20.11.2018
In der elektrischen Energieversorgung wird in den wichtigen Knotenpunkten des Übertragungsnetzes - den Hochspannungsstationen - zukünftig digitale Messtechnik eingesetzt. Die Sekundärsignale der eingesetzten Spannungs- und Stromwandler werden dabei digitalisiert und zeitgestempelt zu den ebenfalls digital arbeitenden Messgeräten übertragen. Hierzu wird im Industry Call 2017 des…
europäischen Metrologieforschungsprogramms EMPIR das Forschungsprojekt „Metrology for the next-generation digital substation instrumentation” durchgeführt. Von der PTB koordiniert werden darin zusammen mit anderen europäischen Metrologieinstituten und Forschungseinrichtungen die technischen Herausforderungen der Thematik bearbeitet.
Im Bild ist die digitale Messkette beispielhaft und vereinfacht dargestellt.
Bild 1: Digitale Messkette in einer Hochspannungsstation
Die Messwandler (Strom- und Spannungswandler, WP1) wandeln die hohen Spannungen und Ströme in geeignete Messignale geringer Amplitude um. Die Digitalisierung erfolgt durch eine Merging-Unit (WP2) welche gleichzeitig den Abtastwerten Zeitstempel zuordnet. Die Synchronisation mit der Zeit erfolgt dabei über GPS Uhren.
Die Datenpakete, die nun Abtastwerte und Zeitstempel beinhalten, werden über ein lokales Netzwerk innerhalb der Hochspannungsstation zu den Messgeräten (WP3) übertragen. Diese wiederum ermitteln aus den Abtastwerten die interessierenden Messgrößen, wie beispielsweise die Spannung, Stromstärke, Frequenz oder Energie.
Für diese Messkette wird jedoch auch eine metrologische Rückführung benötigt. Eine der prinzipiellen Schwierigkeit liegt dabei in der Synchronisation der Normalmesseinrichtung(en) mit der Zeit. Geringe Laufzeitunterschiede zu den zu prüfenden Messgeräten führen zu hohen Messabweichungen und Unsicherheiten speziell in der Phasenlage. Dabei kommt ohnehin dem Phasenwinkel (Phasor) als Messgröße in Hochspannungsnetzen eine wichtige Rolle zu. Aus dieser kann durch Vergleich der Phasenlagen an verschiedenen Orten des Übertragungsnetzes auf den Netzzustand geschlossen werden.
Bei Abschluss des Projektes in 2021 wird es dann derzeit noch nicht vorhandene Kalibrierlösungen geben, um der Industrie die benötigte Rückführung anzubieten. Dies dürfte dann auch zu einer größeren Akzeptanz der neuen digitalen Messtechnik führen.