Smart-Grid Lösung mit einem skalierbaren Messsystem
Aufgrund der zunehmenden Veränderungen der elektrischen Netze werden Lastflussinformationen immer wichtiger. Für Sie als Verteilnetzbetreiber zunehmend auch in Kombination mit Daten aus der Netzqualität. Dabei beklagen Sie als Verteilnetzbetreiber verstärkt, dass entsprechende Informationen auf der Netzebene 7 entweder gar nicht oder nur unzureichend vorhanden sind. Ohne eine ordentliche Smart-Grid Lösung würde dies einem „Blindflug“ entsprechen. Zudem erfordern die Zusammenschlüsse vom Konsumenten zum Produzenten (Prosumer) neue technische als auch kommerzielle Lösungen. Dabei helfen auch intelligente Mess-Systeme (Smart-Meter) nicht weiter, da diese u. a. durch Datenschutzregeln als auch der ungenügenden Performance für die Netzführung nur bedingt geeignet sind.
Eine der grossen Herausforderungen besteht darin, dass sich die vormals zentralisierte elektrische Energiewelt zu einem hochdynamischen als auch sehr komplexem dezentralen System entwickelt. Dabei müssen neue, jedoch relevante Informationen in einem gezielten Umgang mit Daten systemisch verarbeitet werden können.
ewz auf dem Weg zum intelligenten Stromnetz
Das Elektrizitätswerk der Stadt Zürich ist seit der Gründung 1892 in Zürich für die Stromversorgung verantwortlich. Das EWZ ist als Institut des öffentlichen Rechts organisatorisch dem Departement der Industriellen Betriebe als Dienstabteilung unterstellt. Dabei ist das ewz auch international sehr gut vernetzt.
Lesen Sie hier eine Medienmitteilung wie sich die ewz auf den Weg gemacht hat, ein vollumfängliche und digitalisierte Smart-Grid Lösung auszurollen. Dabei unterstützen Unternehmen wie die smart grid solutions AG mit Ihrem Komplettansatz als auch die Camille Bauer Metrawatt AG mit modernster und skalierbarer Messtechnik der Baureiche LINAX®PQ5000CL.
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Exkurs: Was bedeutet eigentlich Smart Grid
Als ein Smart Grid wird ein elektrisches System verstanden, das unter Einbezug von Mess- sowie meist digitaler Informations- und Kommunikationstechnologien den Austausch elektrischer Energie aus verschiedenartigen Quellen mit Konsumenten verschiedener Bedarfscharakteristika intelligent sicherstellt. Ein solches System soll den Bedürfnissen aller Marktakteure und der Gesellschaft Rechnung tragen. Die Nutzung und der Betrieb des Systems können dadurch optimiert und effizienter gestaltet werden, die Kosten und der Umwelteinfluss können minimiert und die Versorgungsqualität und -sicherheit in ausreichend hohem Masse gewährleistet werden.
Quelle: Bundesamt für Energie BFE
Klassische Unterscheidungsmatrix von Messgeräten im Kontext Applikation
Auswirkungen eines Smart Grids auf die Messtechnik
Grundlegend werden immer noch die gängigen Messdaten von Spannung, Strom und Frequenz als auch deren abgeleiteten Grössen benötigt. Allerdings, und hier kommt die mögliche Herausforderung für die Smart Grid-Anwendung: Die Messdaten werden mit neuen Kundenbedürfnissen kombiniert und in Relation gebracht (z. B. Skalierbarkeit, Echtzeit, Anbindung an bestehende Leitsysteme, Integration in neue Plattformlösungen, Connectivity, ausgeprägter fachlicher Beratungsbedarf, Cyber Security, Mehrkosten, etc.). Somit werden sich die herkömmlichen IEC-Gruppierungen von elektrischen Messgeräten womöglich verändern und noch mehr überlappen. Zudem ist es sicherlich sinnvoll, für essenzielle Funktionen weiterhin analoge Anzeiger (elektro-mechanisch) redundant einzusetzen. Diese halten jedem Ausfall und/oder Angriff einer Datenkommunikation stand. Dies wird auch aus der oben gezeigten Matrix sehr deutlich.
Der Kundennutzen: Eine modulare Smart-Grid Lösung mit integrierten Netzqualitäts- und Lastflussinformationen
Grundlegend wird durch die Messaufgabe zunächst „Transparenz im Kabel“ hergestellt. Für Sie als Verteilnetzbetreiber ergibt sich daraus, dass auf der Netzebene (6) 7 die Lastflüsse regelbar und zudem die Netzqualitätsgrenzen effizient ausnutzbar werden. Resultierend daraus soll kein teurer Netzausbau erforderlich sein um die enormen Kosten, die damit verbunden sind, zu vermeiden. Dies fördert für Sie als Netzbetreiber auch das Thema der allgemeinen Ressourcen-Schonung (z. B. Verzicht auf zusätzliche Mengen Kupfer).
Die Grundlage: Ein messtechnischer Kompass für die Smart-Grid Lösung
Ein skalierbares Mess-System mit Current Link
Wir schlagen Ihnen eine zertifizierte Netzqualitätserfassung und Leistungsanalyse bis zu 32 Kanälen in der Unterverteilung vor. Die Signalverarbeitung wird auf dem Messgerät der Serie LINAX®PQ5000CL umgesetzt. Dort werden die jeweiligen Strommesswerte der so genannten Current Link-Module verarbeitet. Durch die Link-Technologie sind die einzelnen Current Link und deren Sensoren (Rogowski) mittels Signalschlaufe über Koax-Leitungen skalierbar vernetzt. Dadurch reduziert sich der Installationsaufwand auf ein absolutes Minimum und eine fachgerechte Kabelführung wird gewährleistet. Zudem ist dieses Mess-System zur Bestimmung der Netzqualität äusserst kosteneffizient und on top metrologisch zertifiziert. Somit kombiniert das skalierbare Messinstrument quasi die Bereiche Transducer nach IEC60688, Power Metering and Monitoring nach IEC61557-12 als auch Power Quality Instruments nach IEC62586-1.
Anwendungsfelder
- Überwachung der Einspeisung in Umspannwerken
- Überwachung von industriellen Energieverteilungssystemen
- Energieoptimierung durch Identifizierung des Lastverhaltens
- Generelle Smart-Grid Anwendungen
Exkurs: Warum sind Koaxialleitungen besonders geeignet
Koaxialleitungen sind zweipolige Kabel mit konzentrischem Aufbau. Sie bestehen aus einem Innenleiter (auch Seele genannt), der in konstantem Abstand von einem hohlzylindrischen Außenleiter umgeben ist. Der Außenleiter schirmt den Innenleiter vor Störstrahlung ab. Koaxialleitungen sind dazu geeignet, im Frequenzbereich von einigen kHz bis zu einigen GHz hochfrequente, breitbandige Signale zu übertragen.
Aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften und simplen Beschaffenheit eigenen sich die Koaxialleitungen sehr gut für die skalierbare Current Link Technologie. Die hochfrequenten Signale werden sauber und performant übertragen. Hinzu kommt, dass Störungen von aussen als auch Störungen nach aussen sehr gut abgeschirmt werden. Durch die Koaxialtechnologie ist es zudem möglich, Ringleitungen mit maximal 20m Gesamtlänge als «Quasi-Bus» aufzubauen, die wiederum den Verdrahtungsaufwand enorm reduzieren.
So wird die Hilfsenergieversorgung der Current Link Module als auch die Signale in einem Kabel übertragen. Die Zuführung von vielen unübersichtlichen Einzelleitungen in einen Verteiler-Schaltschrank bleibt somit aus. Zudem wird die bestehende IT-Infrastruktur nicht zusätzlich belastet, da die harte Verkabelung gegenüber Funksignalen störunempfindlich ist. Hackerangriffe über oder auch in den Ringbus bleiben auch aus.
