Team Schutz und Stabilität

Durch die zunehmende Integration dezentraler Energiewandlungsanlagen (DEA) in die Verteilungsnetze verändern sich die Verhältnisse im Netz sowohl im Normal- als auch im Fehlerfall. Der zunehmende Beitrag von DEA zu Fehlerströmen im Verteilungsnetz kann zu Fehlfunktionen installierter Schutzsysteme führen, was eine Veränderung der Schutzkonzepte notwendig macht. Die zunehmende Installation Wechselrichter-gekoppelter Anlagen und doppelt gespeister Asynchrongeneratoren (DFIG) führt darüber hinaus zu einer Vielzahl (dezentral / zentral) geregelter Systeme im Netz, deren Interaktion sowohl im Normalbetrieb als auch im Fehlerfall  unerwünschte Systemzustände zur Folge haben kann. Durch die Veränderungen von einer passiven Verbrauchsstruktur hin zu einem aktiven Verteilungsnetz verändert sich ebenfalls das Systemverhalten an den Verknüpfungspunkten zum überlagerten Transportnetz, was eine Veränderung der Annahmen für Stabilitätsuntersuchungen des Gesamtnetzes erfordert. Die zunehmende (gezielte) Steuerbarkeit des Anlagenverhaltens in aktiven Verteilungsnetzen bietet darüber hinaus die Möglichkeit die Systemstabilität sowie Schutzkonzepte aktiv als Dienstleistung zu (unter-)stützen.

Zur Berechnung zukünftiger Gegebenheiten und der darauf aufbauenden Ableitung von Lösungsmöglichkeiten und zukünftigen Dienstleistungen entwickeln wir in enger Kooperation mit Netzbetreibern, Komponentenherstellern und Forschungseinrichtungen geeignete Modelle und Softwaretools unter anderem für

  • die quasistationäre Berechnung von symmetrischen / asymmetrischen Fehlerströmen in Verteilungsnetzen unter Berücksichtigung  des Stromquellenverhaltens Wechselrichter-gekoppelter Anlagen,
  • die Stabilitätsanalyse interagierender Regelungen aktiver Verteilungsnetze mit virtuellen / topologischen Kraftwerksstrukturen im Normalbetrieb
  • die symmetrische und asymmetrische Analyse der Fehlerströme und –spannungen in Inselnetzen sowie deren transienter Stabilität in Abhängigkeit der Regelung und Stellgrößenbeschränkungen der Netzbildner
  • die dynamische Simulation von Ersatz-/Äquivalenzmodellen aktiver Verteilungsnetze für Stabilitätsstudien auf Systemebene.

Mittels umfangreicher Vermessung des Verhaltens einzelner DEA (insbesondere PV-Wechselrichter und Synchrongeneratoren) sowie des Systemverhaltens verschiedener Niederspannungsstrukturen bei unterschiedlichen symmetrischen und asymmetrischen Netzfehlerfällen im Testzentrum des IFHT wird die Modellbildung unterstützt und verifiziert. Die Simulationsansätze sind hierbei stets auf die Behandlung hochdimensionaler Parameterräume ausgelegt, da nur hiermit die große Vielzahl einflussreicher Parameter bei systemischen Betrachtungen sinnvoll möglich ist. Neben der Anwendung vollfaktorieller Berechnungen stehen dazu Methoden der Sensitivitätsanalyse, der Optimierung und heuristische Ansätze zur Verfügung. Die Nutzung eines Rechenclusters ermöglicht die Behandlung großer zusammenhängender Problemstellungen.

Die entwickelten Lösungsansätze werden mit Netzbetreibern, Komponentenherstellern und Forschungseinrichtungen hinsichtlich ihrer praktischen Umsetzbarkeit diskutiert und – soweit gewünscht – im Testzentrum des IFHT geprüft.