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Digitaler Wandel im Verteilernetz – Erfahrungen aus der Praxis

„Digitale Zwillinge verbessern Netzplanung und -überwachung“

Die Digitalisierung von Stromverteilnetzen und die Implementierung digitaler Zwillinge sind entscheidende Schritte in der Transformation der Energieinfrastruktur. Die treibenden Kräfte hinter dieser Transformation sind vielfältig und umfassen gesetzliche Rahmenbedingungen wie das Energiewirtschaftsgesetz (EnWG, DE) und das Elektrizitätswirtschaftsgesetz (ElWG, AT), die eine sichere und effiziente Energieversorgung gewährleisten sollen. Der digitale Wandel bietet Unterstützung, indem er neue Technologien und Prozesse einführt, die die Netzplanung und -überwachung verbessern.

Transformation der Verteilnetze - ein Akt auf dem Drahtseil

„Keine Angst vor dem Digitalen Zwilling“

Häufig gestellte Fragen von Verteilernetzbetreibern drehen sich um die Voraussetzungen für die Digitalisierung, die benötigten Ressourcen, den Zeitaufwand und die Herausforderungen bei der Datenintegration. Ein digitaler Zwilling, der ein virtuelles Abbild des physischen Netzes darstellt, kann dabei helfen, diese Herausforderungen zu bewältigen. Er ermöglicht eine genauere Überwachung und Analyse des Netzes, was zu einer effizienteren Wartung und einem besseren Verständnis der Netzbelastung führt.

In zwei Validierungsprojekten wurden die genannten Fragen genauer untersucht. Die Ergebnisse wurden in einem Webinar am 5. März 2024 vorgestellt. Jürgen Marchgraber, LINZ Netz stellte die „Erfahrungen aus einem Pilotprojekt zur messbasierten Netzanschlussbewertung mithilfe eines digitalen Zwillings“ vor. Andreas Ernst, Stadtwerke Weinheim berichtete zum „Monitoring eines Niederspannungsnetzes mit GridData“. Domagoj Drenjanac fasste seine „Erfahrungen beim Roll-out“ des GridData DigitalTwin bei mehreren Umsetzungsprozessen zusammen.

Häufige Fragen zur Digitalisierung im Netz

“Pseudomessungen im digitalen Zwilling – hohe Genauigkeit nachgewiesen“

Das Pilotprojekt bei LINZ Netz zielte darauf ab, für ein bestimmtes Netzgebiet topologische Daten und verfügbare Messdaten in den GridData DigitalTwin zu integrieren. Damit wurden die Funktionalitäten der Software getestet und die Potenziale einer messbasierten Netzanschlussbewertung konnten aufgezeigt werden. Die Umsetzung umfasste mehrere Schritte, von der Datenaufbereitung über die Lastflussrechnung bis hin zur Plausibilitätsprüfung und der Identifizierung von notwendigen funktionalen Ergänzungen im System.

Die Verfügbarkeit von Viertelstundenmessungen, punktuell verteilt über ein breites Gebiet, ist für die Genauigkeit der Netzanschlussbeurteilung von entscheidender Bedeutung. Da eine vollständige Abdeckung des Niederspannungsnetzes durch Messpunkte extrem aufwändig und teuer wäre, haben sich sogenannte Pseudomessungen als sehr effektiv bei unvollständigen Messdaten herausgestellt. Sie sind das Mittel der Wahl zur Reduktion notwendiger physischer Messpunkte und deren zeitlich aktuelle Anbindung und der Kosten für das entsprechende Datenmanagement. Mit einer partiellen, aber ausreichenden Anzahl von Messpunkten in Kombination mit Pseudomessungen kann eine Genauigkeit des Netzmodells von bis zu 99% erreicht werden.

Der DigitalTwin stellt die Netzkomponenten in der topologischen Umgebung dar.

„Modellbildung und -verifizierung – implizit mit dem digitalen Zwilling“

Die Modellbildung und die Verifizierung des Netzmodells waren Herausforderungen beim Pilotprojekt in Weinheim. Zu lösen sind die Komplettierung der GIS-Daten um netztechnische Aspekte und die Verbindung der räumlichen Datenstruktur mit den Daten der Kundenanlage. Die Leistung der SteuVE, (2024-03-27), die Rolle der Messstellenbetreiber und Gateway-Betreiber sowie ein Kriterienkatalog für Schalthandlungen sind weitere wichtige Faktoren, die die Netzanalysesoftware lösen muss.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die exakte Übereinstimmung des Mappings zwischen der realen Topologie, der abgebildeten Topologie und den Messdaten. Dies ist notwendig, um die Integrität und Zuverlässigkeit der digitalen Zwillinge zu gewährleisten. Bei einem flächendeckenden Einsatz werden zudem die Berechnungen sowie die Fehlerbestimmung und -korrektur von Topologie und Messdaten automatisiert durchgeführt.

Darstellung Messwerte von Strom bei der Einspeisung

„Projektierung digitaler Zwillinge – Erfahrung und IT-Kompetenz“

Die Implementierung digitaler Zwillinge im Stromverteilnetz ist ein komplexer Prozess, der eine sorgfältige Planung und Ausführung erfordert. Es beginnt mit der Datensammlung, die die Grundlage für die Erstellung eines rechenfähigen Netzmodells bildet. Die Qualität der Daten spielt dabei eine wesentliche Rolle. Experten empfehlen, mit der Digitalisierung von einzelnen Assets zu beginnen und schrittweise zu einer vollständigen digitalen Abbildung der Netzinfrastruktur überzugehen.

