Messung und Analyse des deutschen Stromnetzes

Messtechnik und PowerQuality

Im Zuge der Energiewende verändert sich die Erzeugungs- und Verbrauchslandschaft. Einer ganzen Reihe von Komponenten, wie Windrädern PV-Anlagen, Ladesäulen oder Wärmepumpen kommt dadurch eine zunehmende Bedeutung im Stromnetz zu. Welche konkreten Auswirkungen haben diese und andere Komponenten auf das Stromnetz? Nimmt die Qualität der elektrischen Energieversorgung dadurch ab? Sorgt ein höherer Anteil an erneuerbaren Energien für größere Schwankungen im Netz? Um diese und ähnliche Fragen zu beantworten ist sind präzise Messungen an verschiedenen Stellen im Stromnetz nötig. Vor diesem Hintergrund wurden und werden an der Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher seit Jahren in verschiedenen Forschungsprojekten Messungen durchgeführt und analysiert.

Forschungsaktivitäten rund um das Thema

Technischer Hintergrund

Die Erneuerbaren Energiequellen Sonne und Wind sind, anders als die konventionelle Erzeugung, natürlichen Schwankungen ausgesetzt. Windböen, Verschattungen oder Wolkenzug können zu sehr schnellen Zu- und Abnahmen der Erzeugung führen. Gleichzeitig sorgen der Einsatz von Umrichtern oder Leistungselektronik für Änderungen im Verhalten der elektrischen Verbraucher. In der Folge ist, an vielen Stellen eine detaillierte Vermessung und Neubewertung des Verhaltens von Stromnetzen nötig, damit auch weiterhin eine hohe Qualität der elektrischen Energieversorgung gewährleistet werden kann.

An der Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher wurden daher in den letzten 10 Jahren verschiedene Messkampagnen durchgeführt, einerseits mit dem Ziel die Situation im Stromnetz zu erfassen und bewerten, andererseits mit dem Ziel Daten zu erfassen, die als Basis für Simulationen dienen können. Gemessen wurde dabei an Haushalten, in Betrieben, in Umspannwerken oder in Testaufbauten. Im einfachen Fall kommen dazu Power-Energy-Logger zum Einsatz, mit denen Leistung und Energie eines Verbrauchers oder Erzeugers aufgezeichnet werden. Sind detailliertere Informationen über die Situation im Netz nötig kommen sogenannte Netzanalysatoren zum Einsatz, welche die Aufzeichnung einer Vielzahl an verschiedenen Größen und damit die Untersuchung sehr spezifischer Aspekte des Stromnetzes, erlauben.

Praxisbeispiele

Ein Beispiel hierfür ist das Verhalten des elektrischen Verbrauchs bei sprunghafter Änderung der Versorgungsspannung durch Schalthandlungen an Umspannwerkstransformatoren. Hierzu werden in vier Umspannwerken Messgeräte betrieben, mit deren Messungen z. B. untersucht wird ob die hergebrachten Annahmen über den sogenannten Verbraucherselbstregeleffekt noch gültig sind.

In einem anderen Projekt wurde ein Versuchsaufbau erstellt, um ein vom öffentlichen Netz getrenntes Inselnetz und dessen Synchronisierung mit dem öffentlichen Netz zu untersuchen. Dabei konnten wertvolle Erkenntnisse darüber gewonnen werden, welche Wechselwirkungen entstehen, wenn Notstromgeneratoren oder Batteriespeicher zum Einsatz kommen, um kurzfristig den elektrischen Betrieb aufrecht zu erhalten und die betroffenen Komponenten anschließend wieder bei laufendem Betrieb mit dem öffentlichen Netz gekoppelt werden.

Neben der messtechnischen Erfassung von Erzeugungsanlagen wurde der Blick auch auf Industriebetriebe und deren Blindleistungsverhalten gerichtet. Dabei wurde der Frage nachgegangen, ob und zu welchen Zeitpunkten Industriebetriebe ein relevantes Blindleistungspotenzial aufweisen und damit auch als Blindleistungsquellen dienen können. Umfangreiche Messungen von Betrieben mehrerer Branchen, sowie eines Betriebes über ein gesamtes Jahr hinweg liefern interessante Einblicke über die Höhe und Verfügbarkeit ihrer Q-Potenziale.