Installationsfertiger Kompaktschrank zur Verteilnetzautomatisierung mit FW-5, PM-1 und DSO-1

Verteilte Intelligenz

Flexible Ausbaukonzepte machen Ortsnetzstationen zu wertvollen Instrumenten der Netzüberwachung und -steuerung.

Nur etwa 10 bis 15 Prozent der Stationen müssen aufgerüstet werden, um das Verteilnetz steuerbar zu machen.
Nur etwa 10 bis 15 Prozent der Stationen müssen aufgerüstet werden, um das Verteilnetz steuerbar zu machen.

Netzbetreiber sind im Rahmen der Anreizregulierungsverordnung nicht nur zur Spannungshaltung verpflichtet, auch die Netzentgelte wurden über den Q-Faktor an die bereitgestellte Netzqualität gekoppelt. Schon aus diesem Grund liegen eine hohe Verfügbarkeit und geringe Ausfallzeiten im wirtschaftlichen Interesse der Energieversorger. Doch die umfangreiche Einspeisung aus erneuerbaren Energiequellen macht es zunehmend aufwändig, stabile Netze mit zulässigem Spannungs- und Frequenzband zu gewährleisten.

Während in den Übertragungsnetzen der Hochspannung (HS) die nötigen Mechanismen zur Ausregelung bereitstehen, werden in den vermaschten, meist heterogenen Strukturen der Verteilnetze typischerweise kaum Regelalgorithmen eingesetzt. Stellgrößen wie regelbare Transformatoren sind rar, Kabel, Freileitungen und Schaltanlagen sind für die neuen Energieflüsse aus erneuerbaren Quellen weder geplant noch ausgelegt. Die Folge können starke Belastungen der Betriebsmittel im Netz sein, die ohne zusätzliche Sensorik zumeist unerkannt bleiben – bis es möglicherweise sogar zum Ausfall kommt.

Stationen auf dem Weg zum intelligenten Netz

Die notwendige Intelligenz für das Verteilnetz in die Stationen zu integrieren ist ein inzwischen bewährter Ansatz, um diesen Problemen zu begegnen – zumal der Ausbau selektiv und schnell durchgeführt werden kann. Konkret geht es darum, Echtzeitdaten über den Netzzustand zu erhalten und im Bedarfsfall manuell oder automatisiert steuernde Eingriffe vornehmen zu können. Realisiert wird dies durch unterschiedliche Sensoren, Mess- oder auch Schutzgeräte mit Hilfe von Fernwirktechnik, wobei die gestiegenen Anforderungen an die IT Sicherheit zu berücksichtigen sind. In Deutschland sind derzeit etwa 550.000 Trafostationen in Form von Anschluss-, Kunden- oder Ortsnetzstationen (ONS) im Einsatz. „Experten gehen davon aus, dass etwa zehn bis 15 Prozent dieser Stationen in ein intelligentes Netz eingebunden werden müssen, um eine signifikante Steuerbarkeit zu erreichen“, sagt Dominik Mäkelburg von SAE IT-systems. Das Unternehmen aus Köln ist Hersteller von Fernwirk- und Stationsleittechnik und seit 40 Jahren für Energieversorger und Stadtwerke sowie große Industriekunden tätig.

Fernüberwachung

Installationsfertiger Kompaktschrank zur Verteilnetzautomatisierung mit FW-5, PM-1 und DSO-1
Installationsfertiger Kompaktschrank zur Verteilnetzautomatisierung mit FW-5, PM-1 und DSO-1

Die Stationen sollten im Hinblick auf ihre variierende Bedeutung für die Sicherstellung der Netzstabilität in unterschiedliche Klassen eingeteilt werden. Stationen mit Fernüberwachung sind dabei die erste Ausbaustufe. „Das Spektrum der Messeinrichtungen reicht in der Praxis von Kurz- und Erdschlussanzeigern zur reinen Fehlererkennung bis hin zu Netzanalysesystemen, intelligenten Zählern oder der SAE eigenen Leistungsmessklemme PM-1″, erläutert Mäkelburg. Möglich sind beispielsweise ein Laststrom- und Spannungsmonitoring, die Erfassung der Lastflussrichtung sowie die Überwachung weiterer Netzparameter. Die Fernwirkstationen und zwischengeschalteten Fernwirkköpfe nehmen dabei die Werte der angeschlossenen Messkomponenten auf und führen sie im Prozessabbild zusammen. Bei der Nachrüstung lässt sich die Messung auf der Niederspannungsseite deutlich einfacher realisieren. Viele Hersteller bieten hierfür spezielle Varianten ihrer Systeme an und auch die PM-1 erlaubt in Verbindung mit Rogowski-Spulen oder Kleinsignalwandlern eine komfortable Messung. Die Fernwirkanlage kann aus den Messwerten anschließend den Mittelspannungswert errechnen. Eine weitere, wesentliche Aufgabe der Fernwirktechnik besteht nach der Erfahrung des Praktikers darin, die Daten aus den unterschiedlichen Messsystemen für die Leitstelle präzise vorzuselektieren und aufzubereiten, da sich Leitsysteme vielfach bereits durch die Integration der dezentralen Einspeiser an ihren Kapazitätsgrenzen bewegen. Um den Gesamtaufwand zu reduzieren, so Mäkelburg, sollte die Fernwirklösung auf die jeweiligen Platzverhältnisse dimensioniert und einfach in die bestehenden Strukturen integrierbar sein.

