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Das klassische Energieverteilnetz war aufgrund der klaren Leistungs-Flussrichtung von der Hochspannungsüber die Mittelspannungsbis hin zum Endkunden in der Niederspannungsebene geplant. Das Planungsleitbild des Stromverteilnetzes wird insbesondere durch die wachsende Anzahl von dezentralen Erzeugern verändert. Zudem bedingt die steigende Komplexität des Netzes eine Verbindung der Energieversorgung und der Kommunikationsund Informationstechnik. Die extremen Leistungsschwankungen zeigen, dass ein höherer Aufwand betrieben werden muss, um moderne Netze planen und kontrollieren zu können. Folge dieser starken Schwankungen ist die Gefahr, dass bei Lastumkehr die Spannung außerhalb der zulässigen Toleranzschwellen liegen kann. Die Anzahl von kritischen Betriebszuständen und Überlastungen nimmt stetig zu, da die klassisch geplanten Netze dafür nicht bemessen wurden. Mit der zunehmenden Einspeisung regenerativer Energieformen und der zunehmenden Nutzung effizienter leistungselektronischer Schaltungen in den einzelnen Verbrauchern (z.B. Schaltnetzteile) und somit auch der Zunahme von Oberschwingungen im Netz, nimmt der Bedarf zu, den genauen Systemzustand des Niederspannungsnetzes zu kennen, um Maßnahmen zur Erhaltung der Spannungsqualität zielgerichtet ergreifen zu können. Bedingt durch den bislang unidirektionalen Leistungsfluss in der Niederspannungsebene sind in der Vergangenheit keine oder kaum Messstellen in den unteren Spannungsebenen aufgebaut worden. Mangels Messstellen bestand auch nicht der Bedarf an einer informationstechnischen Anbindung auf dieser Ebene. Die Verbrauchszähler in den Haushalten sind bis auf wenige Ausnahmen elektromechanische Zählwerke, die zusätzliche Messgrößen, wie Strom und Spannung prinzipbedingt nicht erfassen können. Daher ist die Installation neuer Technik zur Messung und Übertragung von Zustandsgrößen des Niederspannungsnetzes notwendig. Während die Störaussendung von elektrischen Einrichtungen oberhalb 150 kHz normativ geregelt ist, han

Etwa ab dem Jahre 1980 hat die Elektronik Einzug in die elektrischen Niederspannungsnetze gehalten, beginnend mit Geräten kleiner Leistung, z.B. Fernseh- und Audiogeräten, Videorekordern, Rechnern, Monitoren und Energiesparlampen. Später kamen aus Energiespargründen leistungsstärkere elektronische Geräte hinzu, insbesondere solche mit drehzahlgeregelten Antrieben, z.B. bei Waschmaschinen, Wäschetrocknern, Staubsaugern, Heizwasser-Umwälzpumpen und Lüftern; hierbei geht der Trend seit längerer Zeit zu Asynchronmotoren mit Frequenzumrichtersteuerung. In jüngerer Zeit nimmt wegen der gewünschten dezentralen Energieversorgung die Zahl von Pulsumrichtern zur Netzeinspeisung aus Photovoltaik-Anlagen und künftig eventuell aus Brennstoffzellen erheblich zu.

Aufgrund neuer technischer Entwicklungen rückt der Frequenzbereich 2 kHz bis 150 kHz zunehmend in den Blickpunkt des Interesses. Das liegt einerseits an einer verstärkten Nutzung dieses Bereiches, z.B. für Datenkommunikation zur Fernabfrage intelligenter Elektrizitätszähler und für andere Anwendungen, wobei das Niederspannungsnetz selbst für die Datenübertragung benutzt wird. Mit der Nutzung dieses Netzes als Übertragungsweg ist andererseits aber auch eine mögliche Anfälligkeit für Störungen verbunden, beispielsweise durch Aussendungen von leistungselektronischen Geräten, wie Wechselrichter von Solaranlagen. Diese Wechselbeziehungen sind Gegenstand von EMV-Untersuchungen in diesem Frequenzbereich mit dem Ziel, eine unerwünschte Beeinflussung zu vermeiden. Die derzeit noch bestehende Normungslücke soll in Bezug auf die Störfestigkeit gegenüber differentiellen Störsignalen im Bereich 2 kHz bis 150 kHz mit der Norm IEC 61000-4-19 geschlossen werden. Der Normentwurf der IEC 61000-4-19 [77A/815e/CDV, IEC 61000-4-19: Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-19: Testing and measurement techniques - Test for immunity to conducted, differential mode disturbances and signalling in the frequency range 2 kHz to 150 kHz at a.c. power ports, Genf, 2013] befindet sich derzeit im Bearbeitungsstand eines CDV (Committee Draft for Vote). Im Rahmen des Beitrags soll über den aktuellen Stand der Normung, die Messverfahren und Grenzwerte berichtet werden.

