Funktionen eines Microgrid-Energiemanagementsystems

Die optionale Bietereigenschaft der LC entsteht durch die Dezentralisierung der EMS-Struktur und Auslagerung der Fahrplangestaltung der einzelnen DER. Vor allem bei verteilten Besitzverhältnissen und dem Drang nach wirtschaftlichem Einzelbetrieb können diese Strukturen auftreten. Dabei werden den einzelnen IEDs Entscheidungshilfen und Zielfunktionen inkl. Nebenbedingungen zur Verfügung gestellt.

Zur Einsatzplanung im MG stellt sich dabei ein Geschäftsverhältnis zu den Einzelanlagen auf, welches nach ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten den Beitrag dieser IEDs in der Gesamtbilanz regelt.

Der autonome Betrieb durch ein intelligentes und vordefiniertes Fahrplanmanagement ist für den sicheren Betrieb nötig. Dieser Thematik wendet sich das Kapitel 5.3 zu.

Im Vergleich zum bereits vorgestellten SCADA-System, welches zur abgesetzten Führung und Steuerung von Netzen nötig ist, sind die EMS-Funktionen als optional charakterisiert.

5.2 Funktionen und Steuerstrategien von

in Abbildung 5-3 im Zusammenhang dargestellt. Darüber hinaus kann das EMS Optimierungsapplikationen sowie Offline-Simulationsfunktionen enthalten.

Meteorologische

Informationen Last-Informationen Equipment-Informationen Identifikation fehlerhafter Daten inkl. Reparatur-/Wiederherstellungs-Modul

State Estimation Vorhersage-/Prognose-Modul

Frühwarn-/Sicherheits-Modul Schwarz-Start-Modul

Fehlerbewertung

Dispatch-Plan-Modul (Fahrpläne, Zeitreihen)

Betriebsmodus, Topologie, Wetterbedingungen, Status Speichereinheiten, Prognoseverlauf Last/Erzeugung

Abbildung 5-3: Beispielarchitektur eines EMS in Microgrids in Anlehnung an [93]

Erzeugungsmanagement

Mit der integrierten Primärregelung besitzen die einzelnen DGs selbstadaptive Funktionen zur Anpassung der leistungselektronischen Umrichter und Steuerungen zur schnellen Anpassung der Ausgabe von Wirk- und Blindleistung. Durch übergeordnete Bedarfsanmeldung können die Systemleistungen gesteuert werden.

Management von Energiespeichern

Mit Hilfe der Erfassung der Speicherzustände der stationären Speicher kann, abhängig der Arbeitsweise des Energiespeichers, Systemdienstleistung erbracht werden (bspw.

Unterstützung der Last bei Unterdeckung der Erzeugung).

Lastmanagement

Im normalen Betrieb ist die Leistungsbilanz innerhalb des MG ausgeglichen. Vor allem bei Nutzung dargebotsabhängiger, fluktuierender erneuerbarer Erzeugung ist die Steuerung von einem geeigneten Lastmanagement abhängig. Dabei kann die Nutzung von flexiblen Lasten auf der Nachfrageseite entsprechend der Erzeugungssituation durch direkten Eingriff (DSM) und/oder durch Reaktion auf Tarif- und Preissignale (Demand-Response-Management (DRM)) erhöht werden. Effekte wie Peak Clipping (engl. für

„Spitzenbegrenzung“), Valley Filling (engl. für „Tal füllend“) und Load Shifting (engl. für

„Lastverschiebung“) schaffen einen nivellierten Last- und Erzeugungsverlauf.

Umschaltung der Betriebsmodi

Ausgehend der aktuellen Auslösung des Übergangs in den Inselbetrieb, bei Ausfall- oder Fehlerzuständen des vorgelagerten Netzes, wird dieser durch ökologische oder betriebsmodusabhängige Umschaltkriterien erweitert. Fahrplanspezifische Betriebsmoduswechsel sind damit plan- und vorhersehbar.

Fahrplangenerierung

Mit Hilfe generierter Fahrpläne durch Absprache der DEAs innerhalb des MG sind spezifisch orientierte Ziele als Kriterium für die Ausgestaltung der einzelnen Anlagenfahrpläne notwendig. Mit der Einführung des MAS können bspw. über Preisabsprachen die einzelnen DEA-Fahrpläne oder ein Gesamtfahrplan des MG generiert werden.

