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#845018

iniGrid Integration of Innovative Distributed Sensors and Actuators in Smart Grids

iniGrid entwickelt und validiert innovative Sensorik und Aktorik für intelligente Verteilnetze. Als Folge zunehmender dezentraler und volatiler Einspeisung wird zukünftig ein aktives Kapazitätsmanagement wie auch schnelle Fehlerlokalisierung und –Behebung eine signifikante Rolle im Netzbetrieb spielen, um hohe Investitionen in Netzausbau zu vermeiden. Diese essentiellen Funktionen werden erst durch heute nicht vorhandene Sensorik und Aktorik im Feld effizient umsetzbar. Die im Projekt entwickelten Komponenten ermöglichen dies durch neue Funktionalität, Bauform und Nachrüstbarkeit. Der Markt beginnt bereits solche Komponenten nachzufragen. iniGrid wird dieses Zeitfenster nutzen, so dass diese Schlüsseltechnologie für Smart Grids in Österreich umgesetzt wird.

Zwei radikal neue Sensor- und Aktuatorkomponenten gemeinsam mit einer übergreifenden Automationsinfrastruktur stehen im Fokus des Projekts: Erstens besteht die Schlüsselinnovation von iniGrid in der Entwicklung des „Smart Breakers“. Hier handelt es sich um ein halbleiterbasiertes Schaltgerät für Niederspannungsanwendungen mit integrierter Schutz-, Mess-, Schalt- und Kommunikationsfunktion. Es findet seinen Einsatz im Bereich von Industrie und Gewerbe und erlaubt die Absicherung, das Monitoring und das Fernschalten einzelner Niederspannungsabgänge für Lasten und Erzeuger. Zweitens wird ein neuer Spannungssensor für luftisolierte Mittelspannungsanlagen entwickelt. In einer großen Zahl unverzichtbarer Anwendungsfälle werden Sensoren für luftisolierte Anlagen ohne Kabelstecker benötigt. Dazu müssen die Spannungssensoren in Stützisolatoren integriert werden. Da der Stützer keine geerdete Außenhülle hat besteht die Herausforderung in der Behandlung der Kapazitäten zu den umgebenden geerdeten und auch spannungsführenden Teilen.

Gemeinsam mit existierenden Technologien wie Smart Metering und andere vorhandene Sensorik werden die neu entwickelten Komponenten in eine zukunftsweisende und sichere Automationsinfrastruktur integriert. Die Herausforderung im liberalisierten Strommarkt ist hier, wie technisch und konzeptuell Sensoren und Aktuatoren für verschiedene Anwendungen vernetzt werden sollen. Die Bandbreite reicht vom lokalen Monitoring und Energiemanagement über virtuelle Kraftwerke bis hin zu Netzspannungsregelungen, automatische Fehlererkennung und andere.

Eine zunehmende Anzahl solcher vernetzter Smart Grid-Applikationen wird nachgefragt. Kombiniert mit dem steten Zuwachs von PV und anderen verteilten Erzeugungstechnologien entsteht ein starker Druck für innovative und kosteneffiziente Sensorik und Aktorik im Verteilnetzbereich. iniGrid revolutioniert die Energieverteilung bis zum Endnutzer durch innovative Sensorik und Aktorik für aktiv betriebene Verteilnetze. Eine Besonderheit des Projektes ist, dass die Systeminteraktion der neuen Komponenten mit vorhandener Technik im speziellen AIT SmartEST Labor einer umfassenden Validierung unterzogen wird, wo Vernetzungsund Skalierungseffekte durch hardware-in-the-loop-Tests analysiert werden können.

Projektverlauf

Das Konsortium arbeitet ausgesprochen effektiv zusammen. Es herrscht eine rege Kommunikation zwischen den Partner und es wird versucht die Ziele gemeinsam in enger Zusammenarbeit zu erreichen. 

Konsortialmeetings finden regelmäßig statt, um die bisherigen Aktivitäten zu präsentieren, offene Fragen zu besprechen und die nächsten Schritte festzulegen. In Arbeitsmeetings wird an den Aktivitäten in Kleingruppen gearbeitet.

Im Großen und Ganzen konnten die geplanten Schritte plangemäß durchgeführt werden. Eine Verzögerung und eine damit verbundene Verlängerung der Projektlaufzeit ergab sich aufgrund der großen Herausforderungen in der Produktion der Relays des Smart Breakers, da es sich dabei um neue Komponenten handelt, die nicht zur Verfügung standen. Dadurch musste die Produktion an einen externen Anbieter ausgelagert werden. Zusätzlich konnte beim Zusammenbau der Smart Breaker nicht auf die standardmäßige Automatisierung gegriffen werden (aufgrund der Neuartikeit) und ein manueller Zusammenbau wurde erforderlich.

Beim Mittelspannungssensor kam es zu Problemen aufgrund der mechanischen Kräfte wodurch weitere Iterationsschritte und Tests erforderlich wurden.

Meilensteine
1 Projekt gestartet
2 Systemanforderungen definiert
3 Konzept zur Verwendung des Smart Breakers erarbeitet
4 Konzept zur Verwendung des Mittelspannungssensors erarbeitet
5 Erste Kosten-Nutzen-Analysen für Mittelspannungssensor erarbeitet
6 Architektur (Automation und Sicherheit) definiert
7 Systemmodell für Labortests definiert
8 System-Validierung abgeschlossen und Ergebnisse analysiert
9 Validierung der Architektur (Sicherheit) abgeschlossen
10 Feldtest Design definiert
11 Feldtest abgeschlossen und Ergebnisse analysiert
12 Projekt abgeschlossen
Ergebnisse
  • Prototypen des Smart Breakers wurden entwickelt und in Labortest validiert. Derzeit läuft der abschließende Feldtest mit Smart Breakern, einem Energiemanagementsystem und weiteren Sensoren zur Steuerung von Beleuchtung, Monitoren, Rechnern und der Lüftung in einem Austellungsbereich.
  • Der Mittelspannungssensor wurde erfolgreich entwickelt und wird derzeit gemeinsam mit Automatisierungskomponenten im Labor getestet.
  • Ein Energiemanagementsystem, das mit den Geräten kommuniziert, wurde entwickelt und enthält verschiedene Strategien für den Einsatz im Feld (Fail-Safe Modus, Prioritätenliste zur Aktivierung/Deaktivierung von Stromkreisen bzw. Geräten, usw).
  • Die Risiko-Analyse und Definition einer sicheren Kommunikationsinfrastruktur wurde abgeschlossen.
  • Ein Rollout-Konzept wurde definiert
  • Simulationen, Labor- und Feldtest wurden bereits erfolgreich abgeschlossen bzw. befinden sich derzeit in der finalen Phase.
  • Aufgrund der bisherigen Erkenntnisse wurde eine Kosten-Nutzen-Analyse durchgeführt, die vielversprechende Ergebnisse liefert. Nach Abschluss der Labor- und Feldvalidierung werden diese Ergebnisse in der finale Analyse berücksichtigt.

Steckbrief

Projektnummer
845018
Koordinator
AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Projektleitung
Mark Stefan, mark.stefan@ait.ac.at
Partner
Eaton Industries (Austria) GmbH
Infineon Technologies Austria AG
Zelisko GmbH
Sprecher Automation GmbH
Technische Universität Wien - Institute of Computer Technology (ICT)
Fachhochschule Oberösterreich – F&E GesmbH
LINZ STROM Netz GmbH
MOOSMOAR Energies OG
Förderprogramm
Energieforschung (e!MISSION)
Dauer
09.2014 - 02.2018
Budget
4.074.707 €