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Smart Grids Datenrekorder für Energienetze

Redakteur: Beate Christmann

Um die Netzspannung und Lastströme in Energienetzen auswerten zu können, haben Karlsruher Wissenschaftler ein Monitoring- und Analysewerkzeug entwickelt, das in der Lage sein soll, diese punktgenau, hochaufgelöst und lückenlos im laufenden Netzbetrieb aufzuzeichnen. Der Datenrecorder soll dazu beitragen, die zuverlässige Steuerung zukünftiger Smart Grids zu ermöglichen.

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Der Prototyp des Electrical Data Recorder (EDR): Das vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelte Monitoring- und Analysewerkzeug soll Messdaten für zuverlässige und detaillierte Simulationen von Netzbetrieben liefern.
Der Prototyp des Electrical Data Recorder (EDR): Das vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelte Monitoring- und Analysewerkzeug soll Messdaten für zuverlässige und detaillierte Simulationen von Netzbetrieben liefern.
(Bild: KIT/Amadeus Bramsiepe)

Immer mehr Energie aus erneuerbaren und damit fluktuierenden Quellen wird in das Stromnetz eingespeist. Um eine gleichbleibend zuverlässige Energieversorgung gewährleisten zu können, muss das Stromnetz laufend wechselnde Erzeugungs- und Lastsituation ausgleichen. Künftig sollen sogenannte Smart Grids, also intelligente Netze, Erzeuger, Speicher und Verbraucher über Informations- und Kommunikationstechniken miteinander verbinden und aufeinander abstimmen. Der Electrical Data Recorder (EDR), ein Monitoring- Analysewerkzeug für elektrische Energienetze, das Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) entwickelt haben, soll dafür die Basis bilden: Seine Messdaten sollen einen Einblick in die realen Systemvorgänge liefern, damit die Qualität von Simulationen erhöhen und so eine zuverlässige Steuerung zukünftiger intelligenter Netze ermöglichen.

Dezentrale Erzeuger als Herausforderung

„Wir benötigen Betriebsführungskonzepte, die nicht nur die Transportkapazität des Stromnetzes optimal nutzen, sondern auch eine hohe Versorgungsqualität gewährleisten“, sagt Dr. Heiko Maaß vom Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI) des KIT. Der Wissenschaftler sieht in der zunehmenden Zahl der Verbraucher, die zugleich als Erzeuger fungieren und dezentral Strom aus Sonnen- oder Windenergie einspeisen, eine besondere Herausforderung: Sie würden zwar einen steigenden Anteil an der Erzeugung übernehmen, aber nur begrenzt dazu beitragen, die Spannung zu stabilisieren und Regelenergie bereitzustellen.

Der EDR soll nahe dem Verbraucher oder in industriellen Anlagen installiert werden, um Netzspannung und Lastströme punktgenau aufzuzeichnen. Laut Beschreibung der Entwickler läuft die Aufzeichnung dank einer gepufferte Stromversorgung auch während eines Spannungsverlusts weiter. Es sollen sich drei Spannungskanäle (drei Phasen) und vier Stromkanäle (drei Phasen plus Neutralleiter) synchron mit einer Auflösung von 16 Bit und Abtastraten bis 25 kHz kontinuierlich aufzeichnen lassen. Über eine GPS-Synchronisation sollen sämtliche Messwerte von verteilten Messorten zeitlich zuordenbar werden. Sofern eine leistungsfähige Netzwerkanbindung verfügbar ist, lassen sich die vollständigen, hochaufgelösten Messdaten laut KIT fortlaufend in einer Datenbank ablegen, um sie später zu verarbeiten. Eine lokale Zwischenspeicherung in voller Auflösung für eine Aufzeichnungsdauer von rund acht Wochen ist demnach ebenfalls möglich.

Einzel- oder Verbundbetrieb möglich

Der EDR wird über eine grafische Benutzeroberfläche mit Touch-Unterstützung gesteuert. Er zeigt sowohl Abtastwerte als auch die daraus berechneten Kennwerte an. Der EDR soll sich sowohl einzeln als auch im Verbund einsetzen lassen – im letzteren Fall steuert und überwacht eine zentrale Anwendung sämtliche Geräte. Nach Ansicht von Maaß ermöglicht es der Verbundbetrieb zusammen mit der fortlaufenden Aufzeichnung, den Verlauf und die Ausbreitung von Störungen detailliert zu untersuchen: „Künftig soll der EDR darüber hinaus zur messdatengetriebenen Modellierung von Netzsegmenten und Betriebsmitteln dienen. So kann er dazu beitragen, die Qualität von Systemmodellen und damit auch die Steuerung von Smart Grids wesentlich zu verbessern.“

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