Zuverlässige Detektion von elektrischen Inselnetzen. Grundlage für einen zellulären Netzbetrieb.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Forschungsprojekt wurde das grundlegende Verhalten von ungewollten Inselnetzen untersucht. Dazu wurde in Referenznetzen mit verschiedenen Arten von dezentralen Erzeugungsanlagen die sogenannte „Non-Detection Zone“ bestimmt. Diese „Nichtdetektierbare Zone“ entsteht dadurch, dass es bestimmte Kombinationen aus Erzeugern und Verbrauchern gibt, bei denen die auftretenden Spannungs- und Frequenzänderungen zu klein sind, um diese vom Entkupplungsschutz zu detektieren. Es kann sich damit ein ungewolltes Inselnetz bilden. Im Rahmen der Untersuchungen konnten die Einflüsse der Regelung der dezentralen Erzeugungsanlagen auf die Inselnetzbildung identifiziert werden. Die von allen Anlagen geforderten Systemdienstleistungen wie die frequenzabhängige Wirkleistungsreduktion (ab 50,2 Hz) stabilisieren nicht nur den Verbundnetzbetrieb, sondern erhöhen auch die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines ungewollten elektrischen Inselnetzes. Die Untersuchungen wurden auf Anordnungen mit mehreren dezentralen Erzeugungsanlagen erweitert. In diesen Anlagen wurden verschiedene Detektionsverfahren modelliert und durch Einführung neuer Bewertungskriterien die Leistungsfähigkeit zur Verhinderung von ungewollten Inselnetzen untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass abgesehen von sehr kostenintensiven Varianten mit Kommunikationstechnik, kein Verfahren in jeder Last- bzw. Erzeugerkombination fehlerfrei funktioniert. Durch die Kombination verschiedener Detektionsverfahren kann eine erhebliche Verbesserung des Verhaltens erreicht werden. Es zeigte sich, dass die elektrischen Lasten insbesondere in Inselnetzen, die von dezentraler Einspeisung über Wechselrichter dominiert werden, einen erheblichen Einfluss auf die Übergangsvorgänge haben. Um diesen bedeutenden Einfluss berücksichtigen zu können, ist eine genaue Kenntnis der spannungs- und frequenzabhängigen Leistungsaufnahme von elektrischen Lasten erforderlich. Im Rahmen umfangreicher Messungen in realen Ortsnetzen konnte durch Einsatz von Netzersatzanlagen der Einfluss der Spannungs- und Frequenzänderung auf die Last untersucht werden. So wurde es möglich das spannungs- und frequenzabhängige Verhalten kompletter Ortsnetze zu charakterisieren und die dafür erforderlichen neuen Lastmodelle zu entwickeln. Diese neuen Lastmodelle und die ermittelten Lastparameter wurden eingesetzt um die Übergangsvorgänge in ungewollten Inselnetzen abzubilden. Dabei sind die Ergebnisse keineswegs nur auf die Untersuchung von elektrischen Inselnetzen beschränkt, sondern können unter anderem auch für die Netzplanung, State-Estimation und Stabilitätsuntersuchungen verwendet werden. Um im Falle von großflächigen Versorgungsausfällen weiterhin Teilnetze versorgen zu können, wurde der zellulare Netzbetrieb untersucht, bei dem einzelne Netzzellen als gewollte Inselnetze weiter betrieben werden können. Dazu wurden verschiedene Inselnetz-Regelungskonzepte untersucht und bewertet. Aus den Erkenntnissen der Grundlagenforschung zu ungewollten Inselnetzen konnte ein neues Regelungskonzept, die indirekte Spannungsregelung, entwickelt werden. Dieses Verfahren ermöglicht auch bei einer großen Anzahl von DEA im Netz eine einfache Möglichkeit zum Weiterbetrieb eines gewollten Inselnetzes unter Berücksichtigung des Selbstregeleffektes der elektrischen Lasten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Fundamentals of detectability and detection methods of unintentional electrical islands,” In: IEEE PowerTech, Eindhoven, 2015
Palm, S. und Schegner, P.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/PTC.2015.7232390) - “Static and transient load models taking account voltage and frequency dependence,” In: Power Systems Computation Conference (PSCC), Genua, 2016
Palm, S. und Schegner, P.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/PSCC.2016.7540887) - „Messung und Analyse des Kurzschlussstrombeitrags von Niederspannungs-PV-Wechselrichtern,“ In: 9. FNN/ETG-Tutorial Schutz- und Leittechnik. Berlin, Deutschland, 2016
Palm, S. und Meyer, J.
- “Measurement and Modeling of Voltage and Frequency Dependences in Local Distribution Grids,” In: IEEE Power and Energy Society General Meeting, Chicago, 2017
Palm, S., Schegner, P. und Schnelle, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/PESGM.2017.8273781) - Untersuchung und Bewertung von Verfahren zur Inselnetzerkennung, -prognose und -stabilisierung in Verteilnetzen. 1. Aufl. Norderstedt: BoD – Books on Demand, 2019. ISBN 9783746006079
Palm, S.
- “Evaluation and Comparison of Islanding Detection Methods by Extended Analysis of the Non Detection Zone,” In: CIRED International Conference on Electricity Distribution, Madrid, 2019
Palm, S. und Schegner, P.
(Siehe online unter https://doi.org/10.34890/963) - “Occurrence Probability and Prediction of Unintentional Islands Using Non Detection Zones,” In: IEEE Power and Energy Society General Meeting, Atlanta, 2019
Palm, S. und Schegner, P.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/PESGM40551.2019.8973814) - “Vergleichskriterien zur objektiven Bewertung von Inselnetzdetektionsverfahren im Verteilnetz,” In: Symposium Energieinnovation, Graz, 2019
Palm, S. und Schegner, P.
