Topologische Schalthandlungen als Netzoptimierende Maßnahme

Veröffentlicht am 02.03.2017

Im Rahmen der Netzoptimierenden Maßnahme (NoM) „Topologische Schalthandlungen“ (TSH) werden spezifische Netzstränge durch gezielte Neuverschaltung be- oder entlastet. Dabei handelt es sich um eine bereits heute häufig genutzte Maßnahme im Verteilnetz.

Topologiemaßnahmen sind den Maßnahmen des Netzbetriebs zuzuordnen und kommen vor allem zur Behebung von Störungen zum Einsatz. In Abgrenzung zu diesen Umschaltmaßnahmen ist die Durchführung von TSH als Netzoptimierende Maßnahme dauerhaft, d. h. die geänderte Topologie bleibt bis zum Eintritt eines weiteren externen Auslösers erhalten. Durch die Optimierung der Trennstellen können sowohl Spannungsprobleme als auch thermische Probleme behoben und damit die Versorgungsqualität erhöht werden.

Dem NOVA-Prinzip (Netzoptimierung vor Netzverstärkung vor Netzausbau) folgend können TSH der Kategorie Netzoptimierung zugeordnet werden und sollten demzufolge Maßnahmen zur Netzverstärkung und zum Netzausbau vorgezogen werden.

Im Projekt MONA 2030 wird der Einsatz von TSH auf der Niederspannungsebene untersucht. Es können zwei Varianten von Topologischen Schalthandlungen identifiziert werden, die sich in ihrer Durchführung und den Auswirkungen auf die Betriebsführung unterscheiden: Vermaschung und Trennstellenverlagerung. Dies führt zu folgender Definition des Begriffs „Topologische Schalthandlung“:

Eine Topologische Schalthandlung (TSH) ist die dauerhafte Veränderung der Topologie eines Niederspannungsnetzgebiets durch Öffnen bzw. Schließen von Trennstellen. Grundsätzlich sind dabei zwei Varianten zu unterscheiden:

  1. Vermaschung: dauerhaftes Schließen einer offenen Trennstelle
  2. Trennstellenverlagerung: dauerhaftes Schließen einer offenen Trennstelle und Öffnen einer anderen geschlossenen Trennstelle

 

Topologische Schalthandlungen

Topologische Schalthandlungen

Abbildung 1 : Topologische Schalthandlungen a) Vermaschung (vereinfacht), b) Trennstellenverlagerung

 

Für die im Rahmen des Projekts durchgeführten Netzberechnungen mit dem FfE-Netz-Simulationstool GridSim wird die Verlagerung von Trennstellen aufgrund der großen Anzahl an möglichen Topologien und dem damit einhergehenden Rechenaufwand nicht betrachtet. Die Vermaschung von Niederspannungsnetzen wird durch Schließen von Trennstellen simuliert. Dazu werden Varianten der Netze 4 (Abbildung 2) und 6 (Abbildung 3) genutzt, die zusätzliche Leitungen enthalten, um die Strahlennetze in Maschennetze zu überführen.

NS Netz 4

Abbildung 2: NS-Netz 4 (rot: Variante mit Vermaschung)

NS Netz 6

Abbildung 3: NS-Netz 6 (rot: Variante mit Vermaschung)

Die Auswertung der Simulationsergebnisse hat gezeigt, dass in der vermaschten Variante von Typnetz 6 im Mittel 25 % mehr PV-Leistung integriert werden kann. Bei Typnetz 4 hat die Vermaschung keinen positiven Effekt, da andere Betriebsmittel limitierend wirken.

Viele Verteilnetzbetreiber (VNB) nutzen die Möglichkeit der Vermaschung zur Netzoptimierung nicht, da die Betriebsführung dadurch erschwert wird. Im Erdschlussfall ist die Eingrenzung der Fehlerursache aufwendiger, was zur Verlängerung von Ausfallzeiten und einer Verschlechterung der Versorgungsqualität führt. Zudem wird die Kurzschlussleistung im Netz erhöht, weshalb darauf geachtet werden muss, die Kurzschlussleistungen der angeschlossenen Anlagen nicht zu überschreiten. Trotz dieser Schwierigkeiten führen einige Verteilnetzbetreiber eine Vermaschung auch auf der Niederspannungsebene durch und wollen diese Maßnahme auch zukünftig einsetzen, da diese Maßnahme mit vergleichsweise vernachlässigbaren Kosten verbunden ist. Das größte Potenzial für den Einsatz von Topologischen Schalthandlungen zur Netzoptimierung ist in städtischen Netzen aufgrund der großen Trennstellendichte gegeben.

Bisher erfolgt der Betrieb von Niederspannungsnetzen in der Regel passiv. Eine Fernsteuerung bzw. Erfassung des Netzzustands kann aufgrund der fehlenden Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) nicht erfolgen. Aufgrund der hohen Kosten ist auch zukünftig nicht davon auszugehen, dass Verteilerkästen mit Komponenten zur Fernsteuerung ausgerüstet werden, bei Ortsnetzstationen ist dies dagegen denkbar.

Vor dem Hintergrund des starken Ausbaus der erneuerbaren Energieerzeugungsanlagen gehen die VNB vermehrt dazu über, ihre Netze intelligent zu steuern. Der Einbau von IKT ermöglicht die Schätzung und Regelung des Netzzustands, womit die Durchführung von TSH gezielter erfolgen kann und die Betriebsmittel besser ausgenutzt werden bzw. geringere Sicherheitszuschläge bei der Auslegung der Betriebsmittel berücksichtigt werden müssen. Wenn der Netzzustand mittels Sensoren überwacht wird, ist es möglich, die Ursache im Fehlerfall besser einzugrenzen, als dies in passiven Netzen möglich ist. Damit könnte auch eine Vermaschung der Netze attraktiv werden. Im Rahmen der sukzessiven Zielnetzplanung kann bereits berücksichtigt werden, Schalthandlungen zu ermöglichen, um auf zukünftige Last- und Einspeiseentwicklungen reagieren zu können.