Schutztechnische Verfahren zur Erhöhung der Systemsicherheit beim Netzwiederaufbau
von Michael JaworskiDas System der elektrischen Energieversorgung fungiert als zentrales Element im Gefüge der kritischen Infrastrukturen, und ist damit für die Aufrechterhaltung der Kernprozesse unserer modernen Gesellschaft essenziell. Sein topologisch weiträumiger Zusammenbruch im Kontext eines Blackouts äußert sich in beträchtlichen negativen Auswirkungen auf die wirtschaftliche und humanitäre Konstitution der Gesellschaft. Die erfolgreiche Umsetzung des Netzwiederaufbaus spiegelt die einzige Lösung dieses Problems wider.
Die Wissensbasis um selbiges Verfahren existiert hierbei vornehmlich in Form von Netzwiederaufbauplänen und Strategiekonzepten, welche sich aus begründetem Anlass dem Zugriff der Öffentlichkeit entziehen. Jener eingeschränkte Wissenszugriff von Seiten der Allgemeinheit erschwert den im Rahmen des wissenschaftlichen Diskurses erarbeiteten Fortschritt innerhalb dieses Themengebietes.
Vor diesem Hintergrund verfolgt diese Arbeit zwei Ziele. Zum einen soll sie einen Einblick in die Methodik des Netzwiederaufbaus eröffnen und auf diesem Wege Transparenz hinsichtlich dessen strategischer Umsetzung schaffen. Dies gelingt anhand der Entwicklung eines echtzeitfähigen Netzwiederaufbausimulators, welcher zur Erarbeitung und Diskussion einer offenliegenden Wissensbasis eingesetzt wird, ohne dabei schützenswerte Informationen zu gefährden.
In ihrer zweiten Zielsetzung strebt diese Arbeit die Bereitstellung von vier schutztechnischen Verfahren an, welche die Systemsicherheit beim Netzwiederaufbau erhöhen und somit einen Beitrag zu dessen rascher und zuverlässiger Umsetzung liefern. Hierbei werden unterschiedliche Problemschwerpunkt adressiert.
Das entwickelte Protection Security Assessment System wird eingesetzt, um die Funktionsweise der installierten Schutztechnik während sämtlicher Etappen des Netzwiederaufbaus simulationsbasiert zu prüfen, die Schutzreaktion einer Bewertung zu unterziehen und dadurch die zielgerichtete Behebung identifizierter Schwachstellen zu ermöglichen. Der Problematik überlastbedingter Ausfallkaskaden soll durch das Verfahren des Proaktiven Überlastschutzes begegnet werden, um den Rückfall bereits wiederaufgebauter Teilsysteme in den Blackout zu verhindern. Zudem stützt ein neuartiges Verfahren zur Erkennung von Sympathetic-Transformer-Inrush-Ereignissen die Resilienz des Systems durch die Unterbindung unerwünschter Schutzüberfunktionen. Im Zuge der Transformation des Energiesystems verringert sich die Anzahl netzbildend wirkender Synchronmaschinen konventioneller Kraftwerke, wodurch die für den Netzwiederaufbau elementare Ressource der Bereitstellung von Spannungsreferenzsystemen schwindet. Abhilfe bietet hierbei die vorgestellte Orbitalraumregelung, durch welche die Umrichter von HGÜ-Kopfstationen und große Parks aus dezentralen Energieumwandlungsanlagen mit Speicherelementen als netzbildende Elemente mit ausgeprägtem Fokus auf den Aspekt der Systemstabilisierung fungieren.
Die Wissensbasis um selbiges Verfahren existiert hierbei vornehmlich in Form von Netzwiederaufbauplänen und Strategiekonzepten, welche sich aus begründetem Anlass dem Zugriff der Öffentlichkeit entziehen. Jener eingeschränkte Wissenszugriff von Seiten der Allgemeinheit erschwert den im Rahmen des wissenschaftlichen Diskurses erarbeiteten Fortschritt innerhalb dieses Themengebietes.
Vor diesem Hintergrund verfolgt diese Arbeit zwei Ziele. Zum einen soll sie einen Einblick in die Methodik des Netzwiederaufbaus eröffnen und auf diesem Wege Transparenz hinsichtlich dessen strategischer Umsetzung schaffen. Dies gelingt anhand der Entwicklung eines echtzeitfähigen Netzwiederaufbausimulators, welcher zur Erarbeitung und Diskussion einer offenliegenden Wissensbasis eingesetzt wird, ohne dabei schützenswerte Informationen zu gefährden.
In ihrer zweiten Zielsetzung strebt diese Arbeit die Bereitstellung von vier schutztechnischen Verfahren an, welche die Systemsicherheit beim Netzwiederaufbau erhöhen und somit einen Beitrag zu dessen rascher und zuverlässiger Umsetzung liefern. Hierbei werden unterschiedliche Problemschwerpunkt adressiert.
Das entwickelte Protection Security Assessment System wird eingesetzt, um die Funktionsweise der installierten Schutztechnik während sämtlicher Etappen des Netzwiederaufbaus simulationsbasiert zu prüfen, die Schutzreaktion einer Bewertung zu unterziehen und dadurch die zielgerichtete Behebung identifizierter Schwachstellen zu ermöglichen. Der Problematik überlastbedingter Ausfallkaskaden soll durch das Verfahren des Proaktiven Überlastschutzes begegnet werden, um den Rückfall bereits wiederaufgebauter Teilsysteme in den Blackout zu verhindern. Zudem stützt ein neuartiges Verfahren zur Erkennung von Sympathetic-Transformer-Inrush-Ereignissen die Resilienz des Systems durch die Unterbindung unerwünschter Schutzüberfunktionen. Im Zuge der Transformation des Energiesystems verringert sich die Anzahl netzbildend wirkender Synchronmaschinen konventioneller Kraftwerke, wodurch die für den Netzwiederaufbau elementare Ressource der Bereitstellung von Spannungsreferenzsystemen schwindet. Abhilfe bietet hierbei die vorgestellte Orbitalraumregelung, durch welche die Umrichter von HGÜ-Kopfstationen und große Parks aus dezentralen Energieumwandlungsanlagen mit Speicherelementen als netzbildende Elemente mit ausgeprägtem Fokus auf den Aspekt der Systemstabilisierung fungieren.