FLOW-R – Flexibler Ortsnetz Spannungs- und Wirkleistungs-Regler

Erfolg im Feldtest

Das Innovationsprojekt „Flexibler Ortsnetz-Spannungs- und Wirkleistungsregler“ (FLOW-R) ist nach einer dreijährigen Projektlaufzeit im Oktober 2017 erfolgreich beendet worden.

Das Forschungsprojekt wurde im Rahmen der von Bundeswirtschafts-, Bundesumwelt- und Bundesforschungsministerium getragenen Förderinitiative „Zukunftsfähige Stromnetze“ durchgeführt und untersuchte, wie viel Ökostrom sich durch den im Projekt entworfenen FLOW-Regler ohne Netzverstärkung ins Niederspannungsnetz aufnehmen lässt.

Bis zum Jahr 2050 soll die Stromversorgung in Deutschland zu 80 Prozent aus erneuerbaren Energien stammen. Durch die dargebotsabhängige Einspeisung von regenerativen Stromerzeugern ist der Energiefluss aber stark schwankend. Dabei kann die Transportleistung sogar die Nachfrage übersteigen. Vor allem in Regionen mit vielen PV-Anlagen erreichen die Niederspannungsnetze, die rund 65 Prozent des deutschen Stromnetzes ausmachen, ihre thermische Belastungsgrenze.

Zusammen mit der in naher Zukunft zu erwartenden Zunahme von Elektroautos, könnte es zu einer Überlastung der Netze kommen. Wird die Belastungsgrenze überschritten, kann dies zu Abschaltungen der Anlagen und im schlimmsten Fall zu Auslösungen der Schmelzsicherungen führen.

Um auch in Zukunft eine optimale und stabile Versorgung zu sichern wurde der neue FLOW – Regler entwickelt. Anhand des prämierten Forschungsprojektes konnte aufgezeigt werden, dass mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechnologien die Aufnahmefähigkeit der Niederspannungs-Verteilnetze für die zunehmende regenerative Energieerzeugung erhöht und die Netzqualität optimiert werden kann.

Nach intensiven Labortests an der Technischen Universität Kaiserslautern bauten die Pfalzwerke den FLOW-Regler in ihr Netz in Heuchelheim-Klingen für einen Feldtest ein, der mehrere Monate lief. Der FLOW-R hat den Vorteil, dass der Aufbau einfach und ein kostenintensiver Ausbau der Verteilnetze nicht erforderlich ist. Die nötige Kommunikationstechnik wurde von PPC in Form von Breitband-Powereline (BPL) bereitgestellt und für das Projekt weiterentwickelt.

SWR Aktuell Rheinland-Pfalz: Der FlOW-Regler soll Stromnetze schützen

Aufgabenstellung

Mit dem „Flexiblen Ortsnetz Spannungs- und Wirkleistungs-Regler“ (FLOW-R) wurde ein neues Betriebsmittel entwickelt und getestet, das eine lokalselektive Spannungsregelung in einem vermaschten Niederspannungsbetrieb ermöglicht. Dabei sollte die Möglichkeit zur Regelung der Leistungsaufteilung auf die vorhandenen Stränge bestehen.

Die Regler wurden dazu sinnvoll im Smart Grid angeordnet und durch vernetzte Regelalgorithmen verbunden. Um den Übergang von Ist- zu Zielnetzen wirtschaftlich zu ermöglichen, war die Skalierbarkeit und Ausbaufähigkeit der Lösung wesentlich. Ziel war, dass die FLOW-Rs durch ihre Mobilität und der einfachen Wiederverwendung an anderer Stelle einen Ortswechsel durchführen können, falls sich die Netzsituation verändert.

Vorgehensweise

Das Projekt umfasste die wissenschaftliche Erarbeitung des neuen Konzeptes, die industrielle Umsetzung und Erprobung prototypischer FLOW-R sowie die betriebs- und volkswirtschaftliche Kosten-Nutzen-Analyse.

Zunächst wurden mathematische Modellbildungen für verschiedene Netztopologien erstellt und Algorithmen zur Netzregelung entworfen. Zusätzlich fand die Entwicklung eines Kommunikationskonzeptes zur lokal-autarken Vernetzung der FLOW-Rs statt. Dazu waren die Konzeption und der Aufbau einer Sicherheitsarchitektur zum Schutz vor Fremdzugriff notwendig. Nach dem Aufbau der Betriebsmittel und Implementierung der Regelalgorithmen wurde eine Labor- und Felderprobung zur Verifizierung der Simulationen und Sicherstellung der Funktion durchgeführt.

PPC leitete das Arbeitspaket „Kommunikations- und Sicherheitskonzept“. Dabei wurde die bestehende Breitband-Powerline-Infrastruktur für den Einsatz der Netzregelung anhand des FLOW-Rs weiterentwickelt. Die im Projekt entstandenen Erfahrungen und Konzepte zur Sicherheitsarchitektur zum Schutz des Regelkonzeptes lokaler FLOW-Rs dienen der Weiterentwicklung und werden zum Schutz weiterer Applikationen zukünftiger Stromnetze eingesetzt.