Quirinus-Control - Energie zukunftssicher machen

Quirinus-Control Laufzeit: 01.06.2022 - 31.05.2026 Schwerpunkte: #Spannungsqualität #Wide-Area-Monitoring

QUIRINUS-Control ist ein umfangreiches Forschungsvorhaben zur objektiven Bewertung und somit der zukünftigen Sicherung der Spannungsqualität vor dem Hintergrund der Abkehr von Großkraftwerken sowie der weiteren Integration von umrichterbasierten Anlagen im Rheinischen Revier. QUIRINUS-Control bietet interdisziplinäre Ansätze durch ein Konsortium aus Forschungseinrichtungen, Netzbetreibern, Beratern, Messgeräteherstellern, Softwareentwicklern und Anlagenherstellern zur Identifikation von möglichen Spannungsqualitätseinbußen. Insbesondere zielt QUIRINUS-Control mit dem Aufbau eines Wide-Area-Monitoring Systems als Werkzeug im Rahmen des Projektes auf die Erarbeitung von systemischen Lösungsmaßnahmen und Komponentenlösungen sowie der Ableitung von Best Practice Lösungen ab. Das zentrale Ziel des Teilprojektes der FGH besteht in der Projektkoordination und der simulativen Bewertung und Identifikation von Lösungsmethoden.

Ihre Ansprechpartner: Christoph Wirtz, Max Murglat und Christoph Kahlen

Verbundvorhaben: InnOpTEM - Innovative Ansätze zur Optimierung von Topologiemaßnahmen im Engpassmanagement des Netzbetriebs; Teilvorhaben: Projektkoordination, Implementierung KI-basierter Methoden und Methoden basierend auf einer Mensch-Maschine Interaktion

InnOpTEM Laufzeit: 01.09.2022 - 31.08.2025 Schwerpunkte: #Topologieoptimerung #Netzoptimierung #Sicherer Systembetrieb

Die Planung und der Betrieb des Übertragungsnetzes sind durch Unsicherheiten geprägt, die unter anderem auf den steigenden Anteil an Einspeisung aus dargebotsabhängigen Anlagen zurückzuführen sind. Zur Beherrschung dieser Unsicherheiten haben die Übertragungsnetzbetreiber zeitlich gestaffelte Prozesse implementiert, in denen zur Gewährleistung der Systemsicherheit geeignete Maßnahmen aktiviert werden. Rechnergestützte Optimierungsverfahren sind in diesen Prozessen unerlässlich. Durch die Anpassung der Netztopologie ist es möglich, Leistungsflüsse im Übertragungsnetzbetrieb zu steuern und gegebenenfalls Netzengpässe zu reduzieren. Hierdurch können kostenintensive Redispatchmaßnahmen reduziert werden. Aufgrund der hohen Problemkomplexität werden topologische Maßnahmen heute nicht gemeinsam mit weiteren Maßnahmen optimiert.

In diesem Forschungsprojekt werden Lösungsansätze konzipiert und umgesetzt, welche in einem integrierten Verfahren Schaltzustandsänderungen und Redispatchmaßnahmen simulativ bewerten und optimieren. Das zentrale Ziel des Teilprojektes der FGH besteht neben dem Projektmanagement in der Umsetzung des Basisansatzes als Grundlage für die praxisnahe Simulationsumgebung zur Gewährleistung der Anwendbarkeit der entwickelten Konzepte. Anhand des Basisansatzes sollen Anforderungen an Verfahren zur Topologieoptimierung identifiziert werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen soll die Entwicklung der innovativen Ansätze aller Projektpartner erfolgen.

Darüber hinaus konzipiert und implementiert die FGH die KI-basierten Methoden sowie Methoden, die auf einer Mensch-Maschine-Interaktion basieren. Die KI-basierten Ansätze umfassen den Einsatz von KI zur Topologieoptimierung, sowie KI-basierte Maßnahmen zur Vereinfachung der Problemstellung. Die Mensch-Maschine-Interaktion dient zum einen der Visualisierung der vorgeschlagenen Schaltzustände für die Anwendung in der Systemführung, sowie der Berücksichtigung von Modifikationen durch das systemführende Personal.

