Systemschutz für Übertragungskorridore
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Teilprojekt (TP) sind die Arbeiten des Systemschutzes für Übertragungskorridore fortgesetzt und in ein proaktives Assistenzsystem bzw. Systemschutzkonzept zur Vermeidung von Überlastkaskaden weiterentwickelt worden. Dieses basiert auf zeitsynchronisierten Zeigermessdaten von Spannungen und Strömen, welche zur Klassifikation des Systemzustandes und der Temperatur von Freileitungen herangezogen werden, um Maßnahmen zur Begrenzung eines großflächigen Totalausfalls der Stromversorgung einzuleiten. Nachdem in der ersten Projektphase ein Konzept zur Systemtrennung bei Verlust des Synchronismus von Teilgebieten innerhalb eines Verbundsystems entwickelt wurde, stand in der zweiten Phase die koordinierte Anwendung von Maßnahmen, die bereits frühzeitig den Verlust des Synchronismus vermeiden, im Fokus der Forschung. Um den Verlust des Synchronismus zu verhindern, ist es vorteilhaft, die thermische Überwachung von Übertragungskorridoren in das Konzept zu integrieren, damit Überlastungen frühzeitig behoben werden können, bevor sie kritisch für die Aufrechterhaltung der Systemstabilität werden. Die Bandbreite geeigneter Maßnahmen zur Entlastung von Übertragungskorridoren ist vielfältig, weshalb eine Entscheidung für die situationsbedingt beste Lösung unter anderem in Abhängigkeit der verbleibenden Zeit bis zu der eine Gegenmaßnahme eingeleitet werden muss, erforderlich ist. Daher ist in der zweiten Forschungsphase ein komplexes Systemschutzkonzept, welches angespannte Situationen unter Berücksichtigung ihrer Dringlichkeit, also einer zeitlichen Prognose des Handlungszeitraumes bewertet, entwickelt worden. Im Laufe der Entwicklung zeigte sich, dass weltweit viele Netzbetreiber das Konzept des witterungsabhängigen Freileitungsbetriebes verstärkt anwenden, obwohl die Betriebserfahrungen gering sind und erfolgreich getestete Methoden auf divergenten Ansätzen basieren. Der Vergleich und die Bewertung dieser Ansätze verlangt zeitlich und räumlich detaillierte Referenzmessungen von Freileitungstemperaturen, die allerdings aufgrund der weiträumigen Ausdehnung von Freileitungen und des damit einhergehenden örtlich und zeitlich wechselhaften Witterungseinflusses nicht verfügbar sind. Vor diesem Hintergrund ist in diesem TP eine Simulationsumgebung zur Bereitstellung einer reproduzierbaren Temperaturreferenz mit exakter Orts- und Zeitkenntnis auf Basis einer elektro-thermischen Freileitungsmodellierung entwickelt worden. Mit ihr sind sowohl wettergestützte als auch auf der kontinuierlichen Schätzung von Leitungsparametern basierende Messsysteme erstmalig systematisch untersucht und ihre Genauigkeit evaluiert worden. Diese Untersuchungen liefern wertvolle Informationen darüber, mit welcher Genauigkeit ein Systemschutzkonzept basierend auf der thermischen Überwachung von Freileitungen arbeiten kann und wie dieses parametriert werden sollte, um sicher und zuverlässig zu arbeiten. Basierend auf diesen Erkenntnissen sind geeignete Verfahren zur Detektion und Bewertung von thermischen Überlastungen für den Systemschutz für Übertragungskorridore konzipiert und entwickelt worden. Der Systemschutz selbst greift auf eine verteilte Rechnerarchitektur, die die parallele Suche nach geeigneten Gegenmaßnahmen mit Zielfunktionen variabler Komplexität und Algorithmen unterschiedlicher Basis ermöglicht. Somit erlaubt diese Architektur die verbleibende Handlungszeit so zu nutzen, dass die Effektivität und Effizienz evaluierter Gegenmaßnahmen mit voranschreitender Zeit steigt. Die situationsbedingt besten Maßnahmen und ihre auf Simulationen basierenden Auswirkungen werden der Betriebsführung in einer angemessenen Visualisierungsform dargestellt. Der Betriebsführer kann selbst entscheiden, welche der Handlungsoptionen er wählt. Erst nach Ablauf der Handlungszeit führt das Schutzkonzept eine eigenständige Handlung zur Begrenzung der Störung aus.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Response Based System Protection Scheme Against Line Overload Cascades, in IET Conference on Developments in Power System Protection (DPSP) 2014, April 2014
A. Kubis, C. Rehtanz
(Siehe online unter https://doi.org/10.1049/cp.2014.0164) - About the Relationship of Line Overload Cascading and Loss of Synchronism in Electric Power Systems, 2015 IEEE PowerTech Eindhoven, Eindhoven, Niederlande, Juli 2015
A. Kubis, C. Rehtanz
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/PTC.2015.7232490) - Validation of ICT-Based Protection and Control Applications in Electric Power Systems, 2015 IEEE PowerTech Eindhoven, Eindhoven, Niederlande, Juli 2015
A. Kubis, L. Robitzky, M. Küch, S. C. Müller, B. Jablkowski, H. Georg, N. Dorsch, S. Krey, C. Langesberg, D. Surmann, D. Mayorga, C. Rehtanz, U. Häger, O. Spinczyk, C. Wietfeld, C. Weihs, U. Ligges, J. Myrzik, J. Götze
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/PTC.2015.7232644) - ICT-Based Integration of Active Distribution Networks in the Monitoring and Control Systems of the Future, VDE Kongress 2016, November 2016
D. Mayorga, L. Robitzky, A. Kubis, S. Böcker, J. Myrzik, C. Rehtanz, C. Wietfeld
- Synchrophasor Based Thermal Overhead Line Monitoring Considering Line Spans and Thermal Transients, IET Journal of Generation, Transmission and Distribution, Volume 10, Issue 5, pp. 1232-1239, April 2016
A. Kubis, C. Rehtanz
(Siehe online unter https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2015.0852) - Application of a Combined Electro-Thermal Overhead Line Model in Power Flow and Time-Domain Power System Simulations, IET Journal of Generation, Transmission and Distribution, Volume 11, Issue 8, April 2017
A. Kubis, C. Rehtanz
(Siehe online unter https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2016.1626) - Assessment of Cut-Sets for Generator Coherency based Power System Islanding Approaches, IEEE Innovative Smart Grid Technologies – Asia (ISGT-Asia), 2017
M. Abdallatif, A. Kubis, S. Schramm, J. Götze, C. Rehtanz
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/ISGT-Asia.2017.8378442) - Methodik zur Bewertung und Verbesserung von Systemen zur thermischen Überwachung von Freileitungen, Dissertation, TU Dortmund, 2017
A. Kubis
- Operating Experience with and Future Challenges for Coordinating Power Plant and Power System Protection, CIGRE Science & Engineering Journal - Special Issue: Best of 2016 Session Papers, Bd. 7, 2017
Janssen, Q. Zhuang, A. Kubis u. a.
