Netz­span­nung und Last­strö­me live im Blick

Der Prototyp des Elec­trical Data Recorder. (Bild: A. Bram­siepe, KIT)

Die Versorgung mit elektrischer Energie wandelt sich: Je weiter die Energie­wende voran­schreitet, desto mehr Strom aus fluktu­ie­renden erneuer­baren Quellen, wie Sonne und Wind, wird ins Netz ein­ge­speist – häufig von dezen­tralen Erzeugern. Das Strom­netz muss somit lokal wech­selnde Erzeu­gungs- und Last­situa­tionen aus­gleichen, um eine durch­weg zuver­lässige Ver­sor­gung auf­recht­zu­erhalten. Dazu werden intel­li­gente Netze künftig Erzeuger, Speicher und Ver­braucher über Infor­ma­tions- und Kommuni­kations­techno­logien mit­ein­ander ver­binden und auf­ein­ander ab­stimmen.

Eine besondere Herausforderung bildet dabei die zunehmende Zahl der Ver­braucher, die zugleich als Erzeuger fungieren und deze­ntral Strom aus Sonnen- oder Wind­energie ein­speisen. Sie über­nehmen einen steigen­den Anteil an der Erzeu­gung, tragen aber nur begrenzt dazu bei, die Span­nung zu stabi­li­sieren und Regel­energie bereit­zu­stellen. „Daher benö­tigen wir Betriebs­führungs­konzepte, die nicht nur die Trans­port­kapa­zität des Strom­netzes opti­mal nutzen, sondern auch eine hohe Ver­sor­gungs­qualität gewähr­leisten“, sagt Heiko Maaß vom Karls­ruher Institut für Techno­logie. „Die Basis dafür bilden detail­lierte Simu­la­tionen und hoch­auf­ge­löste Mess­daten aus dem laufen­den Netz­betrieb.“

Unter seiner Leitung hat ein Forscherteam deshalb den Elec­trical Data Recorder, kurz EDR, ent­wickelt, ein Moni­to­ring- und Analyse­werk­zeug für elek­trische Energie­netze. Das Gerät lässt sich nahe dem Ver­braucher oder in indus­tri­ellen Anlagen instal­lieren und zeichnet Netz­spannung und Last­ströme punkt­genau auf. Dank einer gepuf­ferten Strom­ver­sor­gung läuft die Auf­zeich­nung sogar während eines Spannungs­ver­lusts weiter. Der EDR kann drei Spannungs­kanäle und vier Strom­kanäle synchron mit einer Auf­lösung von 16 Bit und Abtast­raten bis 25 Kilo­hertz konti­nuier­lich auf­zeichnen. Über eine GPS-Synchro­nisa­tion lassen sich sämtliche Mess­werte von ver­teilten Mess­orten zeit­lich zuordnen. Sofern eine leistungs­fähige Netz­werk­anbin­dung ver­fügbar ist, lassen sich die voll­ständigen, hoch­auf­ge­lösten Mess­daten fort­laufend in einer Daten­bank ablegen, um sie später zu ver­arbeiten. Eine lokale Zwische­speiche­rung in voller Auf­lösung für eine Auf­zeichnungs­dauer von rund acht Wochen ist eben­falls möglich.

Der EDR bietet eine grafische Benutzeroberfläche mit Touch-Unter­stützung, über die der Nutzer die Auf­zeich­nung steuern sowie die Abtast­werte und die daraus berech­neten Kenn­werte anzeigen lassen kann. Die Geräte lassen sich sowohl einzeln als auch im Verbund ein­setzen, im letzteren Fall steuert und über­wacht eine zentrale Anwen­dung sämt­liche Geräte. Der Verbund­betrieb ermög­licht zusammen mit der fort­lau­fenden Auf­zeich­nung, den Ver­lauf und die Aus­brei­tung von Störungen detail­liert zu unter­suchen. „Künftig soll der EDR darüber hinaus zur mess­daten­ge­trie­benen Model­lierung von Netz­seg­menten und Betriebs­mitteln dienen“, erklärt Maaß. „So kann er dazu bei­tragen, die Qualität von System­modellen und damit auch die Steue­rung von Smart Grids wesent­lich zu ver­bessern.“ (Quelle: KIT / pro-physik.de)

Link: Institut für Automation und angewandte Informatik, Karlsruher Institut für Technologie

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