Die Berechnung der Netzverluste in Niederspannungsnetzen kann nur über Umwege erfolgen, da viele Netzbetreiber keine digitalisierten Daten ihrer Netze besitzen. Hier wird ein Ansatz zur Ermittlung der technischen Verluste anhand vorhandener Netzdaten beschrieben., The major part of network operator of low voltage nets do not have digitised data of their nets. That’s why net losses must be calculated indirectly. This article describes an approach for getting results in a direct way.

Die Berechnung der Netzverluste in Niederspannungsnetzen kann nur über Umwege erfolgen, da viele Netzbetreiber keine digitalisierten Daten ihrer Netze besitzen. Hier wird ein Ansatz zur Ermittlung der technischen Verluste anhand vorhandener Netzdaten beschrieben., The major part of network operator of low voltage nets do not have digitised data of their nets. That’s why net losses must be calculated indirectly. This article describes an approach for getting results in a direct way.

Die Berechnung der Netzverluste in Niederspannungsnetzen kann nur über Umwege erfolgen, da viele Netzbetreiber keine digitalisierten Daten ihrer Netze besitzen. Hier wird ein Ansatz zur Ermittlung der technischen Verluste anhand vorhandener Netzdaten beschrieben., The major part of network operator of low voltage nets do not have digitised data of their nets. That’s why net losses must be calculated indirectly. This article describes an approach for getting results in a direct way.

Die Berechnung der Netzverluste in Niederspannungsnetzen kann nur über Umwege erfolgen, da viele Netzbetreiber keine digitalisierten Daten ihrer Netze besitzen. Hier wird ein Ansatz zur Ermittlung der technischen Verluste anhand vorhandener Netzdaten beschrieben., The major part of network operator of low voltage nets do not have digitised data of their nets. That’s why net losses must be calculated indirectly. This article describes an approach for getting results in a direct way.

The future operation of public low voltage networks has to consider increased decentralised generation using photovoltaic systems for residential application. For utilities it is necessary to determine the maximum permissible installed power of residential photovoltaic systems in sections of the low-voltage network. For this purpose a method based on modelling low-voltage network structures, occurring loads and insolation situations is presented and demonstrated. The maximum permissible installed power of residential photovoltaic systems is fundamentally determined by the structure of the settlement of the affected low-voltage network section. By modifying the generator model the method can be applied too for other types of decentralized generators in the low-voltage network such as fuel cell systems., Für den Betrieb des öffentlichen Niederspannungsnetzes in Wohnsiedlungsgebieten ist zukünftig mit einem verstärkten Einsatz dezentraler photovoltaischer Energiewandlungsanlagen zu rechnen. Für Netzbetreiber ist es erforderlich, die maximal zulässige Netzanschlussleistung derartiger Anlagen für Niederspannungs-Netzbezirke zu bestimmen. Dazu wird ein Verfahren auf der Grundlage der Modellierung der Struktur von Netzbezirken, der dort auftretenden Belastungen und Einstrahlungssituationen vorgestellt und demonstriert. Die maximal zulässige Netzanschlussleistung dezentraler photovoltaischer Energiewandlungsanlagen wird wesentlich durch die Siedlungsstruktur des betreffenden Niederspannungs-Netzbezirkes bestimmt. Durch Modifikation des Erzeugermodelles kann das Verfahren auch für andere dezentrale Kleinerzeuger im Niederspannungsnetz angewandt werden.

