LEM - Leistungselektronischer Maschenstromregler zur Flexibilisierung von Niederspannungsnetzen

Abstract

Im Zuge der Energiewende führen der Ausbau dezentraler Erzeugungsanlagen sowie zusätzlicher Verbraucher wie Photovoltaik, Wärmepumpen und Ladeinfrastruktur zu einer steigenden Auslastung der Niederspannungsnetze, sodass Abgänge von Ortsnetzstationen überlastet werden können. Eine Spannungsregelung beeinflusst den Lastfluss nur begrenzt, während Kabelverstärkungen mit hohem baulichem Aufwand verbunden sind. Maschenstromregler, die stark belastete Abgänge koppeln, bieten hier eine Alternative. Bisherige Lösungen sind jedoch groß, komplex und wenig flexibel. Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines kompakten, kostengünstigen leistungselektronischen Maschenstromreglers (LEM) mit Autokonfigurationsfunktion, der ohne aufwändige Feldkonfiguration oder Messtechnik auskommt. Der LEM sollte in bestehende Verteilerschränke integrierbar sein und anhand lokaler Messungen selbstständig entscheiden, ob eine Maschenbildung die Netzauslastung verbessert. Zudem sollte er seinen Arbeitspunkt autonom wählen und sich dynamisch an veränderte Netzbedingungen anpassen. Erst diese Selbstkonfigurationsfähigkeit ermöglicht einen wirtschaftlichen und großflächigen Einsatz. Das Konsortium bündelte Kompetenzen in Hard- und Softwareentwicklung, Hochleistungselektronik sowie Netzbewertung. Mit der Pfalzwerke Netz AG war ein Praxispartner beteiligt, der Anforderungen einbrachte und die Lösung im realen Netzbetrieb testete. In the context of the energy transition, the growing use of distributed generation and additional loads such as photovoltaics, heat pumps, and EV charging significantly increases the loading of low-voltage networks, risking feeder overloads. Conventional voltage regulation has limited impact on power flows, while cable reinforcement requires costly civil works. Mesh current controllers that interconnect heavily loaded feeders offer a promising alternative, but existing solutions are often bulky, complex, and inflexible. The project aimed to design, develop, and validate a compact, low-cost power electronic mesh current controller (LEM) with an auto-configuration function, eliminating the need for complex field setup or measurement equipment. The LEM is designed for integration into existing distribution cabinets without additional construction. Using local measurements, it autonomously determines whether mesh control can improve network utilization, selects its operating point, and adapts to changing grid conditions. This self-configuring capability is key to enabling large-scale practical deployment. The consortium combined expertise in hardware and software development, high-power electronics, and network evaluation. Pfalzwerke Netz AG contributed as a distribution system operator, providing requirements and enabling real-world testing of the system.