Vertrauenswürdige Entstörung von Energienetzen mittels echtzeit-fähiger Edge-Komponenten - Akronym: VE4; Teilvorhaben Meanwave: Verbesserung der Power Quality im verteilten System mittels edge-ready aktiven supraharmonischen Netzfiltern

Abstract

Im Forschungsprojekt VE4 – Vertrauenswürdige Entstörung von Energienetzen mittels echtzeitfähiger Edge-Komponenten stand die gezielte Verbesserung der Netzqualität in industriellen Energieversorgungsnetzen durch den Einsatz aktiver Netzfilter in einem verteilten Kompensationssystem im Mittelpunkt. Hintergrund war die zunehmende Belastung industrieller Netze durch nichtlineare Verbraucher, moderne Frequenzumrichter und leistungselektronische Konverter, die ein räumlich und zeitlich komplexes Störspektrum erzeugen. Diese Störungen äußern sich insbesondere in Oberschwingungen, transienten Effekten und EMV-relevanten Beeinträchtigungen und wirken sich häufig netzweit aus. Klassische, zentral ausgelegte Kompensationsansätze stoßen unter diesen Bedingungen an ihre Grenzen, da sie lokale Störquellen nur unzureichend adressieren und dynamische Änderungen im Netz kaum berücksichtigen können. Vor diesem Hintergrund wurde im Projekt ein dezentrales, verteiltes Kompensationskonzept entwickelt, bei dem mehrere aktive Power Nodes adaptiv und durch künstliche Intelligenz (KI) koordiniert im industriellen Versorgungsnetz als aktive Maßnahme eingesetzt werden. Ziel war es, Störungen nicht nur an einzelnen Einspeisepunkten zu reduzieren, sondern die Spannungsqualität über das gesamte Netz hinweg nachhaltig zu stabilisieren. Zentrale Voraussetzung für dieses verteilte Filterkonzept ist eine hochauflösende und zeitsynchrone Erfassung der Netzgrößen an unterschiedlichen, strategisch relevanten Punkten. Hierzu wurden Sensorknoten entwickelt, die direkt in den einzelnen Netzsegmenten installiert werden können. Sie erfassen kontinuierlich relevante Parameter wie Spannungen, Ströme und Oberschwingungsanteile und stellen diese Informationen in Echtzeit für die KI-gestützte Filterregelung auf dem Edge Device bereit. Dadurch wird eine netzweit verteilte Sicht auf das Störgeschehen ermöglicht, die deutlich über punktuelle Messungen hinausgeht. Die Auswertung und Verarbeitung der Messdaten erfolgten dezentral auf robusten Edge Devices. Diese Architektur erlaubt es, die aktiven Power Nodes lokal und mit minimalen Reaktions- zeiten anzusteuern und gleichzeitig die vollständige Kontrolle über die sensitiven Netzdaten bzw. der Kompensation zu behalten und somit einen verteilten, aber dennoch vertrauens- würdigen Ansatz zur aktiven Netzstabilisierung zu schaffen. Gleichzeitig werden die einzelnen Filter nicht isoliert betrieben, sondern mittels einer Ethernet basierten edge-ready Schnittstelle als Teil eines koordinierten Kompensationssystems, das seine Wirkung über mehrere Netzbereiche hinweg entfaltet. Durch diese verteilte Anordnung können Störungen gezielt dort kompensiert werden, wo sie entstehen oder sich besonders kritisch auswirken.