Implementierung zentralisierter Schutzkonzepte unter Verwendung einer HIL-Umgebung
Universität Vaasa
Energie
03 / 09 / 2026
Die Universität
Die Universität Vaasa ist eine internationale Forschungsuniversität in Finnland, deren Schwerpunkte auf nachhaltiger Wirtschaft, Energie und Gesellschaft liegen. Sie ist Teil des größten Energietechnologie-Clusters der nordischen Region. Ihr FREESI-Labor (Future Reliable Electricity and Energy Systems Integration), das zur VEBIC-Forschungsplattform gehört, ist eine Einrichtung von Weltklasse, die sich der Forschung im Bereich Smart Grids, der Netzintegration dezentraler Energiequellen ( Verteilte Energieressourcen , DER) und fortschrittlichen Schutzsystemen für Stromnetze widmet.
Die Herausforderungen
- Komplexitäten bei der Integration von IBRs: Herkömmliche Schutzkonzepte haben Schwierigkeiten mit den dynamischen Verhaltensweisen von Wind- und Solaranlagen (IBRs), was zu einer „Blindheit“ der Schutzsysteme und zu Fehlauslösungen führt.
- Netzentwicklung: Moderne Stromnetze erfordern eine schnelle Fehlerisolierung und Skalierbarkeit, um einen höheren Anteil erneuerbarer Energien bewältigen zu können, während sie nahe an ihren thermischen und spannungstechnischen Grenzwerten betrieben werden.
- Kommunikationsanforderungen: Die Implementierung eines zentralisierten Schutzsystems erfordert eine zeitlich synchronisierte Datenerfassung mit hoher Geschwindigkeit (IEC 61850), die vor dem Einsatz vor Ort einer gründlichen Validierung unterzogen werden muss.
Die OPAL-RT Lösung
Die Universität hat eine umfassende HIL-Testumgebung entwickelt, um theoretische CPC-Konzepte in praktische Lösungen umzusetzen:
- Hardware: Der Echtzeit-Simulator OPAL-RT OP5600 bildet das Herzstück des Systems, emuliert realistische Dynamiken im Verteilungsnetz und generiert direkt Abtastwerte (SVs).
- Integration: Die Konfiguration umfasst das zentralisierte Schutzgerät SSC600 sowie die Relais REX640 von ABB und bildet damit eine IEC 61850-konforme Architektur.
- Kommunikation und Synchronisation: Zur Synchronisation wird das Precision Time Protocol (PTP) Version 2 verwendet, wobei SVs mit 4 kHz übertragen werden und GOOSE-Nachrichten für Steuerbefehle zum Einsatz kommen.
- Fortgeschrittene Forschung: Unterstützt „ Tests “ adaptiver Schutzkonzepte, 5G-Kommunikation und R-GOOSE sowie die Analyse der Hosting-Kapazität.
Wir haben das OPAL-RT-System zur Simulation von bis zu 30 ausgewählten Lastströmen eingesetzt und damit seine Eignung für große und komplexe Umspannwerksumgebungen unter Beweis gestellt. Die Flexibilität, Skalierbarkeit und das unterstützende Ökosystem der Plattform machen sie zu einem hervorragenden Werkzeug für die Entwicklung und das „ Tests “ zentralisierter Schutzkonzepte.
Meysam Pashaei
Universität Vaasa
Die Ergebnisse
- Bestätigte CPC-Machbarkeit: Es wurde nachgewiesen , dass ein auf dem „ software “ basierender zentraler Schutz in der Lage ist, die Herausforderungen durch wechselrichterbasierte dezentrale Energiequellen (DERs) zu bewältigen.
- Groß angelegte Simulation: Es wurden bis zu 30 Stichproben-Wertströme erfolgreich simuliert, was die Eignung für komplexe Umspannwerksumgebungen belegt.
- Verbesserte Netzstabilität: Es wurden neue Funktionen wie adaptive Schutzmaßnahmen und großflächige Überwachung entwickelt , die herkömmliche Systeme nicht bieten können.
- Beschleunigte Forschung: Die integrierten Beispielprojekte gemäß IEC 61850 boten einen schnellen Einstieg in die Implementierung der GOOSE- und SV-Kommunikation.
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