Ihr Ansprechpartner: Marco Gehrmann

Zuverlässige Druckentlastungsberechnungen in der Niederspannung

IGF-Vorhaben Nr. 22533 BG Laufzeit:               01.08.2022 - 31.07.2024 Schwerpunkte: #Gleichstromsysteme #Untersuchung von Fehlerströmen und Störlichtbögen #Handlungsempfehlungen zur Vermeidung von Personenschäden und zur Verringerung von Schäden und Ausfallzeiten der Stromversorgung

Inhalt:

Elektroenergieversorgungssysteme basieren bisher vor allem auf Wechselspannung. Durch den verstärkten Einsatz dezentraler und alternativer Energieerzeuger steigt der Anteil an Komponenten, die Gleichspannung benötigen. Ein Feld, in dem bereits heute Gleichspannung genutzt wird, stellen Zwischenkreise drehzahlvariabler Antriebe in z.B. Fertigungsstrecken und Kompressionsmaschinen industrieller Anlagen dar. Außerdem etablieren sich zunehmend Batteriespeicherlösungen, die ebenfalls Gleichspannungssysteme voraussetzen. Für Gleichspannungssysteme müssen die gleichen Ansprüche an Sicherheit und Zuverlässigkeit erfüllt werden wie im vorhandenen Wechselspannungsnetz; sowohl im Hinblick auf den Anlagen- als auch auf den Personenschutz. Für Wechselspannungs-Netze existieren bewährte Schutzsysteme und persönliche Schutzausrüstungen. Es ist zu untersuchen, ob diese auch in Gleichspannungs-Netzen anwendbar sind. Die Untersuchungen sind auf Hochstromgleichspannungslichtbögen bei Kurzschlüssen in Niederspannungsgleichstromsystemen ausgerichtet. Neben der Untersuchung von gleichrichtergespeisten Störlichtbögen liegt der Fokus auf der Untersuchung von Batterieanlagen. Basierend auf aus Messungen abgeleiteten Modellen wird eine Gefährdungsbeurteilung für unterschiedliche Anlagentypen durch Störlichtbögen abgeleitet. Die ermittelten Risiken werden beschrieben und mögliche Schutzmaßnahmen aufgezeigt. Die angestrebten Forschungsergebnisse sind insbesondere von kleineren und mittleren Unternehmen aus vielfältigen Bereichen der Energieerzeugung und -verteilung nutzbar, z.B.:

Hersteller von Schaltanlagen (in Deutschland sind eine Vielzahl davon KMU)

Hersteller von Batterien

Betreiber von Gleichstromnetzen (z.B. in Industriebetrieben)

Betreiber von Batterieanlagen

Verteilnetzbetreiber

Ingenieur- und Architekturbüros für die Bereiche

- Anlagen- und Gebäudeplanung

- Netzberechnungen für Verteilungsnetze

- Anlagen- und Personenschutz

Handwerksbetriebe, die Schaltanlagen installieren

Projektphase zwei: Wir entwickeln Prüfvorschriften für die neuen ENSURE-Technologien

ENSURE II Laufzeit: 01.02.2020 - 31.07.2023 Schwerpunkt: #Transformation des Energiesystems, #Prognoseunsicherheiten im Verteilnetz und Übertragungsnetz #Sektorenkopplung

Akkreditierte Labore müssen die in ENSURE entwickelten Technologien streng prüfen. Der Grund sind Auflagen und das erhöhte Risiko ungeprüfter Komponenten im Netz. 
Damit wird das Risiko eines Fehlerfalls im Demonstrationsbetrieb weitestgehend ausgeschlossen. Die FGH erstellt für die in ENSURE bislang entwickelten Technologien und Lösungen Prüfvorschriften ausgehend von bestehenden Normen. Durch den Neuheitscharakter der innovativen Entwicklungen sind größtenteils keine umfassenden Vorschriften für eine Prüfungsprojektierung und -durchführung vorhanden. Somit müssen wir bestehende Vorschriften durch geeignete Passagen erweitern oder komplett neu entwickeln.

