SmartSCADA für Mittel- und Niederspannungsnetze

Der stark wachsende Anteil von dezentralen und regenerativen Erzeugungsanlagen stellt Betreiber von Mittel- und Niederspannungsnetzen zunehmend vor große Herausforderungen. Zum einen sind sie angehalten, die neuen Erzeugungseinheiten in die bestehenden Netze zu integrieren, zum anderen müssen sie einen, wie bisher üblich, störungsarmen Netzbetrieb und eine normgerechte Spannungsqualität im Netz gewährleisten. Dieser Problematik kann zukünftig nur durch die Kenntnis von relevanten Systemgrößen und dabei insbesondere der Netzspannungen entgegengewirkt werden, da somit die Möglichkeit besteht, steuernd in den Netzbetrieb und in die Erzeugung einzugreifen.

In Hochspannungsnetzen wird seit Jahrzehnten der klassische Ansatz mit Messtechnik an jedem Netzknoten und SCADA-Systemen zur Überwachung und Steuerung der Netze eingesetzt. Diese konventionelle Methode ist in Mittel- und Niederspannungsnetzen aufgrund der großen Anzahl an Verknüpfungspunkten, Lasten und Erzeugern und der damit verbundenen Anzahl an Messeinrichtungen jedoch vergleichsweise teuer, so dass andere Verfahren zur Bestimmung des Netzzustands entwickelt werden müssen.

Im Rahmen dieses Projektes werden folgende Ziele verfolgt:

• Entwicklung, Test und Implementierung eines Verfahrens, das eine vergleichbare Aussage über den Zustand eines Mittel- oder Niederspannungsnetzes treffen kann. Der Zustand wird dabei nur durch die intelligente Kopplung von Daten aus vorhandenen Smart-Meter-Infrastrukturen, prognostizierten Leistungsdaten für EEG-Einspeisungen und Daten aus SCADA-Systemen überlagerter Netzebenen durch ein State-Estimation-Verfahren ermittelt.

• Entwicklung und Test von Algorithmen zur Erkennung von Topologiefehlern in Mittel- und Niederspannungsnetzen.

Zunächst werden die grundlegenden Anforderungen an das Smart-SCADA-System ermittelt. Anschließend werden im Rahmen einer Messkampagne Zeitreihen diverser Netzgrößen aufgenommen, welche für die Erforschung des Zustandsschätzverfahrens als Basis dienen. Des Weiteren werden mathematische Modelle für Residuallasten, Pseudomesswerte aus Wetterprognosen und Lastgangkurven sowie für echte Lasten und Einspeisungen entworfen. Für den Zustandsschätzer sind schließlich Algorithmen zu entwickeln, die auch bei niedrigen Redundanzen und hohen Unsicherheiten noch zuverlässig konvergieren und akzeptable Wahrscheinlichkeiten zur Erkennung von sog. „Bad Data“ und Topologiefehlern aufweisen. Letztlich wird das Verfahren in einem SCADA-Prototyp implementiert und getestet.

„Smart SCADA für Mittel- und Niederspannungsnetze“ ist ein Verbundprojekt und wird im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie hinsichtlich der „Forschung für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung“ gefördert.

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

• IDS GmbH, Ettlingen

• Meteocontrol GmbH, Augsburg

• COMback GmbH, Oberreichenbach

• SWK Stadtwerke Kaiserslautern Versorgungs-AG, Kaiserslautern

M. Sc. Dominik Wäresch

M. Sc. Robert Brandalik