Power Quality: Genauer messen

09.12.2020 – Für Netzbetreiber, die auch Oberschwingungen über 9 kHZ, also die sogenannten Superharmonischen, messen wollen, gibt es entsprechende Angebote im Markt. Anbieter wie PQ-Plus sehen große Chancen darin, solche Messwerte aus dem MS/NS-Netz auch für Smart-Grid-Lösungen zu nutzen.

Was die Qualität der Stromversorgung betrifft, waren deutsche Stromnetze einmal Weltspitze. Die Ausfallzeiten der Netze waren im globalen Vergleich äußerst gering und auch die Spannungsqualität war gleichermaßen hoch. Doch aktuelle Entwicklungen belasten das Netz zunehmend. Vor allem die Integration der Erneuerbaren Energien sorgt dafür, dass die Netzqualität zunehmend schwankt. Die Integration der Elektromobilität und neue Konzepte rund um die Sektorkopplung kommen hinzu.

Messgerät Power Quality PQ Plus
Das Messgerät UMD-913 von PQ Plus ist für den Schaltschrankeinbau konzipiert und erfasst auch kleinste Fehler bei Strom und Spannung im Frequenzbereich bis 9 kHz . (Foto: PQ Plus GmbH)

In dieser Folge verschärfen sich die kritischen Fragen rund um die Power Quality, die in den letzten Jahren ohnehin schon immer lauter wurden: Müssen auch Netzbetreiber zunehmend in den Bereich Power Quality investieren, um Industrie und Endverbrauchern ein qualitativ hochwertiges Produkt anzubieten? Oder bleibt das Thema Netzqualität nach wie vor Aufgabe der Privatwirtschaft?

Power Quality auch für Netzbetreiber?

Die Anbieter entsprechender PQ-Lösungen machen traditionell ihr Hauptgeschäft mit Industriekunden, aber zunehmend adressieren sie auch das öffentliche Netz und entwickeln Produkte, die auf die dortigen Belange zugeschnitten sind. Sie tun dies vor dem Hintergrund steigender regulatorischer Anforderungen. „Gefordert sind echte LIVE-Messwerte – vom Umspannwerk bis zur NH-Schaltleiste“, sagt Lutz Beyer, Direktor Marketing PQ-Plus aus Langensendelbach bei Erlangen. Aktuell sind Messgeräte vor allem bei Einspeiseanlagen im Einsatz, die neue Einspeiserichtlinie VDE-AR 4110 N beispielsweise fordert aber auch ein Messen der Spannungsqualität nach EN 50160 in Klasse A inklusive Lastgänge und der Oberschwingungswerte in höheren kHZ-Bereichen.

Vor diesem Hintergrund investiert das Unternehmen in Konzepte und Lösungen, die sich speziell an Netzbetreiber richten. So wurde aktuell auch die Produktserie UMD erweitert, deren Produkte die Bewertung des gesamten Netzes im Bereich MS und NS abdecken (siehe Bild rechts). Neue Geräte der Serie sind das UMD 913 und das UMD 710EVU (mit dem Firmwaremodul SH). Besonderheit dieser Messgeräte ist unter anderem, dass sich auch Netzharmonische bis zu einer Frequenz von 9 kHz messen lassen. Diese sogenannten Superharmonischen sind Schwingungen, die ein Vielfaches der Grundschwingung darstellen und diese überlagern und neu in den Normen wie der EN 61000-4-7 ed. 2 berücksichtigt werden.

Mit den UMD Geräten wird 4-kanalig Strom und Spannung im 4. Quadrantenbetrieb in Klasse A gemessen – also mit 0,05 Prozent Genauigkeit für Spannung und Stromstärke. Mit der hohen Abtastrate von 28,8 kHz lassen sich auch Spannungseinbrüche mit einem Transientenrecorder hochauflösend aufzeichnen. Die Daten werden im 512 MB Speicher geloggt.

Die Kommunikation erfolgt wahlweise über Ethernet mit Modbus TCP oder IEC 60870-104. Ein Webserver ist integriert, über den die Werte visualisiert werden können. Alternativ lassen sich die Werte offline mittels einer Mini-USB-Schnittstelle in der Front vor Ort auslesen. Mit der Software ENVIS kann jederzeit ein Nachweis der gelieferten Spannungsqualität geführt werden. „Dies ist für die Behandlungen von Produkthaftungsansprüchen zwingend vorgeschrieben“, so Beyer.

