Elektrische Netze

Lastprofile, Monitoring, Betriebsführung und Ausbauplanung. Das Fraunhofer ISE bietet ein breites Spektrum an Verfahren und Services für optimierte Stromnetze.

Elektrische Verteilnetze und Betriebsmittel

Elektrische Verteilnetze unterliegen heute einer Vielzahl von Einflussfaktoren mit neuen Erzeugern, Speichern und Verbrauchern. In der Regel liegen nicht alle Informationen für einen optimalen Betrieb vor. Das Fraunhofer ISE bietet verschiedene Verfahren zur (synthetischen) Abbildung der lokalen Erzeugungs- und Verbrauchsstruktur an. Unsere wissenschaftlich erforschten synthetischen Verbrauchsprofile etwa erlauben die Betrachtung neuer Lastsituationen, wie z.B. durch Elektrofahrzeuge. Das ermöglicht die Zustandsschätzung elektrischer Netze und ist Grundlage für die Einsatzplanung regelbarer Erzeuger und Speicher. Zudem schließt die Einsatzplanung die optimale Regelung von netztechnischen Komponenten ein, wie z.B. regelbare Ortsnetztransformatoren oder Spannungshaltung durch Blindleistung.

Die Struktur elektrischer Netze ist in einem hohen Maße von den zukünftig anzuschließenden Einheiten und deren Betrieb abhängig. Mit unseren Methoden zur Optimierung der Netzinfrastruktur können wir verschiedene Optionen für die strategische Netzausbauplanung visualisieren.

Unsere FuE-Leistungen umfassen:

Synthetische Verbrauchsprofile

Parametrierungsmöglichkeiten in synPRO
© Fraunhofer ISE
Parametrierungsmöglichkeiten in synPRO: Nutzergruppen, Gebäudetyp, Aktivitäten und weitere Parameter können flexibel zur Erstellung individueller Lastprofile genutzt werden.

Stadtwerke, Energieberater, Forschungseinrichtungen und Projektentwickler nutzen häufig Standardlastprofile für die genaue Auslegung von Gebäudeenergiesystemen und Stromnetzen sowie zur Entwicklung von Regelungskonzepten. Die Anwendungen reichen von der Versorgungsplanung für ganze Wohngebiete über die Entwicklung von Regelstrategien für PV-Wärmepumpensysteme bis hin zur individuellen Berechnung der möglichen Eigenverbrauchsquote von PV-Systemen mit Elektrofahrzeugen im Einfamilienhaus. In vielen Fällen sind hohe zeitliche Auflösungen zur Abbildung von Lastspitzen und zur Berücksichtigung unterschiedlichen Nutzerverhaltens notwendig.

Für alle diese Anwendungsfälle bietet die Software »SynPro« des Fraunhofer ISE wissenschaftlich validierte Profile. Die Qualität wird durch den kontinuierlichen Abgleich mit Feldtest-Ergebnissen sowie Standard- und Referenzlastprofilen sichergestellt. Die Einbindung von gerätespezifischen Einzelprofilen und die Berücksichtigung von Nutzergruppen mit charakteristischem Energiekonsumverhalten ermöglicht eine hervorragende Adaptierbarkeit der Profile an projekteigene Anforderungen. Die hohe Repräsentativität und zeitliche Auflösung garantiert belastbare Aussagen der Simulationen und Analysen.

Über die Web-basierte Plattform »elinkSolutions« stellt das Fraunhofer ISE exemplarische Profile und Testzugänge für detaillierte, individualisierte synthetische Lastprofile bereit.

Das Fraunhofer ISE erzeugt individualisierte, elektrische und thermische Lastprofile für die Energiewirtschaft:

  • Profile für individuelle Nutzergruppen
  • stochastische Modellierung individueller Gerätenutzung und Elektromobilität
  • Lastprofile von Haushalten, Gewerbe und Wohnquartieren
  • zeitliche Auflösung frei wählbar (bis 1s)

 

Betrieb von Erzeugern und Speichern

Netzfreundlicher Betrieb von Batteriespeichern.
© Fraunhofer ISE
Netzfreundlicher Betrieb von Batteriespeichern.

