Flexibler Ortsnetz Spannungs- & Wirkleistungsregler (Flow-R)

Die ansteigende, dezentrale Einspeisung von Strom in die Niederspannungs-Verteilnetze durch Photovoltaik-Anlagen, Klein-Windkraft-Anlagen, Blockheizkraftwerke, etc. erfordert eine Veränderung der Betriebsführung dieser Netzebene. Durch den starken Zubau der regenerativen Stromerzeuger vor allem im ländlichen Raum erreichen die Niederspannungsnetze die Grenzen ihrer Belastbarkeit. Dies führt ohne Maßnahmen zu Verletzungen der zulässigen Spannungsgrenzen und/oder Überschreitungen der thermischen Belastungsfähigkeit der Niederspannungsleitungen. Die Folge sind Abschaltungen der PV-Anlagen bzw. im schlimmsten Fall Auslösungen der NH-Sicherungen.

Mit Hilfe von intelligenten Verteilnetzen unter Einbindung von Informations- und Kommunikations-technologien ist der kostenintensive Ausbau der Verteilnetze entweder vermeidbar, kann begrenzt oder zumindest zeitlich gestreckt werden. Dazu müssen neue Konzepte für die Komponenten und Betriebsmittel mit neuen Technologien und Verfahren erarbeitet werden, damit nachhaltige Infrastrukturlösungen bereitgestellt werden können.

Bisher wurde ein typisches Ortsnetz von einem zentralen Transformator aus der Mittelspannungsebene gespeist. Das Ortsnetz versorgte ausschließlich Verbraucher, womit die Leistungsfluss-Richtung bekannt und die Höhe des Energieflusses leicht abschätzbar war. Durch die dargebotsabhängige Einspeisung von PV-Anlagen ist die Transportleistung stark schwankend, der Energiefluss kann sich umkehren und sogar größer werden als der Fluss zur Versorgung der Lasten.

Im Rahmen dieses Projektes soll mit dem „Flexiblen Ortsnetz Spannungs- und Wirkleistungs-Regler“ (FLOW-R) ein neues Betriebsmittel entwickelt und getestet werden, welches eine lokalselektive Spannungsregelung und einen vermaschten Niederspannungs-Betrieb ermöglicht. Dabei soll die Möglichkeit zur Regelung der Leistungsaufteilung auf die vorhandenen Stränge bestehen. Die Regler müssen dazu sinnvoll im Netz angeordnet und durch vernetzte Regelalgorithmen verbunden werden. Damit werden die typischen Probleme, insbesondere in ländlichen Netzen, adressiert. Wesentlich ist, dass die Lösung skalierbar und ausbaufähig ist, um den Übergang von Ist- zu Zielnetzen wirtschaftlich zu ermöglichen. Die FLOW-R sollen die Möglichkeit bieten durch ihre Mobilität und der einfachen Wiederverwendung an anderer Stelle, einen Ortswechsel durchzuführen, falls sich die Netzsituation verändert.

Das vorgeschlagene Projekt umfasst die wissenschaftliche Erarbeitung des neuen Konzeptes, die industrielle Umsetzung und Erprobung prototypischer FLOW-R sowie die betriebs- und volkswirtschaftliche Kosten-Nutzen Analyse.

Dazu werden mathematische Modellbildungen für verschiedene Netztopologien erstellt und Algorithmen zur Netzregelung entworfen. Zusätzlich findet die Entwicklung eines Kommunikationskonzeptes zur lokal-autarken Vernetzung der FLOW-Rs statt. Dazu sind die Konzeption und der Aufbau einer Sicherheitsarchitektur zum Schutz vor Fremdzugriff notwendig. Nach dem Aufbau der Betriebsmittel und Implementierung der Regelalgorithmen wird eine Labor- und Felderprobung zur Verifizierung der Simulationen und Sicherstellung der Funktion durchgeführt.

„Flexibler Ortsnetz Spannungs- und Wirkleistungsregler“ ist ein Verbundprojekt und wird im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi), Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) sowie Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Neben dem Lehrstuhl für Energiesysteme und Energiemanagement der TU Kaiserslautern sind dabei folgende Verbundpartner am Projekt beteiligt:

Pfalzwerke AG

Pfalzwerke Netz AG

Power Plus Communications AG

Walcher GmbH &Co. KG

Dipl.-Ing. Stefan Lang

M. Sc. Haiyan Ma

S. Lang, W. H. Wellßow: Development of a Phase Shifting Regulator for Power Flow Control in Low Voltage Grids, CIRED Workshop, Helsinki, 2016

S. Lang, W. H. Wellßow: Power Flow Control with Phase Shifting Regulator in meshed Distribution Grids, IEEE PES General Meeting, Boston, 2016

S. Lang, H. Ma, W. H. Wellßow, I. Quint, P. Hauffe, T. Walcher, S. Sender: Entwicklung eines Spannungs- und Wirkleistungsreglers für vermaschte Niederspannungsnetze, VDE Kongress, Mannheim, 2016

Einen Pressebericht der TU Kaiserslautern zum Projekt finden Sie hier: http://www.uni-kl.de/aktuelles/news/news/detail/News/energiewende-neuer-regler-verteilt-strom-einfach-und-effizienter-im-netz/