ISOLVES:PSSA-M Innovative Solutions to Optimize Low Voltage Electricity Systems – Power Snap-Shot Analysis by Meters
ISOLVES:PSSA-M erforscht technische Voraussetzungen für eine optimale Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen auf Basis erneuerbarer Energieträger in Nieder-spannungsnetzen. Mangels genauer Kenntnisse realer Verhältnisse dienen derzeit für Anschluss und Betrieb von Anlagen Schätzungen mit großen Sicherheitszuschlägen als Grundlage. Ziel von ISOLVES:PSSA-M ist die Schaffung realer Abbilder der Spannungen in Ortsnetzen. Um die dafür notwendigen Messwerte zu erhalten, müssen im Projekt intelligente Zähler als Messgeräte mit entsprechenden Funktionen adaptiert werden. Durch Analyse der so erhaltenen Daten wird erstmalig fundiert das Potenzial für die Imp-lementierung des Smart-Grid-Ansatzes in Niederspannungsnetzen bestimmt. Darauf aufbauend werden Smart-Grid-Modelle entwickelt und durch Simulation evaluiert.
Ausgangssituation
Die bestehenden Niederspannungsnetze sind in ihrer heutigen Form nicht für eine hohe Anzahl von Stromerzeugern – auf Basis erneuerbarer Energieträger – ausgelegt. Aktuell müssen die zum Anschluss von dezentralen Erzeugungsanlagen in Niederspannungsnetzen relevanten Entscheidungen aufgrund von Berechnungen getroffen werden, die auf Schätzungen der Lastspitzen in einzelnen Strangabschnitten basieren. Deswegen müssen derzeit zusätzlich große Sicherheitszuschläge eingeplant werden und beschränken damit die Anschlussmöglichkeiten für dezentrale Erzeugungsanlagen.
Ziel des Projektes ISOLVES:PSSA-M war es daher, die notwendigen technischen Grundlagen zu erheben und zu entwickeln, um eine steigende Anzahl an dezentraler Einspeisung in Niederspannungsnetzen zu ermöglichen. Dazu wurde eine Methode zur Momentaufnahme des Netzzustands, die sogenannte „Power Snap-Shot Analysis by Meters“ (PSSA-M) entwickelt und mit Hilfe der im Projekt adaptierten intelligenten Zähler (Smart Meter) eingesetzt. Dies ermöglichte die detaillierte Analyse von Niederspannungsnetzen (z.B.: Einfluss der Erdungsimpedanzen auf die Spannungsanhebung, Erweiterte Anschlussbeurteilungsverfahren).
Projektverlauf
Die Grundidee der Methode ist es, Messwerte, die einen Momentzustand des gesamten Niederspannungsnetzes (Spannungsparameter, Betriebsmittelauslastung, etc.) abbilden, ausgelöst durch einen Triggerzustand, zeitgleich aufzunehmen. Zu den Möglichkeiten, die eine Untersuchung der Momentaufnahme der physikalischen Größen in einem Niederspannungsnetz bietet, zählen: Lastfluss und Lastverteilung, kritische Spannungszustände, Fehlerortung, etc. Der Zeitstempel des Zählers an dem der Trigger auftritt, wird an einen Aggregator übermittelt. Dieser fordert alle Zähler des Niederspannungsnetzes auf, die zu diesem Zeitstempel aufgenommenen Messwerte zu senden. Um Synergien nutzen zu können (keine Installation von zusätzlichen Messgeräten, verbunden mit hohen Investment- und Betriebskosten), wurden dazu im Projekt intelligente Zähler als Messgeräte adaptiert.
Durch Analyse der erhaltenen Messdaten von bis zu 100 verschiedenen Niederspannungsabschnitten (städtische und ländliche Strukturen) im Vierleitermodell konnte erstmalig fundiert das Potenzial für die Implementierung von Smart Grid Ansätzen für einen aktiven Netzbetrieb im Niederspannungsnetz ermittelt werden.
