Network and Protection Security System for Predictive Blackout Avoidance in the Presence of a Competitive and CO2-Reduced Electrical Power Supply

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Johann Jäger
• Subject Area: Electrical Energy Systems, Power Management, Power Electronics, Electrical Machines and Drives
• Term: from 2010 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 187251949

• Final Report Year: 2015

Final Report Abstract

Die Betriebsweisen CO2-reduzierter Netze mit regenerativen Energieeinspeisungen gefährden durch Effekte wie (1) Zwischeneinspeisung dezentraler Einspeisung, (2) Variabilität der Kurzschlussleistung, (3) Reduktion der Kurzschlussströme, (4) Variabilität der Netztopologie und (5) Erhöhung der Betriebsmittelauslastung die gesicherte Koordination des Netzschutzes. Obwohl die Netz und Netzbetriebsweisen sich stetig weiterentwickeln, existieren keine gesicherten Aussagen zu den erlaubten Betriebsbereichen, unter welchen bestehende Schutzsysteme noch in der Lage sind, ihre Schutzfunktion aufrecht zu erhalten. Die Netz- und Schutzsicherheit ist demnach gefährdet. Die Idee bestand in der Entwicklung einer modernen, allgemein-gültigen koordinativen Systematik für moderne Netze zur Schwachstellenerkennung und Schwachstellenbehebung in bestehenden Netzschutzsystemen. Der zu wählende Ansatz sollte sich durch (1) Objektivität, (2) Bewertbarkeit und (3) Vergleichbarkeit auszeichnen und das Ziel verfolgen, Netzschutzsysteme zu prüfen auf (1) Eignung, (2) Einstellbarkeit und (3) Beschränktheit hinsichtlich der Betriebsbedingungen im Zusammenspiel mit einer gesicherten Schutzfunktion. Während der Projektlaufzeit wurde der Kern koordinativer Systematiken herausgearbeitet. Es wurde die Variabilität der Betriebsmittel diskutiert, Berechnungsmodelle entwickelt und Werkzeuge zur Analyse der Netz- und Schutzstruktur erarbeitet. Im Anschluss wurden Theorien zur deterministischen Optimierung und der multivariaten Statistik angewandt und mit einem zentralen Datenmodell verknüpft. Das Ergebnis der Untersuchungen ist ein Demonstrator mit Automatisierung zur allgemein-gültigen, netzunabhängigen (1) Analyse, (2) Optimierung und (3) Bewertung von Netzschutzsystemen unter variablen Netzbetriebsweisen. Dieser ist in der Lage, die (4) operative, sowie die (5) qualitative Funktionalität zu bewerten und eine im Rahmen des Modells gesicherte Aussage zur (6) Eignung, (7) Einstellbarkeit und (8) Beschränktheit des Netzschutzes zu geben und damit betriebsbedingte Gefährdungen im Vorfeld zu identifizieren. Eine Fortsetzung der Forschungsarbeit wird dringend empfohlen. Die gewinnbringenden Ergebnisse wurden durch die Bereitschaft zur interdisziplinären Forschung erreicht. Insbesondere im Bereich der angewandten und statistischen Mathematik sind die vielversprechendsten Ansätze für die weiter verbesserte Lösung dieser koordinativen Herausforderung zu finden.

Publications

• “Innovative Strategies for Protection Security Assessment”, IEEE Power and Energy Society General Meeting, Detroit, USA, 2011
  Romeis, C. ; Fuchs, J. ; Jaeger, J. ; Krebs, R.
  
• “Preventive Methods against Blackout Based on Protection Security Assessment in Future Grids”, Internat. Conference on Advanced Power System Automation and Protection (APAP), Beijing, China, 2011
  Fuchs, J. ; Jaeger, J. ; Krebs, R.
  
• “Automated Protection Coordination and Verification – An Important Task for Continuing the Service Reliability in Future Networks”, CIGRE meeting, B5-102, Paris, France, 2012
  Jaeger, J. ; Krebs, R.; Balasiu, F.; Lazar, F.
  
• “Netz- und Schutzsicherheitssystem zur vorausschauenden Netzausfallvermeidung”, VDE-ETG/FNN Schutz- und Leittechnik", Mainz, 2012
  Fuchs, J., Jaeger, J.
  
• “Protection Security Assessment - Innovative Strategies and Methods for Future Networks”, IEEE Power and Energy Society General Meeting, San Diego, USA, 2012
  Jaeger, J. ; Fuchs, J. ; Dauer, M. ; Bopp, T. ; Krebs, R.
  
• “Adaptive Protection Relay Coordination – Ideas, Approaches and Examples”, IEEE Power and Energy Society General Meeting, Vancouver, USA, 2013
  Fuchs, J.; Jaeger, J.; Dauer, M. ; Romeis, C.
  
• “Integrated Analysis of Network and Protection System in Future Grids”, IEEE Africon, Mauritius, Africa, 2013
  Fuchs, J.; Jaeger, J.
  
• “Quality Indication for Protection Security Assessment”, Internat. Conference on Advanced Power System Automation and Protection (APAP), Jeju, Korea, 2013
  Fuchs, J.; Jaeger, J.
  
• “Smart Grid Study on Protection Security Issues”, IEEE/PES Inovative Smart Grid Technologies Europe (ISGT), Lyngby, Denmark, 2013
  Fuchs, J.; Jaeger, J.