Das 50,2 Hz-Problem 

Wirkleistungssteuerung bei Überfrequenz von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz 

Das Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN) leistet mit seinen VDE-Anwendungsregeln und technischen Hinweisen einen entscheidenden Beitrag für den sicheren und zuverlässigen Betrieb der Übertragungs- und Verteilnetze.
Insbesondere die 50,2 Hz-Problematik erforderte vom VDE|FNN eine schnelle Reaktion, da die installierte Leistung von dezentralen Erzeugungsanlagen durch den massiven Zubau in den letzten Jahre einen systemrelevanten Wert erreicht hatte. Dieser Entwicklung wurde bis dahin nur in den höheren Spannungsebenen Rechnung getragen. Aber da sich bereits ein erheblicher Teil der installierten Leistung in der Niederspannung befindet und dieser auch weiterhin stark ansteigen wird, mussten die Anforderungen an die Erzeugungsanlagen auch in der untersten Spannungsebene Berücksichtigung finden, um die Systemstabilität nicht zusätzlich zu gefährden.

Erreichte Meilensteine

Zu den technischen Mindestanforderungen für den Anschluss und den Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz, die in VDE-Anwendungsregel VDE-AR-N 4105 beschrieben sind, gehört auch die Berücksichtigung des 50,2 Hz-Problems. Die VDE-AR-N 4105 sieht für PV-Anlagen und alle weiteren regelbaren Erzeugungsanlagen für Frequenzen zwischen 50,2 Hz und 51,5 Hz ein sogenanntes Kennlinienverfahren zur Wirkleistungssteuerung vor. Dabei wird die momentan erzeugte Wirkleistung unter Berücksichtung eines Gradienten von 40 % bei einem Frequenzanstieg gesenkt bzw. bei einem Frequenzabfall gesteigert.
Nicht regelbare Erzeugungsanlagen dürfen sich alternativ zum Kennlinienverfahren innerhalb des oben genannten Frequenzbereiches vom Netz trennen. In diesem Fall stellen die Hersteller eine Gleichverteilung der Abschaltfrequenz in maximal 0,1 Hz-Schritten für jeden Anlagentyp sicher. Zudem beschreibt die VDE-AR-N 4105 verbesserte Zuschalt- und Wiederzuschaltverfahren.

Mit dem technischen Hinweis - Rahmenbedingungen für eine Übergangsregelung zur frequenzabhängigen Wirkleistungssteuerung von PV-Anlagen am NS-Netz wurde durch VDE|FNN bereits vor Inkrafttreten der VDE-AR-N 4105 auf die Situation im Niederspannungsnetz reagiert und eine entsprechende Empfehlung zum Eindämmen des 50,2 Hz-Problems ausgesprochen.

Bestandsanlagen & SysStabV
Die installierte Leistung von dezentralen Erzeugungsanlagen war durch den rasanten Zubau schon vor der Veröffentlichung der angepassten technischen Richtlinien systemkritisch. Um die von den Bestandsanlagen ausgehende Gefährdung der Systemstabilität abzuwenden, tratt am 26.07.2012 die Systemstabilitätsverordnung (SysStabV) in Kraft. Die SysStabV regelt die Nachrüstung von Anlagen zur Erzeugung von Strom aus solarer Strahlungsenergie (PV-Anlagen) mit einer installierten Leistung von mehr als 10 kW, um einen Wegfall systemrelevanter Einspeiseleistung bei Überschreiten der Netzfrequenz von 50,2 Hz zu verhindern.

Für die Durchführung der Nachrüstung der PV-Anlagen gelten folgende Fristen:

Spannungsebene Installierte Leistung Inbetriebsetzungsdatum Frist
Niederspannung größer 10 kW bis 30 kW Nach dem 31.08.2005
- vor dem 01.01.2012
31.12.2014
größer 30 kW bis 100 kW 31.05.2014
größer 100 kW Nach dem 30.04.2001
- vor dem 01.01.2012
31.08.2013
Mittelspannung größer 30 kW bis 100 kW Nach dem 30.04.2001
- vor dem 01.01.2009
31.05.2014
größer 100 kW 31.08.2013

Hintergrund
Die für die Systemstabilität des europäischen Verbundnetzes maßgebliche Größe ist die Netzfrequenz von 50 Hz. Kleine Schwankungen um diesen Wert sind normal und unproblematisch. Kritisch wird es nur, wenn ein großes Ungleichgewicht zwischen Energieerzeugung und Energieverbrauch herrscht. In diesem Fall liegt die Netzfrequenz deutlich über oder unter dem Nennwert von 50 Hz.
Die älteren technischen Richtlinien forderten bei Erreichen und Überschreiten einer Netzfrequenz von 50,2 Hz eine unverzügliche Trennung der Anlagen vom Stromnetz. Zu Zeiten starker regenerativer Stromeinspeisung schalten sich so im Extremfall mehrere Gigawatt an Leistung abrupt ab. Der auftretende Leistungssprung kann die europaweit vorgehaltene Primärregelleistung soweit übersteigen, dass die Leistungsfrequenzregelung die Netzfrequenz nicht mehr stabilisieren kann. Die Folge davon wären weiträumige Stromausfälle.
Zudem kann ein näherungsweise zeitgleiches Wiederzuschalten der dezentralen Erzeugungsanlagen bei einer Frequenzerholung zu einem erneuten Überschreiten der Frequenz von 50,2 Hz und damit zu einem erneuten Abschalten der Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz führen ("Jo-Jo"-Effekt).

Dokumente   Stand  

Rahmenbedingungen für eine Übergangsregelung zur frequenzabhängigen Wirkleistungssteuerung von PV-Anlagen am NS-Netz

03/2011

Das 50,2 Hz-Problem
Markus Fürst, BMWi-Gesprächsplattform "Zukunftsfähige Netze und Systemsicherheit"

19.01.2011

Das 50,2 Hz-Problem - Systemverhalten bei spontanem Leistungsungleichgewicht
Dr. Eckhard Grebe, BMWi-Gesprächsplattform "Zukunftsfähige Netze und Systemsicherheit"

19.01.2011

Überfrequenzabschaltung von dezentralen Erzeugungsanlagen am Verteilungsnetz (Sachstand und neue Lösungen)
Dr. Thomas Kumm, BMWi-Gesprächsplattform "Zukunftsfähige Netze und Systemsicherheit"

19.01.2011