Netzsteuerung per Algorithmus

Das Schweizer Unternehmen DEPsys hat mit GridEye eine Technologie für die Echtzeitsteuerung des Verteilnetzes entwickelt, die äußerst einfach installiert werden kann. Für Monitoring und Steuerung bedarf es noch nicht einmal eines Netzmodells.

Obwohl gerade im Verteilnetz häufig von dezentraler Intelligenz gesprochen wird, gibt es verschiedene Ansätze für moderne Steuerungsmethoden. Zentrale Herausforderung für Engpassmanagement und Steuerung ist das Netzmonitoring, also das Wissen und das Verhalten auf der unteren Netzebene. Diese Aufgabe erfüllt das System GridEye des Westschweizer Herstellers DEPsys. Es wird eingesetzt für die Steuerung von Lasten, Batterien, Umrichtern und Transformatoren, aber auch für die Unterstützung der Elektromobilität. Seit 2012 wird es entwickelt, ist bereits patentiert und wird von einigen Netzbetreibern vor allem in der Schweiz, aber auch in anderen europäischen Ländern, eingesetzt.

Schlüssel liegt in der embedded Software

Die GridEye-Plattform arbeitet mit drei Ebenen: der Hardware, der eingebetteten Software und einem Server. Jedes Feldgerät enthält die komplette Mess- und Steuerintelligenz in seiner eingebetteten Software. Sie werden ohne Betriebsunterbrechung in Ortsnetzstationen oder Verteilschränken, beziehungsweise bei Flexibilitäten, installiert. Je nach individuellem Einsatzort werden dort auch die Steuerfunktionen implementiert. Nach der reinen Lehre ist diese Lösung dezentral, denn die einzelnen Module können autark an den Netzknoten arbeiten. Sie liefern die Basisdaten, um das Verteilnetz überwachen und optimieren zu können. Dabei kann etwa auch die Einspeisung einer Erzeugungsanlage über die Steuerung des Wechselrichters optimiert werden.

GridEye macht im Vergleich zu anderen Konzepten, wie etwa intelligenten oder regelbaren Ortsnetzstationen, einige Dinge anders. Das lässt sich nicht nur an der reinen Größe oder dem einfachen Einbau von Grid- Eye sofort erkennen. Die innovativen Ansätze finden sich im Innenleben wieder, also vor allem bei der Software, die die Messung und die Steuerung ermöglicht. Die Besonderheit von GridEye ist dabei, dass das System anhand der lokalen Messdaten das gesamte Netz überwachen kann.

Foto: DEPsys SA

Normalerweise wird bei anderen Konzepten für die Erfassung des Ist-Zustandes die Topologie des Verteilnetzes herangezogen. Bei GridEye ist gerade dies nicht mehr notwendig. Die einzelnen Feldgeräte machen hochpräzise lokale Messungen, und senden aggregierte Werte an das zentrale System. Die Visualisierung geschieht dort entweder auf der Ebene Gerät, Ortsnetz oder Verteilnetz, wobei aber keinerlei zusätzliche Infrastruktur benötigt wird, um das Gesamtverhalten des Verteilnetzes zu schätzen.

„Die Philosophie von GridEye besteht darin, möglichst wenig Bedingungen an die vernetzte Kommunikation der Betreiber zu stellen“, sagt Marc Schreiber. Es sammelt nicht wie andere Systeme umfassende Daten und muss diese im Sinne von Big Data aufwendig auswerten. Zwischen den lokalen Feldgeräten und dem Server werden daher alle zehn Minuten bereits aggregierte Daten ausgetauscht.

Die eingebettete Software beinhaltet einen speziellen Algorithmus, der eine sogenannte Sensitivitätsanalyse vollzieht. Dabei werden Mess- und Kontrollpunkte in Verhältnis zueinander gesetzt. Konkret wird die Korrelation zwischen einer Leistungsveränderung an einer bestimmten Quelle und der daraus resultierenden Spannungsänderung am Messpunkt beschrieben und durch eine Matrix von Sensitivitätskoeffizienten ausgedrückt. Diesen Algorithmus hat DEPsys innerhalb der letzten sechs Jahre immer weiterentwickelt. Er nutzt ein leistungsfähiges Schätzverfahren: Anhand der an „seinem“ Knotenpunkt gemessenen Spannungsdaten errechnet das Feldgerät Änderungen des Lastflusses im Gesamtnetz. Nach Angaben von DEPsys weichen die Schätzwerte nur sehr gering von den in Tests ermittelten Ist-Werten ab. Der Algorithmus arbeitet mit hoher Frequenz und ermittelt die Sensitivitätskoeffizienten innerhalb von 60 Sekunden neu. „Vorteile dieses modelllosen Ansatzes sind geringere Investitionskosten, reduzierte Betriebskosten sowie eine vereinfachte Installation und sofortiger Betrieb“, fasst Schreiber zusammen. Dazu kommt, dass diese Technik zur Ermittlung der Netztopologie herangezogen werden kann, was vor allem bei unbekannten Netzen oder im Fall von geschalteten Netzen sehr interessant ist.

