Auswirkungen wechselrichtergekoppelter dezentraler Energiewandlungsanlagen auf Schutzsysteme im Verteilungsnetz
Felix Glinka
Die zunehmende Integration dezentraler Energiewandlungsanlagen in die Mittel- und Niederspannungsebenen der elektrischen Vertei-lungsnetze führt, neben einer Veränderung der Strom- und Span-nungsverhältnisse im Normalbetrieb, zu einer Beeinflussung im Fall von Netzfehlern. Hierbei bildet die „Maskierung“ von Fehlerströmen durch Zwischeneinspeisungen (Blinding) eine besondere Herausfor-derung. Erhöhte Auslösezeiten bis hin zu Unterfunktionen des Netz-schutzes sind die mögliche Folge. Insbesondere der individuelle Fehlerstrombeitrag wechselrichtergekoppelter Einspeiser, die sich wie hoch flexible, geregelte Stromquellen verhalten, ist diversitär und abhängig von Hersteller und Modell. Aktuelle Anwendungs-richtlinien enthalten Vorgaben für das Verhalten wechselrichterge-koppelter Anlagen im Netzfehlerfall. Es verbleiben jedoch Freiheits-grade, die bei der Berechnung von Fehlerströmen Berücksichtigung finden müssen. Hierzu sind geeignete Fehlerstromberechnungsme-thoden notwendig, die das Stromquellenverhalten der einzelnen Anlagen auf Basis der Verhältnisse am Netzverknüpfungspunkt abbilden können. Darüber hinaus prägen wechselrichtergekoppelte, dezentrale Einspeiser Oberschwingungen im Fehlerstrom ein, deren Einfluss auf den Netzschutz zu prüfen ist.
Auf Basis der Vermessung unterschiedlicher Wechselrichter, in Kombination mit einer Analyse aktueller Anwendungsrichtlinien, werden Wechselrichter-Modellansätze für quasistationäre Fehler-stromberechnungsverfahren auf Basis von Stromüberlagerungsver-fahren abgeleitet. Zur Berücksichtigung verbleibender Unsicherhei-ten und gleichzeitiger Analyse der Funktionalität aktueller und der Ableitung zukünftiger, effektiver Schutzsysteme für die Verteilungs-netze wird ein Schutzanalyseverfahren entwickelt. Anhand eines exemplarischen Netzes werden alternative Ansätze für Niederspan-nungs-Netzschutz abgeleitet. Simulativ sowie mittels eines Hard-ware-In-the-Loop-Aufbaus wird der Einfluss der gemessenen Ober-schwingungseinprägung von Wechselrichtern auf die Geschwindig-keit und Genauigkeit gängiger Überstromrelais sowie Distanzschutz-relais und -Algorithmen analysiert.
