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4 | 2014

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Titelthema STROMNETZE |

Titelthema STROMNETZE | Immer komplexere Betriebszustände sicher beherrschen, maximale Versorgungssicherheit gewährleisten, vorhandene Netzkapazitäten optimal nutzen, Risiken erkennen und Nutzen orientiert investieren: Die Ansprüche an Übertragungs-, Verteil- und Industrienetze steigen. Neue innovative Lösungen helfen dabei, Energieversorgungsnetze sicher zu planen und zubetreiben. Bild 1 Um eine vollständige Betrachtung aller möglichen Kombinationen aus Betriebszuständen und Fehlerfällen in Energieversorgungsnetzen zu ermöglichen, werden diese automatisch erzeugt und entsprechend übersichtlich visualisiert. Optimierter Schutz für komplexe Energieversorgungsnetze Die Netzsicherheit stets imBlick Von Energieversorgungsnetzen wird gefordert, dass sie zuverlässig und kostengünstig geplant und betrieben werden, obwohl sich beide Ziele gegenseitig beeinflussen. Die Kostenoptimierung fordert die maximale Nutzung des Netzes und seiner Betriebsmittel. In Folge werden vorhandene Reserven reduziert, und das Netz wirdnäher an seinen Grenzen betrieben. Diese Entwicklung trägt zueiner Erhöhung des Risikos von Versorgungsunterbrechungen bei und erfordert Gegenmaßnahmen, um auch in Zukunft ein hohes Versorgungssicherheitsniveau gewährleisten zu können. Das Schutzsystem übernimmt dabei eine Schlüsselaufgabe zur Wahrung der Versorgungssicherheit. Es hat die Aufgabe, die Aufrechterhaltung des Netzbetriebs sowie Betriebsmittel- und Personenschutz unter allen Umständen sicherzustellen. Diese Aufgabe wird durch das eindeutige Erkennen von Störungen und das schnelle Abschalten des betrof- Siguard ... ist eine Software-Suite, die mit innovativen Lösungen dazu beiträgt, jederzeit eine zuverlässige Stromversorgung zu gewährleisten. Die Software liefert fundierte Entscheidungshilfen. Sokönnen Betriebsmittel optimal ausgelastet, unnötige Abschaltungen und Ausfälle vermieden werden. Weitere Information zur Siguard-Software oder Beratungsleistungen unter i www.siemens.com/siguard fenen Netzbereichs erreicht. Falls die Fehlerklärung nicht erfolgreich ist, kann diese zur Ausweitung eines Störfalls, Beschädigung von Betriebsmitteln und zu Versorgungsunterbrechungen führen. Energieversorgungsnetze sind in ständigem Wandel, und die Schutzsysteme müssen regelmäßig in immer kürzeren Abständen daraufhin überprüft werden, obsie den geändertenAnforderungen genügen. Typische Auslöser, die eine Überprüfung und gegebenenfalls eine Anpassung der Schutzeinstellwerte oder des Schutzsystems nötig machen, sind Netzumbaumaßnahmen, neue Netzschaltungen und sich ändernde Betriebszustände, zum Beispiel durch den Anschluss dezentraler Erzeugungsanlagen. InNetzen mit dezentralen Erzeugungsanlagen oder mit vermaschten Strukturen erreichen herkömmliche Überprüfungsverfahren für Schutzsysteme häufig die Grenzen ihrer Anwendbarkeit. Zu viele Kombinationen aus Netz-, Betriebs- und Fehlerszenarien müssten berücksichtigt werden, um die Schutzfunktion lückenlos zu prüfen. Aufgrund des damit verbunden hohen Zeitaufwands können meist nur wenige subjektiv ausgewählte Fehlerfälle betrachtet werden. Dies birgt die Gefahr, dass Betriebszustände übersehen werden, bei denen das aktuelle Schutzsystem nicht einwandfrei funktioniert. Um verdeckte Fehler und daraus resultierende, für