Dezentral und offen

GridEye besteht aus verschiedenen Softwareanwendungen: Network Supervision, Grid Analytics, Grid Control, Energy and Flexibility Management, System Design, Asset Management und Grid Discovery. Weitere Anwendungen kommen laufend hinzu. Diese Programme laufen autark auf den einzelnen Feldgeräten. Das zentrale Serversystem fungiert als IoT-Plattform, die Visualisierung, Konfiguration und Datenmanagement übernimmt. Der Anwender verbindet sich mit dieser Plattform, um GridEye zu bedienen.

Die lokalen Einheiten enthalten jedoch die gesamte Intelligenz und können auch bei Ausfall des Serversystems weiterarbeiten. Diese zentrale Einheit ist ebenso dazu in der Lage, Daten gesammelt an ein Leitsystem auf Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsebene weiterzuleiten. Drittsysteme (SCADA, Smart Metering Systeme, Smart Home oder etwa Elektromobilität) können über offene Schnittstellen über das zentrale System angeschlossen werden. Gleichzeitig werden nach Angaben von DEPsys höchste Sicherheitsstandards an die Kommunikation eingehalten. Die lokalen Systeme von GridEye unterstützen ebenso Standardschnittstellen, um mit anderen lokalen Systemen via Funk, Powerline oder Glasfaser zu kommunizieren.

Referenzen

In der Schweiz kommt die Technologie bereits zum Einsatz. Mehrere Projekte haben schon bewiesen, dass sich die Investition innerhalb kurzer Zeit amortisiert, etwa durch verbesserte Einspeisung von Solarenergie. Ende 2017 entschied sich der Stromnetzbetreiber Romande Energie für eine großflächige Implementation über die nächsten Jahre. Es gibt bereits einige internationale Projekte in Italien, Belgien, Irland, Deutschland oder Österreich. Auch außereuropäisch (Singapur) realisiert DEPsys schon Projekte. Derzeit treibt das Unternehmen die Expansion in den deutschen und nordeuropäischen Markt voran.

Einsatzfall Elektromobilität

Die Funktionen von GridEye werden, neben Gebieten mit großer Solareinspeisung, besonders benötigt, wenn mehr Elektromobilität in das Verteilnetz integriert werden soll. Dabei fungiert es als Bindeglied zwischen dem Netz und dem Managementsystem für die Elektromobilität. Ansatzpunkte gibt es ansonsten an allen entscheidenden Punkten der Infrastruktur: „GridEye kann Daten mit allen Playern und an allen relevanten Schnittstellen der E-Mobilität-Infrastruktur austauschen“, so Schreiber. Die Grundidee ist dabei, den Netzzustand in Echtzeit zu ermitteln und durch Steuerung der vorhandenen Flexibilitäten das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch sicherzustellen.

Der Datenaustausch geschieht zwischen den Serversystemen via einer API oder zwischen GridEye und den Ladestationen per verschiedener, marktüblicher Protokolle. Ziel ist ein netzdienliches Lademanagement auf Basis einer detaillierten Power-Quality- Analyse. „So kann gleichzeitig ein effizienter Lastfluss und die maximale Sicherheit des Verteilnetzes garantiert werden“, sagt Marc Schreiber. Verteilnetzbetreiber können etwa den Ladestationen automatisiert per Fernsteuerung Grenzen für den Ladevorgang setzen. Ebenso ist die Integration von Preisinformationen in das Lastmanagement möglich. Grundsätzlich erkennt GridEye Flexibilität im Netz, die durch Lastverschiebungen bei Verbrauch und Einspeisung gewonnen wird, und schafft so Möglichkeiten, neue Ladestationen in den jeweiligen Netzknoten zu integrieren.

Kontakt: DEPsys SA, Route du Verney 20B, 1070 Puidoux, Schweiz, Tel. +41 21 546 23 00, info@depsys.ch

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