Ein Interview mit Thomas Field von Entergy: Wechselrichterbasierte Ressourcenintegration und Modellierungsherausforderungen

Thomas Field ist Senior Ingenieur:innen - Transmission bei Entergy Mississippi, wo er seit 15 Jahren tätig ist. Derzeit ist er in der Gruppe Design Basis tätig, wo er den Einsatz des Echtzeitsimulators OPAL-RT verwaltet und eng mit dem Team für Übertragungsschutzstandards des Versorgungsunternehmens zusammenarbeitet. Er beaufsichtigt auch die Zusammenarbeit des Versorgungsunternehmens mit universitären Forschungsinitiativen.

Woher kommt Ihr Interesse an IBRs?

Ich war von Anfang an dabei, als wir begannen, IBRs in das System zu integrieren und unseren Standard für die Zusammenschaltung von Generatoren zu ändern, um sie zu berücksichtigen. Schnell wurden einige Probleme im Hinblick auf die Stromqualität aufgrund der neuen Erzeugungsarten deutlich. Dann wurden wir auf zusätzliche Probleme mit dem Schutz aufmerksam.

Im Laufe der Zeit begannen immer mehr Beteiligte, Publikationen zu Schutzthemen zu veröffentlichen. Schweitzer oder das IEEE PSRC veröffentlichten beispielsweise über die oszillierende scheinbare Impedanz, die von Schutzrelais wahrgenommen werden kann und die die dynamischen Eigenschaften herkömmlicher impedanzbasierter Relais verfälschen wird. Wir waren uns des unzureichenden Gegensystemstroms für die Polarisierung von Richtungselementen und für die Erdschlusserkennung bewusst.

Der IEEE 2800-Standard stammte einige Hinweise zu den Anforderungen an die Gegenläufigkeit von IBRs. Natürlich gibt es Probleme mit Überstromelementen, d. h., wenn ein IBR eingeschaltet ist und der stärkere Teil des Systems abgeschaltet wird, steht nicht viel Fehlerstrom für die Auslösung von Überstromelementen zur Verfügung.

Zusätzlich zu den Relaisfunktionen gibt es nun auch Probleme mit den Modellen für die Einstellung der traditionellen Elemente in unserem Kurzschlussprogramm.

Welche Probleme sehen Sie generell bei IBR-Modellen?

Viele Parameter im Modell werden durch Blackboxes verborgen gehalten, und die einzige Schnittstelle, die ein Netzbetreiber mit dem Hersteller hat, ist die anfängliche Zusammenschaltungsanfrage. In der Zwischenzeit entsteht der Bedarf an aktualisierten Modellen und Einstellungen innerhalb dieser Modelle, wobei die Nutzer zusätzliche Modelldaten benötigen, sowohl für den stationären Zustand, wie die Tabelle der spannungsgesteuerten Stromquelle (VCCS), als auch für instationäre Modelle.

Bei herkömmlichen Generatoren war es einfach, mechanische und elektrische Modellparameter zu erhalten, einschließlich Regler, Netzstabilisatoren und Spannungsregler. Es war auch einfach, von den Eigentümern Aktualisierungen zu erhalten, wenn sich diese Parameter änderten. IBRs hingegen sind neu, und es gibt eine Vielzahl von Modellen, die nicht leicht zu verstehen sind. Wir wollen Modelle, die uns unterstützen das System besser zu verstehen und seine Zuverlässigkeit zu verbessern.

Welche Arten von Systemverhalten sind aufgrund der derzeitigen Einschränkungen bei der IBR-Modellierung am schwierigsten zu untersuchen?

Durchführung von Schutzstudien! Eine weitere Kategorie von Studien, die wir zu untersuchen beginnen, sind Wechselwirkungen mit anderen Geräten wie FACTS-Geräten, anderen IBRs, anderen leistungselektronischen Geräten oder Steuergeräten, bei denen die Leistung eines Geräts das System auf eine bestimmte Art und Weise beeinflusst, woraufhin andere Geräte reagieren.

Wir haben dies in Simulationen mit DERs gesehen, bei denen wir festgestellt haben, dass die Solar-DERs eine Ratcheting-Interaktion mit unseren Laststufenschaltern an den Transformatoren im Umspannwerk haben können, was dazu führt, dass der DER und der LTC ihre Leistung in Kaskaden gegenseitig verändern.

