Untersuchungen des Niederspannungsnetzes im Frequenzbereich bis 500 kHz im Hinblick auf die Datenübertragung mittels Powerline Communication

Abstract

Das klassische Energieverteilnetz war aufgrund der klaren Leistungs-Flussrichtung von der Hochspannungsüber die Mittelspannungsbis hin zum Endkunden in der Niederspannungsebene geplant. Das Planungsleitbild des Stromverteilnetzes wird insbesondere durch die wachsende Anzahl von dezentralen Erzeugern verändert. Zudem bedingt die steigende Komplexität des Netzes eine Verbindung der Energieversorgung und der Kommunikationsund Informationstechnik. Die extremen Leistungsschwankungen zeigen, dass ein höherer Aufwand betrieben werden muss, um moderne Netze planen und kontrollieren zu können. Folge dieser starken Schwankungen ist die Gefahr, dass bei Lastumkehr die Spannung außerhalb der zulässigen Toleranzschwellen liegen kann. Die Anzahl von kritischen Betriebszuständen und Überlastungen nimmt stetig zu, da die klassisch geplanten Netze dafür nicht bemessen wurden. Mit der zunehmenden Einspeisung regenerativer Energieformen und der zunehmenden Nutzung effizienter leistungselektronischer Schaltungen in den einzelnen Verbrauchern (z.B. Schaltnetzteile) und somit auch der Zunahme von Oberschwingungen im Netz, nimmt der Bedarf zu, den genauen Systemzustand des Niederspannungsnetzes zu kennen, um Maßnahmen zur Erhaltung der Spannungsqualität zielgerichtet ergreifen zu können. Bedingt durch den bislang unidirektionalen Leistungsfluss in der Niederspannungsebene sind in der Vergangenheit keine oder kaum Messstellen in den unteren Spannungsebenen aufgebaut worden. Mangels Messstellen bestand auch nicht der Bedarf an einer informationstechnischen Anbindung auf dieser Ebene. Die Verbrauchszähler in den Haushalten sind bis auf wenige Ausnahmen elektromechanische Zählwerke, die zusätzliche Messgrößen, wie Strom und Spannung prinzipbedingt nicht erfassen können. Daher ist die Installation neuer Technik zur Messung und Übertragung von Zustandsgrößen des Niederspannungsnetzes notwendig. Während die Störaussendung von elektrischen Einrichtungen oberhalb 150 kHz normativ geregelt ist, handelt es sich unterhalb von 150kHz um einen Bereich, der nur von wenigen Produktgruppen berücksichtigt wird. Speziell treten regelmäßig Störungen von Systemen zur Zählerfernauslesung und durch leistungselektronischen Baugruppen auf, deren Beseitigung inzwischen auf europäischer Ebene als ein wesentlicher Meilenstein zur Umsetzung eines „Smart Grid“ angesehen werden [1]. Zur Erfassung der hochfrequenten Störsignale im Netz werden Untersuchungen im Frequenzbereich bis 500 kHz durchgeführt, wobei auch der Frequenzbereich unterhalb 150 kHz betrachtet wird. Basierend auf den gemessenen Störsignalen werden Spezifikationen für die Auslegung der G3-PLC-Technik erarbeitet, um im Sinne einer geeigneten EMV-Koordinierung eine sichere Datenübertragung in diesem Frequenzbereich umsetzen zu können.