RT23 | Integrationstests eines adaptiven Schutzsystems in einem Testumfeld mit „ Hardware -in-the-Loop“-Ansatz

Da sich die „ Verteilnetze “ weiterentwickeln, um einen erheblichen Anteil an dezentralen Erzeugungsquellen ( Erneuerbare Energien ) zu integrieren, stellt das Zusammenspiel zwischen herkömmlichen Schutzkonzepten und neuen Netzdynamiken neue Herausforderungen dar. Ein adaptives Schutzsystem ist unerlässlich, um schnell auf sich ändernde Netzbedingungen zu reagieren und eine zuverlässige Stromversorgung zu gewährleisten. Das Projekt VeN2uS konzentriert sich auf Topologieänderungen, um auf schwankende Erzeugungsmengen zu reagieren und somit eine höhere Auslastung der bestehenden Netzinfrastruktur zu erreichen. Zu diesem Zweck wird das Schutzkonzept adaptiv an die aktuelle Netztopologie angepasst, um eine hohe Selektivität und Zuverlässigkeit des Schutzsystems zu gewährleisten. Der in diesem Projekt konzipierte Prozess umfasst folgende Schritte: Zunächst löst die Änderung der Netztopologie einen Prozess in der zentralen SCADA-Infrastruktur aus, der die Machbarkeit der Konfiguration der Schutzeinrichtungen überprüft, indem die neue Topologie mit einer Datenbank mit vorberechneten Konfigurationen für die Schutzeinrichtungen verglichen wird. Findet das System eine besser geeignete Konfiguration, sendet es die neuen Parameter über IEC 61850 an die Stationssteuerungen. Anschließend leitet die Stationssteuerung die neuen Parameter an die Schutzgeräte weiter. Integrationstests unter realistischen und kontrollierten Bedingungen sind entscheidend, um die Leistungsfähigkeit eines solchen Systems zu validieren. Die vorgestellte Studie nutzt einen „ Hardware-in-the-Loop“-Teststand (HIL), der eine kontrollierte Umgebung bietet, um verschiedene Netzszenarien zu simulieren, darunter seltene und extreme Ereignisse, die in Feldtests nur schwer nachzustellen sind – insbesondere hinsichtlich des Zeitpunkts von Störungen während der Phasen der Umschaltung der Parametersätze. Ein Beispiel hierfür wäre ein Schutzgerät, das aufgrund eines Überstroms aktiviert wurde, aber noch nicht ausgelöst hat und in diesem Moment neue Sollwerte erhält. Darüber hinaus lassen sich weitere Fehlerszenarien, wie beispielsweise Probleme mit der Kommunikationsinfrastruktur, nachstellen. Ein Beispiel hierfür wäre eine Station, die aufgrund einer unterbrochenen Kommunikationsverbindung die neuen Parameter nicht erhalten hat. In diesem Szenario testen wir, ob die implementierten Ausweichmechanismen funktionieren und stets einen sicheren Betrieb gewährleisten können. Das adaptive Schutzsystem ist an die HIL-Anlage angebunden, was eine Echtzeit-Interaktion zwischen physikalischen Komponenten und simulierten Netzbedingungen ermöglicht. Dieser Ansatz erleichtert die Bewertung der Reaktionen des Schutzsystems unter einer Vielzahl dynamischer und anspruchsvoller Szenarien. Die Grundlage des Testbeds bildet ein OPAL-RT-Simulator, auf dem „ HYPERSIM “ läuft und der ein gemischtes Hoch- und Mittelspannungsnetz mit einem hohen Anteil an dezentralen Energiequellen ( Erneuerbare Energien ) simuliert. Der Simulator kommuniziert mit den Schutzeinrichtungen über IEC 61850, insbesondere über Sampled Values und GOOSE. Der Simulator fungiert wie eine virtuelle Zusammenführungseinheit, die Spannungs- und Stromwerte durch das Senden von „Sampled Values“ an die Schutzgeräte sowie Schaltzustände über GOOSE übermittelt. Wenn ein Schutzgerät auslöst, sendet das Gerät eine GOOSE-Nachricht an den Simulator, um den Schalter in der Simulation zu öffnen. Wenn das getestete Schutzgerät das Abonnieren von „Sampled Values“ nicht unterstützt, empfängt ein Leistungsverstärker den Strom von „Sampled Values“ und wandelt ihn direkt in Ströme und Spannungen um, die dem Ausgang der Messwandler in einer realen Anlage entsprechen. Der getestete Aufbau des sekundären Steuerungssystems bildet eine Station im 110-kV-Netz nach, nämlich vier universelle Schutzrelais vom Typ Siemens Siprotec, die an eine Stationssteuerung angeschlossen sind. Zusammenfassend unterstreicht das VeN2uS-Projekt die entscheidende Rolle seines „ Hardware-in-the-Loop“-Testbetts (HIL) als robuste Plattform zur Validierung adaptiver Schutzsysteme im Kontext der fortschreitenden Integration von „ Verteilnetze “ und „ Erneuerbare Energien “. Durch sorgfältige HIL- Tests en demonstriert das Projekt die Wirksamkeit seines Ansatzes bei der Gewährleistung einer zuverlässigen Stromversorgung, selbst unter anspruchsvollen und dynamischen Netzszenarien.