Störfaktoren im Stromnetz überwachen und ausgleichen | 2017-09

Oberschwingungsströme sind Störfaktoren im Stromnetz, die die Netzbelastung erhöhen und dadurch die Effizienz der Stromversorgung verringern. Sie entstehen beispielsweise durch den Einsatz von Frequenzumrichtern in Maschinen, durch Gleich- oder Wechselrichtern in Batteriespeicher- und Photovoltaikanlagen, Elektrofahrzeugen oder auch vielen Schaltnetzteilen für kleine Verbraucher wie Computer oder Handyladegeräte. Durch die Energiewende nimmt der Einsatz von solchen an das Netz angeschlossenen Komponenten zu. Das hat Einfluss auf die Netzqualität und erhöht Netzverluste, was wiederum die Energiekosten in die Höhe treibt. Damit sind supraharmonische Oberschwingungen für Netzbetreiber ein bekanntes und aktuelles Thema. Die badenovaNETZE erforscht, welche Faktoren und Einspeiser supraharmonische Schwingungen verursachen. Da die herkömmliche Messtechnik die Schwingungen nur bedingt abbildet, entwickelte das Projekt unter Laborbedingungen und im Feldversuch präzisere Messverfahren, um Muster über Störungsbilder zu dokumentieren und neue Grenzwerte zu entwickeln. Im nächsten Schritt analysierten die Experten mögliche Lösungswege, um supraharmonische Oberschwingungen zu vermeiden oder auszugleichen. Damit trägt das Projekt dazu bei, das Stromnetz auf die Energiewende vorzubereiten und stabiler und energieeffizienter zu machen.

Drei wesentliche Projekterkenntnisse

• Niederspannung 400 V für Netzbetreiber
  • Wesentliche Auswirkungen durch Lasten sind am deutlichsten in der 400V-Ebene spürbar. D.h. direkt bei den Anschlussnehmer und Anschlussnutzer. Dort treten die Auswirkungen auf Geräte und die Qualität der Energieversorgung unmittelbar auf. Ein Beispiel ist die Messung an einer Trafostation mit entfernter Einspeisung durch eine Wasserkraftanlage. Die Netzrückwirkungen waren Tageszeitbedingt sehr deutlich. Dies deutete auf eine Last hin die lediglich Tagsüber auftritt und somit nicht durch die Wasserkraft verursacht wurde. Positive Beispiele gibt es z.B. in der Innenstadt Freiburg mit wohl gemessenen Oberschwingungen jedoch nur geringer Ausbreitung und führte dann nicht zur Beeinflussung der einzelnen Netzanschlüsse.
• Niederspannung 400 V für Einspeisungen Anschlussnehmer
  • Die deutlichsten Auswirkungen auf die Qualität der Energieversorgung machen sich durch Einspeiseanlagen bemerkbar. Dort ist zwischen Umrichter gespeisten Anlagen und direkt gekoppelten rotierenden elektrischen Maschinen zu unterscheiden. Bei Umrichtergespeisten Anlagen wie z.B. Wechselrichter von Photovoltaikanlagen sind die größten Oberschwingungsanteile bei der Taktfrequenz der Wechselrichter zu verzeichnen. Diese betragen z.B. bei den Windkraftanlagen ca. 4,6 kHz. Bei den direkt gekoppelten Generatoren wie z.B. der Wasserkraftanlage (siehe Folie 17 der Abschlusspräsentation zu den Supraharmonischen) liegen die Störeinflüsse deutlich breiter gestreut wie z.B. bei einem Notstromaggregat (altes SC Station) Frequenz, Spannungsharmonische, Klirrfaktor der Spannung. Bei größeren Anlagen (ca. >400kWel.) sind diese durch gesonderte Transformatoren direkt an das 20-kV-Netz gekoppelt und in der 20-kV-Ebne zu vermessen (siehe 3.)
• Mittelspannung 20.000 V Übertragungsverhalten aus 400 V
  • Wie zuvor beschrieben handelt es sich um direkt gekoppelte Einspeiseanlagen an das 20-kV-Netz. Jedoch ist bei unserer Pilotmessung eindeutig eine Übertragung von der 400-V-Seite auf die 20-KV-Ebene zu erkennen. Die Signalpegel sind jedoch zu schwach, um sich im weiteren Netz auszubreiten. Zusammenfassend kann dann gefolgert werden:
  • • - Keine starke Ausprägung von Frequenzanteilen oberhalb von 2 kHz
    • - Alle Pegel unterhalb von 1 V
    • - Oberschwingungspegel korreliert mit Wirkleistungseinprägung
    • - Auf 20.000V-Primärseite keine Ausprägung von höheren Frequenzanteilen