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Verlässliche intelligente Stromnetze

Neue Verfahren für die Modellierung des Netzverhaltens und die sichere Datenübertragung in Smart Grids

PTB-News 2.2018
29.05.2018
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Digitalisierung in der Energiewende

digitale Sensornetzwerke

Je mehr Strom aus regenerativen Energiequellen kommt, desto komplexer werden die Stromnetze. Das macht den Aufbau intelligenter Stromnetze, in denen Erzeuger, Verbraucher und Messstellen miteinander kommunizieren, immer wichtiger. In einem EU-Projekt entstanden mathematische Modellierungsverfahren für eine bessere Vorhersagbarkeit des Netzverhaltens sowie sichere Verschlüsselungsmethoden.

Mit der großen Zahl der Anbieter und dem schwankenden Stromangebot aus regenerativen Quellen wächst die Komplexität der Netze enorm. Damit wird es immer wichtiger, die Stromnetze „intelligent“ zu machen: In einem solchen Netz (auch Smart Grid genannt) sorgen intelligente Stromzähler (Smart Meters) und andere kommunikative Elemente für einen ständigen Informationsaustausch. Nur so können Anbieter und Verbraucher ihr „Stromverhalten“ bei Bedarf dem Markt anpassen. Mit der steigenden Kommunikation wird gleichzeitig eine Absicherung der Datenübertragung immer bedeutender.

Besitzer von kleineren Windkraft-, Photovoltaik- oder Kraft-Wärmekopplungsanlagen speisen ihren Strom häufig nicht in die großen Hochspannungsnetze, sondern gleich in eine „tiefere“ Ebene, nämlich die Mittel- und Niederspannungsnetze ein. Doch hier reicht die Anzahl der Messstellen nicht aus, um das Netzverhalten genau genug zu überwachen.

Im EU-Projekt GridSens hat die PTB zusammen mit mehreren Partnern neue mathematische Methoden entwickelt, die die Prognose von Stromstärke, Spannung und Phasenwinkel in Mittel- und Niederspannungsnetzen ermöglichen. Dabei wurde der zeitliche Verlauf der Messwerte ebenso berücksichtigt wie eine unter Umständen nur unzureichend bekannte Charakteristik der Stromleitungen. In der Anwendung auf reale Netzdaten konnte die praktische Einsetzbarkeit des Verfahrens gezeigt werden.

Um herauszufinden, inwieweit Verfahren zur sicheren Übertragung von Messund Betriebsdaten die Antwortgeschwindigkeit der Messstellen beeinflussen, wurde in einem Versuchsnetzwerk am Energieforschungszentrum Niedersachsen (EFZN) die vollständige Infrastruktur für eine sichere Datenübertragung aufgebaut. Ein neu entwickeltes generisches Modell für eine Ende-zu-Ende-Absicherung der Datenübertragung wurde in einem Prototypen eines intelligenten Messsensors implementiert. Es konnte gezeigt werden, dass die Schutzziele Integrität, Authentizität und Vertraulichkeit ohne signifikante Beeinflussung der Antwortgeschwindigkeit erreichbar sind.

Damit stehen verlässlichere Methoden zur Rekonstruktion des Netzzustandes für typische Mittel- und Niederspannungsnetze sowie validierte Verfahren zur sicheren Übertragung von Messund Betriebsinformationen zur Verfügung.

Ansprechpartner

Sascha Eichstädt
Präsidialer Stab
Telefon: (030) 3481-2008
Opens window for sending emailsascha.eichstaedt(at)ptb.de

Wissenschaftliche Veröffentlichung

S. Eichstädt, N. Makarava, C. Elster: On the evaluation of uncertainties for state estimation with the Kalman filter. Meas. Sci. Technol. 27,125009 (2016)