VDE-Studie Schutz und Automatisierungstechnik in aktiven Energieverteilnetzen, April 2016

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1 VDE-Studie Schutz und Automatisierungstechnik in aktiven Energieverteilnetzen, April 2016 Dr. Heiko Englert, Siemens AG Dr. Heinrich Hoppe-Oehl, Westnetz GmbH LNP, Hannover,

2 VDE ETG/ITG Studie Veröffentlicht April 2016 Erhältlich unter: Energietechnische Gesellschaft im VDE formationstechnische Gesellschaft im VDE 2

3 Studienergebnis: Aktive Verteilnetze benötigen mehr dezentrale Automatisierung zudem Netzleittechnik mit neuen übergreifenden Funktionen, nicht weniger lokale Schutztechnik mehr übergreifende Schutzfunktionen Netzleittechnik Schutz- und Automatisierungs -technik Markt (Market) Unternehmen (Enterprise) Betrieb (Operation) Station Feld (Field) Prozess (Process) (Groß-) Erzeugung Transport Verteilung Kundenanlagen Dezentrale Erzeugung

4 Systematik: Welche Lösungskonzepte eignen sich um bestimmte Handlungsfelder / Technische Herausforderungen zu adressieren? Die Auswahl geeigneter Lösungskonzepte für ein Handlungsfeld orientiert sich an Anwendungskriterien und der Reife der Lösungskonzepte Handlungsfeld Handlungsfeld Technische Herausforderung Technische Herausforderung adressiert Lösungskonzept Lösungskonzepte Lösungskonzepte verwendet Komponente Komponente Komponente Komponente Anwendungskriterien A B Realisierungsgrad Eingeführt und angewendet Pilotanwendungen geprüft Kommunikation C Zukünftig für Pilotanwendungen vorgesehen D Derzeit keine Pilotanwendung in Sicht

5 Automatisierungstechnik im Energienetz kein Nutzen ohne Aufwand Nutzen Optimierung des Personalaufwandes im Betrieb, bei der Entstörung und in der geplanten standhaltung Optimierung des Personalaufwandes in Leitstellen und im Flächenbetrieb Schnelle sichere Unterstützung und Abwicklung von Prozessen Überwachung/Steuerung des Prozesses und der Betriebsmittel Automatisierungs- und Regelungsfunktionen Aufwand Automatisierungstechnik muss geplant/gebaut/betrieben werden, Personalaufwand Erforderliche Kommunikationstechnik muss vorhanden sein oder aufgebaut werden

6 Die Strukturen der Automatisierungstechnik richten sich an zwei Regeln aus Erste Grundregel: Die optimale Struktur einer leittechnischen Einrichtung ist erreicht, wenn man die Struktur des zu überwachenden Prozesses vollständig nachgebildet hat. Zweite Grundregel: Jede formation sollte in der Ebene bearbeitet bzw. aufbereitet werden, an der dies zum ersten Mal möglich ist. Zentrale und dezentrale Funktionen prägen die Automatisierungsstrukturen in Energienetzen

7 Dezentrale Einspeisungen dominieren die Aktivitäten der Netzbetreiber bei Überlegungen zum Netzausbau und zur Automatisierung. Bidirektionaler Lastfluss Volatile Einspeisungen Verminderte Kurzschlussleistung. Herausforderungen Schutztechnik Zweiseitige Fehlerströme in Ring-/Stichnetzen Geringere Unterschiede zwischen Last- und Kurzschlussstrom Höhere Auslastung der Betriebsmittel Automatisierungstechnik Mangelnde Beobachtbarkeit Spannungshaltung Umschaltungen selnetzbildung Netzbetrieb Kapazitätsenpässe Netzsicherheits- und Einspeisemanagement Blindleistungsmanagement

8 Wesentliche Ergebnisse und Empfehlungen der Studie Die notwendige Beobachtbarkeit der Netzsituation und Steuerbarkeit von dezentralen Erzeugungsanlagen erfordern erhöhte Aufwendungen in Netztechnik und Netzbetrieb Die Lösungskonzepte sind individuell vom Netzbetreiber technisch und wirtschaftlich zu bewerten - eine universelle Lösung gibt es nicht Notwendige Komponenten zum Aufbau der Lösungskonzepte sind verfügbar Für die erforderlichen formations- und Kommunikationstechnik existieren Übertragungs- und Zeitsynchronisationstechnologien sowie Kommunikationsprotokolle, die die spezifischen Anforderungen für Echtzeit- und echtzeitnahe Anwendungen erfüllen Für die zukunftssichere alternativer Netzausbaukonzepte sind stabile Rahmenbedingungen zu schaffen (Verbände, Regulierung, Politik) Nachhaltige Migrationskonzepte sind unter Berücksichtigung des Kosten-/Nutzen- Verhältnisses zu entwickeln und umzusetzen ( Alles auf einmal geht nicht ). Ein technisch sinnvolles Gesamtkonzept, bestehend aus Automatisierungs- und Netzleittechnik und dem intelligenten Messsystem, ist zu definieren.