Meilensteine
- Erster Power Snap Shot - Live im Rahmen der Smart Grids Week 2011
- Charakterisierung und Klassifizierung von ca. 100 Ortsnetzen
Ergebnisse
Es wurde eine Plattform für die Power SnapShot Analyse entwickelt und implementiert. Diese ermöglicht synchronisierte Momentaufnahmen des Zustandes des Netzes und die exakte Zuordnung der Phasen eines Zählers. Die Daten werden in einer Plattform – dem PSSHost – gespeichert und analysiert. Insgesamt wurden fast eine Million Power SnapShots aufgezeichnet.
Die Plattform PSSHost ermöglicht nicht nur die automatisierte Verwaltung und Speicherung von Power SnapShot Daten sondern auch die Möglichkeit ihrer Analyse. Mittels Kopplung mit Netzdatenmodellen können Netzberechnungen und Modellvalidierungen durchgeführt werden. Dies wurde zum Beispiel für die Untersuchung des Einflusses der Erdungsimpedanz auf die Spannungsanhebung verwendet oder für die Simulation von verschiedenen Verbreitungsszenarien von Photovoltaik und Elektromobilität basierend auf realen Messdaten.
Durch die Ermittlung von 29 elektrischer (z.B.: Summenwiderstand) und nicht elektrischer Indikatoren (z.B.: Länge) wurden die Niederspannungsnetze charakterisiert. Eine wesentliche Erkenntnis dabei ist, dass die Charakterisierung auf Strangebene wesentlich genauer erfolgen kann als auf Netzebene.
Auf Basis von Power SnapShot Daten wurden die Auswirkungen von dezentralen Erzeugungsanlagen auf die Niederspannungsnetze analysiert. Ein Fokus war die Untersuchung der Verbesserung der Unsymmetrie durch Drehung der Phasen von unsymmetrischen Erzeugern. Es zeigte sich, dass dadurch große Gewinn im Spannungsband erzielt werden können. Die Power SnapShot Analyse macht die Identifizierung starker Unsymmetrien möglich und hilft auch dabei die Spannungsbandreserve für dezentrale Erzeuger zu evaluieren.
Eine weitere Möglichkeit die durch die Power SnapShot Analyse ermöglicht wird ist die dynamische Ermittlung von Knoten die ein kritisches Spannungsniveau aufweisen. Intelligente Regler können diese Knoten rasch abfragen und erhalten damit die notwendige Information für die Entscheidung ihrer Maßnahmen.
Ergebnisse aus diesen Betrachtungen werden dazu beitragen, Niederspannungsnetze genauer abzubilden und zu modellieren und dadurch die Netzplanung und den Netzbetrieb im Verteilernetz wesentlich zu verbessern. Erkenntnisse aus diesen Ergebnissen werden zu entscheidenden Verbesserungen in der Netzplanung führen, insbesondere für neue Erzeugungs- und Verbraucheranlagen, sowie die Spannungsqualität der Endverbraucher sicherstellen.
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Dipl. Ing. Matthias Stifter
Matthias Stifter received a degree in Technical Cybernetics from Vienna University of Technology, Austria. He has several years of experience in the industry as a professional in the field of software development. Since 2007 he is with AIT, Energy Department – Electric Energy Systems. His research interests include integration of distributed generation, active distribution networks, voltage control, low voltage networks, smart meters and data analytics. Since 2008 he is national expert and since 2013 operating agent for the IEA DSM Task 17 – Integration of DSM, DG, RES and Energy Storages. From 2017 he has been appointed as the Operating Agent for the International Smart Grid Action Network IEA-ISGAN. Since 2010 he is lecturer at the University of Applied Science Technikum Wien for Electric Networks and Simulation of Smart Grids and since 2017 at TU-Vienna. He has authored and co-authored more than 45 research papers. He received the national Smart Grids Award three times. He is member of IEEE PES, where he is active in the Task Force on Open Source Software for Power Systems, Task Force on Big Data Applications for Distribution Systems and member of CIGRE Joint Study Committee C6 D2.32 on Utilization of Smart Meter Data.
Steckbrief
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Projektnummer821862
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Koordinator
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ProjektleitungMatthias Stifter, matthias.stifter@ait.ac.at
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Partner
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SchlagwörterSmart Grids, Smart Meter
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FörderprogrammNeue Energien 2020
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Dauer01.2009 - 12.2012
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Budget981.361 €
