{"id":1800,"date":"2018-07-30T07:05:39","date_gmt":"2018-07-30T05:05:39","guid":{"rendered":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/?page_id=1800"},"modified":"2021-05-27T13:38:36","modified_gmt":"2021-05-27T11:38:36","slug":"messtechnische-bestimmung-der-netzimpedanz-in-mittel-und-hochspannungsnetzen-mit-hohem-ee-anteil-zur-beurteilung-der-netzintegration-von-speichern-und-potentialabschaetzung-der-verbraucherflexibilisi","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/ees\/forschung\/forschungsgebiete\/messtechnische-bestimmung-der-netzimpedanz-in-mittel-und-hochspannungsnetzen-mit-hohem-ee-anteil-zur-beurteilung-der-netzintegration-von-speichern-und-potentialabschaetzung-der-verbraucherflexibilisi","title":{"rendered":"Bestimmung der Netzimpedanz in Mittel- und Hochspannungsnetzen mit hohem Anteil erneuerbarer Energien"},"content":{"rendered":"
\"BMWi\"
FKZ: 03SIN414<\/strong><\/figcaption><\/figure>\n

Die Gesamtregion Schleswig-Holstein\/Hamburg bis 2035 mit 100 % erneuerbarer Energie (EE) zu versorgen ist das \u00fcbergeordnete Ziel des F\u00f6rderprojektes NEW 4.0. Damit dieses Ziel erreicht werden kann, werden im Rahmen von NEW 4.0 neue innovative Ans\u00e4tze zur L\u00f6sung technischer, regulatorischer und marktrechtlicher Herausforderungen entwickelt und getestet. Es wird eine verst\u00e4rkte und verbesserte Anpassung des Energieverbrauchs in Hamburg an die fluktuierende Windeinspeisung aus Schleswig-Holstein unter Einbeziehung von Speichern und intelligenten Verbrauchersteuerungen verfolgt.<\/p>\n

Die Professur f\u00fcr Elektrische Energiesysteme der Helmut-Schmidt-Universit\u00e4t\/Universit\u00e4t der Bundeswehr Hamburg (HSU<\/abbr>) tr\u00e4gt mit ihrer Expertise und langj\u00e4hrigen Erfahrung in den Forschungsbereichen Netzintegration von Speichern und Erneuerbaren Energieanlagen sowie der strategischen Netzplanung und -berechnung einen wichtigen Teil zur Erreichung der gesetzten Ziele in NEW 4.0 bei.<\/p>\n

Innerhalb des Projektes wird an verschiedenen Stellen im Hamburger Mittelspannungsnetz die Netzimpedanz mithilfe des an der HSU<\/abbr> in einem vorherigen Projekt entwickelten Impedanzmessger\u00e4tes f\u00fcr die 10 und 20\u00a0kV-Ebene gemessen und evaluiert. Des Weiteren wird der ebenfalls an der HSU<\/abbr> in einem vorherigen Projekt entwickelte Netzimpedanzmesscontainer f\u00fcr die 110\u00a0kV-Hochspannungsebene in Betrieb genommen. Damit kann erstmalig die Netzimpedanz auf der Hochspannungsebene bestimmt und analysiert werden.<\/p>\n

Mithilfe der Netzimpedanz k\u00f6nnen R\u00fcckschl\u00fcsse auf den Netzzustand gezogen und eine Bewertung der Anschlusskapazit\u00e4t vorgenommen werden. Die Auswertung der Impedanz erm\u00f6glicht eine optimierte Netzintegration von erneuerbaren Energien. Somit unterst\u00fctzt das Teilprojekt der HSU<\/abbr> das Gesamtvorhaben durch die Netzzustandsanalyse auf der Mittel- und Hochspannungseben und die sich daraus ergebenden Integrationsstrategien f\u00fcr die Windenergie.<\/p>\n

Bestimmung der frequenzabh\u00e4ngigen Netzimpedanz in der Mittelspannungsebene<\/h2>\n

Die Bestimmung der frequenzabh\u00e4ngigen Netzimpedanz in Mittelspannungsnetzen (s. Abbildung 1) erfolgt mithilfe eines pr\u00fcfzertifizierten Messcontainers mit einer Netzanregeschaltung und hochgenauer Messtechnik. Mehrere Sicherheitseinrichtungen sch\u00fctzen den Messcontainer und das Netz vor unerw\u00fcnschten Betriebs- und Fehlerzust\u00e4nden. Abbildung 2 zeigt das Netzimpedanzmessger\u00e4t f\u00fcr die Mittelspannungsebene.<\/p>\n

\"Abbildung
Abbildung 1: Vermessung der frequenzabh\u00e4ngigen Netzimpedanz in Mittelspannungsnetze<\/figcaption><\/figure>\n
\"MS-Container\"
Abbildung 2: Netzimpedanzmessger\u00e4t f\u00fcr 10\u2006und\u200620 kV-Netze<\/figcaption><\/figure>\n

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Der Messcontainer wird mittelspannungseitig \u00fcber eine SF6-Schaltanlage an das zu vermessende Netz angeschlossen. Ein zus\u00e4tzlicher Anschluss auf der Niederspannungsebene mit zwischengeschalteter USV gew\u00e4hrleistet die Versorgung der Mess- und Sicherheitstechnik.<\/p>\n

Die Anregung des Netzes erfolgt durch hochfrequentes Takten eines Hochleistungswiderstandes mit einem IGBT-Schalter. Durch Anwendung der schnellen Fouriertransformation kann der Frequenzgang der Schleifenimpedanzen aus den Messwerten der Str\u00f6me und Spannungen ermittelt werden. Durch asynchrones Schalten der Phasen k\u00f6nnen die \u00e4quivalenten Leiterimpedanzen bestimmt werden. In Abbildung 3 ist das Prinzip der Netzanregung dargestellt, Abbildung 4 zeigt exemplarisch einen gemessenen Frequenzgang der Netzimpedanz.<\/p>\n

\"Abbildung
Abbildung 3: Prinzip der Netzanregung<\/figcaption><\/figure>\n

Bestimmung der zeit- und frequenzabh\u00e4ngigen Netzimpedanz auf der Hochspannungsebene<\/h2>\n

Die Netzanbindung der erneuerbaren Energieanlagen erfolgt bei h\u00f6heren Leistungen zunehmend auf h\u00f6heren Spannungsebenen. Mit steigender Netznennspannung sinkt die auf eine Spannungsebene bezogene charakteristische Impedanz am Netzverkn\u00fcpfungspunkt (NVP), wodurch eine h\u00f6here Leistung eingespeist werden kann.<\/p>\n

Um in einem Dreileitersystem die frequenzabh\u00e4ngige Netzimpedanz zu bestimmen, wurde an der Helmut-Schmidt-Universit\u00e4t (HSU<\/abbr>) ein Verfahren entwickelt und in mehreren Ausbaustufen zum Patent angemeldet. Das Verfahren basiert auf der Methode des asynchronen Schaltens.<\/p>\n

Basierend auf der Entwicklung eines Prototypen und Erfahrungen f\u00fcr Messungen der Netzimpedanz auf der Mittelspannungsebene (Link zum MS-Container) wurde ein transportf\u00e4higes Messsystem entwickelt, das es erlaubt die zeit- und frequenzabh\u00e4ngige Netzimpedanz von Netzanschlusspunkten direkt auf der 110\u00a0kV-Hochspannungsebene zu bestimmen. Das Projekt \u201eEntwicklung eines Messger\u00e4tes zur Bestimmung der frequenzabh\u00e4ngigen Netzimpedanz auf der Hochspannungsebene bis 110\u00a0kV zur Bewertung der Verf\u00fcgbarkeit von Netzkapazit\u00e4ten als Systemgr\u00f6\u00dfe zur Dimensionierung von Energiespeichern\u201c (Link zum Projekt) wurde unter dem F\u00f6rderkennzeichen 0325562 vom Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Energie gef\u00f6rdert. Mit den Messergebnissen kann die Bewertung von Netzr\u00fcckwirkungen und die Bestimmung der Anschlusskapazit\u00e4t vorgenommen und die Dimensionierung von ben\u00f6tigten Energiespeichern erfolgen.<\/p>\n

Abbildung 4 zeigt den Netzimpedanz-Messcontainer f\u00fcr die Hochspannungsebene.<\/p>\n

\"Messcontainer110kV\"
Abbildung 4: Netzimpedanz-Messcontainer 110 kV<\/figcaption><\/figure>\n

F\u00fcr das \u201easynchrone Schalten\u201c werden je zwei Phasen mit Hilfe einer SF6-Schaltanlage \u00fcber eine Diodenbr\u00fccke und IGBT-Schalter auf einen Lastwiderstand zu- und abgeschaltet. Die Schaltanlage ist in der Lage die Phasen einzeln zu schalten. F\u00fcr jede Kombination der Schaltzust\u00e4nde werden die resultierenden Strom- und Spannungsverl\u00e4ufe aufgezeichnet. Anschlie\u00dfend werden durch mathematische Umformungen der Messdaten die frequenzabh\u00e4ngigen Netzimpedanzen der drei Phasen ermittelt. Abbildung 2 zeigt das Ersatzschaltbild zur Vermessung der Netzimpedanz.<\/p>\n

