Mikronetze, auch Mikronetzwerke genannt, sind kleine Stromverteilungssysteme, die aus verteilten Stromquellen, Energiespeichern, Energieumwandlungsgeräten, Verbrauchern, Überwachungs- und Schutzeinrichtungen und vielem mehr bestehen. Sie versorgen Verbraucher mit Strom und dienen in erster Linie der Zuverlässigkeit der Stromversorgung.
Was ist ein Mikronetz?
Ein Micro-Grid ist ein autonomes System, das zur Selbststeuerung, zum Selbstschutz und zur Selbstverwaltung fähig ist.Es funktioniert als komplettes Stromversorgungssystem und verlässt sich auf seine eigene Steuerung und Verwaltung, um eine Leistungsbilanzregelung, eine Systembetriebsoptimierung, Fehlererkennung und -schutz sowie ein Stromqualitätsmanagement zu erreichen.
Zweck und Nutzen
Das Konzept der Mikronetze zielt auf die flexible und effiziente Nutzung dezentraler Energiequellen ab und bewältigt die Herausforderungen der Netzintegration einer Vielzahl unterschiedlicher dezentraler Energiequellen. Der Auf- und Ausbau von Mikronetzen kann die großflächige Integration dezentraler und erneuerbarer Energiequellen fördern und so eine zuverlässige Versorgung unterschiedlicher Verbraucher gewährleisten. Dies ist ein effektiver Weg zur Umstellung traditioneller Stromnetze auf intelligente Netze.
Schlüsselkomponenten eines Mikronetzes
Mikronetze bestehen typischerweise aus dezentralen Stromquellen mit geringer Kapazität und leistungselektronischen Schnittstellen. Dazu gehören Mikrogasturbinen, Brennstoffzellen, Photovoltaikzellen, kleine Windkraftanlagen und Energiespeicher wie Superkondensatoren, Schwungräder und Batterien. Diese Komponenten sind verbraucherseitig angeschlossen und zeichnen sich durch niedrige Kosten, niedrige Spannung und minimale Umweltverschmutzung aus.
Beispiel für ein System-Setup
- **Energiespeicherkonverter**:Ein bidirektionaler 50-kW-Energiespeicherkonverter für netzgekoppelte/netzunabhängige Stromversorgung, der an den 0,4-kV-Wechselstrombus angeschlossen ist und einen bidirektionalen Energiefluss ermöglicht.
- **Lithium-Eisenphosphat-Batterie**:110 kWh
- **EMS & BMS**:Systeme, die das Laden und Entladen des Energiespeichersystems steuern und Batterie-SOC-Informationen basierend auf Dispatch-Anweisungen auf höherer Ebene überwachen.
Systemfunktionen
1. **Spitzenkappung und Notstromversorgung**:Das System wird hauptsächlich zur Spitzenlastkappung und als Notstromquelle verwendet, um eine Erhöhung der Stromkapazität zu vermeiden und die Stromqualität zu verbessern.
2. **Umfassende Funktionalität**:Das Energiespeichersystem verfügt über umfassende Kommunikations-, Überwachungs-, Management-, Steuerungs-, Frühwarn- und Schutzfunktionen und gewährleistet so einen langfristig sicheren Betrieb.
3. **Erweiterte Kommunikation und Überwachung**:Das BMS-System kommuniziert über den RS485-Bus mit dem EMS-System und direkt mit dem PCS, wodurch eine umfassende Batterieüberwachung und ein umfassender Batterieschutz erreicht werden.
Operative Strategie
- **Grid-Interaktion**:Das Energiespeichersystem kann im netzgekoppelten Modus betrieben werden und reguliert die Wirk- und Blindleistung über den PQ-Modus oder den Droop-Modus, um den Lade- und Entladebedarf zu decken.
- **Spitzenmanagement**:Während Spitzenstrompreisen oder Zeiten hoher Last entlädt sich das Energiespeichersystem an die Last, wodurch Spitzenlasten ausgeglichen und Energie ergänzt werden.
