Analyse und Konzept zur Überwachung der Spannungsqualität in Verteilnetzen

Abstract

Die Bewältigung der Herausforderungen des Klimawandels erfordert einen grundlegenden Wandel der elektrischen Energienetze, um den Anforderungen der Zukunft gerecht zu werden. Die Beteiligung privater Haushalte am Betrieb elektrischer Energienetze resultiert in einer Steigerung des Anteils erneuerbarer Energieträger. Die Integration dezentraler regenerativer Energieerzeugungsanlagen, wie beispielsweise Photovoltaik (PV) und Windkraft, stellt die Betreiber von Verteil- und Übertragungsnetzen vor neue Herausforderungen. Um den neuen Anforderungen gerecht zu werden, ist eine Weiterentwicklung der Netzführung erforderlich. Dabei spielt die Digitalisierung der Verteilnetze zur Erhöhung der Monitoring-Fähigkeiten eine entscheidende Rolle. Die vorliegende Diplomarbeit widmet sich der Frage, wie die Digitalisierung in elektrischen Verteilnetzen vorangebracht werden kann. Zu diesem Zweck erfolgt zunächst eine Identifikation der aktuellen Problematiken der Versorgungsnetze im Hinblick auf die Netzspannungsqualität und die Netzzustandsdaten. Diese Diplomarbeit verfolgt das Ziel, einen Beitrag zur Bewältigung der gegenwärtigen Herausforderungen zu leisten. Im Rahmen dieser Untersuchung erfolgt ein Vergleich zweier Messgeräte, um die Vor- und Nachteile des kostengünstigeren SICAM Enhanced Grid Sensor (EGS) im Vergleich zum State-of-the-Art-Netzanalysator SICAM Q200 aufzuzeigen. Der Vergleich basiert sowohl auf theoretischen Überlegungen als auch auf Vergleichsmessungen, welche die Messgenauigkeit der beiden Geräte ermitteln sollen. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse erfolgt im Anschluss die Konzeption einer effizienten Spannungsqualitätsüberwachung, welche in realen Anwendungen evaluiert wird. Die Resultate der vorliegenden Diplomarbeit bieten Verteilnetzbetreibern wertvolle Unterstützung bei der Bewältigung der Herausforderungen der Energiewende. Das entwickelte Gesamtkonzept zielt auf eine verstärkte Digitalisierung der Verteilnetze ab. Ein weiterer Vorteil besteht in der Monitoring-Möglichkeit für Messstellen im gesamten Energienetz, die einfach analysiert werden kann.

In order to overcome the challenges of climate change, there is a need for an underlying transformation of the electrical energy grids. The involvement of private households in the operation of electrical energy grids has the potential to increase the share of renewable energy sources. The integration of decentralised renewable energy generation plants, such as photovoltaics (PV) and wind power, presents new challenges for distribution and transmission grid operators. Further development of grid management is necessary in order to meet the new requirements. The digitalisation of distribution grids plays acrucial role in enhancing monitoring capabilities.This diploma thesis is concerned with the issue of increasing digitalisation in electrical distribution grids. In order to achieve this objective, it is first necessary to identify the current issues facing supply grids with regard to grid voltage quality and grid status data. The aim of this thesis is to make a contribution to improving the current challenges. To this end, a comparison of two measuring devices is first carried out to demonstrate the advantages and disadvantages of the more cost-effective SICAM Enhanced Grid Sensor (EGS) compared to the state-of-the-art SICAM Q200 grid analyser. The comparison is based on both theoretical considerations and comparative measurements to determinethe measurement accuracy. Subsequently, a concept for efficient power quality monitoring is developed and evaluated in real applications.The results of this thesis allow distribution grid operators to better manage the challenges of the energy transition. The overall concept developed enables increased digitalisation of distribution grids, thereby enhancing operational efficiency. Another advantage is the monitoring option for measuring points throughout the energy grid, which can also be easily analysed.