Diese Tests wurden bisher noch nicht für IBRs durchgeführt, da es nicht genügend IBR-Modelle gibt, die in Echtzeit ausgeführt werden können. Wir arbeiten derzeit mit OPAL-RT zusammen, um echte Herstellermodelle von bestimmten Anbietern zu erhalten. Für SVCs zum Beispiel verwenden wir Hersteller-Nachbildungen mit den tatsächlichen Steuerplatinen, um ihre Leistung im System unter verschiedenen Bedingungen zu bestimmen. Jetzt, da wir IBRs hinzufügen, sollten wir Studien durchführen, um die Wechselwirkungen zwischen diesen SVCs und den IBRs in der Nähe zu untersuchen, um zu sehen, ob wir ähnliche Wechselwirkungen haben können.

Welche Herausforderungen stellen die Blackboxing-Praktiken der Hersteller für Ihre aktuellen Studienpläne dar?

Da Blackbox-Modelle in der Regel im PSCAD-Format zur Verfügung gestellt werden, sind wir mit den Informationen, die uns unsere Kund:innen derzeit zur Verfügung stellen, auf die Zusammenarbeit mit den Herstellern angewiesen, um deren Umwandlung in Echtzeit-Simulationsmodelle zu erleichtern. Da es sich um kritische Studien handelt, ist es wichtig, dass wir eine zuverlässige Methode finden, um brauchbare Modelle zu erhalten.

Unsere Echtzeitsimulationen werden mit HYPERSIM von OPAL-RT durchgeführt, und PSCAD-Blackbox-Modelle können nicht ohne zusätzliche Informationen konvertiert werden, die die Hersteller noch nicht zur Verfügung gestellt haben.

Da Sie sich seit vielen Jahren für IBRs interessieren, haben Sie positive Veränderungen gesehen, die Sie für die Zukunft hoffen lassen?

In der Anfangsphase wurden Geräte an das Netz angeschlossen, ohne dass es Normen oder formale Anforderungen gab, um die Probleme zu lösen, die sie mit sich bringen könnten. NERC hat durch seine Arbeitsgruppen dazu beigetragen, und IEEE hat diese Arbeit durch Bemühungen wie IEEE 2800 vorangetrieben, obwohl es immer noch Bedarf für weitere Verbesserungen gibt. Überarbeitungen werden in den nächsten Dokumenten erwartet. NERC hat seine Anforderungen weiter verschärft, und auch von Gruppen wie CIGRE gibt es laufende Aktualisierungen.

Wir sehen auch Fortschritte bei den Forschungsbemühungen, vor allem von EPRI, das mit den Entwicklern von Kurzschlussprogrammen, insbesondere Aspen und CAPE, zusammengearbeitet hat, wie aus ihren veröffentlichten Arbeiten hervorgeht. Diese Programme werden ständig weiterentwickelt, neue Modelle werden hinzugefügt und die Zuverlässigkeit verbessert.

Gibt es technische Innovationen, die Ihrer Meinung nach die Integration von IBR langfristig erleichtern werden?

Eine Innovation, auf die ich hoffe, sind Wanderfeldrelais für den Leitungsschutz. Diese Relais sind nicht auf die Ausgabe eines Kurzschlussprogramms angewiesen, sondern hängen nur von der Leitungsimpedanz ab. Ich bin optimistisch, dass wir mehr Wanderwellenrelais einsetzen werden, was die Zuverlässigkeit des Schutzes verbessern dürfte, da man nicht mehr auf Kurzschlussprogramme und Herstellermodelle warten muss.

Welche regulatorischen Änderungen werden Ihrer Meinung nach die Hürden für den Zugang zu IBR-Modellinformationen senken?

Wir brauchen einen besseren Mechanismus für die Beschaffung von Modellen und Modellunterstützung von Verbindungen, sei es vom OEM oder vom Eigentümer der Verbindung. Wir brauchen auch einen Prozess, der sicherstellt, dass Informationen weitergegeben werden, wenn Modellierungsanforderungen entstehen und wenn Herstellermodelle, Firmware und hardware aktualisiert werden. Derzeit fehlt es an Kommunikationsmechanismen zwischen Herstellern, Eigentümern und Versorgungsunternehmen.

Ich würde mir Vorschriften wünschen, die IBR-Eigentümer zu einer engeren Zusammenarbeit mit den Versorgungsunternehmen verpflichten, insbesondere zur Aktualisierung der Modelle und zur Beantwortung von Anfragen des Versorgungsunternehmens zur Verbesserung der Zuverlässigkeit, auch nach Abschluss des Zusammenschaltungsprozesses.

Auch IBR-Eigentümer würden von einer Zusammenarbeit mit Versorgungsunternehmen profitieren, da dies die Zuverlässigkeit der Systeme, an die sie angeschlossen sind, verbessern würde. Ich hoffe, dass die laufenden IEEE CIGRE-Standardisierungsbemühungen NERC dazu veranlassen werden, von den Herstellern zu verlangen, dass sie Modelle in Formaten bereitstellen, die für alle EMT-Simulationsplattformen anpassbar sind.