Verbundprojekt:<\/h2>\n

\"NEW4.0\"<\/a><\/h2>\n

NEW 4.0 wird die Kernherausforderungen der Energiewende mit einer Doppelstrategie l\u00f6sen:<\/p>\n

Die Steigerung des Stromexports in andere Regionen durch effiziente Nutzung und Ausbau der Energieinfrastruktur sowie innovative Netztechnologien in der Region, ferner durch die Erh\u00f6hung der energetischen Selbstverwertungsquote f\u00fcr regionale, regenerative Erzeugungspotenziale mit Hilfe konsequenter Sektorenkopplung.<\/p>\n

NEW 4.0 legt den\u00a0 Entwicklungspfad zu dem Ziel, die Region bereits 2025 zu 70 Prozent sicher und zuverl\u00e4ssig mit regenerativem Strom zu versorgen. Gleichzeitig soll regenerativ erzeugter Strom sukzessive f\u00fcr die W\u00e4rmeversorgung und f\u00fcr industrielle Prozesse, die bislang mit fossilen Energien wie Gas betrieben wurden, verwendet werden: Aus der \u201cStromwende\u201d soll in Schleswig-Holstein und Hamburg eine Energiewende werden. Hierbei kommen verschiedene Speicher, Technologien wie Power-to-Heat, Power-to-Gas und neue Systeme in industriellen Prozessen (Power-to-Product) zum Einsatz. Zudem soll die marktorientierte Integration mithilfe weiterentwickelter Marktregeln auf Basis einer regulatorischen \u201eExperimentierklausel\u201c erprobt werden: Die Ergebnisse zur Wirksamkeit eines zuk\u00fcnftigen Rechtsrahmens kann wertvolle Erkenntnisse f\u00fcr die Bundespolitik zur Entwicklung des zuk\u00fcnftigen Marktdesigns liefern.<\/p>\n

\u00a0<\/h2>\n

Projektinitiative:<\/h2>\n

\"SINTEG\"<\/a><\/p>\n

NEW 4.0 ist Teil des F\u00f6rderprogramms \u201eSchaufenster intelligente Energie \u2013 Digitale Agenda f\u00fcr die Energiewende\u201c (SINTEG) des Bundesministeriums f\u00fcr Wirtschaft und Energie. Ziel ist es, in gro\u00dffl\u00e4chigen \u201eSchaufensterregionen\u201c skalierbare Musterl\u00f6sungen f\u00fcr eine umweltfreundliche, sichere und bezahlbare Energieversorgung bei hohen Anteilen erneuerbarer Energien zu entwickeln und zu demonstrieren. Im Zentrum stehen dabei die intelligente Vernetzung von Erzeugung und Verbrauch sowie der Einsatz innovativer Netztechnologien und -betriebskonzepte. Die gefundenen L\u00f6sungen sollen als Modell f\u00fcr eine breite Umsetzung dienen.<\/p>\n

Das Bundeswirtschaftsministerium f\u00f6rdert die f\u00fcnf Schaufenster mit insgesamt \u00fcber 200 Mio. Euro. Zusammen mit den zus\u00e4tzlichen Investitionen der Unternehmen werden \u00fcber 500 Mio. Euro in die Digitalisierung des Energiesektors investiert. SINTEG ist damit ein wichtiger Beitrag zur Digitalisierung der Energiewende. An den SINTEG-Schaufenstern sind \u00fcber 200 Unternehmen und weitere Akteure, bspw. aus der Wissenschaft, beteiligt.<\/p>\n

\u00a0<\/h2>\n

Ansprechpartner:<\/h2>\n

Prof. Dr.-Ing.<\/abbr> habil.<\/abbr> Detlef Schulz (Leiter des Teilvorhabens<\/u>)
Marc Florian Meyer, M.Sc.<\/abbr>
Daniela Vorwerk, M.Sc.<\/abbr>
Dipl.-Ing.<\/abbr> Baysa Lkhamsuren
Johannes Schr\u00e4der, M.Sc.<\/abbr>
Fakult\u00e4t f\u00fcr Elektrotechnik
Elektrische Energiesysteme<\/p>\n\n\n

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