The future operation of public low voltage networks has to consider increased decentralised generation using photovoltaic systems for residential application. For utilities it is necessary to determine the maximum permissible installed power of residential photovoltaic systems in sections of the low-voltage network. For this purpose a method based on modelling low-voltage network structures, occurring loads and insolation situations is presented and demonstrated. The maximum permissible installed power of residential photovoltaic systems is fundamentally determined by the structure of the settlement of the affected low-voltage network section. By modifying the generator model the method can be applied too for other types of decentralized generators in the low-voltage network such as fuel cell systems., Für den Betrieb des öffentlichen Niederspannungsnetzes in Wohnsiedlungsgebieten ist zukünftig mit einem verstärkten Einsatz dezentraler photovoltaischer Energiewandlungsanlagen zu rechnen. Für Netzbetreiber ist es erforderlich, die maximal zulässige Netzanschlussleistung derartiger Anlagen für Niederspannungs-Netzbezirke zu bestimmen. Dazu wird ein Verfahren auf der Grundlage der Modellierung der Struktur von Netzbezirken, der dort auftretenden Belastungen und Einstrahlungssituationen vorgestellt und demonstriert. Die maximal zulässige Netzanschlussleistung dezentraler photovoltaischer Energiewandlungsanlagen wird wesentlich durch die Siedlungsstruktur des betreffenden Niederspannungs-Netzbezirkes bestimmt. Durch Modifikation des Erzeugermodelles kann das Verfahren auch für andere dezentrale Kleinerzeuger im Niederspannungsnetz angewandt werden.

The future operation of public low voltage networks has to consider increased decentralised generation using photovoltaic systems for residential application. For utilities it is necessary to determine the maximum permissible installed power of residential photovoltaic systems in sections of the low-voltage network. For this purpose a method based on modelling low-voltage network structures, occurring loads and insolation situations is presented and demonstrated. The maximum permissible installed power of residential photovoltaic systems is fundamentally determined by the structure of the settlement of the affected low-voltage network section. By modifying the generator model the method can be applied too for other types of decentralized generators in the low-voltage network such as fuel cell systems., Für den Betrieb des öffentlichen Niederspannungsnetzes in Wohnsiedlungsgebieten ist zukünftig mit einem verstärkten Einsatz dezentraler photovoltaischer Energiewandlungsanlagen zu rechnen. Für Netzbetreiber ist es erforderlich, die maximal zulässige Netzanschlussleistung derartiger Anlagen für Niederspannungs-Netzbezirke zu bestimmen. Dazu wird ein Verfahren auf der Grundlage der Modellierung der Struktur von Netzbezirken, der dort auftretenden Belastungen und Einstrahlungssituationen vorgestellt und demonstriert. Die maximal zulässige Netzanschlussleistung dezentraler photovoltaischer Energiewandlungsanlagen wird wesentlich durch die Siedlungsstruktur des betreffenden Niederspannungs-Netzbezirkes bestimmt. Durch Modifikation des Erzeugermodelles kann das Verfahren auch für andere dezentrale Kleinerzeuger im Niederspannungsnetz angewandt werden.

The future operation of public low voltage networks has to consider increased decentralised generation using photovoltaic systems for residential application. For utilities it is necessary to determine the maximum permissible installed power of residential photovoltaic systems in sections of the low-voltage network. For this purpose a method based on modelling low-voltage network structures, occurring loads and insolation situations is presented and demonstrated. The maximum permissible installed power of residential photovoltaic systems is fundamentally determined by the structure of the settlement of the affected low-voltage network section. By modifying the generator model the method can be applied too for other types of decentralized generators in the low-voltage network such as fuel cell systems., Für den Betrieb des öffentlichen Niederspannungsnetzes in Wohnsiedlungsgebieten ist zukünftig mit einem verstärkten Einsatz dezentraler photovoltaischer Energiewandlungsanlagen zu rechnen. Für Netzbetreiber ist es erforderlich, die maximal zulässige Netzanschlussleistung derartiger Anlagen für Niederspannungs-Netzbezirke zu bestimmen. Dazu wird ein Verfahren auf der Grundlage der Modellierung der Struktur von Netzbezirken, der dort auftretenden Belastungen und Einstrahlungssituationen vorgestellt und demonstriert. Die maximal zulässige Netzanschlussleistung dezentraler photovoltaischer Energiewandlungsanlagen wird wesentlich durch die Siedlungsstruktur des betreffenden Niederspannungs-Netzbezirkes bestimmt. Durch Modifikation des Erzeugermodelles kann das Verfahren auch für andere dezentrale Kleinerzeuger im Niederspannungsnetz angewandt werden.