Alle wichtigen Erzeuger (PV, Solarthermie, BHKW, Wärmepumpe, etc.) werden simulativ nachgebildet. Ebenso sind alle wichtigen Speichertechnologien (Batterie, Schwungradspeicher, SuperCap, etc.) modelliert.

Diese Modellgrundlage erlaubt ein realistisches Systemverhalten nachzubilden und den Betrieb zu optimieren. Hierzu gehören dezentrale Regelungsalgorithmen (z.B. zur Eigenverbrauchsoptimierung, Netzdienstleistungen) und Optimierungsstrategien für einen Poolbetrieb oder ein virtuelles Kraftwerk (z.B. zur Erbringung von Regelenergie).

Monitoring von Netzzuständen / Zustandsschätzung

Photovoltaik-Anlagen im Stadtkern von Freiburg und deren momentane Leistung. Das Fraunhofer ISE entwickelt moderne Prognosemethoden für Energiegewinnung und -verbrauch sowie anwenderfreundliche Steuerungswerkzeuge. © Kartenmaterial: Stadt Freiburg i. Br. – Vermessungsamt, „dl-de/by-2-0“, www.govdata.de/dl-de/by-2-0, Bearbeitung und Animation: Fraunhofer ISE

Ausgangslage für den Betrieb von elektrischen Netzen ist die Kenntnis über den aktuellen und erwarteten Netzzustand. Häufig sind nicht alle Punkte im Netz beobachtet.

Mit Verfahren zur Zustandsschätzung können diese Werte bestimmt werden, bzw. Messfehler ausgeglichen werden können.

Besonders zu kleinen, dezentralen Photovoltaikanlagen liegen häufig keine Informationen zur momentane Erzeugungsleistung vor. An dieser Stelle setzen unsere geobasierten Hochrechnungsverfahren an. Diese berechnen basierend auf wenigen gemessenen Anlagen, die momentane individuelle Leistung ungemessener Anlagen.

Betriebsführung von Netzen

Belastungs- und Schaltzustände
© Fraunhofer ISE
Visualisierung der Belastungs- und Schaltzustände im Netz.

Mit einer guten Datengrundlage kann der Betrieb des Netzes optimal gestaltetet werden.
Der Betrieb von elektrischen Netzen verteilt sich heute auf viele Komponenten, wie regelbare Ortsnetztransformatoren, Blindleistung aus Wechselrichtern oder Energiemanagement in Kundenanlagen. Ein klassischer hierarchischer Betrieb ist hier oft nicht mehr möglich oder zumindest nicht mehr optimal.
An dieser Stelle setzen wir mit unserem spannungsebenübergreifenden selbst lernenden Regler ein, der im Projekt »Green Access« entwickelt wurde. 

Netzausbauplanung und Zielnetzplanung

Ablauf einer Netzausbauplanung
© Fraunhofer ISE
Ablauf einer Netzausbauplanung.

Ähnlich wie beim Netzbetrieb ergibt sich auch bei der Netzplanung ein vielschichtiger Lösungsraum, der durch die unsichere Versorgungsaufgabe neuer Lasten geprägt ist. Die Mobilitäts- und Wärmewende haben hier einen erheblichen Einfluss.
Gleichzeitig stehen neue smarte Technologien oder konventioneller Netzausbau als Lösungsmöglichkeit zur Verfügung. Ausgangspunkt ist hier die Abbildung des Status quo und ein Aufbau eines entsprechenden Szenariotrichters. Wissenschaftliche Verfahren zur kostenoptimalen Netzausbauplanung werden z.B. im Projekt »DiGO« entwickelt. 


Ausgewählte Forschungsprojekte zu diesem Thema

 

synGHD

Synthetische Lastprofile für eine effiziente Versorgungsplanung für Nicht-Wohngebäude

 

DiGO

Distribution Grid Optimization

 

Green Access

Effiziente Zusammenarbeit, Weiterentwicklung und Evaluation von Bausteinen eines intelligenten Netzes