9 Technische Empfehlungen 1/2 - Schutztechnik # Empfehlung Status 1 Untersuchung der Auswirkungen des Netzausbaus und der DEA auf die Anregezuverlässigkeit der Schutzsysteme, Sicherstellung des Reserveschutzes 2 Prüfung der Art der Sternpunktbehandlung in Folge zunehmender Verkabelung in sehr großen Netzen. Alternative Lösungsansätze sind zu prüfen. Gefahrener Verstimmungsgrad der E-Spulen sowie die Verfahren zur Erdschlusssuche sind zu prüfen 3 Verstärkter Einsatz von gerichtetem Schutz im MS-Netz, ggf. von Vergleichsschutzkonzepten 4 Untersuchung des Verhalten des Frequenzschutzes, u.a. Auswirkung verteilter starker Einspeisung 5 Entwicklung praxisnaher Modelle für das transiente, dynamische und quasistationäre Verhalten der DEA mit Frequenzumrichtern. Ermittlung der Auswirkung auf Kurzschlussberechnungen und Schutzgeräte. Untersuchung

10 Technische Empfehlungen 2/2 Automatisierung, Netzleittechnik # Empfehlung Status 1 Ausrüstung der Netzleitsysteme für Netzberechnungen und Prognose auch für die Mittelspannungsnetze bei stark fluktuierender Einspeisung 2 Beurteilung des wirtschaftlich sinnvollen Automatisierungsgrades unter den existierenden Randbedingungen der bestehenden Netzinfrastruktur inkl. DEA 3 Verbesserung der vorhandenen Datenqualität in den Verteilungsnetzen (zusätzliche Messstellen, Erfassung in Echtzeit), dadurch Erhöhung der Transparenz und der Netzqualität 4 Entlastung der zentralen Netzführung durch lokale Automatisierungseinrichtungen, dort, wo die zentrale Netzsicht nicht erforderlich ist 5 Bereitstellung von Systemdienstleistungen zur Sicherstellung der Systemstabilität, Steuerung von systemrelevanten veränderbaren Lasten und Erzeugungsanlagen Wird untersucht Wird punktuell umgesetzt

11 Empfehlungen Querschnittsthemen # Empfehlung Status 1 Der Betrieb von selnetzen ist grundsätzlich technisch möglich; dieser bedingt einige Voraussetzungen und zusätzliche Aufwendungen, die von der vorhandenen Netzstruktur abhängig sind. Empfohlen wird, bedarfsorientiert die notwendigen Voraussetzungen zu untersuchen 2 Nutzung von Systemen und Schnittstellen auf Basis existierender Kommunikations- und Datenbeschreibungsstandards, um dem Kostendruck (vestition, Betrieb und Service) zu begegnen 3 Definition eines technisch sinnvollen Gesamtkonzepts bestehend aus Automatisierungs- und Netzleittechnik und dem intelligenten Messsystem Wird untersucht Arbeit

12 Organisatorische Empfehlungen 1/2 # Empfehlung Status 1 Systematische Identifikation der Handlungsfelder sowie Bewertung und Priorisierung von Lösungskonzepten gemäß den Leitsätzen zur 2 Entwicklung und nachhaltiger Migrationskonzepte unter Berücksichtigung des Kosten-/Nutzen-Verhältnisses ( Alles auf einmal geht nicht ) 3 Einbindung der Netzleittechnik in die systemübergreifenden Unternehmensprozesse unter Beachtung der vorgegebenen Sicherheitsstandards 4 Bereitstellung der erforderlichen, aggregierten formationen im Rahmen der Kaskade. Den Netzbetreibern sind über die Fahrweise von Einspeisungen, Lasten und Speichern geeignete formationen (z. B. Fahrpläne) bereit zu stellen 5 Bedarfsgerechte eines ISMS im VNB-Unternehmen, entsprechend geltender Rahmenbedingungen Einführung

13 Organisatorische Empfehlungen 2/2 # Empfehlung Status 6 Nutzung gemeinsamer frastrukturen zur wirtschaftlichen, technischen, organisatorischen Optimierung der Netzbetriebe von VNBs, z. B. mandantenfähige Netzführungssysteme im Querverbund 7 Prüfung der Lösungskonzepte auf Abbildbarkeit und Unterstützung durch existierende Standards und Kommunikationsprotokolle 8 Schaffen stabiler Rahmenbedingungen für die zukunftssichere alternativer Netzausbaukonzepte 9 Anpassung des Anreizsystems zur Berücksichtigung notwendiger vestitionen in Schutz- und Automatisierungstechnik und zugehörigem Betriebsaufwand 10 Aufbau und Qualifikation entsprechender Ressourcen zur Aufrechterhaltung des sicheren Netzbetriebs Prüfung Neue Regeln Neue Regeln Einführung

14 Zusammenfassung Mehrwerte der Studie, Verfügbarkeit Zusammenfassung Die Studie gibt einen Überblick und beschreibt die technischen und betrieblichen Herausforderungen im Verteilnetz. Lösungskonzepte werden systematisch und standardisiert dargestellt und bewertet. Die Empfehlungen haben weiterhin Bestand Nutzen der Studie put für die Überarbeitung von Planungs- und Betriebsgrundsätzen Praxisrelevant und aktuell anwendbar, da der Ausgangspunkt die heutige Situation und installierte Basis ist und ein kurz- bis mittelfristiger Zeithorizont betrachtet wird Leitfaden wie die Lösungskonzepte zum konkreten Handlungsbedarf passen und zu bewerten sind Neu - Beschreibung der Technik und Konzepte (das "Wie") - aus Sicht der Schutz-, Automatisierungs- und Kommunikationstechnik Beitrag zur Standardisierung in nationalen und internationalen Gremien Wo ist die Studie erhältlich? Komplette Studie über

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