den Netzbetrieb potenziell kritische Fälle präventiv zuerkennen, ist es notwendig, komplexe Netze und Schutzsysteme automatisiert und systematisch beurteilen zu können. Für diesen Anwendungsfall und für die integrierte Simulation und Auswertung von Schutz-Performance-Bewertungen hat Siemens das System Siguard PSA (Protection Security Assessment) entwickelt. Verbesserte Netzsicherheit durch Schutz-Performance-Bewertung Die Schutz-Performance-Bewertung umfasst die Überprüfung, Risiko-Bewertung und Verbesserung des Schutzsystems. Siguard PSA verwendet hierfür eine integrierte Netz- und Schutzsimulation und bewertet die Funktion des Schutzsystems durch die Darstellung der echten Selektivität. Durch diese umfassende Betrachtung des Verhaltens desgesamtenSchutzsystems,bestehend aus Hauptschutz und Reserveschutz, können erstmals alle denkbaren Netzund Fehlerszenarien systematisch analysiert werden. Mit herkömmlichen Methoden war dies nicht möglich. Um eine vollständige Betrachtung aller möglichen Kombinationen aus Betriebszuständen und Fehlerfällen zu ermöglichen, werden diese, wie in Bild 1 gezeigt, automatisch erzeugt. Hierfür können die Daten des Netzmodells, Schutzmodells und Betriebszustände aus unterschiedlichen Datenquellen importiert und zusammengeführt werden, zum Beispiel aus Netzberechnungsprogrammen, Geoinformationssystemen, Leitstellen, Betriebsmittel- und Schutzdatenbanken. Abhängig von der Netzgröße kann sich eine sechsstellige Zahl von erzeugten Betriebs- und Fehlerfallkombinationen ergeben.Alle definierten Szenarien werden nun imHintergrund simuliert und die Funktion des Schutzsystems ausgewertet. Dabei werden Fehlerort, -art, und -widerstand entsprechend der Benutzervorgaben auto- 16 BWK Bd. 66 (2014) Nr. 4

Titelthema matisch für alle Schutzbereiche in den ausgewählten Netzgebieten variiert. Die Ergebnisse stehen innerhalb kürzester Zeit zur Verfügung. Der Benutzer erhält eine grafische Übersicht, die alle simulierten Fälle zusammenfasst. Eine Ergebnismatrix visualisiert anhand eines Farbschemas, welche Fälle kritisch sind. Diese können dann bei Bedarf in weiteren Detailansichten genauer analysiert werden (Bild 2). Für Leitstellenanwendungen kann die Auswertung auf eine Zustandsampel reduziert werden. Hiermit kann die Funktion des Schutzsystems einfach vor der Ausführung von Schalthandlungen überprüft und bewertet werden, ob es Risiken für den sicheren Netzbetrieb nach dem geänderten Schaltzustand geben würde. Für Schutzkoordinationsund Planungsanwendungen sind tiefergehende Detailauswertung bis hin zur Simulation kompletter Fehler-Klärungssequenzen und kaskadierender Abschaltungen möglich. Auf Knopfdruck kann ein Schutz-Performance-Bewertungsbericht zur Dokumentation und Qualitätssicherung erzeugt werden. Die Ergebnisse der Schutz-Performance-Bewertung tragen dazu bei, das Schutzsystem unter technischen und wirtschaftlichen Aspekten zu optimieren. Der hohe Automatisierungsgrad ermöglicht es, das gesamte Schutzsystem regelmäßig oder bei Bedarf schnell und effizient zu überprüfen. Damit können gegebenenfalls nötige Verbesserungsmaßnahmen identifiziert, verifiziert und priorisiert werden. EinAnwendungsbeispiel hierfür ist die Erhöhung der Übertragungskapazität durch optimierte Schutzeinstellungen. Hiermit können mit vergleichbar geringen Investitionen in das Schutzsystem Engpassprobleme und dadurch verursachte Netzverstärkungsmaßnahmen