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Anwendbarkeit von Schutzprinzipien in Netzen mit hohem Anteil dezentraler und umrichterangebundener Erzeugung / von Christian Gererstorfer
Additional Titles
Application of protection principles in networks with high penetration of distributed and inverter interfaced generation
AuthorGererstorfer, Christian
CensorGawlik, Wolfgang
PublishedWien, 2018
Descriptionx, 234 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institutional NoteTechnische Universität Wien, Dissertation, 2018
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Zusammenfassung in englischer Sprache
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Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
LanguageGerman
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Schutztechnik / Vollumrichter
Keywords (EN)Protection systems / Inverter coupling
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-115484 Persistent Identifier (URN)
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Anwendbarkeit von Schutzprinzipien in Netzen mit hohem Anteil dezentraler und umrichterangebundener Erzeugung [12.38 mb]
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Abstract (German)

Moderne Gesellschaften sind in einem hohen Maß von elektrischer Energie abhängig, die zuverlässig zur Verfügung gestellt werden muss. Neben der Versorgungssicherheit und Wirtschaftlichkeit nimmt die Bedeutung einer umweltschonenden Bereitstellung der elektrischen Energie immer stärker zu. Dies führt seit einigen Jahren zu einer Veränderung des Energiesystems. Die elektrische Energieversorgung wurde in der Vergangenheit über ein zentrales System bewerkstelligt. Dabei speisten Großkraftwerke in den höheren Spannungsebenen Leistung ein, welche über das Transportund Verteilnetz zu den Endkunden übertragen wurde. Viele neu installierte Erzeugungsanlagen nutzen erneuerbare Primärquellen wie z.B. den Wind oder die Sonneneinstrahlung und speisen die Leistung großteils dezentral ins Verteilnetz ein. Dadurch transformiert sich das Energiesystem von einer zentralen hin zu einer dezentralen Struktur. Des Weiteren speisen Erzeugungsanlagen wie Windkraftanlagen bzw. Photovoltaikanlagen die Leistung nicht wie konventionelle Großkraftwerke mit rotierenden Maschinen, meist Synchrongeneratoren ein, sondern nützen unterschiedliche Technologien für die Anbindung an das Netz. Das Verhalten von leistungselektronisch angebundenen Erzeugungseinheiten unterscheidet sich nicht nur im regulären Betrieb, sondern auch im Fehlerfall von dem der Synchrongeneratoren. Damit eine hohe Zuverlässigkeit der Energieversorgung gewährleistet werden kann, ist eine korrekte Funktionsweise des Schutzsystems bei Störfällen von großer Bedeutung. Dabei ist wichtig, dass elektrische Fehler ausreichend schnell und selektiv abgeschaltet werden. Die eingesetzten Schutzgeräte sind jedoch für eine konventionelle Einspeisung über zentrale rotierende Maschinen optimiert, weshalb deren Reaktionen bei Fehlerfällen und bei dezentralen und umrichterbasierten Einspeisungen näher betrachtet werden müssen. In dieser Arbeit werden die Auswirkungen von umrichterbasierten Einspeisungen auf die Funktionen Anregung, Richtungsbestimmung und selektive Auslösung des Distanzschutzes untersucht. Dafür werden Kurzschlüsse in Modellnetzen in der 110kV- Spannungsebene mit einer konventionellen Erzeugungsanlage und einer Einspeisung eines Windparks bestehend aus Windkraftanlagen mit Vollumrichter analysiert und die Reaktionen eines Distanzschutzgerätes auf die unterschiedlichen Einspeisungen miteinander verglichen.

Abstract (English)

Modern societies largely depend on the reliable supply of electrical power. Besides a reliable and economically feasible provision of electrical energy, also the importance of an environmentally sound electrical power supply is increasing. Thus, the power system has been changing for years now. In the past, electrical power was supplied via a centralized system. Large plants supplied power in high-voltage levels to the end customer via transmission and distribution grids. Many newly installed generation plants use renewable primary sources such as wind or solar radiation and supply power to the distribution grid via a decentralized system. Therefore, the power system is transformed from a centralized into a decentralized structure. Furthermore, generation plants such as wind power plants or photovoltaic power systems do not supply energy with rotating machines, mostly synchronous generators as in large power plants, but use dierent technologies for connecting to the grid. If power converters are used for power supply, their behavior diers from synchronous generators not only during regular operation, but also in case of electrical faults in the system. To maintain a high reliability of the power supply, the correct function of the protection system is very important in case of electrical faults. Therefore, it is important that a fault can be cleared quickly and selectively. However, the applied protection devices were optimized for the conventional type of power supply via rotating machines. Therefore, their reactions in case of faults fed by distributed and converter-based generators must be examined in detail. In this thesis, the impact of some converter-based supply will be examined on the functions pickup, direction determination and selective triggering of the distance protection. Short circuits in model mains of an 110kV-voltage range with a conventional generation plant and a wind farm consisting of wind power plants with full-scale converters will be analyzed and the reactions of distance protection devices on dierent supply levels will be compared.

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