Meyer, Marc Florian

Smart grids yield in an efficient energy distribution, driven by advanced grid management and diverse technologies’ integration. For instance, the remote monitoring of transmission lines, facilitates the development process of conventional electrical networks into smart grids. One form of such remote monitoring applications can be actuated by means of a drone, which carries an embedded intelligent sensor. These drone-based applications referred to as Unmanned Aerial Systems (UAS), thus allow an instantaneous surveillance of the actual status of transmission lines, remotely. Accordingly, this paper presents an experimental setup of an “all-optical” electrical sensor, confronted with different forced voltage/current (V/I) levels, in order to test its feasibility for future applications in drone-controlled, electric grid monitoring processes. After analyzing different measurements’ outputs, and comparing them with reference values outputted by reference V/I sensors, the resulting deviated errors are tabulated and justified. Furthermore, the exploration of the studied sensor’s pros and cons, and by taking into consideration the space/weight restrictions that a drone-based application obtrudes, related future work is suggested.

The rising proportion of nonlinear electrical consumers causes the harmonic load of electrical distribution systems to increase. Depending on the acting grid impedance this leads to either complied permissible limit values of harmonic load or a danger to safe grid operation. Exemplary Hamburg’s sewage treatment plant is chosen to record harmonic load by means of a developed measurement concept during regular energy supply by the distribution system operator. The acquired measurement data are integrated into a simulation model to infer the harmonic load when operated in island mode, where grid impedance is greater as if connected to public grid. A measure to comply with the limit values is presented and demonstrates the effectiveness of passive filters.

Die fortlaufenden, regulatorischen Eingriffe der Bundesregierung im Bereich erneuerbarer Energien führen zu einem hohen Anteil an Windkraft und Photovoltaikanlagen im elektrischen Energieversorgungssystem. Neben einer bevorzugten Einspeisung der erneuerbaren Energien erfolgt aktuell und zukünftig ein Rückbau oder die Stilllegung konventioneller Kraftwerke, wie Atom- und Kohlekraftwerke. Als quantitativer Bewertungsparameter zur Abschätzung der potenziellen Konsequenzen wird die Kurzschlussimpedanz verwendet, die aus den Kurzschlussströmen ableitbar ist. Die Kurzschlussimpedanz dient beispielsweise zur Bewertung der Aufnahmekapazität der Netzanschlusspunkte, der Sicherstellung der Versorgungsqualität und der Reduktion der Netzrückwirkungen. Die Impedanz eines Netzverknüpfungspunktes einer Anlage berechnet sich aus Netzkurzschlussleistung und der Netznennspannung. Somit ist die Netzkurzschlussleistung ein wesentlicher Parameter der Netzbewertung, der sich durch die Energiewende verändert. Betrachtet wird in diesem Beitrag der Anfangs-Kurzschlusswechselstrom, der die Grundlage für die rechnerische Größe der Netzkurzschlussleistung ist. Dieser Beitrag analysiert den Einfluss der Veränderung der Kurzschlussströme auf die Niederspannung (NS) unter Verwendung von Referenznetzen der Nieder- und Mittelspannungsebene (MS), szenariobasierten Simulationen und vereinfachten Modellen für erneuerbare Energieanlagen. Gleichzeitig werden bisherige Forschungsergebnisse auf Tendenzen untersucht, die die Veränderungen der Kurzschlussströme und den Einfluss von EE-Anlagen analysieren. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen, dass die Kurzschlussströme trotz der Abschaltung von Großkraftwerken, die bisher durch Synchrongeneratoren den größten Anteil am Netzkurzschlussstrom lieferten, nicht in relevantem Maße abnehmen.

In this work, a frequency-dependent transformer model is derived with the help of a measurement device that determines the frequency response of the grid impedance at an arbitrary point of connection to the power grid. In this case, the measurement device was connected to a 20 kV medium voltage grid of a wind farm. The disconnection and reconnection of the wind turbine’s transformers revealed the impact the open circuit input impedance of the transformers has on the positive sequence component of the grid impedance. First deriving a positive sequence grid model from the measurement without the transformers, later analyzing the impact the transformers have on the grid impedance, allowed the calculation of the positive sequence component of a frequency-dependent open circuit transformer model, which results in the same impact on the overall grid impedance as observed in the measurements.