Das Problem: Neue Netztechnik trifft auf bestehende Schutzkonzepte
Netzbildende Umrichter verhalten sich bei Fehlern grundlegend anders als konventionelle Kraftwerksgeneratoren. Aufgrund ihrer integrierten Strombegrenzung stellen sie deutlich geringere Kurzschlussströme bereit und reagieren dynamisch auf Netzereignisse. Dadurch entstehen Strom- und Spannungsverläufe, die von den in Schutzgeräten verwendeten Algorithmen teilweise anders bewertet werden als bisher gewohnt.
Für Netzbetreiber und Hersteller stellt sich deshalb die Frage, ob heutige Schutzkonzepte auch in einem zunehmend stromrichterdominierten Energiesystem weiterhin schnell, zuverlässig und selektiv arbeiten.
Erste Ergebnisse zeigen Unterschiede im Schutzverhalten
Im Rahmen einer Untersuchung im Projekt GFM-Benchmark hat Fraunhofer ISE unter realitätsnahen Bedingungen gemessene Strom- und Spannungsverläufe netzbildender Umrichter verwendet. Die standardisierten Signalverläufe wurden anschließend an sechs Distanzschutzgeräten von vier Herstellern untersucht. Die Ergebnisse zeigen:
- Die Fehlererkennung funktioniert grundsätzlich weiterhin zuverlässig
- Die Anregezeiten der Schutzgeräte unterscheiden sich nur moderat
- Die Anregezeiten der untersuchten Distanzschutzgeräte lagen zwischen 17 und 40 ms. Bei den Auslösezeiten in der ersten Distanzschutzzone zeigte sich eine deutlich größere Streuung: Je nach Schutzgerät, Fehlerverlauf und Fehlerort lagen sie zwischen 35 und 189 ms
- Identische Fehlerereignisse können von verschiedenen Schutzgeräten unterschiedlich bewertet werden
- Dynamische Regelungsvorgänge von GFM-Anlagen können die Berechnung von Fehlerimpedanzen und damit Schutzentscheidungen beeinflussen
Die Untersuchungen verdeutlichen, dass das transiente Fehlerstromverhalten netzbildender Umrichter die Genauigkeit und Geschwindigkeit heutiger Schutzalgorithmen beeinflussen kann.
Was jetzt benötigt wird
Der Impuls macht deutlich, dass das Zusammenspiel von Umrichter- und Schutztechnik zukünftig noch intensiver untersucht werden muss. Gefordert werden insbesondere:
- Weiterführende EMT-Simulationen
- Labor- und Feldversuche
- Eine systematische Bewertung der Robustheit bestehender Schutzalgorithmen
- Die Weiterentwicklung von Schutzkonzepten für stromrichterdominierte Netze
Ziel ist es, die Zuverlässigkeit, Selektivität und Geschwindigkeit der Schutzsysteme auch unter zukünftigen Netzbedingungen sicherzustellen.
Impuls für den branchenweiten Dialog
Der veröffentlichte Impuls versteht sich ausdrücklich als Diskussionsbeitrag. Er soll einen branchenweiten Austausch zwischen Schutzgeräteherstellern, Wechselrichterherstellern, Netzbetreibern, Forschungseinrichtungen und Standardisierungsgremien anstoßen.
Die dargestellten technischen Sachverhalte werden bewusst neutral eingeordnet und dienen als Ausgangspunkt für die Diskussion offener Fragestellungen. Für Hersteller und Netzbetreiber etwa könnte wichtig sein: Welche Anforderungen werden künftige Grid-Forming-Umrichter an die Schutztechnik stellen, und welche Anpassungen sind erforderlich, um auch in einem vollständig erneuerbaren Energiesystem eine sichere Fehlerklärung zu gewährleisten?[hp1.1][BF1.2] Ziel ist ein konstruktiver Dialog, der unterschiedliche Perspektiven zusammenführt und die weitere fachliche Auseinandersetzung unterstützt.