Aufbauend auf den entwickelten Prüfvorschriften und geeigneten Prüfszenarien werden die entsprechenden Prüfungen in geeigneten Laboren projektiert und von der FGH begleitet. Die Ergebnisse bereiten wir auf und analysieren sie mit Blick auf die Demonstration im Netz.

Wir stimmen uns mit den Netzbetreibern ab und geben die Komponenten zum Einbau frei – oder spielen die Ergebnisse an die jeweiligen Entwickler zurück. Erlangte Erkenntnisse aus den Definitionen der Prüfvorschriften sowie den Prüfungsresultaten tragen wir in entsprechende Normungsgremien – zusammen mit den weiteren beteiligten Partnern (vorrangig Hersteller und Netzbetreiber).

Datenmodell und Kommunikationsstack für den FlexHub

FlexHub Laufzeit: 01.01.2019 – 30.06.2022 Schwerpunkt: #Flexibiltätsdatenregister #flexible Verbraucher #flexible Erzeuger

Im BMWi-Forschungsprojekt FlexHub entwickelt die FGH unter anderen mit der RWTH Aachen ein verteiltes Flexibilitätsdatenregister mit einem Energiemarkt für flexible Verbraucher und Erzeuger. Dezentrale, flexible Verbraucher und Erzeuger werden dabei über eine sichere Infrastruktur angebunden und deren verfügbare markt- und netzdienliche Flexibilitäten mit den dafür relevanten Mess- und Prognosedaten über ein verteiltes System zur Verfügung gestellt. Dies ermöglicht die Kontrahierung von Flexibilität zwischen den beteiligten Marktrollen in der jeweiligen Ampelphase über eine verteilte, offene, dynamische und diskriminierungsfreie Plattform, die als Datendrehscheibe und Steuerungseinheit für intelligente Netze dient.

Um eine flächendeckende Verfügbarkeit der Lösung zu gewährleisten, bringt das Projektkonsortium die Lösung in die Normierungsgremien des IEC-61850-Standards ein. Das Energiemarktdesign und die Standardisierung sorgen somit für eine umfassende Flexibilitäts-Lösung im Rahmen des Redispatch 2.0, die auch auf absehbare, zukünftige Engpassproblematiken - z.B. in der Niederspannung durch z.B. E-Mobilität - übertragbar ist.

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderte Projekt wird in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen, den Fraunhofer-Instituten FIT und FKIE, der HAW Hamburg, der Kiwigrid GmbH und der Mitnetz Strom GmbH durchgeführt.

Netze für die Stromversorgung der Zukunft

OVRTuere Laufzeit: 01.11.18 – 30.04.22 Schwerpunkte: #Netzstabilität #Versorgungssicherheit #Energiewende #OVRT #Netzmodelle

Das Stromnetz muss stabil und sicher sein – das ist für die Gesellschaft und Wirtschaft von entscheidender Bedeutung. Ein Thema, das dabei in den Fokus von Forschung und Netzbetreibern rückt: zeitweilige Überspannungsereignisse. Diese können beispielsweise als Folgeereignis von Netzstörungen auftreten, wenn es im Rahmen eines Fehlers zu einem Verlust von Einspeiseleistung oder Lastabwurf kommt.

Überspannungsereignisse sind zwar kein neues Phänomen, aber die Energiewende bewirkt eine zunehmende Dezentralisierung. Und die kann das Problem verkomplizieren.  

Das Forschungsvorhaben "OVRTuere (Over Voltage Ride Through – Zeitweilige Überspannungen und abgeleitete Regeln für einen effizienten und sicheren Netzbetrieb)" analysiert umfassend die technischen Ursachen für kritische großräumige Überspannungen im Stromnetz.

Die teilnehmenden Konsortialpartner 

• übernehmen vielfältige Aufgaben rund um die Analyse der Überspannungsereignisse
• untersuchen Gegenmaßnahmen
• erstellen eine Netzmodellierung und dynamische Simulation
• und entwickeln Konzepte, um die Stabilität im Stromnetz zu sichern und zu verbessern.