Vorteile beim skalierbaren Messsystem mit LINAX®PQ5000CL und Current Link
- Metrologisch zertifiziertes PQI nach IEC61000-4-30 Ed. 3 der Klasse A als Grundgerät
- Ein skalierbares System für die Bereiche zertifizierte Netzqualität als auch für Last- und Effizienz Management für bis zu 10 Einspeiser
- Eine optionale Basis-Strommessung (z. B. direkt nach dem Trafo) mit einer grossen Genauigkeit durch Stromwandler-Sensorik
- 3 oder 4 Kanäle mittels Current Link pro Einspeiser (max. 32 Ströme)
- Eine Messkampagne zeitsynchron bei multiplen Einspeisern im Gegensatz zur traditionellen Messkampagne pro Einspeiser
- Direkte Konformitäts-Berichtserstattung und Ereignisdarstellung durch PQEasy-Reporting via Webbrowser (z. B. nach EN50160)
- Zeitsynchrone Störfallaufzeichnung von Spannungsereignissen mit Strömen der einzelnen Kanäle (IEC61000-4-30 Ed. 3)
- Zeitsynchrones Lastmanagement für U/I/P/Q/cosφ
- Strommessung pro Current Link- Kanal bis zu 1’000A und Überströme bis zu 20‘000A
- Netztarifzähler P & Q (Bezug & Abgabe)
- Ertüchtigung zur Regelaufgabe im Smart-Grid (z. B. PQ-Netzausnutzung)
- System-Management mittels einem benutzerfreundlichen Multi-Device-Tool zur einfachen Inbetriebnahme und einem effizienten Unterhalt
- Große Verteileranlagen (Abgänge) werden kontinuierlich mit nur einem metrologisch zertifizierten Messsystem überwacht
- Geringer Platzbedarf aufgrund der einmaligen Spannungsmessung
- Geringer Verdrahtungsaufwand auf Basis der skalierbaren Strom-Sensoren
- Ein Abschalten der Anlage zur Installation des Messsystems ist aufgrund der non-invasiven Rogowski-Messtechnik nicht notwendig (Achtung: Arbeitsschutz & Sicherheit beachten)
- Sehr hohe Robustheit durch bewährtes Koaxial-Prinzip
- Stromwerte sind zeitsynchron zur Spannung (IEC61000-4-30)
- Optionale Störfallaufzeichnung im Kurzschlussfall
- Diverse Kommunikations-Schnittstellen (Modbus TCP/IP, Modbus RTU, REST API, IEC61850, Cloud mit MQTT, Webbrowser) ermöglichen eine hohe Anbindungsflexibilität zu parallelen als auch übergeordneten Systeme
- Multilingual
- Schneller Roll-out mit robuster Messtechnik
Stationäre Netzqualitäts- und Lastflussmessung
Mobile Netzqualitäts- und Lastflussmessung
Nicht zu vergessen…die Daten- und Manipulationssicherheit auf der Ebene Messgeräte
Fazit
Die elektrische Netzkomplexität steigt zunehmend weiter. Dazu ist es für Sie als Verteilnetzbetreiber wahrscheinlich wichtig, gute Transparenz im Netz zu schaffen und diese nutzenbringend zu verarbeiten. Dazu sollten Sie hochwertige Messsysteme in Kombination mit modernen Softwarelösungen in Betracht ziehen.
Zudem sollten Sie die Zeit-Synchronität nicht ausser Acht lassen. Gerade im Bereich der Skalierbarkeit sind PQI oftmals nicht in der Lage, Strom- und Spannungsereignisse zeitsynchron zu ermitteln oder gar darzustellen. Das hindert an einer Echtzeitdatenermittlung.