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Dezentrales, autarkes Netzstabilisierungsgerät

Die Initiative „Laufenburg“ der Tirron GmbH beschreibt ein lokal arbeitendes Steuer- und Schaltgerät zur netzspannungspriorisierten, statistisch adaptiven Regelung dezentraler Verbraucher und Erzeuger.

Im Unterschied zu zentral gesteuerten Smart-Grid-Architekturen basiert das System auf einer vollständig lokalen Mess-, Analyse- und Entscheidungslogik. Es arbeitet ohne Internetverbindung, ohne Funkkommunikation und ohne externe Steuerbefehle.

Für Netzbetreiber

Informationen speziell für Netzbetreiber.

1. Systemarchitektur

Das System besteht aus drei funktionalen Hauptmodulen:

  1. Messteil
  2. Statistische Auswerteeinheit
  3. Leistungs- und Schaltmodul

Alle Komponenten sind physikalisch gekoppelt und lokal integriert.

2. Messtechnik

2.1 Spannungsmessung

Erfassung:

  • Dreiphasige Netzspannung (L1, L2, L3)
  • 5-Minuten-Mittelwertbildung (U5Min)
  • 24-Stunden-Mittelwertbildung (U24h)
  • Berechnung der Standardabweichung (σ)

Die Tageswerte (288 Messpunkte pro Tag) werden wochentagsspezifisch gespeichert (7-Datei-System). Dadurch entsteht ein adaptives Referenzmodell, das typische Last- und Erzeugungsverläufe berücksichtigt.

2.2 Frequenzmessung

Messfenster:

  • 40,96 Sekunden
  • Sollwert: 2048 Nulldurchgänge

Referenztakt:

  • Temperaturstabilisierter Quarz
  • Optional Funkreferenz

Die gewählte Fensterlänge ermöglicht eine hochauflösende Frequenzbewertung bei gleichzeitig robuster Mittelwertbildung.

3. Statistische Auswertung

Die Auswertung basiert auf einer Gauß-Verteilungslogik.

Verglichen werden aktuelle Istwerte mit:

  • U24h
  • ±0,5σ
  • ±1σ
  • ±2σ

Die Entscheidungspriorität ist spannungsgeführt. Die Frequenz dient als sekundäres Kriterium.

Begründung:
 Dezentrale Leistungen im kW-Bereich beeinflussen die Netzfrequenz nur gering, während die Spannung lokal maßgeblich für Leitungs- und Transformatorbelastung ist.

4. Schaltlogik

4.1 Nulldurchgangsschaltung

Schaltvorgänge erfolgen:

  • im Spannungsnulldurchgang (Ein/Aus)
  • im Stromnulldurchgang bei induktiven Lasten

Dadurch werden:

  • Einschaltstromspitzen minimiert
  • Oberschwingungsbelastungen reduziert
  • zusätzliche Netzstörungen vermieden

4.2 Asynchrone Steuerung

Jede Einheit arbeitet mit eigener Zeitbasis. Dadurch entstehen keine Gleichzeitigkeitseffekte bei großflächiger Installation.

5. Gerätegruppenstruktur

Das System unterscheidet zwei Hauptgruppen:

5.1 Gruppe A – Stromerzeuger

Beispiele:

  • Biogasanlagen
  • KWK-Anlagen
  • Notstromaggregate
  • USV-Systeme
  • Pumpspeicher
  • Elektrolyse-/H2-Systeme

Generator-Synchronisierung

Integrierte Synchronisiereinrichtung mit:

  • Spannungsdifferenzprüfung
  • Frequenzdifferenzprüfung
  • Phasenlagenabgleich
  • Stromüberwachung nach Zuschaltung

5.2 Gruppe B – Stromverbraucher

Beispiele:

  • Boiler
  • Speicherheizungen
  • Wärmepumpen
  • Gefrierschränke
  • Ladegeräte >20 kWh
  • flexible Industrieprozesse

Charakteristik:

  • Nutzung vorhandener thermischer oder elektrischer Speicher
  • zeitlich begrenzte Abschaltungen
  • adaptive Wiedereinschaltlogik

6. Sicherheits- und Systemmerkmale

  • Vollständig lokal arbeitend
  • Keine Cloud-Anbindung
  • Keine Funkmodule
  • Drahtgebundene Parametrierung
  • Verplombbare Einstellungen
  • Verzögertes Wiedereinschalten nach Netzausfall
  • Manipulationsresistente Systemstruktur

7. Energetische Wirkung

Durch die lokale Spannungspriorisierung werden:

  • Ortsnetze entlastet
  • Transformatoren thermisch geschont
  • I²R-Verluste reduziert
  • Spannungsschwankungen gedämpft
  • Spitzenlastanforderungen reduziert

Die Wirksamkeit steigt mit zunehmender Anzahl installierter Einheiten, bleibt jedoch auch im Einzelfall wirksam.

8. Abgrenzung zu Smart-Grid-Architekturen

Konventionelle Systeme:

  • Zentrale Datenerfassung
  • Cloud-basierte Steuerung
  • Hoher Kommunikationsaufwand
  • Synchronisierte Großschaltungen

„Laufenburg“:

  • Dezentrale Einzelintelligenz
  • Keine externe Kommunikation
  • Statistisch adaptive Referenzbildung
  • Keine Gleichzeitigkeitseffekte

9. Skalierbarkeit

Das System ist technisch sinnvoll einsetzbar ab kleinen Leistungen (≈ 1 kW).
 Durch die modulare Struktur ist eine Integration in:

  • Zählerschränke
  • Schaltschranklösungen
  • Erzeugeranlagen
  • Verbrauchersysteme

möglich.

10. Entwicklungs- und Prüfstatus (offen zu definieren)

Für die technische Weiterentwicklung sind folgende Punkte vorgesehen:

  • EMV-Prüfung
  • Netzkonformitätsprüfung
  • CE-Bewertung
  • Feldversuche
  • Normative Einordnung (VDE/EN)
  • Wirtschaftlichkeitsanalyse