Digitalisierung in der Mittelspannung

Durch die Digitalisierung in der Mittelspannung werden Verteilnetze transparenter, effizienter und zukunftssicher.  

Die Zukunft des Mittelspannungsnetzes ist digital. Deshalb steht für viele Netzbetreiber die Modernisierung ihrer Ortsnetzstationen (ONS) an. Tempo und Umfang hängen von den technischen Voraussetzungen, der Strategie der Netzbetreiber und den Lösungen der Hersteller ab. Als Spezialist für Mittelspannungstechnik bietet die Horstmann GmbH viel Erfahrung, passgenaue Produkte und individuelle Lösungen zur Digitalisierung von Ortsnetzstationen.

Das Netz ist im Wandel

Seit einigen Jahren entwickelt sich die Technik im Mittelspannungsnetz verstärkt in Richtung Digitalisierung weiter. Der Grund dafür sind die steigenden Anforderungen und die neuen Möglichkeiten. Früher wurden Stromnetze meist zentral geplant und mit gleichbleibender Lastflussrichtung von der Hoch- über die Mittel- in die Niederspannung betrieben. Heute herrschen immer komplexer werdende Verteilnetze mit dezentralen Einspeisestellen und wechselnden Lastflussrichtungen vor. Dabei müssen unter anderem Wind- und Solarparks und die Ladeinfrastruktur für E-Mobility sowie Wärmepumpen, Batteriespeicher und Elektrofahrzeuge in privaten Haushalten integriert werden.

Können Smart Grids Erfahrung ersetzen?

Über viele Jahre war es für erfahrene Leitstellenteams verhältnismäßig einfach, das Netz zu überschauen. Bei komplexen Netzen der heutigen Zeit fällt das deutlich schwerer. Dabei stehen der schwankenden Einspeisung nachhaltig erzeugter Energie die steigenden Anforderungen an eine unterbrechungsfreie Stromversorgung für Endkunden gegenüber. Ein Dilemma, das mehr Netztransparenz erfordert und langfristig nur durch mehr und bessere Sensorik in der Tiefe des Netzes zu lösen ist. Darüber hinaus sind immer häufiger innovative Algorithmen und Künstliche Intelligenz (KI) auf der Leitstelle zu integrieren.

Flexible Lösungen vom Erfinder des Kurzschlussanzeigers

Horstmann ist ein erfahrener Spezialist im Bereich Mittelspannung. Das Leistungsspektrum reicht von nachrüstbarer Messsensorik bis hin zu Lösungen für die Auswertung und Aufarbeitung der Messdaten im Fehlerfall und im Normalbetrieb des Netzes. Dank eigener Fernmeldelösungen können ONS-Informationen in die Leitwarte übertragen werden. Mit dem Datenkonzentrator und der Visualisierungsoberfläche iHost steht den Verteilnetzbetreibern ein Mini-SCADA System als Alternative zum klassischen Leitwartensystem zur Verfügung.

Digitalisierung braucht Daten

Um Netze zu digitalisieren, sind zuerst ausreichend hochgenaue Messwerte über den Zustand des Netzes und die darin verbauten elektrischen Betriebsmittel erforderlich. Mit einer präzisen Messung kann der jeweilige Status der “Netzgesundheit“ zuverlässig erhoben werden. Darüber hinaus lassen sich die wechselseitigen Einflüsse von Einspeisung und Bezug ermitteln, um in der Folge Lösungen zu entwickeln, die potenziell entstehende Probleme verhindern. Durch die gesteigerte Transparenz können die Netzstabilität erhöht, die Ausfallzeiten reduziert und die Netzeffizienz insgesamt verbessert werden.

Rechnet sich Digitalisierung in der Mittelspannung?

Digitalisierung erfordert Investitionen. Abhängig vom Zustand des Netzes und den Digitalisierungszielen können Retrofit-Maßnahmen, also die Überholung einer Anlage durch den Austausch einzelner Komponenten, sinnvoll sein. Durch intelligente Systeme können Netzbetreiber Service- und Reparaturkosten deutlich senken. So verkürzt der Einsatz eines Fehlerrichtungsanzeigers die oft zeitaufwändige Suche und die SAIDI-Werte. Dies hilft, drohende Pönale zu verhindern und rechtfertigt die Netzentgelte. Darüber hinaus liefern Messwerte die Datenbasis für Maßnahmen der vorausschauenden Instandhaltung (Predictive Maintenance). Damit können Ausfälle verhindert oder so gesteuert werden, dass ein optimierter Einsatz des Service-Teams möglich ist. Abhängig von der Leistungsfähigkeit der Leitwarten-Software bieten intelligente Netze überdies nahezu unbegrenzte Möglichkeiten zur Optimierung der Netznutzung, zur Steigerung der Netzeffizienz und zur Abdeckung von spontanen und regelmäßigen Leistungsspitzen. Das verbessert die Wirtschaftlichkeit nachhaltig und leistet einen Beitrag zur Erreichung von Klimazielen, die von Unternehmen, aber auch im Rahmen des europäischen Green Deals festgelegt wurden.

