US-Labor testet neues Modell zur Untersuchung von Netzfehlern

Jun 11, 2023

Forscher am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des Energieministeriums arbeiten daran, die Auswirkungen von Stromfehlern im modernen US-Stromnetz zu verstehen.

Fehler sind anormale Zustände in einem Stromkreis, die den Stromfluss unterbrechen und möglicherweise Stromausfälle verursachen, von denen Tausende von Kunden betroffen sind. Störungen können durch Geräteversagen, menschliches Versagen, Wetterereignisse und Naturkatastrophen verursacht werden. Ihr Verständnis ermöglicht es Elektrizitätsunternehmen und Netzbetreibern, eine zuverlässige Stromversorgung aufrechtzuerhalten und die Zahl der Ausfälle zu reduzieren.

Herkömmliche Modellierungsmethoden sind jedoch weniger effektiv bei der Vorhersage des Verhaltens modernster digitaler Technologie. Neuere Energieressourcen wie Sonnenkollektoren und Ladegeräte für Elektrofahrzeuge breiten sich im Stromnetz aus und erhöhen die Präsenz elektronischer Wechselrichter, die den Stromfluss an das größere Übertragungssystem anpassen. Im Vergleich zu mechanischen Systemen handelt es sich bei Leistungselektronik um wesentlich schneller reagierende Geräte, die von Fehlern in entfernten Teilen des Netzes unterschiedlich betroffen sind. Doch die meisten Energieversorger haben ihre Planung nicht an diese Veränderungen angepasst.

Aus diesem Grund fordert die North American Electric Reliability Corporation (NERC) Versorgungsunternehmen und Betreiber auf, eine neue Methode zur Untersuchung der Ursachen und Auswirkungen von Fehlern zu verwenden: die Analyse elektromagnetischer Transienten oder EMT-Domänen. Im Vergleich zur herkömmlichen Modellierung wird von dieser Art der Analyse erwartet, dass sich schnell ablaufende Ereignisse genauer darstellen.

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„Da die Netztransformation mit mehr wechselrichterbasierten Ressourcen und Ladegeräten für Elektrofahrzeuge erfolgt, ist EMT erforderlich, um die Zuverlässigkeit des Systems zu verstehen“, sagte ORNL-Forscher Suman Debnath. Ohne diese Methoden und Werkzeuge sind Betreiber und Versorgungsunternehmen möglicherweise nicht in der Lage, ihr bisheriges Maß an Servicezuverlässigkeit aufrechtzuerhalten, insbesondere wenn sie zukünftige Verbindungen und Erweiterungen des Übertragungssystems planen.

Debnaths ORNL-Forscherteam führte in Zusammenarbeit mit seinem Partner Southern California Edison Anfang des Jahres eine der ersten erfolgreichen Fehlerreplikationen mit EMT durch, nachdem sie ihre eigenen Modelle und Algorithmen in ein EMT-Domänenanalysetool integriert hatten. Sie führten die Simulation im ORNL-Labor und in Hardware bei Southern California Edison durch und sagten, sie hätten die Auswirkungen eines kalifornischen Fehlers im Jahr 2018 auf ein großes Solarkraftwerk genau reproduziert.

„Die Entwicklung eines High-Fidelity-Modells wird Versorgungsunternehmen dabei helfen, die physikalische Dynamik der Leistungselektronik besser zu verstehen, so die Netzleistung zu verbessern und sich an unserer Zukunftsvision der Netzmodernisierung auszurichten“, sagte Md Arifujjaman, leitender Ingenieur für Netztechnologieinnovation bei Southern California Edison. „Solche Projekte helfen uns sehr. Je mehr Dynamik man vorweisen kann, desto besser für uns, für das Netz und für den Kunden.“

Ursprünglich veröffentlicht auf Power Grid.