Über einen Dienst lässt sich auch das zeitgesteuerte Auslesen von Anlagen einstellen. Dafür müssen die Geräte am Netzwerk – sinnvollerweise über Glasfaser – aufgeschaltet sein. Alternativ sind auch Auslesungen über LTE mittels Router über VPN-Verbindung einsetzbar.

Konnektivität auch über LoRaWAN

Überhaupt ist die maximale Konnektivität der Messgeräte eines der obersten Entwicklungsziele von PQ Plus. Mittels Modbus RS485 können die UMD Messgeräte auch an Fernwirkstationen angebunden werden, um wichtige Daten und Zustände und wichtige Online-Werte in eine Leitwarte zu übertragen. Alternativ kann auch ein integrierter Treiber für den Anschluss via Fernwirkprotokoll IEC 60870-5-104 geschaffen werden.

Portfolio PQ Plus
Das Gesamt-Portfolio von PQ Plus adressiert alle Bereiche von Nieder- und Mittelspannung. (Bild: PQ Plus GmbH)

Neu bei den UMD-Geräten ist auch die Anschlussfähigkeit an LoRaWAN-Netze. „So können Messwerte beispielsweise im 15-Minutentakt einfach übertragen werden, sofern Stadtwerke oder Kommunen ein entsprechendes Netzwerk aufgebaut haben“, sagt Beyer. Dazu hat PQ-Plus entsprechende Class C Gateways in die UMD-Geräte integriert (auf Basis von RS 485 und Modbus RTU). Für eine Inbetriebnahme müssen die IoT Interfaces am LoRaWAN-Server registriert werden und mittels Softwaretreiber und Online-Konfigurator angebunden werden.

Messwerte als Basis für neuartige Netzprognosen

Die Geräte der UMD-Serie sind vor allem dafür gedacht, dass sie in übergreifende Smart-Grid-Lösungen integriert werden können, deren Aufgabe es ist, auch MS- und NS-Netze dezentral zu überwachen und zu steuern – und das sogar komplett automatisiert ohne zwingenden Eingriff übergeordneter Instanzen. Daher ist der Austausch von Daten in Echtzeit wichtig. Der integrierte Online-Zugriff bei den UMD-Messgeräten basiert nach Angaben des Herstellers auf einer Auslesezeit von nur 200 Millisekunden und schafft damit die notwendige Voraussetzung.

Aus Sicht von PQ Plus sind damit auch völlig neue Ansätze für Netzplanung, -steuerung und -simulation möglich. Aktuell arbeitet das Unternehmen mit einem Softwareunternehmen, das seinen Fokus auf übergreifende Smart-Grid-Lösungen legt, an entsprechenden Funktionen. „Bisher basierte die Netzplanung auf Standardlastprofilen und Netzsimulationen. Mit der integrierten Messtechnik stehen nun bis zu 700 Messwerte zur Verfügung, die in Datenbanken gespeichert werden und so neuartige Analyse- und Simulationsansätze ermöglichen“, so Beyer. Gleichzeitig liefern sie Erkenntnisse über das Verhalten der volatilen Netze im Zuge der Rückwirkungen durch Einspeiseanlagen bzw. Kundenanlagen. „Der Netzbetreiber kann so Störfaktoren genau lokalisieren und gegebenenfalls auch abmahnen“, so Beyer.

In einem Projekt werden entsprechende Lösungen bereits umgesetzt. Konkret wird dort daran gearbeitet, mit Hilfe der Kombination von elektrischen und meteorologischen Messreihen die Prognoseberechnungen für Netze zu optimieren. Big-Data-Methoden helfen dabei, die große Mengen an Echtzeitinformationen aus den Verteilnetzen zu verarbeiten. Die Datenlage ist dabei breit gewählt. „Dazu zählen Geodaten zur Stadtstruktur, Bevölkerungsdaten und Flächenlastprognosen“, so Beyer.

So sollen Netzbetreiber wesentlich flexibler auf die volatilen Netzbelastungen reagieren können. Wobei immer mehr steuerbare Betriebsmittel genutzt werden können, etwa Speicherelemente, Blindleistungsregelung oder fernsteuerbare Topologieänderungen. (sg)

PQ Plus GmbH
Lutz Beyer
lbeyer@pq-plus.de
www.pq-plus.de

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