Durch den wachsenden Anteil an Erzeugungsanlagen und leistungsstarken Verbrauchern aus dem Verkehr- und Wärmesektor kommen Niederspannungsnetze immer näher an ihre Betriebsgrenzen. Da für die Niederspannungsnetze bisher keine Messwerterfassung vorgesehen war, können Netzbetreiber Grenzverletzungen nicht erkennen. Um dieses zu ändern, werden deutsche Anschlussnutzer in Zukunft flächendeckend mit modernen Messeinrichtungen oder intelligenten Messsystemen (auch als Smart Meter bezeichnet) ausgestattet sein. Diese sind in der Lage über eine Kommunikationseinheit, das Smart-Meter-Gateway, Messdaten an die Netzbetreiber zu senden. Werden Messdaten aber als personenbezogene Netzzustandsdaten deklariert, so ist aus Datenschutzgründen eine Erhebung dieser Daten weitgehend untersagt. Ziel dieser Arbeit ist es eine Zustandsschätzung zu entwickeln, die auch bei niedrigredundanter Messwertaufnahme für den Netzbetrieb von Niederspannungsnetzen anwendbare Ergebnisse liefert. Neben geeigneten Algorithmen zur Zustandsschätzung ist dazu die Generierung von Ersatzwerten im Fokus. Die Untersuchungen und Erkenntnisse dieser Arbeit tragen dazu bei, den Verteilnetzbetreibern bei den maßgeblichen Entscheidungen in Bezug auf die Zustandsschätzung in Niederspannungsnetzen zu unterstützen. Erst wenn Niederspannungsnetze mit Hilfe der Zustandsschätzung beobachtbar sind, können darauf aufbauende Konzepte zur Regelung entwickelt werden, um die Energiewende zu unterstützen.

Durch den wachsenden Anteil an Erzeugungsanlagen und leistungsstarken Verbrauchern aus dem Verkehr- und Wärmesektor kommen Niederspannungsnetze immer näher an ihre Betriebsgrenzen. Da für die Niederspannungsnetze bisher keine Messwerterfassung vorgesehen war, können Netzbetreiber Grenzverletzungen nicht erkennen. Um dieses zu ändern, werden deutsche Anschlussnutzer in Zukunft flächendeckend mit modernen Messeinrichtungen oder intelligenten Messsystemen (auch als Smart Meter bezeichnet) ausgestattet sein. Diese sind in der Lage über eine Kommunikationseinheit, das Smart-Meter-Gateway, Messdaten an die Netzbetreiber zu senden. Werden Messdaten aber als personenbezogene Netzzustandsdaten deklariert, so ist aus Datenschutzgründen eine Erhebung dieser Daten weitgehend untersagt. Ziel dieser Arbeit ist es eine Zustandsschätzung zu entwickeln, die auch bei niedrigredundanter Messwertaufnahme für den Netzbetrieb von Niederspannungsnetzen anwendbare Ergebnisse liefert. Neben geeigneten Algorithmen zur Zustandsschätzung ist dazu die Generierung von Ersatzwerten im Fokus. Die Untersuchungen und Erkenntnisse dieser Arbeit tragen dazu bei, den Verteilnetzbetreibern bei den maßgeblichen Entscheidungen in Bezug auf die Zustandsschätzung in Niederspannungsnetzen zu unterstützen. Erst wenn Niederspannungsnetze mit Hilfe der Zustandsschätzung beobachtbar sind, können darauf aufbauende Konzepte zur Regelung entwickelt werden, um die Energiewende zu unterstützen.

