SI/502101

Schlussbericht

Die Ziele dieses Projekts sind (i) die Analyse der Auswirkungen von umrichtergekoppelten Ressourcen auf die Schutzkonzepte von Mittel- und Niederspannungsnetzen (MS und NS) und (ii) die Bewertung der Wirksamkeit der derzeitigen Methoden für den Entwurf und die Bewertung von Schutzkonzepten in Verteilungsnetzen unter Verwendung eines quantitativen Rahmens: Bei (i) liegt der Schwerpunkt auf den zukünftigen Erzeugungsauslegungen, wenn die Anzahl der konventionellen Erzeuger in Hoch- und Höchstspannungsnetzen täglich (z. B. im Sommer tagsüber) und saisonal (z. B. im Sommer und im Winter) stark schwankt. So wird beispielsweise erwartet, dass die dezentrale Erzeugung in den Mittel- und Niederspannungsnetzen, z. B. durch Photovoltaikanlagen, den größten Teil der Nachfrage an Sommertagen deckt. Da die Anzahl der online geschalteten rotierenden Maschinen in Hoch- und Höchstspannungsnetzen reduziert ist, wird erwartet, dass die maximalen Kurzschlussströme (I k ”), die von den Hoch- und Höchstspannungsnetzen zu den Fehlern in den Mittel- und Niederspannungsnetzen geliefert werden, deutlich sinken, was dazu führt, dass die Schutzeinrichtungen nicht oder erst später aktiviert werden. Dieses Phänomen wird als "Schutzunterdeckung" bezeichnet und ist von den Netzbetreibern nicht erwünscht. Darüber hinaus ist aufgrund des Kurzschlussstrombeitrags der dezentralen Erzeugung in den Mittel- und Niederspannungsnetzen mit einer unnötigen Auslösung von Schutzeinrichtungen in den nachgeschalteten Abgängen der Umspannwerke ohne Fehler zu rechnen, insbesondere wenn die Schutzeinrichtungen nicht richtungsabhängig sind. Dieses Phänomen ist als ”störende & sympathetische Auslösung” bekannt und von den Betreibern auch nicht erwünscht. Für (ii) wird die Industrienorm IEC60909-2016, die in der Industrie bei der Auslegung und Bewertung von Schutzsystemen für Verteilungsnetze weit verbreitet ist, anhand der Ergebnisse der RMS-Simulationen für ausgewählte Erzeugungslayouts in (i) bewertet. In diesem Bericht wird zunächst der Nutzen von RMS-Simulationen (im Vergleich zu den Ergebnissen der Norm IEC60909-2016) für Schutzstudien aufgezeigt, insbesondere wenn die Netzspannungen erheblich von der Nennspannung abweichen. Als Nächstes werden die Fehlerniveaus (d. h. Kurzschlussstromniveaus, I k ”) in einem gegebenen Mittelspannungsnetz für ausgewählte Netzbetriebszustände mit hohen und niedrigen erneuerbaren Energieressourcen wie PV bewertet. Anschließend werden die Auswirkungen verschiedener Fehlerpegel in ausgewählten Netzbetriebszuständen auf den Überstromschutz von MV-LV-Transformatoren und MV-Kabeln sowie auf den Reserveschutz aufgezeigt, und schließlich wird eine nicht erschöpfende Liste potenzieller Abhilfemaßnahmen vorgelegt. Für die Simulationen und Analysen wird ein von EKZ geteiltes MS-Netz im PowerFactory-Format mit MS-NS-Transformatoren verwendet, während die NS-Lasten auf der NS-Seite der Transformatoren aggregiert werden (ohne NS-Netze). Die Analyse zeigt, dass es wichtig ist, den zeitvariablen Kurzschlussstrombeitrag (d. h. den Fehlerpegel S k ′′) der oberen Netze zu berücksichtigen, der für das Jahr 2035+ prognostiziert wird, wenn die Anzahl der sich drehenden Generatoren im ENTSO-E Gebiet geringer sein wird. In extremen Fällen, z.B. wenn S k ′′ 10% oder weniger als die heutigen Werte beträgt, führt die Verwendung der Norm IEC60909-2016 bei der Bewertung der Funktionalitäten der Schutzeinrichtungen zu ungenauen Ergebnissen. Je nach Lage der NS-Sammelschiene (d. h. in der Nähe des MS-MS-Transformators), den Eigenschaften des MS-NS-Transformators und der Lage der PV-Anlagen (d. h. auf MS- oder NS-Ebene) kann die IEC60909-2016 die Fehlerpegel auf der NS-Sammelschiene erheblich unterschätzen oder überschätzen. Unerwünschte Phänomene wie Schutzunterschreitungen und unerwünschte Auslösungen während Kurzschlüssen in Mittel- und Niederspannungsnetzen werden durch die Verwendung von RMS-Simulationen erkannt und besser beobachtet, insbesondere wenn S k ′′ aus den oberen Netzen deutlich niedriger ist. Aufgrund des Kurzschlussstrombeitrags von PV-Anlagen wird erwartet, dass die Schutz-Backup-Koordination für den Überstromschutz von Kabeln stark beeinträchtigt wird. Es wird erwartet, dass die Kurzschlussstrompegel auf der Niederspannungsseite der Transformatoren beeinträchtigt werden. Wenn das Energieversorgungsunternehmen HHS (Hochspannung-Hochleistung Sicherung) in Koordination mit den Schutzeinrichtungen an den NS-Abgängen einsetzt, müssen die Koordinationseinstellungen für unterschiedliche Betriebsbedingungen (z. B. hohe PV-Erzeugung mit niedrigem S k ′′) neu bewertet werden.