Grundlegend neue Methode zur Analyse und Einstellung von Schutzmaßnahmen für Stromnetze mit einem hohen Anteil an netzgekoppelten Umrichtern

• Antragsteller: Professor Dr. Willem Leterme
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542328356

Der Übergang zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft erfordert einen massiven Ausbau erneuerbarer Energiequellen, wie Photovoltaik und Offshore-Wind, um die konventionellen, mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerke zu ersetzen. Die Umstellung auf erneuerbare Energiequellen erfordert einen radikalen Wandel in der Gestaltung und im Betrieb des elektrischen Energiesystems. In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf den Netzschutz bei Kurzschlüssen und hier insbesondere auf ein grundlegendes Update für Schutzfunktionen, die Fehler erkennen und identifizieren. Das korrekte Funktionieren des Schutzes ist entscheidend für den sicheren Betrieb eines Stromnetzes, um die Kontinuität der Stromversorgung zu gewährleisten und Schäden an Komponenten zu vermeiden. Aktuelle Forschungen zeigen qualitativ, dass die meisten der zurzeit verwendeten Schutzkonzepte in elektrischen Systemen mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien fehlerhaft funktionieren. Die Hauptursache für diesen Verlust an Zuverlässigkeit ist der leistungselektronische Konverter, der diese erneuerbaren Energiequellen mit dem Stromnetz verbindet. Dieser Konverter liefert Kurzschlussströme, die sechs bis acht Mal niedriger und weniger vorhersehbar sind im Vergleich zu Kurzschlussströmen von rotierenden elektrischen Maschinen in konventionellen Kraftwerken. Gegenwärtig fehlt es in der Theorie des Netzschutzes an praktischen Methoden, um den Verlust an Zuverlässigkeit zu quantifizieren sowie an effizienten Methoden zur Anpassung von Schutzfunktionen an Netze mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energiequellen. Das Ziel dieses Projekts ist eine grundlegende Aktualisierung der Theorie des Netzschutzes. Es soll eine Methode zur quantitativen Analyse und Einstellung von Schutzfunktionen entwickelt werden, die genau, rechnerisch effizient und allgemein anwendbar ist. In eigenen Vorarbeiten haben wir gezeigt, dass eine mathematische Neuformulierung der gegenwärtigen Indikatoren zur Quantifizierung der Leistungsfähigkeit von Schutzkonzepten es ermöglicht, eine Verbindung zwischen dem Schutz von Energiesystemen und der modernen Klassifizierungstheorie herzustellen. Erstmalig wurden hier probabilistische Modelle zur Analyse von Schutzfunktionen unter Verwendung der bayesschen Entscheidungstheorie eingeführt. Aufbauend auf dieser Forschung sollen in diesem Projekt neue probabilistische Modelle für verschiedene Arten von Schutzfunktionen entwickelt werden. Weiter sollen Methoden zur effizienten Bewertung dieser Schutzfunktionen sowie geeignete Leistungsindikatoren entwickelt werden. Die zu entwickelnde Methode hat sowohl Potenzial für die Analyse von Schutzsystemen als auch für die Einstellung bestehender Schutzfunktionen oder den Entwurf neuer Schutzfunktionen in elektrischen Energiesystemen mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energiequellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen