Detaillierte großmaßstäbliche Echtzeit-EMT-Simulation mit „ HYPERSIM “ zur Bewertung der Transientenstabilität (TSA)

Zusammenfassung des Vortrags von Jean Belanger auf der ACDC 2023: Glasgow Zusammenfassung: Der hohe Anteil an wechselrichterbasierten dezentralen Energiequellen ( Verteilte Energieressourcen , DERs), der flächendeckende Einsatz von FACTS- und HVDC-Verbindungssystemen sowie die Stilllegung von thermischen und Kernkraftwerken führen zu einer erheblichen Verringerung der Trägheit in groß angelegten Stromnetzen ( Energiesysteme). Schnelle, auf Leistungselektronik basierende Regelungs- und Schutzkonzepte dienen der Stabilisierung dieser Systeme, reagieren jedoch empfindlich auf Oberschwingungen, Transienten und Netzunsymmetrien. Es hat sich gezeigt, dass vereinfachte RMS-Modelle der positiven Sequenz allein für die Bewertung der Transientenstabilität (TSA) großräumiger Stromnetze mit geringer Trägheit nicht ausreichen. Daher haben Energieversorger und Regulierungsbehörden wie die NERC sowie Fachverbände wie CIGRE und IEEE begonnen, detaillierte EMT-Simulationen zu untersuchen, um die Transientenstabilität großräumiger Stromnetze mit geringer Trägheit zu bewerten, die leistungselektronische Anlagensteuerungen umfassen. Allerdings stellt die detaillierte EMT-Simulation großräumiger Stromnetze für Zeiträume von 20 bis 30 Sekunden und Hunderte von Störfällen eine Reihe von rechnerischen und analytischen Herausforderungen dar, darunter übermäßige Simulationszeiten, die Verwaltung umfangreicher Netzdaten sowie die Nichtverfügbarkeit detaillierter und validierter Modelle von leistungselektronischen Anlagensteuerungen. Zudem liegen diese Anlagensteuerungen, sofern sie von OEMs bereitgestellt werden, in Form von Blackbox-DLLs vor, die vorkompiliert und für bestimmte Simulationswerkzeuge implementiert sind, ohne dass ein Interoperabilitätsstandard vorliegt. In diesem Vortrag werden die Lösungen von OPAL-RT vorgestellt, mit denen sich sehr groß angelegte, detaillierte EMT-Netzsimulationen in Echtzeit für „ Hardware-in-the-Loop“ (HIL) / „ Software-in-the-Loop“ (SIL)-Steuerungs- und Schutz Tests durchführen lassen sowie Quasi-Echtzeit-Simulationen für die schnelle TSA-Bewertung groß angelegter Systeme mit geringer Trägheit Energiesysteme. Mit diesen Lösungen lassen sich Blackbox-Steuerungs- und Schutzsysteme nativ im EMT-Simulationstool implementieren, HYPERSIM. PSCAD-DLLs können zudem mithilfe einer auf den CIGRE-Richtlinien zur Modellinteroperabilität basierenden software -Schnittstelle gemeinsam mit HYPERSIM simuliert werden. Solche Fortschritte werden Verbindungsstudien beschleunigen und können genutzt werden, um cloud-native Tools zu implementieren, mit denen unterstützen Netzbetreiber die Systemstabilität unter Hunderten von Störfällen in Zeiträumen von 5 bis 10 Minuten bewerten können. Diese Leistung lässt sich für Netze mit mehreren tausend Knoten bei einem Zeitschritt von 50 Mikrosekunden unter Verwendung von einigen hundert Prozessoren erzielen. Da „ HYPERSIM “ unter Windows oder Linux läuft, lassen sich leistungsstarke cloudbasierte Anwendungen für TSA implementieren sowie großräumige Steuerungs- und Schutzsysteme mithilfe von SIL oder HIL mit realen Steuerungs- und Schutz software und hardware testen. Emulatoren für Kommunikationssysteme, wie beispielsweise eXata, können zudem zur Analyse von Cyberangriffen und Gegenmaßnahmen sowie zur Bewertung der Auswirkungen von Kommunikationsausfällen und -verzögerungen auf die Systemleistung genutzt werden.