ELITE NETZWERK BAYERN

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Forschungsarbeit

Detektion und Abschaltung ungewollter Inselnetzbildung im

Niederspannungsnetz

Von Markus Dietmannsberger (15.09.2014)

Der Anteil des Stroms in Deutschland, der aus regenerativen Energiequellen gewonnen wird, steigt seit Jahren stetig an und liegt aktuell bei ca. einem Viertel des jährlichen Verbrauchs. Dabei ist dieser Zustand nur eine Zwischenstation auf dem Weg zu einer fast vollständig auf erneuerbaren Energien basierenden Versorgung mit elektrischem Strom, denn 2050 soll dieser Anteil bereits 80 % betragen. Dezentrale Einspeisung stellt das System der elektrischen Energieversorgung jedoch auch vor neue und komplexe Aufgaben. Ende 2013 waren in Deutschland mehr als 1,4 Millionen Erneuerbare-Energie-Anlagen am Netz. Die mit Abstand größte Zahl an Anlagen davon wurde im Niederspannungsnetz (230/400 V) angeschlossen (siehe Abbildung 1). Meistens handelt es sich dabei um kleine Photovoltaikanlagen kleiner Leistung (wenige kW), die von Privathaushalten installiert wurden.

[Bildunterschrift / Subline]: Abbildung 1: EE-Anlagentypen in einzelnen Spannungsebenen, links: installierte Leistung, rechts: Anzahl der Anlagen, Stand: 2013

Problembeschreibung

Doch die verteilte Erzeugung in unteren Spannungsebenen direkt am Ort des Verbrauchs wirft auch neue Fragestellungen für den sicheren Betrieb der Netze auf. Wurden früher kleine Netzgebiete z.B. zu Wartungszwecken abgetrennt und abgeschaltet, so war sichergestellt, dass das Gleichgewicht aus Erzeugung und Verbrauch substantiell gestört wurde, so dass sich das Inselnetz kontrolliert abschalten lies. Durch vermehrte PV-Anlagen besteht heute und in Zukunft die Gefahr, dass sich auch ohne Anschluss an das Verbundnetz ein Gleichgewicht einstellt und das Inselnetz weiterhin unter Spannung steht. Dies kann zu Gefährdungen des Wartungspersonals führen oder beim Wiederzuschalten Betriebsmittel nachhaltig zerstören. Auch hat der Netzbetreiber während des Inselbetriebs keine Möglichkeit der Steuerung dieses abgeschnittenen Gebiets.

Aus diesem Grund müssen Methoden eingesetzt werden, die sicherstellen, dass sich Erzeugungsanlagen im Falle einer Abtrennung vom Verbundnetz definiert abschalten und das Netz somit spannungsfrei bleibt. Sogenannte Bidirektionale Sicherheitsschnittstellen (BiSi) überwachen kontinuierlich den Zustand des Netzes und schalten bei Verlust des Anschlusses die Anlagen kontrolliert vom Netz (Abbildung 2).

[Bildunterschrift / Subline]: Abbildung 2: Prinzip-Schaltbild für Abschalteinrichtungen von Photovoltaikanlagen in Niederspannungsnetzen (Quelle: Heuck, Dettmann & Schulz, 2013)

Es existieren bereits einige Methoden zur Inselnetzerkennung. Sie lassen sich im Wesentlichen in zentrale, dezentral passive sowie dezentral aktive Methoden unterteilen. Wichtigstes Kriterium zum Nachweis der Effektivität ist die sogenannte Non-Detection-Zone (NDZ). Sie kennzeichnet die Menge aller Netzzustände, in denen die Methode eine Inselnetzbildung nicht zuverlässig erkennt (Abbildung 3).

[Bildunterschrift / Subline]: Abbildung 3: unterschiedliche Darstellung von Non-Detection-Zones passiver und aktiver Methoden

Forschungsvorhaben 

Im Rahmen eines Forschungsvorhabens am Fachgebiet für Elektrische Energiesysteme der Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg unter Leitung von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Detlef Schulz sollen existierende Methoden auf ihre Effektivität in der heutigen sowie sich zukünftig weiter verändernden Erzeugungsstruktur untersucht werden. Ziel ist die Identifikation von Anforderungen sowie die Bewertung einzelner Methoden.

 


Wissenschaftlicher Werdegang
  • 2007 - 2011
  • Bachelorstudiengang Elektro- und Informationstechnik, Hochschule München
  • 2011-2013
  • Masterstudiengang Elektro- und Informationstechnik Vertiefung Energietechnik, Technische Universität München
  • seit 2013
  • Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg, Professur für Elektrische Energiesysteme

Preise und Auszeichnungen
  • * Stipendiat des Max Weber-Programms