ISBN 978-3-8439-3362-9

978-3-8439-3362-9, Reihe Elektrotechnik

Ali Al Hage Ali
Modellbasiertes Schutzsystem zur Fehlerdetektion und Fehlerlokalisierung in Multiterminal HGÜ-Systemen

175 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2017), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Eine zentrale Herausforderung bei der Realisierung von Multiterminal HGÜ-Systemen ist die Beherrschung von DC-seitigen Fehlern. Bisherige HGÜ-Systeme sind ausschließlich als Punkt-zu-Punkt-Verbindungen aufgebaut. Kommt es zu einem DC-Fehler, wird das gesamte System durch AC-Leistungsschalter abgetrennt und erst nach der Fehlerklärung wieder in Betrieb genommen. In zukünftigen DC-Netzen ist es jedoch notwendig, nur das fehlerhafte Betriebsmittel vom Netz zu trennen. Der nicht betroffene Netzteil bleibt jedoch in Betrieb. Dies bedeutet, dass Fehler selektiv geklärt werden müssen, um die Auswirkungen auf das Gesamtsystem auf ein Minimum zu begrenzen. Da die Anforderungen an die Reaktionszeit des DC-Netzschutzes wesentlich höher sind als die an heutige AC-Schutzsysteme, können die dort verwendeten Algorithmen nicht direkt auf DC-Netzstrukturen übertragen werden. Der effiziente Betrieb von HGÜ-Netzen erfordert daher den Entwurf neuartiger Schutzkonzepte, die die Anforderungen hinsichtlich Detektionsgeschwindigkeit und Selektivität erfüllen.

Die vorliegende Arbeit stellt ein neuartiges modellbasiertes Schutzsystem zur Fehlerdetektion und Fehlerlokalisierung in HGÜ-Netzen vor. Hierbei evaluiert eine Kalman Filter Bank die Übereinstimmung zwischen einer Menge von Fehlermodellen und Messungen an der Leitung bzw. im Netz. Stimmt ein dynamisches Modell mit der Messung im realen Netz gut überein, lassen sich daraus Rückschlüsse auf die fehlerhafte Leitung, den Fehlerort sowie den Fehlertyp ziehen.

Das modellbasierte Schutzsystem umfasst zwei grundlegende Algorithmen. Einerseits einen Algorithmus zur schnellen Fehlerlokalisierung, der die Aufgabe hat, die fehlerhafte Leitung möglichst schnell zu identifizieren und somit ein selektives Abschalten der betroffenen Leitung zu ermöglichen. Die schnelle Fehlerlokalisierung erfolgt lokal an jeder Netzstation, ohne Kommunikation zwischen den Stationen. Andererseits erfasst das Schutzsystem einen Algorithmus zur exakten Fehlerlokalisierung, der den genauen Fehlerort auf der fehlerhaften Leitung lokalisieren kann. Dies ist wichtig, um die Reparaturarbeiten an der Leitung effektiv durchzuführen. Hierbei werden zur exakten Bestimmung des Fehlerorts synchrone Messungen von beiden Leitungsenden verwendet.

Ein Hauptvorteil ist nun, dass die technische Realisierung der beiden Algorithmen identisch ist. Damit wird ein kombinierter Ansatz für Fehlerdetektion und Fehlerlokalisierung ohne zusätzliche Spezialgeräte ermöglicht.