So werden Netze digital

In den europäischen Mittelspannungsnetzen kristallisieren sich aktuell zwei Funktionsmerkmale in der Digitalisierung heraus: Auf der Seite des Kabelnetzes werden vor allem klassische Kurz- und Erdschluss-Richtungsanzeiger, auch mit Modbus-Kommunikation, für ein einfaches Lastflussmonitoring eingesetzt. Je nach Anforderung können diese zusätzlich mit Funktionen wie Schalten, Temperaturmessung und hochgenaues Netz-Monitoring sowie mit modernen Kommunikationsprotokollen ergänzt werden. Im Freileitungsnetz bietet Horstmann neben dem Navigator LM, den Smart Navigator 2.0 Kurz- und Erdschlussanzeiger für Freileitungen, der Strom und Spannung, Lastflussrichtung und Leiterseiltemperatur misst und Netzfehler bzw. Messwerte über das integrierte Modem an die Leitstelle überträgt.

Hochgenaue Sensoren machen Netze intelligent

Nur eine hochgenaue Messsensorik liefert ausreichend präzise Messwerte für Strom, Spannung, Phasenwinkel, Leistungen und Leistungsfaktor, Energie, Lastflussrichtung und Frequenz direkt aus dem Schaltanlagen-Feld und stellt diese zur Übertragung an die Leitwarte bereit. Dabei ist es möglich, bestimmte Grenzwerte für alle Messdaten zu definieren, um Alarme für die Leitwarte bereitzustellen. Darüber hinaus kann über einen PT-100-Sensor auch die Transformator- oder Stationstemperatur überwacht werden.

Digitalisierungslevel in Neubau und Bestand

Im Neubau werden in der Mittelspannung, aber auch zunehmend in der Niederspannung, modernste Messtechnik und Kurz- und Erdschlussanzeiger eingeplant. In den meisten Fällen finden Digitalisierungsschritte als Modernisierungsmaßnahmen in vorhandenen Netzen statt. Wegen deren unterschiedlicher Ausstattung mit gas-, feststoff- und luftisolierten Schaltanlagen ist es wichtig, vorab ein passendes Konzept zu entwickeln und die mittel- und langfristigen Digitalisierungsziele zu definieren. Da Horstmann bereits seit Jahren die hochgenaue Messsensorik bei den einfachen Kurzschlussanzeigern einsetzt, ist ein Migrieren auf die modernsten Fehlerrichtungsanzeiger mit der bestehenden Sensorik einfach umsetzbar – dies ist ein Alleinstellungsmerkmal.

Welche Rolle spielt KI?

Soll die Digitalisierung von Netzen gelingen, genügt es nicht, Daten nur zu erfassen. Nach der Übertragung werden sie gespeichert und für weitere Analysen in der Leitzentrale genutzt. Zur Auswertung der gesammelten Informationen bedarf es allerdings einer leistungsstarken Software. Bereits heute kommt Künstliche Intelligenz im Normalbetrieb und Fehlerfall zum Einsatz. Sie hilft, das Verteilnetz transparent zu machen, im Fehlerfall die Ausfallzeiten zu reduzieren und bietet automatische Entscheidungshilfen an. Selbstheilende Netze gehen noch einen Schritt weiter. Hier entscheiden angelernte Algorithmen selbstständig über vorzunehmenden Maßnahmen.

Durchdachtes UX-Design erleichtert Digitalisierung

Der Erfolg von Digitalisierungsmaßnahmen in der Mittelspannung hängt von vielen Faktoren ab. Entscheidend für die Akzeptanz durch das Bedienpersonal sind die einfache Integration, übersichtliche Parametrierung, intuitive Steuerung und die unterstützte Inbetriebnahme. Aus diesem Grunde hat Horstmann eine einfache User-Unterstützung für seine Geräte entwickelt, die sich deutlich von der komplexen Parametrierung vergangener Tage unterscheidet. Die gesamte Inbetriebnahme ist so ausgelegt, dass sie rasch und problemlos zu realisieren ist. Dabei orientiert sich die Benutzeroberfläche immer an den situativen Anforderungen und dem aktuellen Informationsbedarf der Anwender.

Kritische Infrastruktur und Datensicherheit

Mit dem Wandel des Mittelspannungsnetzes verändern sich auch die Anforderungen an die Datensicherheit. Cyberattacken, Datenverlust oder -manipulation sind ernstzunehmende Bedrohungen, die große Schäden bei Netzbetreiber und Endkunden verursachen können. Für Verteilnetzbetreiber als Teil einer kritischen Infrastruktur hat die Datensicherheit deshalb einen hohen Stellenwert. Auch Horstmann hat diese immer im Blick, besonders, wenn es um die Übertragung, Verarbeitung und Nutzung von Daten geht. Mit der Entwicklung projektspezifischer Lösungen, die den Datenschutz-Anforderungen der Kunden gerecht werden, trägt Horstmann dazu bei, die Herausforderungen der Digitalisierung sicher zu meistern.

Jede Reise beginnt mit dem ersten Schritt

Wie beschrieben, führt weltweit kein Weg an der Digitalisierung von Ortsnetzstationen vorbei und keiner zurück. Damit jeder Netzbetreiber den Weg in die Digitalisierung in seinem eigenen Tempo, passend zu seinem Budget und abgestimmt auf seine Ziele gehen kann, entwickelt Horstmann auch kundenindividuelle Lösungen für Neu- und Retrofit-Projekte. Der Anspruch ist dabei, jede Station und jedes Netz auf das bestmögliche Digitalisierungslevel zu bringen, so dass sie für den Netzbetreiber nachhaltigen Mehrwert generieren.

 

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