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Messung und Quantifizierung der Trägheit elektrischer Energiesysteme zur Unterstützung der Integration erneuerbarer Energien (QUINPORTION)
Auf einen Blick
- Projektleiter/in : Prof. Dr. Petr Korba
- Co-Projektleiter/in : Dr. Felix Rafael Segundo Sevilla
- Stellv. Projektleiter/in : Dr. Artjoms Obusevs, Dr. Miguel Ramirez Gonzalez
- Projektstatus : laufend
- Drittmittelgeber : Bund
- Projektpartner : Eidgenössisches Institut für Metrologie METAS
- Kontaktperson : Petr Korba
Beschreibung
Die immer stärkere Integration erneuerbarer Energiequellen in moderne Stromnetze bringt aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht erhebliche Vorteile mit sich. Das birgt aber auch einige technologische Herausforderungen, die angegangen werden müssen, um einen sicheren und kontinuierlichen Betrieb zu gewährleisten. Verteilte Energiequellen werden über spezielle Wechselrichter angeschlossen, deren leistungselektronische Schaltkreise keine Rotationsträgheit aufweisen und mit hoher Frequenz schalten, wodurch Ober- und Zwischenharmonische Verschmutzungen in das Netz gelangen. Folglich ist das herkömmliche Sinusmodell für das Leistungssignal nicht mehr gültig und es müssen neue Messverfahren und -instrumente entwickelt werden. In diesem Sinne sind die Hauptanforderungen die genaue Verfolgung der Grundfrequenz und der ROCOF während der Systemdynamik und die Fähigkeit, störende Interferenzen im Bereich von DC bis zu einigen kHz zu unterdrücken. Aus diesen Gründen wird eine neue Generation von PMUs angestrebt. Die IEC / IEEE-Norm 60255-118-1:2018 definiert die Anforderungen an die PMU-Leistung in Bezug auf die Schätzgenauigkeit und die Meldelatenz und bezieht sich dabei speziell auf ein Übertragungsnetzszenario.
In der wissenschaftlichen Literatur und auf dem Markt für Messgeräte wird eine Vielzahl von Lösungen angeboten, die der IEC /IEEE-Norm entsprechen. Eine Reihe von Systemausfällen, die sich kürzlich in Südaustralien und im europäischen Verbundnetz ereignet haben, zeigt jedoch, dass anspruchsvollere Messgeräte erforderlich sind, die in der Lage sind, Transienten zu erkennen und korrekt zu identifizieren, die nicht in der Norm enthalten sind. Ausgehend von diesen Überlegungen baut das vorgeschlagene Projekt auf den Ergebnissen der Projekte ACSICON und SCCER-FURIES [10] auf, die sich mit den Auswirkungen auf die Stabilität des Übertragungsnetzes nach der massiven Integration von Konverter-Interface-Generatoren (CIG) befassten. Der neue PMU-Prototyp soll sich durch eine hohe Genauigkeit unter dynamischen Bedingungen (z. B. Frequenzfehler in der Größenordnung von 100 mHz bei sinusförmigen oder quadratischen Phasenmodulationen) sowie durch eine geringere Latenzzeit (d. h. in der Grössenordnung von einigen zehn ms) auszeichnen. Die PMU-Frequenzmessungen ermöglichen eine präzisere und schnellere Identifizierung von Änderungen der Netzträgheit und damit eine wirksamere Gegensteuerung.
Eines der Ziele des Projekts besteht darin, den Prototyp nicht nur unter Standardtestbedingungen, sondern auch unter realistischen Betriebsbedingungen mit Hilfe von Hardware-in-the-Loop-Simulationen zu charakterisieren. Ein entscheidender Punkt für die Entwicklung dieser Technologie ist nämlich die Bewertung ihrer Zuverlässigkeit beim Einsatz im Feld. Ein klares Verständnis darüber, welche Phänomene ordnungsgemäss erfasst werden können und welche zu ungenauen Schätzungen führen, wird es ermöglichen, das Konfidenzintervall der PMU-Schätzungen in den verschiedenen Anwendungen (Trägheitsüberwachung, Schutz usw.) zu definieren. Das erwartete Ergebnis des Projekts ist die Entwicklung und vollständige Charakterisierung eines neuen PMU-Prototyps, der nicht nur die Standardanforderungen erfüllt, sondern auch für die Herausforderungen von Netzen mit geringer Trägheit ausgelegt ist.