FGH e.V. und FGH GmbH sind beide Partner im vom BMWi geförderten Forschungsprojekt OVRTuere, in welchem Ursachen für zeitweilige Überspannungen sowie deren zu erwartende Profile hinsichtlich Höhe und Dauer analysiert und schließlich aus Systemsicherheit zu vermeidende Ereignisse abgeleitet werden. Darauf basierend soll ein gesamtheitlich effizientes Paket von Abhilfemaßnahmen unter Einbezug von netz- und kundenseitigen Maßnahmen abgeleitet werden. Für die kundenseitig erforderliche Störfestigkeit gegenüber den zeitweiligen Überspannungen (High-Voltage-Ride-Though) werden bestehende Testverfahren bewertet und bei Bedarf weiterentwickelt.

Die konkreten Projektschritte sind:

• Entwicklung eines Verfahrens zur Netzmodellierung und Simulation von Überspannungsereignissen auf Verteilnetzebene
• Modellierung von Netzeinspeisung und Lasten
• Ereignisrecherche und Szenarienbildung
• Analyse netzseitiger Maßnahmen zur Überspannungsbegrenzung und Konzeptentwicklung

Simulation und Bewertung effizienter Betriebskonzepte für aktive Verteilnetze

Ein SINTEG- Projekt: Wir gestalten die Stromnetze der Zukunft mit

Wie können zukunftsfähige Energiesysteme großflächig zum Einsatz kommen? Das untersuchen die FGH und 31 weitere Konsortialpartner im Rahmen von enera. Das Projekt ist Teil des Förderprogramms vom Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) „SINTEG – Schaufenster Intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende“. 

Ziel ist es, in großflächigen „Schaufensterregionen“ skalierbare Musterlösungen für eine umweltfreundliche, sichere und bezahlbare Energieversorgung bei hohen Anteilen Erneuerbarer Energien zu entwickeln und zu demonstrieren. Im Zentrum stehen dabei die intelligente Vernetzung von Erzeugung und Verbrauch sowie der Einsatz innovativer Netztechnologien und -betriebskonzepte. Die gefundenen Lösungen sollen als Modell für eine breite Umsetzung dienen. Das Bundeswirtschaftsministerium fördert die fünf Schaufenster mit insgesamt über 200 Mio. Euro. Zusammen mit den zusätzlichen Investitionen der Unternehmen werden über 500 Mio. Euro in die Digitalisierung des Energiesektors investiert. SINTEG ist damit ein wichtiger Beitrag zur Digitalisierung der Energiewende.

An den SINTEG-Schaufenstern sind über 200 Unternehmen und weitere Akteure, bspw. aus der Wissenschaft, beteiligt. Die FGH wird im Einzelvorhaben die Simulation und Bewertung von effizienten Betriebskonzepten für aktive Verteilnetze durchführen und untersuchen, wie die Vielzahl innovativer Lösungsansätze für Smart Grids beim Netzbetrieb und der Netzplanung berücksichtigt werden können. Hierdurch soll die gesteigerte Komplexität reduziert werden. 

Zu diesen innovativen Konzepten gehören zum einen Betriebsmittel wie der regelbare Ortsnetztransformator oder supraleitende Kurzschlussstrombegrenzer. Zum anderen zählen auch neuartige Betriebskonzepte, bspw. die Nutzung von Flexibilität auf Kundenseite durch Last- und Einspeisemanagement, Blindleistungsbereitstellung oder Topologieoptimierungen durch steuerbare Trennstellen dazu. Einen besonderen Schwerpunkt stellt die Ausgestaltung der zukünftigen Betriebsplanungsprozesse im Verteilnetz sowie deren Abstimmung untereinander und mit vorgelagerten Netzbetreibern dar. Aus den zu konzipierenden und zu implementierenden Simulationsverfahren resultieren zudem Werkzeuge für Netzbetreiber, mit denen diese bei der Transformation von einem passiven zu einem aktiven Verteilnetz unterstützt werden. Mithilfe von Systemstudien wird außerdem aufgezeigt, welche Auswirkungen es auf das Gesamtsystem hat, wenn dieser Transformationsprozess flächendeckend erfolgt.

Wir

• entwickeln und erproben Konzepte
• gestalten zukünftige Stromnetze aus
• und leisten einen Beitrag zu wirtschaftlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen.