Die Windenergie stellt eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende dar. Neben der Anzahl der Windkraftanlagen ist in den vergangenen Jahren vor allem auch die Leistungsfähigkeit der einzelnen Anlagen deutlich gestiegen. In der Regel speisen diese direkt ins Mittelspannungsnetz ein. Hier gibt es jetzt seit Ende April dieses Jahres mit der Technischen Anschlussregel VDE- AR-N 4110 eine verbindliche technische Vorgabe. Diese legt die wesentlichen zu beachtenden Gesichtspunkte beim Anschluss und Betrieb von Anlagen am Mittelspannungs(MS)-Netz fest.
Störfestigkeit von Anlagen erhöhen
In der Vergangenheit waren immer wieder technische Probleme mit Oberschwingungen höherer Ordnungszahl (> 100.OS) bei Windkraftanlagen zu beobachten. Um die Störfestigkeit von Kundenanlagen zu erhöhen, müssen nun auch supraharmonische Oberschwingungen von 2 bis 9 kHZ gemessen werden. Außerdem ist am Einspeisepunkt eine Bestimmung der Spannungsqualität nach EN 50160 in Klasse A vorgeschrieben. Ein sogenannter Störschreiber muss dabei bis zu vier Schaltzustände von Schutzgeräten überwachen und die Spannungsqualität kontinuierlich aufzeichnen. Darüber hinaus sind Spannungseinbrüche zu dokumentieren und Oberschwingungen bis zur 178. Harmonischen zu erfassen.
Die potenziellen Auswirkungen von Oberschwingungen sind vielfältig. Dazu zählen:
Verschiebung der Nulldurchgänge mit auftretenden Mehrfachnulldurchgängen mit Fehlfunktionen an Steuerungen von Stromrichtern, Synchronisiereinrichtungen und Schaltgeräten
Erwärmung elektrischer Betriebsmittel und Verluste
Störungen von Rundsteuerempfängern
Störungen an Schutzgeräten
Unkontrolliertes Abschalten von Betriebsmitteln
Systemabstürze bei IT Anlagen
Vagabundierende Neutralleiterströme mit der Folge von Elektrokorrosion und Brandgefahr
Verkürzung der Lebensdauer von Betriebsmitteln
Zerstörung von Kompensationsanlagen durch Erhöhung von Effektivströmen
PQ Plus hat für diese Anwendungen die Klasse-A-Messgeräte UMD 913 und UMD 710 EVU mit dem Firmwaremodul SH entwickelt. Damit lassen sich netzharmonische Oberschwingungen bis 9 kHz messen. Die sogenannten Superharmonischen für Strom und Spannung werden gemäß EN 61000-4-7 ed. 2 gemessen. Die Geräte ermitteln zudem die Spannungsqualität (PQ) nach EN 50160 und EN 61000-2-4.
Genauigkeit von 0,05 Prozent
Die UMD-Geräte, die 4-kanalig Strom und Spannung im 4-Quadrantenbetrieb in Klasse A bestimmen, erreichen so eine Genauigkeit von 0,05 Prozent. Die hohe Abtastrate von 28,8 kHz erlaubt es zudem, Spannungseinbrüche hochauflösend mit einem Transientenrecorder aufzuzeichnen. Die Kommunikation erfolgt wahlweise über Ethernet, RS485, ModbusMaster, IEC 60870-104. Die Geräte eignen sich ebenfalls zum Anschluss neuartiger Spannungssensoren (UMD 710MVU) oder von Weitbereichsmittelspannungswandlern aller gängiger Hersteller. Hiermit steht für die neue AR-N-4110 in CAT-IV gehärtet die geeignete Lösung eines Störschreibers nach AR-N-4110 Anhang F zur Verfügung. Die im Außenbereich eingesetzten Messgeräte müssen in der vorgeschriebenen Überspannungskategorie CAT IV/300V ausgeführt sein. Durch die größeren Klimaansprüche lassen sich mit dem erweiterten Temperaturbereich von -25 °C bis +60 °C auch anspruchsvolle Anwendungen realisieren, wie längere Kälteperioden im Winter.
Spannungsqualität stets im Blick
Die Geräte loggen die Messwerte kontinuierlich in einen Ringspeicher mit 512 MB. Ein integrierter Webserver erlaubt zudem Online-Visualisierungen. Die Messwerte werden über Modbus TCP dem Anwender zur Verfügung gestellt. Alternativ lassen sich die Werte vor Ort offline mittels einer Mini-USB-Schnittstelle auslesen. Damit kann jederzeit ein Nachweis der gelieferten Spannungsqualität mittels der Software Envis geführt werden. Dieser ist für die Behandlung von Produkthaftungsansprüchen zwingend vorgeschrieben.
Zeitgesteuertes Auslesen möglich
Über den Dienst Envis-Online ist das zeitgesteuerte Auslesen der Anlagen möglich. Dafür müssen die Geräte am Netzwerk aufgeschaltet sein. Alternativ sind auch Auslesungen über LTE-Router mit VPN-Verbindung einsetzbar. Damit werden die Daten aus dem Speicher in eine SQL-Datenbank übertragen. Mittels eines Tools innerhalb von Envis ist das automatisches Reporting einstellbar. So lässt sich etwa das Berichtswesen für die Bundesnetzagentur automatisch versenden.
Die Analyse der Messdaten ermöglicht auf einfachste Art eine Verbesserung der Netzqualität und das Vermeiden von Störungen. Als Gegenmaßnahme zur Begrenzung von Oberschwingungen werden mehrere aufeinander abgestimmte passive Filter eingesetzt oder aktive Oberschwingungen verbaut.
Durch den Ausbau der regenerativen Erzeugeranlagen auf bis zu 80 Prozent der Regelleistung entstehen ganz neue Herausforderungen an die Netzbetreiber und Einspeiser. Diesen lässt sich nur mit einer kompletten, kontinuierlichen Messung an allen Netzpunkten begegnen.
