Schutz von Wechselrichter-dominierten Übertragungsnetzen: Erste Erfahrungen von der Insel Hawaii

Das rasante Wachstum von Wechselrichter-basierten Ressourcen (IBRs) führt zu wechselrichterdominierten Netzsystemen ( Energiesysteme), was erhebliche Auswirkungen auf den Schutz des Stromnetzes hat. Die Einschränkungen der IBRs hinsichtlich der hardware führen im Vergleich zu Synchrongeneratoren in herkömmlichen Netzsystemen ( Energiesysteme) zu deutlich geringeren Strömen bei Fehlerereignissen. Diese Eigenschaft gilt auch für netzbildende (GFM) IBRs, die in wechselrichterdominierten Systemen erforderlich sind. Derzeit liegen nur begrenzte Kenntnisse und Erfahrungen hinsichtlich des Schutzes eines IBR-dominierten Übertragungsnetzes vor. Dies umfasst sowohl die erforderlichen Fault-Ride-Through-Funktionen (FRT) für GFM-IBRs als auch die Reaktion herkömmlicher Schutzfunktionen auf diese FRT-Funktionen. In diesem Beitrag fassen wir eine umfassende Analyse von Schutzkonzepten für Wechselrichter-dominierte Übertragungsnetze zusammen. Die Analyse besteht aus einem Vergleich von vier häufig verwendeten generischen FRT-Funktionen für GFM-IBRs und drei verschiedenen Schutzfunktionen (Leitungsdistanzschutz, Permissive Over-reaching Transfer Trip (POTT) und Leitungsdifferentialschutz) in einer Vielzahl von Testumgebungen. Zunächst untersuchen wir diese Funktionen umfassend in einem kleinen Netzmodell auf der Grundlage von fast 1.000 Simulationen elektromagnetischer Transienten (EMT). Zweitens haben wir diese Funktionen in einem „Protection- hardware-in-the-Loop“-Testbed (PHIL) implementiert und verglichen, das aus einer Echtzeitsimulation des Übertragungsnetzes der Insel Hawaii besteht, das mit „ geschäftliche “-Schutzrelais vernetzt ist. Der Vergleich basiert auf 100 Szenarien, die im PHIL-Testbed untersucht wurden. Die wichtigsten Ergebnisse zeigen, dass Distanzschutz, POTT und Differentialschutz in IBR-dominierten Systemen eine hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit aufweisen und bei geeigneten FRT-Funktionen sowohl nach der Fehlerbeseitigung als auch während fehlerfreier Betriebsphasen eine gute Systemstabilität gewährleisten.