Durch den wachsenden Anteil an Erzeugungsanlagen und leistungsstarken Verbrauchern aus dem Verkehr- und Wärmesektor kommen Niederspannungsnetze immer näher an ihre Betriebsgrenzen. Da für die Niederspannungsnetze bisher keine Messwerterfassung vorgesehen war, können Netzbetreiber Grenzverletzungen nicht erkennen. Um dieses zu ändern, werden deutsche Anschlussnutzer in Zukunft flächendeckend mit modernen Messeinrichtungen oder intelligenten Messsystemen (auch als Smart Meter bezeichnet) ausgestattet sein. Diese sind in der Lage über eine Kommunikationseinheit, das Smart-Meter-Gateway, Messdaten an die Netzbetreiber zu senden. Werden Messdaten aber als personenbezogene Netzzustandsdaten deklariert, so ist aus Datenschutzgründen eine Erhebung dieser Daten weitgehend untersagt. Ziel dieser Arbeit ist es eine Zustandsschätzung zu entwickeln, die auch bei niedrigredundanter Messwertaufnahme für den Netzbetrieb von Niederspannungsnetzen anwendbare Ergebnisse liefert. Neben geeigneten Algorithmen zur Zustandsschätzung ist dazu die Generierung von Ersatzwerten im Fokus. Die Untersuchungen und Erkenntnisse dieser Arbeit tragen dazu bei, den Verteilnetzbetreibern bei den maßgeblichen Entscheidungen in Bezug auf die Zustandsschätzung in Niederspannungsnetzen zu unterstützen. Erst wenn Niederspannungsnetze mit Hilfe der Zustandsschätzung beobachtbar sind, können darauf aufbauende Konzepte zur Regelung entwickelt werden, um die Energiewende zu unterstützen.

Der zunehmende Ausbau dezentraler Erzeugungsanlagen sowie die steigende Anzahl an Elektrofahrzeugen stellen die Niederspannungsnetze vor neue Herausforderungen. Neben der Einhaltung des zulässigen Spannungsbands führen Erzeugungsanlagen und neue Lasten zu einer zunehmenden thermischen Auslastung der Leitungen. Einfache, konventionelle Maßnahmen wie Topologieänderungen zu vermascht betriebenen Niederspannungsnetzen sind ein erster hilfreicher und kostengünstiger Ansatz, bieten aber keinen grundsätzlichen Schutz vor einer thermischen Überlastung der Betriebsmittel. Diese Arbeit befasst sich mit der Konzeption eines Spannungs- und Wirkleistungsreglers für vermaschte Niederspannungsnetze. Durch den Regler erfolgt eine messtechnische Erfassung der Spannungen und Ströme in einzelnen Messpunkten des Niederspannungsnetzes. Mit Hilfe eines speziellen Kennlinienverfahrens kann eine Leistungsverschiebung in einzelnen Netzmaschen hervorgerufen und vorgegebene Soll- oder Grenzwerte eingehalten werden. In vorliegender Arbeit werden die analytischen Grundlagen des Reglers, seine Hardware sowie das Kennlinienverfahren zusammen mit den realisierbaren Regelkonzepten vorgestellt. Die Ergebnisse aus Simulationsstudien, Labor- und Feldtests stellen die Effektivität des Reglers eindeutig dar und werden diskutiert.

Die Versorgungsaufgaben für Niederspannungsnetze werden sich in den kommenden Jahrzehnten durch die weitere Verbreitung von Photovoltaikanlagen, Wärmepumpenheizungen und Elektroautomobilen gegenüber denen des Jahres 2018 voraussichtlich stark ändern. In der Praxis verbreitete Planungsgrundsätze für den Neubau von Niederspannungsnetzen sind veraltet, denn sie stammen vielfach in ihren Grundzügen aus Zeiten, in denen die neuen Lasten und Einspeisungen nicht erwartet und dementsprechend nicht berücksichtigt wurden. Der Bedarf für neue Planungsgrundsätze fällt zeitlich mit der Verfügbarkeit regelbarer Ortsnetztransformatoren (rONT) zusammen, die zur Verbesserung der Spannungsverhältnisse im Netz eingesetzt werden können. Die hier entwickelten neuen Planungsgrundsätze erfordern für ländliche und vorstädtische Versorgungsaufgaben (nicht jedoch für städtische Versorgungsaufgaben) den rONT-Einsatz, um die hohen erwarteten Leistungen des Jahres 2040 zu geringen Kosten beherrschen zu können. Eine geeignete rONT-Standardregelkennlinie wird angegeben. In allen Fällen werden abschnittsweise parallelverlegte Kabel mit dem Querschnitt 240 mm² empfohlen.