Prüfung von Schutzrelais unter Verwendung eines Real-Time-Simulators

Abstract

Die Netzführung der elektrischen Energienetze begegnet immer neueren Herausforderungen wegen der immer größeren Menge an leistungselektronischen Elementen und dezentraler Energieerzeugung. Um die sichere und unterbrechungslose Lieferung der elektrischen Energie gewährleisten zu können, ist die präzise Einstellung der Schutzeinrichtungen ein unerlässliches Minimum. Obwohl heutzutage zahlreiche Testgeräte und Simulationsprogramme vorhanden sind, mit denen eine Schutzeinrichtung parametriert werden kann, fehlt die nötige Geschwindigkeit und Genauigkeit in vielen Fällen. In dieser Arbeit wird der Aufbau eines Prüfstandes vorgestellt, mit dem ein Schutzrelais durch Verwendung der Technologie von Real-Time-Simulation getestet werden kann. Das Hauptelement dieses Projektes ist der Echtzeitsimulator OP5600 von der Firma OPAL-RT, mit dem ein Schutzrelais SIPROTEC 7SL87 von Siemens geprüft wird. Diese Arbeit legt den Fokus auf die Realisierung dieses Messsystems sowohl software- als auch hardwareseitig. Das Modell, das die Basis für die Simulationen bildet, stellt das Verhalten eines Offshore-Windparks bei einem Fehlerfall dar. Dieses Modell wurde während des Projektes umgebaut, um der verwendeten Real-Time-Technologie zu entsprechen. Bei der Erstellung des Prüfstandes war ein wichtiger Eckpunkt, wie eine Großzahl von Simulationen eines Kurzschlussfalles mit unterschiedlichen Parametern durchgeführt werden kann. Das System wurde für einpoligen Erdschluss und zweipoligen Kurzschluss getestet. Um die Authentie der Messergebnisse mit OP5600 überprüfen und einen möglichen Messfehler wegen der ungenauen Relaiseinstellungen ausschließen zu können, wurde das System auch mit dem Prüfgerät CMC 356 von Firma Omicron getestet. Schließlich wurden die Ergebnisse beider Methoden verglichen.

The grid control of the electrical energy networks is facing more and more new challenges due to the increasing amount of power electronic elements and decentralized energy generation. In order to be able to guarantee the safe and uninterrupted supply of electrical energy, the precise setting of the protective devices is an essential minimum.Although nowadays there are numerous test devices and simulation programs with which a protective device can be parameterized, the necessary speed and accuracy are lacking in many cases. In this thesis the construction of a test stand is presented, with which a protective relay can be tested by using the technology of real-time simulation. The main element of this project is the real-time simulator OP5600 from OPAL-RT, with which a protection relay SIPROTEC 7SL87 from Siemens is tested. This thesis focuses on the implementation of this measurement system on the software as well as the hardware side. The model, which forms the basis for the simulations, shows the behaviour of an offshore wind farm in the event of a fault. This model was modified during the project to correspond to the real-time technology used. When creating the test stand, an important cornerstone was how a large number of simulations of a short circuit case can be carried out with different parameters.The system has been tested for single-pole earth fault and double-pole short circuit. In order to check the authenticity of the measurement results with the OP5600 and to be able to rule out a possible measurement error due to the imprecise relay settings, the system was also tested with the CMC 356 test device from Omicron. Finally, the results of both methods were compared.