Prognosewerkzeuge

Erneuerbare Energien werden von meteorologischen Faktoren mit einer starken Zufälligkeit beeinflusst. Daher sind die Fehler für Wochenprognosen oder längere Zeiträume sehr groß. Daraus folgend ist der Prognose-Zyklus von EE im MG-EMS kürzer angesetzt. Der Prognose-Zyklus wird in vier Skalen eingeteilt [93]:

 ultra-kurzfristig (Sekunde voraus),

 Kurzzeit (Minute voraus),

 mittelfristig (Stunde voraus),

 langfristig (Tag voraus).

Da die Last die aktive Seite der Leistungsbilanz darstellt, sollte der entsprechende Lastprognose-Zyklus entsprechend des Erzeugungsprognose-Zyklus ausgelegt sein. Die vom Last- und Erzeugungsprognosemodul zur Verfügung gestellten Daten sind die Grundlage für Sicherheitswarnung, Einsatzplanung etc.

Zustandsschätzung (State Estimation)/Mustererkennungsmodul

Die Hauptfunktionen des Zustandsschätzmoduls sind Topologie-Fehlererkennung und Betriebsparameter-Schätzung etc. Dieses Modul enthält darüber hinaus eine Identifikationsfunktion für inkonsistente, fehlerhafte oder unplausible Daten. Trotz der einfachen Topologie von MGs ist die Durchführung einer Zustandsschätzung durch den hohen Anteil intermittierender Energie schwierig.

Wie bereits in Kapitel 2.4.3 beschrieben, existieren drei Betriebsmodi: netzgekoppelter Modus, autonomer Modus und der Übergangsmodus zwischen den obigen, erstgenannten zwei Modi. Die Hauptaufgabe der Mustererkennung ist die Identifizierung des

Betriebsmodus des MG. Dabei stehen nach [94] sowohl aktive als auch passive Methoden zur Verfügung. Innerhalb des autonomen Modus dient das Modul zur Laufzeitbewertung dieses Betriebs.

Sicherheitsfrühwarn- und Schutz-Modul

Das Sicherheitsfrühwarn- und Schutz-Modul beinhaltet die Funktionen der Risikobewertung, statischen Stabilität und transienten Stabilitätsprüfung. Das Modul berücksichtigt Leitungsfehlerwahrscheinlichkeit, stochastische Betrachtung der EE und die Kapazität der Energiespeicher bei der Durchführung der Risikobewertung. Durch die Zufälligkeit und Unschärfe des Auftretens von Leitungsfehlern wird die Credibility Theory angewendet, um das operationelle Risiko zu bewerten und eine entsprechende Sicherheitsstufe festzulegen. Die Stabilitätsgrenze des autonomen Modus ist dabei kleiner als die des netzgekoppelten Betriebs. Daher benötigt der autonome Betrieb ein schnelleres Frühwarnsystem [93].

Dispatch-Plan-Modul

In [93] hat sich das Dispatch-Plan-Modul als Kernmodul eines MG-EMS herausgestellt.

Dieses hat die Fähigkeit der Unterstützung der Energiebilanz und Stabilisierung des MG.

Die Aufgaben und Spezifikationen werden wie folgt dargestellt:Gestaltung und Aktualisierung des Dispatch-Plans unter Berücksichtigung von Nebenbedingungen wie spezifischen Betriebszustand, Sicherheitsstufe des Systems und Wartungsplan,

 Umsetzung präventiver Kontrollen bei abnormalen Zuständen im System, Umsetzung Notfallsteuerung bei Störungen.

Merkmale des Dispatch-Plan-Moduls sind wie folgt dargestellt:

 es gibt mehrere Arten von Ressourcen, die für den Dispatch-Plan (z. B.

Energiespeicher, BHKW) eingesetzt werden können,

 das Verhältnis von nicht-planbaren Ressourcen (bspw. Windkraft, Photovoltaik) ist hoch.

Schwarz-Start-Modul

Bei nicht-vorhandenem vorgelagertem Netz und beim Fehlen jeglicher gesicherter Lastversorgung im autonomen Modus kann ein sog. „schwarzer“ Netzzustand („Black-Out“) durch fehlende sequenzielle Lastminimierung unvermeidbar werden. Mit Hilfe eines entsprechenden Moduls mit hinterlegtem Schwarz-Start-Schema ist eine Rückkehr zum gesicherten Betrieb möglich. Das Schwarz-Start-Modul in Verbindung mit einem

Fehlermanagement ermöglicht die Einordnung der Betriebsmodi in den Gesamtprozess des MG (siehe Anlage A.11, Abbildung A-5).