Um zu verstehen, welche Leistungen und Vorteile die Betriebsführungs-Plattform des Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE in dem Projekt SysDL 2.0 (Systemdienstleistungen aus Flächenverteilnetzen) den Betreibern elektrischer Verteilnetze bietet, sollte man zunächst wissen, was »Blindleistung« ist. Die Blindleistung ist bei Übertragungsnetzen das, was Physiker gerne mit dem Schaum auf dem Bier vergleichen: Eigentlich unnötig. Der Schaum löscht nicht den Durst, er nimmt Platz weg und mindert den Zugang zur »Wirkleistung« - die in unserem Beispiel das Bier als Durstlöscher erbringt. Eigentlich ist diese Blindleistung in Übertragungsnetzen also unerwünscht, weil sie nicht die »Power« bringt, für die Stromnetze gebaut wurden. Das Problem – oder besser: eines mehrerer Probleme ist nun, dass Verbraucher aber genau diese Blindleistung benötigen. Die Konsequenz ist, dass sich Spannung und Stromstärke - unerwünschter Weise - verschieben, also nicht mehr synchron transportiert werden. Kraftwerke steuern deshalb gegen und geben sozusagen Spülmittel auf den Schaum, sprich: auf die von den Endverbrauchern benötigte, induktive Blindleistung. Sie erzeugen eine gegenläufige, kapazitive Blindleistung. So wird die Verschiebung wieder ausgeglichen.

Blindleistung in den Verteilnetzen koordinieren

Das Problem ist, dass den Energieerzeugern ihre Blindleistungs-Erzeugungsenergie »ausgeht«. Denn die kapazitive Blindleistung wird bisher »nur« von konventionellen Kraftwerken in die Netze eingespeist. Erneuerbare Energiequellen erzeugen diese Blindleistung nicht immer und dann auch nur selten koordiniert. Hinzu kommt. Dass sie von Natur aus dezentral agieren und ihre Einspeiseleistung ist ebenso schwer genau vorhersagbar, wie die exakte Sonnenscheindauer in einem Ort oder die Windstärke in der Nähe eines Windparks. Es wird also recht unübersichtlich und deshalb schwierig, die in den Netzen vorhandene Blindleistung intelligent und immer sofort auszugleichen.

Plattform zur Regelung von Energie-Erzeugungsanlagen

Genau an dieser Stelle setzt eine der wesentlichen Leistungen der neuen Plattform aus SysDL 2.0 an: Sie koordiniert die Blindleistung. Sebastian Wende-von Berg, Projektleiter am IEE, erläutert: »Wir haben zusammen mit Partnern eine Plattform entwickelt, mit der Verteilnetz-Betreiber durch eine koordinierte Regelung dezentraler Erzeugungsanlagen die für den stabilen und sicheren Netzbetrieb nötige Blindleistung bereitstellen können.« Außerdem verfüge die Plattform über die nötigen Module für die Steuerung. Auch Komponenten für eine standardisierte Kommunikation zwischen Verteilnetz- und Übertragungsnetzbetreibern sind integriert.

Verteilnetzbetreiber haben nun also erstmals eine komfortable Möglichkeit, Erzeugungsanlagen vor allem im Hinblick auf die Blindleistung koordiniert zu steuern. Dafür liefert die Plattform situationsabhängige Sollwerte, die auf Basis statischer und dynamischer Netz- und Erzeugungsdaten generiert werden. »Dazu gehören beispielsweise eine aktuelle Zustandsbeschreibung der Netze, Prognoseverfahren sowohl für die Wind- und Solarstromerzeugung oder auch Informationen über die Lastflüsse zwischen der Hoch- und Mittelspannungsebene«, erklärt Wende-von Berg. Zur Vermittlung und Verarbeitung dieser Sollwerte haben die Forscher spezielle Module entwickelt, die den Datenaustausch zwischen Betreibern und Plattform gewährleisten. Außerdem stellen sie den Netzbetreibern eine grafische Nutzeroberfläche zur Verfügung, über die Anwendungsfälle definiert und die Sollwerte für die Regelung der Erzeugungsanlagen ausgegeben werden.

Infrastruktur für die Datenkommunikation zwischen Plattform und Erzeugern

Um all das möglich zu machen, muss allerdings die Kommunikation beziehungsweise der Datenaustausch zwischen den Verteil- und Übertragungsnetzbetreibern standardisiert werden. »Deshalb gehört auch die Organisation des Informationsflusses über eine geeignete Infrastruktur zu den Kernelementen von SysDL 2.0«, sagt Wende-von Berg. Das System stelle mit Hilfe eines Datenmodells sicher, dass einheitliche Informationen in Echtzeit zur Verfügung stehen. Mit dem zusätzlichen, neu entwickelten Datenintegrationstool beeDIP haben die Forscher am Fraunhofer IEE nun zudem die Voraussetzung dafür geschaffen, dass den einzelnen, operativen Leitstellen alle relevanten Daten in les- und verwertbarer Form störungsfrei zur Verfügung stehen. »beeDIP ist vergleichbar mit einer Datendrehscheibe, die direkte Ankoppelungen ermöglicht«, erklärt Wende-von Berg.

Zur Übertragung der Daten auf der Plattform SysDL 2.0 werden standardisierte Schnittstellen auf Basis von CIM CGMES genutzt. Von den Projektpartnern entwickelte Module innerhalb eines Enterprise Service Bus (ESB) koordinieren dabei die ein- und ausgehenden Datenströme. »Mit diesem Ansatz können wir die nötige Flexibilität gewährleisten, um bei Bedarf neue Funktionalitäten einzubinden und die Plattform für künftige Aufgaben weiter zu entwickeln«, so Wende-von Berg.  

Die Entwicklung der Plattform ist damit im Grundsatz abgeschlossen. Ein im Rahmen des Projekts durchgeführter Praxistest war so erfolgreich, dass SysDL 2.0 nun von den Verteilnetz-Betreibern genutzt werden kann. Für die Forschungs-Erfolge wurde das Projekt vom International Smart Grid Action Network (ISGAN) beim »Award of Excellence 2018« mit einer Bronzemedaille ausgezeichnet.

Beteiligt am Projekt SysDL 2.0, das im April vergangenen Jahres abgeschlossen wurde, sind neben dem Fraunhofer IEE die Drewag Netz GmbH als Konsortialführer sowie die Mitteldeutsche Netzgesellschaft Strom mbH, die 50Hertz Transmission GmbH, die F&S Prozessautomation GmbH, die Universität Kassel, die Technische Universität Dresden und die Siemens AG. Finanziert wurde SysDL 2.0 im Rahmen der Forschungsinitiative »Zukunftsfähige Stromnetze« vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. (aku)