wp-json\/wp\/v2\/users\/57"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1125"}],"version-history":[{"count":15,"href":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/1125\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":4625,"href":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/1125\/revisions\/4625"}],"up":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/3518"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1125"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1125"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1125"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}