Folgender Projektablauf hat sich als effizient und zielführend erwiesen:

·         Definition eines Validierungsprojekts (Teilnetz): Alle notwendigen Schritte werden anhand eines Teilnetzes (MS und/oder NS) durchgeführt (Datenintegration mit Adapterentwicklung, Qualitätssicherung der Datenübernahme und des erstellten Modells, Test der Anwendungen, Training der Benutzer). Üblicherweise werden notwendige Messdaten identifiziert, so dass der Messbedarf entsprechend den Anforderungen aus dem Netzbetrieb minimiert werden kann. Fehlende Informationen im GIS/NIS-Export werden erkannt und können komplettiert werden. Alle Datenquellen (z. B. EDM, Leitsystem, PV-Inverter, Sensorik) werden betrachtet.

·         Roll-out Planung für das Gesamtnetz: Erst nach Abnahme des Validierungsprojekts beginnt der Roll-out auf das Gesamtnetz in abgestimmten Schritten. Damit kann die Projektumsetzung am Bedarf des Netzbetriebs orientiert werden. Die Roll-out-Dauer kann variieren (ein bis mehrere Jahre), so dass eventuelle Kundenmaßnahmen zum Datenmanagement, zur Installation von Messpunkten oder zur Installation von Kommunikationswegen (z. B. LoRaWan) in die Umsetzung einbezogen werden können.

Agile Projektorganisation führt schnell zu nutzbaren Ergebnissen

Im damit gesetzten Rahmen findet dann eine agile Integration des digitalen Zwillings mit dem Verteilnetz statt. Agil bedeutet konkret, dass sowohl zeitliche als auch ressourcentechnische als auch netztechnische Anforderungen seitens des Verteilnetzbetriebs im Ablauf berücksichtigt werden können. Die Roll-out-Planung dient als Gerüst, in dem sich das Projekt flexibel bewegen kann.

·         Inkrementelle (agile) Umsetzung: Ein großer Vorteil der genannten Vorgehensweise ist die Möglichkeit, den digitalen Zwilling (DigitalTwin) schrittweise einzuführen. Damit können bereits in kurzer Zeit (1-2 Monate) die Vorteile des digitalen Abbilds in der täglichen Arbeit genutzt werden. Welche Netzbereiche in welcher Reihenfolge integriert werden bestimmen die Anforderungen aus dem täglichen Betrieb.

·         Flexible Softwarebasis: Auch nach Projektabschluss erweist sich die Flexibilität des DigitalTwin. Neue oder geänderte Datenquellen können problemlos eingebunden werden. Funktionserweiterungen oder neue Funktionen können auf der vorhandenen Basis aufgesetzt und ergänzt werden. Netzerweiterungen sind ebenso einfach möglich.

·         Agile Projektorganisation: Die Projektorganisation ist an die Anforderungen des Netzbetriebs angepasst. In einem Kick-off Meeting werden der Projektablauf besprochen, Ansprechpartner benannt und Meilensteine zur Fortschrittsbewertung abgestimmt. In regelmäßigen (zweiwöchigen) Statusmeetings wird der Projektfortschritt verfolgt und die Planung wo notwendig feinjustiert. Softwareupdates und Datenergänzungen erfolgen dynamisch, neue, qualitätsgesicherte Features der laufenden Version des DigitalTwin werden kontinuierlich eingespielt.

Digitale Zwillinge – schnelle Umsetzung, wenige Voraussetzungen, große Effekte

Erfahrungen in abgeschlossenen und laufenden Kundenprojekten zeigen, dass die Anforderungen an Datenqualität (Topologie, Messdaten), an den Datenanschluss (Mobilnetz, LoRaWan, Fiber) und an den Zeitbedarf beim Projekteinstieg gering sind und im Laufe des Projekts an die aktuellen Anforderungen angepasst werden können. Die Leitlinie „start small – grow big“ wird mit einem digitalen Zwilling Realität.

Die Erfahrungen aus solchen Pilotprojekten und Studien zeigen, dass digitale Zwillinge den Netzbetreibern helfen können, die Herausforderungen der Energiewende zu bewältigen. Die Technologie wird als ein wichtiger Baustein für einen effizienteren Netzbetrieb und Netzausbau angesehen, der zu einer höheren Datenqualität und besseren Steuerungsmöglichkeiten der Netze führt.

Ø  Sie ermöglichen eine effizientere Planung und Durchführung von Baumaßnahmen und tragen zur Optimierung des Netzbetriebs bei.

Ø  Digitale Zwillinge im Stromverteilnetz sind für den effizienten Betrieb und Ausbau der Netze im Rahmen der Energiewende von Bedeutung.

Ø  Bei der Projektumsetzung sorgen digitale Zwillinge für eine höhere Datenqualität und bessere Steuerungsmöglichkeiten der Netze und Prozesse.

Ø  Die Voraussetzungen zum Einstieg sind daher eher gering – wichtige Qualitätsverbesserungen oder die Erweiterung der nutzbaren Daten können im Projektverlauf erfolgen. Die notwendigen Ressourcen (Personal, Finanzen, Technik) werden optimiert.

Ø  Die Zeit zur Umsetzung richtet sich nach den Möglichkeiten und Anforderungen aus dem Netzbetrieb.

 

Der Workshop “Digitalisierung in der Praxis” war eine gemeinsame Veranstaltung von Kontron Technologies und GridData und wurde unterstützt von der Deutschen Energie-Agenatur.

 

Fördersatz des Projekts RES Österreich

Dieses Projekt wird im Zuge des Renewable-Energy-Solutions-Programms der Exportinitiative Energie des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.

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