Der Zusammenbruch (Kollaps) eines Netzes der elektrischen Energieversorgung ist für den Netzbetreiber, genauso wie für die Abnehmer elektrischer Energie mit großen finanziellen Einbußen verbunden.
Eine möglichst frühzeitige Erkennung einer Gefahrensituation ist die Voraussetzung für Maßnahmen, die den Zusammenbruch verhindern können.
Kollaps-Ereignisse in Netzen der elektrischen Energieversorgung lassen sich mit der Theorie der nichtlinearen Dynamik und der Bifurkationstheorie erklären.
Das neuartige Collaps-Prediction-Relay CPR-D kann mithelfen, Netzzusammenbrüche in einem möglichst frühen Stadium zu erkennen.
Einsatzort dieser Gerätetechnik ist vor allem das Hoch- und Höchstspannungsnetz.
Für die Früherkennung von kritischen Netzsituationen stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, die sequentiell, gleichzeitig oder auch voneinander abhängig angewendet werden können.
• Netzspannungseffektivwert : Überwachung von Mittelwert, Gradient, Standardabweichung
• Netzfrequenz : Überwachung von Mittelwert, Gradient, Standardabweichung
• Fingerprintanalyse : Vergleich des Frequenzspektrums der Netzspannungseinhüllenden mit Referenzmustern von Netzschwingungs-Moden
• Ljapunov-Exponent : Berechnung und Überwachung
• Dämpfungsmonitor : Detektion und Quantifizierung (Frequenz, Dämpfungskoeffizient, Amplitude) von Oszillationen der Netzspannungseinhüllenden, statistische Auswertung
Neben der Überwachung der Spannung ist vor allem eine kontinuierliche und genaue Messung aller Frequenzen im Bereich 0,1 bis 40 Hz erforderlich, die zur Bewertung der Lastdynamiken herangezogen werden und ein Maß für die Stabilitätsreserve des Netzes darstellen.
Zur Ermittlung der Fingerprints werden FFTs eingesetzt, die den Frequenzbereich von 0,01 Hz bis 98 Hz überdecken.
Die Stabilitätsreserve kann auch durch den Abstand des Systems vom sogenannten Hopfpunkt definiert werden.
Wird der Hopfpunkt erreicht, geht das Netz in einen instabilen Zustand über. Dieser Übergang wird Hopf-Bifurkation genannt.
Die Lage des Hopf-Punktes ist aber in jedem Fall eine Funktion der Lastdynamik.
Die Annäherung an den Hopf-Punkt wird von verschiedenen Frequenz-Spektren angezeigt, denen immer auch eine bestimmte globale Lastdynamik zugeordnet werden kann.
Die Spektren können von Torsionsschwingungen oder von Lastpendelungen oder Zwischensystemschwingungen elektrischer Systeme angeregt werden.
Das CPR-D kann an jedem Punkt eines elektrischen Netzes eingesetzt werden.
Es erfasst nur die Spannungen.
Kritische Netzveränderungen werden zudem in einem Ereignisrecorder mit Vor- und Nachgeschichte festgehalten.
Vortrigger – und Nachtriggerzeiten können individuell gewählt werden.
Der Störschrieb kann – je nach Störfall – entweder auf 0,5ms-, 10ms-, 5s- oder 50 Sekunden – Abtastwertbasis aufgezeichnet werden und liefert so genannte oszillografische Bilder der Störung.
In den Störschreibern können wahlweise folgende Signale registriert werden:
• Samplewerte der Netzspannung (2.048kSps)
• Mittelwerte, Gradient und Varianz des Netzspannungseffektivwertes
• Halbperiodenwerte der Netzfrequenz
• Mittelwert, Gradient und Varianz der Netzfrequenz
• Binäre Eingangssignale
• Binäre Ausgangssignale
Zusammenfassung der Merkmale des Collaps-Prediction-Relais CPR-D:
• Spektralanalyse der Netzspannungseinhüllenden mit hoher Frequenzauflösung im Bereich 0,01Hz bis 98 Hz und Vergleich mit Referenzmustern von Netzschwingungs-Moden (Fingerprints)
• Berechnung von Dämpfung, Frequenz und Amplitude von Oszillationen der Netzspannungseinhüllenden, statistische Auswertung
• Online-Berechnung des Ljapunov-Exponenten
• Erfassung schleichender Netzzusammenbrüche
• Frequenzüberwachung
• Störschreiberfunktionen
• Differenzierte Meldestrategien über mehrere parametrierbare Binärausgänge realisierbar
|
