PRODICON Schutz des Stromnetzes bei hohen Anteilen an verteilten umrichtergespeisten Ressourcen
Ziel des Projekts ist es, einen qualitativen und quantitativen Rahmen zu entwickeln, um die Auswirkungen von umrichtergekoppelten Ressourcen auf den Schutz (d.h. Erkennung, Klassifizierung und Lokalisierung von Fehlern) von Verteilungsnetzen (MS und NS) zu bestimmen, insbesondere wenn die großtechnische konventionelle Erzeugung auf Hoch- und Höchstspannungsebene bei hohen Anteilen dezentraler Erzeugung abgeschaltet wird. Im Einzelnen werden folgende Ziele verfolgt:
- Ermittlung des erforderlichen Modellierungstyps und der Plattform für eine hinreichend genaue Modellierung von umrichtergekoppelten Quellen und der Nachfrage (z. B. Wärmepumpen) für Schutzstudien,
- Bewertung der Fehlerniveaus (d. h. der SCC-Niveaus) in einem bestimmten Netz für ein bestimmtes Szenario der Durchdringung von VRE,
- die Auswirkungen verschiedener Fehlerniveaus in ausgewählten Szenarien zu formulieren und
- die Ausarbeitung potenzieller Abhilfemaßnahmen.
Im Rahmen der Energiestrategie 2050 plant die Schweiz, in naher Zukunft große Kernkraftwerke stillzulegen und den Anteil der variablen erneuerbaren Energien (EE) an der Stromversorgung zu erhöhen. Ein solcher Paradigmenwechsel muss sorgfältig geplant werden, damit die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Stromversorgung nicht gefährdet wird.
Nach einem Fehler (z. B. Kurzschluss in einem Umspannwerk oder entlang einer Übertragungs-/Verteilungsfreileitung/einem Kabel) sollte das Schutzsystem (a) den Fehler richtig erkennen und isolieren und (b) schnell genug reagieren, um zu gewährleisten, dass nach dem Fehler ein stabiler Zustand erreicht werden kann, der die Frequenz- und Spannungsstabilität in Übertragungsnetzen sicherstellt.
Die Auslegung und der Betrieb der Verteilungsnetze beruhen auf der Tatsache, dass
- die Spannung im Umspannwerk steif ist und
- die an das Übertragungsnetz angeschlossenen Generatoren ausreichend große Kurzschlussströme (SCC) liefern können, um die Überstromschutzsysteme bei Fehlern im Verteilungsnetz auszulösen (d. h. zu erkennen und zu löschen).
Diese beiden Annahmen müssen überdacht werden, wenn der oben erwähnte Paradigmenwechsel geplant ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Standort und die Verfügbarkeit der VRE zeitlich variabel sind und das Verhalten der umrichtergeschalteten Generatoren bei Störungen im Vergleich zu konventionellen rotierenden Maschinen beispiellos ist: Die Höhe des Fehlerstroms und die Wellenform des Fehlerstroms sind drastisch unterschiedlich.
In diesem Projekt wird ein ganzheitlicher Ansatz verwendet, um das Verhalten und die nachfolgenden Auswirkungen von Stromrichtern und neuer elektrischer Nachfrage (z.B. Wärmepumpen) auf die bestehenden Schutzsysteme in Verteilungsnetzen, insbesondere in den Netzebenen 5 und 7, zu untersuchen und zu bewerten. Der ganzheitliche Rahmen wird so entwickelt, dass die zeitlich variablen SCC-Kapazitäten und das Verhalten der Stromrichter bei Kurzschlüssen angemessen berücksichtigt werden. Um dieses Ziel zu erreichen, wird die Rolle der Übertragungsquellen in aggregierter Form und ohne detaillierte Modellierung erfasst, während die Phänomene in den Verteilungsnetzen ausreichend detailliert analysiert werden. (Tools: FlexDyn, Power-Factory, Neplan, ATP/EMTP)