Fernsteuerung und Schutz

Zur Fernsteuerung sollten Ortsnetzstationen neben entsprechenden Stellmotoren für die Leistungsschalter zusätzlich mit einer DSO-Baugruppe für die sichere Befehlsabsteuerung durch 1/n-Überwachung, Außenkreisprüfung und Laufzeitüberwachung ausgestattet werden. Die Möglichkeit zur Schaltung besteht auch durch einige neue Varianten von Kurz- und Erdschlussrichtungsanzeigern oder Netzanalysesysteme; teilweise aber ohne die zuvor erwähnten Sicherheitsfeatures. Eine noch weitergehende Form der Automatisierung ermöglichen Schutzgeräte. Sie bieten neben den Messund Schaltfunktionen auch noch einen autonomen Betriebsmittelschutz, der insbesondere bei Kundenanlagen sinnvoll sein kann. Das Kombischutzgerät SG-50 KOMBISAVE von SAE deckt vom einfachen ungerichteten UMZ-Schutz über den QU-Schutz bis zum polygonalen Distanzschutz relevante Schutzkonzepte ab. Alle Schutzfunktionen des SG-50 können auch über Software nachgerüstet werden. Stationen an zentralen Positionen im Netz können überdies mit unterbrechungsfreien Stromversorgungen ausgestattet werden, welche nach einem Spannungsausfall noch für einen gewissen Zeitraum Eingriffe ermöglichen, wie zum Beispiel das Melden von Netzfehlern, gezieltes Schalten zur Trennstellenverlagerung oder ein definiertes Wiederhochfahren. „Intelligente Netze nutzen ihr Potential effizienter aus und sind heute überall mit überschaubarem Aufwand zu realisieren“, ist Dominik Mäkelburg überzeugt.

300 Stationen für EWV/regionetz

Im Versorgungsgebiet der EWV/regionetz in Stolberg bei Aachen stattete SAE IT-systems 300 Ortsnetzstationen fernwirktechnisch aus: Kompaktstationen sowie begehbare Stationen mit jeweils 1-7 Feldern. Als Basis wird das Fernwirkgerät netline FW-5 von SAE genutzt. Für die Erfassung der Ströme, Spannungen und Qualitätsdaten sowie im Zweifel auch von Kurz- und Erdschlüssen im Netz wurden ComPass B Kurz- und Erdschlussrichtungsanzeiger der Firma Horstmann per Modbus RTU an die FW-5 angekoppelt.

Etwa 200 Stationen wurden über das M2G-1 Modem von SAE via GPRS, rund 100 per LAN an das übergeordnete Prozessleitsystem angebunden. Hierfür wird das IEC 60870-5-104 Standardprotokoll genutzt. Die Kommunikation zum Leitsystem erfolgt ab der Fernwirkanlage VPN-verschlüsselt. Für die Verbindung über eigene Kabel nutzt man SHDSL-Modems von Westermo. In enger Zusammenarbeit mit EWV/ regionetz konzipierte das Projektteam vier verschiedene Schranktypen. Die Fernwirkanlagen sind dabei in Wandschränken untergebracht und mit unterbrechungsfreien Stromversorgungen sowie Schaltschrankheizungen ausgestattet. Da Schwerpunktstationen zukünftig auch gesteuert werden sollen, wurde bei der Auswahl der Schränke bereits der benötigte Platz für spätere Umrüstungen berücksichtigt. Soll eine Station nämlich zur Fernsteuerbarkeit befähigt werden, sind ein größerer Akku und weitere Befehlskarten mit Außenkreisprüfung und 1/n Überwachung erforderlich.

Auch beim Engineering, der Parametrierung, Montage und Inbetriebnahme der Stationen arbeiteten Mitarbeiter von EWV/regionetz und SAE Hand in Hand. Durch die perfekte Koordination konnten etwa zehn Anlagen pro Woche montiert und das Projekt kontte fristgerecht im Dezember 2015 abgeschlossen werden.

Kontakt: SAE IT-systems GmbH & Co. KG, Dominik Mäkelburg , 50767 Köln, Tel. +49 221 59808-164, dominik.maekelburg@sae-it.de

Bilder: SAE IT-systems GmbH & Co. KG