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1 Life Needs Power - Forum, Intelligentere Verteilnetze Basis für eine erfolgreiche Energiewende Bernd Schüpferling, Senior Key Expert Control Technology MV Switchgears, Infrastructure & Cities Sector, Siemens AG Answers for infrastructure and cities.

2 Regenerative Energie & Smart Grid Veränderung der Verteilnetze Heute Unidirektionaler Energiefluß Bidirektionaler Energiefluß Morgen Erzeugung auf MS-Ebene Radiales System Einfacher Schutz Keine Datenerfassung Keine Intelligenz Erzeugung / Verbrauch auf NS-Ebene e-car Infrastruktur Energie Speicher Regelbarer Ortsnetz Transformator Erzeugung auf MS-Ebene Vermaschtes System Schutz mit Richtungserfassung Umfangreiche Automatisierung Multifunktionale Kommunikation Seite 2

3 Einspeisung aus dezentralen Erzeugungsanlagen verursacht neue Problemstellungen Der Anteil erneuerbarer, dezentral erzeugter Energien nimmt stark zu Die Einspeisung erfolgt in das - MS-Verteilnetz durch große PV-Anlagen, Biogasanlagen, kleine Windparks - NS-Verteilnetz durch zahlreiche kleine PV-Anlagen Folgen: - Veränderter Lastfluß - Stark wechselnde Erzeugung - Spannungsschwankungen Spannungsgrenzen laut EN50160 (+/-10%) sind einzuhalten U max +10% 230 V U min -10% Überspannung durch dezentrale Erzeugung Seite 3

4 Spannungsbandbetrachtung im NS-Verteilnetz mit klassischer Energieerzeugung Spannungsabfall im klassischen Niederspannungsnetz Höchste Spannung in der Ortsnetzstation Niedrigste Spannung am Hausanschluss am Ende der Niederspannungs-Energieverteilung U Länge Seite 4

5 Spannungsbandbetrachtung im NS-Verteilnetz mit dezentraler Energieerzeugung Spannungsanstieg im Niederspannungsnetz mit dezentraler Erzeugung Höchste Spannung am Erzeugungsschwerpunkt oft am Ende der Verteilung Spannungsbandeinhaltung durch Absenken des Spannungslevels an der ONS U Photovoltaik Länge Seite 5

6 Spannungsbandbetrachtung im NS-Verteilnetz mit dezentraler Energieerzeugung Spannungsabfall bei erhöhtem Lastbezug Niedrigste Spannung am Ende der Niederspannungs- Energieverteilung Spannungsbandeinhaltung durch Anheben des Spannungslevels an der ONS U Länge Seite 6

7 FITformer REG nachhaltiges Erfolgsmodell zur Integration erneuerbarer Energien Leistungsbereich bis 630 kva, max. Betriebsspannung: 36 kv Unterspannungs-Lastregelbereich in drei Stufen Betriebseigenschaften und Abmessungen entsprechen denen gängiger Ortsnetztransformatoren Ausführungsbeispiel 21kV / 420V: Lastregelbereich: +/- 400kVA +/- 630kVA Zusätzlicher Oberspannungsseitiger Einstellbereich für optimalen Betrieb: +/- 2,5% und +/- 5% (Einstellbar im spannungslosen Zustand) Seite 7

8 Beispiel für Regelung des RONT auf Basis dezentraler Meßgrößen Power Line Carrier Regelung mit Werten aus dem Niederspannungs-Verteilnetz Spannungsbandeinhaltung bezogen auf die jeweils höchste / niedrigste Spannung Seite IC LMV MS S PLM GIS SI / Schüpferling

9 Weitere Maßnahmen gegen die Folgeerscheinungen dezentraler Energieeinspeisung Netzausbau - Höhere Bemessungswerte für Transformatoren, Kabel... - Anderer Netzanschlusspunkt (auch andere Spannungsebene) Energiespeicher (Batterie, Pumpspeicher, H2, Synthetic Natural Gas) Laden U Entladen Wolke Erzeugungs- und Lastmanagement, erfordert Messwerte und Zustandsinformationen aus Ortsnetzstationen => wachsender Bedarf für Automatisierung / Intelligenz im Verteilnetz Seite 9

10 Verteilnetzautomatisierung heute hoch Grad der Automatisierung der Netze niedrig Seite 10

11 Intelligente Ortsnetzstationen Die Schlüsselstelle im aktiven Verteilnetz An der Schnittstelle vom Mittelzum Niederspannungs- Verteilnetz fungiert die Intelligente Ortsnetzstation als Schlüsselstelle und Taktschläger im aktiven Verteilnetz Alle notwendigen Meldungen / Messwerte / Informationen laufen dort zusammen und ermöglichen ein Entgegenwirken der Probleme, die sich aus der zunehmenden Anzahl von regenerativen Einspeisern ergeben Seite 11

12 Die intelligente Ortsnetzstation - 3-stufige Intelligenz - Transformator 1 Überwachung (Monitoring) Höhere Verfügbarkeit Schnellere Fehlerlokalisierung 2 Fernwirken Minimierung der Ausfallzeiten ("h" "min") 3 Lastflusssteuerung MS-Schaltanlage 8DJH (RRRT) Niederspannung Verlustminimierung Management dezentraler Einspeisungen Seite 12

13 Lastschaltanlage für Ortsnetzstationen 8DJH mit eingebauten intelligenten Komponenten Monitor zur Überwachung des Verteilnetzes SICAM FCM (Feeder Condition Monitor) Smart Grid RTU SICAM CMIC zur Automatisierung von Verteilnetzen Motor Control Unit elektronische Schaltgerätesteuerung in der 8DJH Kleinsignalspannungswandler für FCM nach IEC , 3,25V/ Ur max. 24kV Kleinsignalstromwandler für FCM nach IEC , 300A Seite 13

14 8DJH Compact Maximale Funktion auf kleinster Fläche 8DJH Compact Minimaler Flächenbedarf: Bietet gegenüber einer vergleichbaren Block- oder anreihbaren Anlage mehr Platz für zusätzliche Niederspannungsabgänge oder Smart Grid Funktionalitäten Bietet Platz für zusätzliche Mittelspannungsfunktionen (z.b. zusätzlicher Kabelabgang) Optimierter Trafokabelanschluss oben: geringere Kosten aufgrund kurzem Trafokabel geringerer Aufwand für Verlegung des Trafokabels Geeignet für Netzstationen aller Art: fabrikfertige begehbare und nichtbegehbare Stationen vor Ort errichtete begehbare und nichtbegehbare Stationen Seite 14

15 Smart Grid RTU SICAM CMIC zur Automatisierung von Verteilnetzen Kompaktes mechanisches Design: 128x124x123 mm (BxHxT) Umgebungstemperatur: C Höchste EMV: 5kV (IEC ), IEEE C Schnittstellen: RS232, RS485 und 2x Ethernet 8 Binärausgänge, 12 Binäreingänge Display mit 4 Tasten Stromversorgung DC V Seite 15

16 Überwachung des Verteilnetzes SICAM FCM (Feeder Condition Monitor) Gerichteter Kurzschluss-/ Erdschlussanzeiger geeignet für Netze mit allen Arten der Sternpunktbehandlung Messung von U / I / P / Q / S / cosφ / f Umgebungstemperatur: C LC-Display für Information und Parametrierung Eingänge: 3 x I Phasenstrom oder 2 x I Phasenstrom und 1 x I Erdstrom (empfindlich) (225mV Kleinsignal nach IEC oder 1A) 3 x U Phasenspannung (3,25V/ 3 Kleinsignal nach IEC oder 100V/ 3) Kommunikation: Modbus RTU / RS485 Stromversorgung: DC V / AC 230 V integrierte Pufferbatterie für ~ 20 Jahre Seite 16

17 Kleinsignalstromwandler für FCM nach IEC Ausgangssignal 225mV (bei I P = 300A bzw. 60A) Klassengenauigkeit 0,5 (nur für Phasenstrom), 1 oder 3 Ringkernwandler mit integriertem Präzissionsshunt Verfügbar in 4 Varianten: - als Phasenstromwandler für Einbau um Durchführung - als geteilter Phasenstromwandler für Einbau um das Kabel - als geteilter Summenstromwandler für empfindlichen Erdfehlerstrom - als Durchführungswandler mit 2x Phasenstrom und 1x empfindlichen Erdfehlerstrom Seite 17 17

18 Kleinsignalspannungswandler für FCM nach IEC Ausgangssignal 3,25V / 3 (bei U r max. 24kV) Klassengenauigkeit 0,5, 1 oder 3 Ohmscher Spannungsteiler Spannungssensor für abgesteuerte Kabel-T- Stecker mit symmetrischem Konus an beiden Seiten Seite 18 18

19 Die intelligente Ortsnetzstation Kommunikationsbeispiel Station - RTU - Leitstelle Distribution Management System Wireless (GSM / GPRS) IEC SCALANCE M874 Mobilfunk-Router SICAM CMIC Kompakte Micro RTU, speziell für Ortsnetzstationen RS485 Modbus RTU SICAM FCM Feeder Condition Monitor mit MS-Sensoren, die in der 8DHJ integriert sind Seite 19 MCU Motor Control Unit elektronische Schaltgerätesteuerung in der 8DJH FITformer REG Transformator mit US- Lastregelung in drei Stufen SICAM P85X PowerMeter und Power Quality Recorder

20 Aktuelle Lösungen für intelligente Ortsnetzstationen Seite 20 In 8DJH-Schaltanlage integrierte RTU: SICAM EMIC Bleigel-Akku USV mit Stromversorgungseinheit und Batterie Sicherungsautomaten Modem

21 Aktuelle Lösungen für intelligente Ortsnetzstationen RTU in abgesetztem RTU-Schrank: SICAM EMIC Wireless Modem USV mit Stromversorgungseinheit und Batterie Sicherungsautomaten Ort-/ Fernumschalter Seite 21

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bernd Schüpferling Senior Key Expert Control Technology MV Switchgears Infrastructure & Cities Sector IC LMV MS S PLM GIS SI Hofmannstraße Erlangen Tel.: Fax: Mobil: Seite 22

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