Da immer mehr erneuerbare Energiequellen in die Stromnetze integriert werden, verändert sich die Art der Netzstabilität grundlegend. Herkömmliche Erzeugungsanlagen – große rotierende Maschinen mit erheblicher physikalischer Trägheit – dämpften Frequenzschwankungen auf natürliche Weise. Da nun mehr umrichterbasierte erneuerbare Energien und weniger große Rotoren im Netz vorhanden sind, können sich Frequenzabweichungen schneller entwickeln und weiter ausbreiten als je zuvor.

Herkömmliche Überwachungsansätze wurden nicht für diese Umgebung konzipiert. SCADA-Systeme erfassen in der Regel 1–2 Messwerte pro Sekunde – ausreichend für die Überwachung im stationären Betrieb, aber viel zu langsam, um die schnellen Frequenzverschiebungen, Phasenwinkeländerungen und gebietsübergreifenden Schwingungen zu erkennen, die für moderne Netzstörungen charakteristisch sind. Bis ein Problem in den SCADA-Daten sichtbar wird, kann es bereits eine Kettenreaktion ausgelöst haben.

Wide Area Monitoring Systems (WAMS) schließen diese grundlegende Lücke. Durch den Einsatz mehrerer GPS-synchronisierter Phasor Measurement Units (PMUs) im gesamten Netz und die Aggregation ihrer Daten in einem zentralen Phasor Data Concentrator (PDC) ermöglicht WAMS eine synchronisierte, hochauflösende Übersicht über das gesamte Netz – mit bis zu 200 Bildern pro Sekunde, bezogen auf die UTC-Zeit. Phasenwinkeldifferenzen zwischen geografisch weit voneinander entfernten Punkten werden in Echtzeit sichtbar und ermöglichen so eine Frühwarnung vor sich anbahnenden Instabilitäten, Inselbetriebszuständen und Schwingungsereignissen, lange bevor diese eskalieren.

Die Anwendungen decken den gesamten Lebenszyklus des Netzbetriebs ab – von Echtzeit-Schutzmaßnahmen und Engpassmanagement über die Analyse nach Ereignissen bis hin zur Validierung digitaler Zwillinge und der langfristigen Planung für die Integration erneuerbarer Energien.

Die folgende Präsentation behandelt die Grundlagen der PMU-Technologie, die Leistungsmerkmale des PQA 8000H-RM sowie den praktischen Einsatz von WAMS, einschließlich der Genauigkeit von Synchrophasoren, der RoCoF-Messung, der FCAS-Konformitätsanforderungen und der SmartGRID EDGE-Softwareplattform.

Die auf Synchrophasoren basierende Überwachung eröffnet eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten im Betrieb und in der Planung, die mit der herkömmlichen PQ-Überwachung allein einfach nicht möglich sind:

Im Netzbetrieb ermöglicht WAMS die Echtzeitüberwachung von Phasenwinkeldifferenzen im gesamten Netz, die frühzeitige Erkennung unbeabsichtigter Inselbildung, die adaptive Schutzkoordination sowie die Unterstützung bei der Parallelschaltung. Im Anlagenmanagement unterstützt es die kontinuierliche Zustandsüberwachung, die nachträgliche Analyse von Störungsereignissen und die zustandsbasierte Wartungsplanung. Für die Netzplanung liefern die hochauflösenden Daten die Grundlage für Berechnungen der Aufnahmekapazität, die Validierung digitaler Zwillinge sowie Studien zur optimalen Platzierung von Synchrondensatoren und aktiven dynamischen Filtern. Im Zusammenhang mit der Integration erneuerbarer Energien und den Energiemärkten bildet WAMS die Messgrundlage für die Überprüfung von Regeldiensten, die Dokumentation der BESS-Leistung und die Koordination zwischen Übertragungs- und Verteilernetzbetreibern (TSO/DSO).

Die PDC-Software, auf der die WAMS-Lösung von NEO basiert, ist „SmartGRID EDGE“, entwickelt von SmartGRID Technologies – Power Quality Solutions. Sie aggregiert Echtzeit- und historische Synchrophasor-Daten von mehreren installierten PMUs und ermöglicht so eine Echtzeit-Phasor-Analyse, Ereigniserkennung, Schwingungsüberwachung sowie einen großräumigen Frequenzvergleich zwischen verschiedenen Standorten.

Unsere empfohlene Hardware für permanente WAMS-Installationen ist der PQA 8000H-RM: ein 19-Zoll-Rack-Power-Quality-Analysator, der Messfunktionen der Klasse A++ mit vollständiger Synchrophasor-Funktionalität gemäß IEC/IEEE 60255-118-1 in einem einzigen Gerät vereint. Mit GPS-Zeitsynchronisation, einer Berichtsfrequenz von bis zu 200 fps und Fernzugriff ist er speziell auf die Anforderungen einer kontinuierlichen, unbeaufsichtigten Netzüberwachung ausgelegt.

Mit der zunehmenden Einbindung erneuerbarer Energien verlieren die Stromnetze die Trägheit, die bisher bei Störungen für die Stabilisierung der Frequenz sorgte. Herkömmliche Messsysteme, die mit 1–2 Messwerten pro Sekunde arbeiten, können die schnellen Dynamiken nicht erfassen, die nun darüber entscheiden, ob ein Netz stabil bleibt oder in eine Kettenreaktion von Ausfällen gerät.

Phasor Measurement Units (PMUs) schließen diese Lücke durch GPS-synchronisierte, hochgeschwindigkeitsfähige Synchrophasor-Messungen, doch nicht alle PMU-Implementierungen bieten die Genauigkeit und Flexibilität, die moderne Netzanwendungen erfordern

Dieser Anwendungshinweis vermittelt die Grundlagen der PMU- und Synchrophasor-Technologie, erläutert die zentrale Genauigkeitskennzahl „Total Vector Error“ (TVE) und stellt den PQA8000H RM von NEO Messtechnik als leistungsstarke Lösung vor, die die IEC/IEEE-Normen um den Faktor 100 übertrifft.

Erfahren Sie, wie ROCOF-Messungen die Überwachung der Netzstabilität, die Erkennung von Inselbetrieben und die Überprüfung von Hilfsdiensten ermöglichen. Erfahren Sie außerdem, wie Wide-Area-Monitoring-Systeme (WAMS), die auf einem Phasor-Datenkonzentrator basieren, dezentrale PMU-Daten für Echtzeit- und historische Netzanalysen zusammenführen.