Schutzalgorithmen für dynamisch vermaschte Ringnetzstrukturen mit dezentraler Einspeisung
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Abstract
In recent years and decades there has been a massive increase in distribution generation (DG), for which the existing electrical energy systems were not designed. In order to prevent possible violations of voltage and current limits resulting from this additional infeed, the degree of meshing can be increased, which enables further paths for the power to flow. In the simplest case, this leads to closing rings in previously openly operated ring structures. To perform this task, no new equipment is required, and the change of topology can basically be accomplished instantly. However, existent protection systems in distribution system networks can merely handle closed rings with a high share of DG adequately in many cases. As part of this paper, protection algorithms for relays on the busbar as well as on the (former) point of ring separation were developed, which do justice to this new constellation in the event of asymmetrical faults (single phase and two phase faults). The algorithms function on the basis of locally measured currents and voltages in symmetrical components. No communication channels across stations are required, this means, the application of the proposed algorithms does not require any additional infrastructure with the exception of new relays or the implementation of the proposed algorithms in existing relays respectively. The application of the algorithms leads to a reduced fault clearing time and thus diminishes the probability of disconnection of further DEA due to prolonged undervoltage situations. Furthermore, the improved fault localization enables troubleshooting measures to be started more quickly. In this way, this paper contributes to the integration of large numbers of DG into the existing network by avoiding massive network expansion measures at the same time.
Abstract
In den letzten Jahren und Jahrzehnten ist ein teils massiver Zuwachs an dezentralen Energieumwandlungsanlagen (DEA) zu verzeichnen, für welchen die bestehenden elektrischen Energieversorgungsnetze nicht geplant wurden. Um daraus folgenden möglichen Verletzungen der Spannungs- und Stromgrenzen zu begegnen, kann eine Erhöhung des Vermaschungsgrads vorgenommen werden, wodurch weitere Pfade für den Leistungsfluss eröffnet werden. Im einfachsten Fall führt dies zum Ringschluss vormals offen betriebener Ringnetze. Hierfür werden keine neuen Betriebsmittel benötigt und die Topologieänderung kann prinzipiell sofort geschehen. Herkömmliche Schutzsysteme in Verteilungsnetzen können geschlossene Ringe mit hohem DEA-Anteil jedoch in vielen Fällen nur unzureichend beherrschen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden deshalb Schutzalgorithmen für Relais an der Sammelschiene als auch an der (ehemaligen) Ringtrennstelle entwickelt, welche dieser neuen Konstellation bei unsymmetrischen Fehlern (einpolige und zweipolige Fehler) gerecht werden. Die Algorithmen arbeiten auf Basis der lokal gemessenen Ströme und Spannungen in Symmetrischen Komponenten. Es sind keine stationsübergreifenden Kommunikationskanäle nötig. Das bedeutet, dass die Anwendung der vorgeschlagenen Algorithmen mit Ausnahme neuer Relais bzw. der Implementierung der Algorithmen in bestehenden Relais keine weitere zusätzliche Infrastruktur benötigt. Die Anwendung der Algorithmen führt zu einer Verringerung der Fehlerklärungszeit und vermindert so die Ausfallwahrscheinlichkeit weiterer DEA durch länger anhaltende Unterspannungszustände. Überdies erlaubt die verbesserte Fehlerortung den schnelleren Anlauf von Fehlerbehebungsmaßnahmen an der Fehlerstelle. Auf diese Weise trägt die vorliegende Arbeit zur Integration großer Anzahlen an DEA in das vorhandene Netz unter Umgehung massiver Netzausbaumaßnahmen bei.
