Schmid, Elisabeth (2024) Auswirkungen dezentraler Erzeuger auf Schutzfunktionen - Szenarienhorizont 2030+. Masters, Fraunhofer IEE.

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Abstract

Durch den zunehmenden Ausbau der erneuerbaren Energien gewinnt der Einsatz von netzbildenden Wechselrichtern an Bedeutung. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die Entwicklung von Simulationsmodellen, die die Auswirkungen von netzbildenden Wechselrichtern auf Schutzfunktionen im Mittelspannungsnetz untersuchen. Hierfür wurde ein für Deutschland typisches Benchmark-Netz um Distanzschutzgeräte und Wechselrichter verschiedener Regelungsarchitekturen mit Anlagenschutz erweitert. Angestrebt wurde unter Berücksichtigung der aktuellen Ziele der Bundesregierung eine 80 % regenerative Stromversorgung. Die Untersuchung ergab, dass der Distanzschutz eine Unterimpedanzanregung benötigt, um auch bei Kurzschlussströmen von Wechselrichtern durch Impedanzmessung auszulösen. Die durch die Wechselrichter verursachten Messabweichungen des Distanzschutzes lassen sich durch eine Regelung verringern, die Blindströme im Fehlerfall priorisiert. Es wird die Entwicklung einer allgemeingültigen Defnition von netzbildenden Eigenschaften gefordert. Die bestehenden Modelle für netzbildende Wechselrichter erwiesen sich im Laufe der Simulationen als ungeeignet, da diese zu lange Einschwingvorgänge zeigten, die die Impedanzmessung der Distanzschutzgeräte erschweren. Es wurden Maximalströme im Fehlerfall überschritten, denen die Leistungselektronik nicht standhalten würde. Wechselwirkungen zwischen mehreren Wechselrichtern wurden festgestellt. Der Betrieb nahe der Belastungsgrenze der Wechselrichter erwies sich als kritisch. Eine Verbesserung der Modelle wurde daher empfohlen.

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Impact of distributed generators on protection functions - scenario horizon 2030+

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Due to the increasing use of renewable energies, the deployment of grid-forming inverters is gaining in importance. The aim of this thesis was therefore to develop simulation models to investigate the effects of grid-forming inverters on protection functions in the medium-voltage grid. For this purpose, a benchmark grid typical for Germany was extended to include distance protection devices and inverters of different control architectures with system protection. The aim was to achieve an 80 % renewable power supply, taking into account the current targets of the German government. The investigation revealed that the distance protection requires a voltage-controlled overcurrent starting function in order to trigger by impedance measurement in the event of short-circuit currents from inverters. The measurement deviations of the distance protection caused by inverters can be reduced by a control system that prioritizes reactive currents in the event of a fault. The development of a generally valid definition of grid-forming properties is required. The existing models for grid-forming inverters proved to be not suitable in the course of the simulations, as they showed too long transients, which impede the impedance measurement of the distance protection devices. Maximum currents were exceeded during faults, which the power electronics could not withstand. Interactions between several inverters were detected. Operation close to the load limit of the inverters proved to be critical. An improvement of the models was therefore recommended.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	Netzschutz, Distanzschutz, netzbildende Wechselrichter
Subjects:	Science and mathematics > Physics
Divisions:	Faculty of Mathematics and Science > Institute of Physics (IfP)
Date Deposited:	08 Jul 2024 07:10
Last Modified:	08 Jul 2024 07:10
URI:	https://oops.uni-oldenburg.de/id/eprint/6871
URN:	urn:nbn:de:gbv:715-oops-69529
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