vermieden oder zeitlich aufgeschoben werden. Netzreserven optimal nutzen und Versorgungssicherheit gewährleisten Anwendungsfälle in unterschiedlichen Netzformen aller Spannungsebenen haben gezeigt, dass Schutz-Performance-Bewertungen dazu beigetragen haben, die Zuverlässigkeit des Schutzsystems zu erhöhen und damit Schäden an Betriebsmitteln, Versorgungsunterbrechungen, Produktionsausfälle und Imageschäden zu vermeiden. Die präventive Erkennung und Bewertung von Risiken sowie die Möglichkeit, die Wirksamkeit von Abhilfemaßnahmen zu verifizieren, spielt hierfür eine wichtige Schlüsselrolle. Bild 2 Mit der Siguard-PSA-Ergebnisvisualisierung erhalten Benutzer eine grafische Übersicht, die alle simulierten Fälle zusammenfasst. Eine Ergebnismatrix stellt anhand eines Farbschemas dar, welche Fälle kritisch sind. Diese können dann bei Bedarf inweiteren Detailansichten genauer analysiert werden. Siemens‘ innovative Schutz-Performance-Bewertungslösung Siguard PSA wurde aus der Praxis heraus für den Einsatz in Verteil-, Übertragungs- und Industrienetzen konzipiert. Sie ist schutzgeräteherstellerunabhängig einsetzbar, skalierbar und kann auf individuelleAnforderungen angepasst werden. Damit ermöglicht Siguard PSA erstmals eine schnelle und kosteneffiziente Überprüfung des Verhaltens des Schutzsystems bei Änderungen im Netz. Anwender werden bei der Berechnung von Schutzeinstellwerten, bei der Überprüfung des Verhaltens des Netzschutzes vor Schalthandlungen, bei Investitionsentscheidungen und bei der Qualitätssicherung unterstützt. Dadurch wird es möglich, Reserven im Netz optimal zu nutzen, die Zuverlässigkeit des Schutzsystems zu verbessern und eine hohe Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Dr. Thomas Bopp, Prof. Dr.-Ing. Rainer Krebs, Power Technologies International (PTI), Division Smart Grid, Siemens AG, Erlangen i thomas.bopp@siemens.com DAS ENERGIE-FACHMAGAZIN IMPRESSUM ISSN 1618-193X 66. Jahrgang (2014) Herausgeber Verein Deutscher Ingenieure Redaktion Dipl.-Ing. Peter von Hindte (Chefredakteur) Tel. 02 11/61 03-5 26, Fax 02 11/61 03-1 48 Redaktions-Assistenz: Sandra Schüttler, Tel. -1 24 E-Mail: bwk@springer-vdi-verlag.de Redaktionsbeirat Dr.-Ing. E.-G. Hencke, VDI-GEU, Düsseldorf Dr.-Ing. R. Maaß, FDBR, Düsseldorf Prof. Dr.-Ing. H.-J. Wagner, LEE, Ruhr-Universität Bochum Prof. Dr.-Ing. U. Wagner, FfE, München Organ BWK ist Organ des VDI für Energietechnik, der Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE) e.V., München, des Fachverbandes für Dampfkessel-, Behälter und Rohrleitungsbau e.V. (FDBR), Düsseldorf, und des Deutschen Dampfkesselausschusses (DDA). In Fortführung der Zeitschriften „Archiv für Wärmewirtschaft“, „Feuerungstechnik“, „Wärme- und Kältetechnik“, „Praktische Energiekunde“ und vereinigt mit der Zeitschrift „Energie und Technik“. Verlag Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG VDI-Platz 1, 40468 Düsseldorf Postfach 10 10 22, 40001 Düsseldorf Commerzbank AG, BLZ 300 800 00, Kontonummer: 02 121 724 00 SWIFT/BIC-Code: DRES DE FF 300, IBAN: DE69 3008 0000 0212 1724 00 Geschäftsführung: Christian W. Scheyko Layout: Ulrich Jöcker Satz: Medienpartner Mäurer GmbH, 41836 Hückelhoven Druck: KLIEMO printing, Hütte 53, 4700 Eupen, Belgien Copyright Die Zeitschrift und alle in ihr enthaltenen Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. 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