Während bisher Schutzkonzepte vorrangig auf eine schnelle und selektive Fehlerklärung im eigenen Netz ausgelegt waren, rücken mit zunehmender dezentraler Einspeisung der Erzeugungsleistung im Verteilnetz vermehrt die Wechselwirkungen zu benachbarten Netzen in den Fokus. Vor diesem Hintergrund hat VDE FNN das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE mit der Studie „Anforderungen an Schutzkonzepte im Hochspannungsnetz bei hoher Durchdringung dezentraler Erzeugungsanlagen in den Verteilnetzen“ beauftragt.
Herausforderung: Gefahr von kaskadierender Abschaltung großer Erzeugungsleistungen
Treten Fehler in elektrischen Netzen auf, werden diese in der Regel schnell und selektiv durch das Hauptschutzsystem geklärt. Für den Ernstfall steht ein Reserveschutzsystem als Redundanz zur Verfügung. Werden jedoch Fehler, zum Beispiel wegen des Versagens einer Schutzeinrichtung oder eines Leistungsschalters im Hauptschutzsystem, erst durch das Reserveschutzsystem geklärt, können diese mehrere Sekunden anstehen und entsprechend lang eine Unterspannung verursachen. Diese Zeiträume liegen teilweise über den Verzögerungszeiten der Unterspannungsschutzfunktionen des Netz- und Anlagenschutzes (NA-Schutz) dezentraler Erzeugungsanlagen. Kommt es zu einer kaskadierten Abschaltung großer Erzeugungsleistungen, kann dies weit über das betroffene Netzgebiet hinaus systemkritische Auswirkungen haben.
Ziel: quantitative Erfassung der Auswirkungen von langen Fehlerklärungszeiten
Ziel der Studie ist es, den Zusammenhang zwischen Fehlerort, Fehlerdauer im Reserveschutzfall und dem Ausfall dezentraler Erzeugungsleistung quantitativ zu erfassen. Dabei steht nicht die Bewertung einzelner Schutzkonzepte im Vordergrund, sondern die systemische Wirkung von Fehlerdauer in Netzen mit hoher dezentraler Einspeisung.
Ergebnis: netzübergreifende Auswirkungen von Fehlern
Die Ergebnisse zeigen: Lange Fehlerklärungszeiten im 110-kV-Netz können bei hoher Durchdringung dezentraler Erzeugung netzübergreifende Auswirkungen haben und stellen damit ein potenzielles systemisches Risiko dar. Dynamische Netzstützung ist zwar notwendig, reicht jedoch allein nicht aus, um die Folgen langer Reserveschutzzeiten zu beherrschen. Die Begrenzung der Fehlerklärungszeit an für das Gesamtsystem besonders kritischen Fehlerorten im 110 kV-Netz muss daher zu einem zentralen Baustein zukünftiger Schutzkonzepte werden.
Handreichung: Ablaufschema für die Bewertung von Fehlerklärungszeiten
Um kritische Fehlerorte zu identifizieren, an denen die Fehlerklärungszeit begrenzt werden muss, wird ein netzübergreifendes Ablaufschema mit klaren Verantwortlichkeiten vorgeschlagen. Dieses verbindet Erkenntnisse aus wissenschaftlichen Simulationsergebnissen, analytische Modelle und netztechnische Eigenschaften. Zudem unterstützt es die koordinierte Zusammenarbeit zwischen Übertragungs- und Verteilnetzbetreibern.
Ausblick: Ergebnisse fließen in weitere VDE FNN Arbeiten ein
Netzbetreiber testen und bewerten im Rahmen von VDE FNN derzeit das vorgeschlagene Ablaufschema sowie die genauen Rahmenbedingungen, beispielsweise zur Dimensionierung kritischer Ausfallleistung oder Gleichzeitigkeitsfaktoren der Einspeiseleistung. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse fließen direkt in die VDE FNN Arbeiten ein, um weitere konkrete Handlungsempfehlungen für die Praxis abzuleiten.