- **Nahtloser Übergang**:Der Energiespeicherkonverter kann beim Erkennen einer Netzanomalie vom netzgekoppelten Modus in den Inselmodus (Off-Grid) wechseln.
- **Unabhängiger Betrieb**:Im netzunabhängigen Modus fungiert der Energiespeicherkonverter als primäre Spannungsquelle und versorgt lokale Lasten mit stabiler Spannung und Frequenz.
Energiespeicherkonverter (PCS)
**Erweiterte Paralleltechnologie**:Unterstützt den uneingeschränkten Parallelbetrieb mehrerer Maschinen.
- **Multi-Source-Integration**:Kann direkt mit Dieselgeneratoren vernetzt werden.
- **Hohe Power-Sharing-Genauigkeit**:Erreicht einen Leistungsteilungsgrad von bis zu 99 % im Spannungsquellen-Parallelbetrieb.
**Nahtloser Moduswechsel**:Unterstützt nahtloses Online-Umschalten zwischen netzgekoppeltem und netzunabhängigem Modus.
**Hohe Effizienz**:Optimiertes Hardware- und Softwaredesign mit einer Umwandlungseffizienz von bis zu 98,7 %.
- **Lange Lebensdauer**:Ausgelegt für eine Lebensdauer von 20 Jahren.
Kommunikationsmethoden
1. **Ethernet-Kommunikation**:Direkte Verbindung zwischen dem RJ45-Anschluss des Energiespeicherkonverters und dem RJ45-Anschluss des oberen Computers zur Überwachung.
2. **RS485-Kommunikation**:Optionales RS485-Kommunikationsschema basierend auf standardmäßiger Ethernet-MODBUS-TCP-Kommunikation.
3. **BMS-Kommunikation**:Der Energiespeicherkonverter kommuniziert zur Zustandsüberwachung und zum Schutz mit der Batteriemanagementeinheit BMS.
BMS-System
Das Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht Batteriespannung, Stromstärke, Isolationszustand, Ladezustand und mehr. Es gewährleistet die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Batteriebetriebs und bietet Warnmeldungen und Notfallschutz bei möglichen Fehlern.
EMS-System
Das Energiemanagementsystem (EMS) ist das übergeordnete Managementsystem für das Energiespeichersystem. Es konzentriert sich auf Überwachung, Datenanalyse und Echtzeitplanung. Es gewährleistet eine zuverlässige Stromversorgung und verbessert die Systemökonomie.
Hauptfunktionen:
- **Geräteüberwachung**:Echtzeit-Datenüberwachung und -Steuerung der Systemausrüstung.
**Energiemanagement**:Optimierungssteuerungsstrategie für Energiespeicherung und Lastkoordination.
- **Ereignisbenachrichtigungen**:Mehrstufiges Warnsystem mit einstellbaren Schwellenwerten und Reaktionsmaßnahmen.
- **Berichtsverwaltung**:Umfassende Datenstatistik-, Analyse- und Berichtsfunktionen.
- **Sicherheitsmanagement**:Konfiguration der Systembetriebsberechtigung, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.
Sicherheit und Überwachung
- **Umfassende Überwachung**:Mehrkanalige Videoüberwachung der wichtigsten Geräte und Betriebsbereiche, die eine langfristige Speicherung von Videodaten unterstützt.
- **Brand- und HLK-Systeme**:Separate Kühl- und Brandschutzmaßnahmen für Geräte- und Batteriefächer unter Verwendung moderner Feuerlöschsysteme wie Heptafluorpropan für eine effiziente und sichere Brandbekämpfung.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Micro-Grids einen bedeutenden Fortschritt für flexible, effiziente und zuverlässige Energieversorgungslösungen darstellen, insbesondere durch die Integration dezentraler und erneuerbarer Energiequellen. Durch den Einsatz fortschrittlicher Technologien und umfassender Managementsysteme ebnen Micro-Grids den Weg für die Zukunft intelligenter Stromnetze.
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Veröffentlichungszeit: 31. Juli 2024
