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Laboruntersuchungen zu einem autonomen Netzautomatisierungssystem auf Basis spärlicher Smart-Meter-Infrastruktur

Laboratory investigations on an autonomous network automation system based on a sparse smart meter infrastructure

  • Durch den zunehmenden Anteil erneuerbarer Erzeugung und die voranschreitende Elektrifizierung von Verkehrs- und Wärmesektor gewinnt die Möglichkeit, den Netzzustand im Verteilnetz zu kennen und steuern zu können, für die Netzbetreiber immer mehr an Bedeutung. Im Forschungsprojekt "SmartAPO" wurde ein Netzautomatisierungssystem entwickelt, das den Zustand im Niederspannungsnetz auf Basis von Smart-Meter-Daten schätzen und regeln kann. Ziel dieser Arbeit ist die Analyse und Bewertung des Systems im Vorlauf eines Feldtests durch die Implementierung im Labor. Die Untersuchungen leisten einen Beitrag zu den Forschungsaktivitäten im Bereich intelligenter Verteilnetze. Nach der Darstellung der im Netzautomatisierungssystem verwendeten Funktionen werden für die Laboruntersuchungen geeignete Anwendungsfälle entwickelt und qualitative Bewertungskriterien formuliert. Die Anwendungsfälle orientieren sich an realistischen Begebenheiten und beinhalten Tages- und Echtzeitprofile. Neben Haushaltslasten wird die Last durch Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen und durch Wärmepumpen einbezogen. Es kommen verschiedene Konfigurationen der Netznachbildung zum Einsatz, um die Regelung in unterschiedlichen Netztopologien zu testen. Auch der Umgang mit Störeinflüssen, wie langen Messzyklen und fehlenden Messdaten, wird betrachtet. Durch die Auswertung der durchgeführten Untersuchungen und die Anwendung der angesetzten Kriterien wird die Spannungsregelung mit einem regelbaren Ortsnetztransformator und die Stromregelung mit einem Maschenstromregler validiert. Die betrachteten internen Funktionen werden verifiziert. Die Verifizierung des Umgangs mit Störeinflüssen erfolgt mit Einschränkungen, die den Bedarf an weiteren Untersuchungen aufzeigen. Die gemachte Arbeit ist wichtiger Bestandteil des Forschungsprojektes und trägt dazu bei, die Netzautomatisierung im Niederspannungsnetz, die für die erfolgreiche Umsetzung der Energiewende in Deutschland erforderlich ist, voranzubringen.
  • Due to the increasing share of renewable generation and the advancing electrification of transport and heating sector, the ability to know and the possibility to control the grid state in the distribution grid is becoming increasingly important for network operators. In the project "SmartAPO", a grid automation system was developed that can estimate and control the state in the low-voltage grid using smart meter data. The objective of this work is to analyze and evaluate the system in advance of a field test by implementing it in the laboratory. The investigations contribute to the research activities in the field of smart distribution grids. After presenting the functions used in the network automation system, suitable use cases for the laboratory tests are developed and qualitative evaluation criteria are formulated. The use cases are based on realistic conditions and include daily and real-time profiles. In addition to household loads, the load of charging electric vehicles and of heat pumps is included. Different configurations of the network replication are used to test the control for multiple topologies. Dealing with disturbances, such as long measurement cycles and missing measurement data, is considered as well. By evaluating the performed tests and applying the selected criteria, the voltage control with a controllable local network transformer and the current control with a mesh current controller are validated. The considered internal functions are verified. The verification of the handling of disturbances is carried out with limitations that point out the necessity of further investigations. The work done in this thesis is an important part of the research project and contributes to the advancement of grid automation in the low voltage grid, which is necessary for the successful implementation of the energy transition in Germany.

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Metadaten
Author:Lisa Reis
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-63595
Advisor:Marco Weisenstein, Wolfram Wellßow
Document Type:Bachelor Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2021/05/10
Date of first Publication:2021/05/10
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Date of the Publication (Server):2021/05/10
Number of page:72, XXI
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
DDC-Cassification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 621.3 Elektrontechnik, Elektronik
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell, keine Bearbeitung (CC BY-NC-ND 4.0)