Verteilte Wirkleistung

Foto: Walcher GmbH & Co. KG

Mit einem neuartigen Maschen-Stromregler von Walcher lassen sich die vorhandenen Netzkapazitäten in der Niederspannung wirksam erhöhen.

Waren PV-Anlagen auf deutschen Eigenheimen noch vor wenigen Jahren eine Ausnahmeerscheinung, gehören sie heute in vielen Bevölkerungsgruppen zum Wohnstandard. Für die Netzbetreiber ist diese Entwicklung vor allem dann problematisch, wenn die neuen Anlagen in bestehende NS-Netze eingebunden werden müssen, die bei hoher Einspeisung leicht an die Grenzen ihrer Kapazität kommen. Ebenso ungünstig wie eine zu hohe Leistung wirken sich bekanntermaßen zu hohe Lasten aus – etwa, wenn neue größere Verbraucher oder in Zukunft vielleicht eine Vielzahl von Ladesäulen angeschlossen werden müssen. Typischerweise werden in solchen Fällen Leitungen verstärkt oder neue Transformatorenstationen gebaut. Mit den WA-MSR bringt die Firma Walcher, Energietechnikanbieter aus dem hessischen Eichenzell, ein neues und – wie Seniorchef Hartmut Walcher betont – zudem preiswertes Betriebsmittel auf den Markt, welches in vielen Anwendungsfällen den oft sehr teuren Netzausbau vermeidet oder zumindest verzögert. Der WA-MSR wird in einen Kabelverteilerschrank zur Montage auf einen Fundamentsockel eingebaut, womit er ohne großen Aufwand ins Feld gebracht werden kann.

Automatisierter Ausgleich

Foto: Walcher GmbH & Co. KG

Der neue Regler hat die Aufgabe, in vermascht betriebenen Niederspannungsnetzen beziehungsweise Ringleitungen die Stromflüsse so zu steuern, dass stark ungleichmäßig auftretende Stromflüsse in parallelen Leitungen der Masche ausgeglichen werden. „Das ist dem Prinzip nach eine Umsetzung der Kirchhoffschen Gesetze“, erläutert Hartmut Walcher. Um das Konzept in der Praxis umzusetzen sind somit Messtechnik (Universal-Datenlogger für Ströme, Spannungen, Phasenwinkel, Oberwellen etc.), Steuerungssoftware und kleine Stufentransformatoren sowie Powerline-Kommunikationstechnik erforderlich.

Im Betrieb werden an technisch interessanten Messpunkten innerhalb einer Masche die Ströme, Phasenspannungen und Phasenwinkel zyklisch etwa alle 10 Sekunden abgefragt und im WA-MSR ausgewertet. Erkennt das System Handlungsbedarf, wird der Regler aktiv und schickt durch das Zu- beziehungsweise Abschalten der Trafos per SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) einen passenden dynamisierten Ausgleichsstrom durch die überwachte Masche. Treten mehrfache einzelne Strom- oder Spannungsgrenzwertverletzungen auf, so wählt der Regler automatisch die Stufe, mit der sich an allen betroffenen Messpunkten die geringstmögliche Überschreitung ergibt.

„Der WA-MSR legt auch die Stromrichtung des Ausgleichstromes innerhalb der Ringleitung fest, womit in allen Punkten der Masche der Nennstrom beeinflusst werden kann“, ergänzt Hartmut Walcher. Auch eine Spannungsregelung kann das neue Tool in gewissen Grenzen übernehmen sowie optional mittels Fernwirkprotokoll IEC 60870-5- 104 von der Leitwarte aus überwacht und bei Bedarf parametriert werden.

Foto: Walcher GmbH & Co. KG

Forschungsprojekt FLOW-R

Entwickelt wurde der Maschenstromregler in einem Verbundprojekt, an dem neben der Firma Walcher die TU Kaiserslautern, die Pfalzwerke AG und die Mannheimer PPC AG beteiligt waren. „Die Pfalzwerke sind mit dem Vorhaben auf uns zugekommen“, erinnert sich Hartmut Walcher. Der Energieversorger aus Kaiserslautern arbeitet seit langem mit dem Unternehmen zusammen und kennt somit dessen besondere Qualifikation in der Netzregelung. „Immerhin waren wir die ersten, die in Deutschland Netzregler auf den Markt gebracht haben“, ergänzt Hartmut Walcher nicht ohne Stolz. Für Walcher bot das Vorhaben eine willkommene Gelegenheit, das Produktportfolio, zu dem unter anderem ein Netzspannungsregler für Strangleitungen gehört, strategisch zu erweitern. Mit Blick auf den späteren Praxiseinsatz wurde der Regler von Anfang an für den rauen Ortsnetzbetrieb im Freien entwickelt. Zudem legte Walcher großen Wert auf die gute Zugänglichkeit und den einfachen Anschluss mit Bypass-Schaltung.

Nachdem die Entwicklungsarbeiten abgeschlossen waren und der Maschen-Strom- Regler seine Funktionsfähigkeit im Labor der TU Kaiserslautern bewiesen hatte, erprobten die Pfalzwerke die Lösung in einem realen Testnetz. Eine Referenzmessung an einem repräsentativen Tag ergab, dass das Netz zu diesem Zeitpunkt nur gering belastet war: Der maximal gemessene Strom stellte sich bei etwa 80 A ein. Entsprechend wurden die zulässigen Grenzwerte bei den nachfolgenden Messungen niedrig vorgewählt, am WA-MSR wurde ein maximal zulässiger Strom von 40 A / Phase eingestellt. „Der Maschen- Stromregler hat zuverlässig funktioniert“, berichtet Hartmut Walcher.

Demonstration im Testnetz. Foto: Walcher GmbH & Co. KG

Die blaue Kurve in der Grafik zeigt deutlich die aktive Strombegrenzung zwischen 11 Uhr und 16 Uhr. Die darunter liegende rote Kurve verdeutlicht, dass sich der Strom durch den eingeprägten Gegenstrom des WA-MSR auf den geringer belasteten Parallelzweig der Masche verteilt. Anhand der grünen Tap-Kurve (geschaltete Transformatorenstufen) lässt sich die Arbeitsweise des WA-MSR gut erkennen.

Seit Januar 2017 ist der 150 kVA Maschen- Stromregler im Ortsnetz in Heuchelheim im operativen Betrieb und steht nun auch dem Markt zur Verfügung. Auf dem FNN-Fachkongress Netztechnik wird das neuartige Betriebsmittel erstmals einer breiten Fachöffentlichkeit vorgestellt.

Kontakt: Walcher GmbH & Co. KG, Hartmut Walcher, 36124 Eichenzell, Tel. +49 6659/98794-0, h.walcher@walcher.com

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