NAEEA+ – Netz- und Anlagenschutz zur optimalen und sicheren Integration von dezentralen Energieerzeugungsanlagen im Verteilnetz

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/502500

Short description (German)

Dezentrale umrichterbasierte Energieerzeugungsanlagen (EEA) haben für den Netzbetrieb ein kritisches Volumen angenommen. Dazu zählen insbesondere PV-Anlagen, zunehmend aber auch Batterien und Ladestationen. Der Grossteil aller EEA wird ohne Zusatzmassnahmen ans Verteilnetz angeschlossen. Die Branchenempfehlung fordert, dass EEA ab 30 kVA Anschlussleistung über externe Schutzeinrichtungen verfügen müssen. Das Projekt untersucht, ob und wann der externe NA-Schutz und/oder weitere Einstellmöglichkeiten eine adäquate Massnahme zur Erreichung der Schutzziele darstellen. Im ersten Schritt erfolgt eine qualitative Untersuchung und erfasst die technischen Randbedingungen, Erfordernisse und Positionen aller Akteure. Im zweiten Schritt werden in enger Zusammenarbeit mit relevanten Branchenvertretern (VNBs, EEA-Betreiber) repräsentative Fallstudien formuliert und quantitativ untersucht. Daraus werden Empfehlungen für den NA-Schutz von Schweizer EEA für zukünftige Branchenempfehlungen abgeleitet.

Short description (English)

Distributed inverter-based energy generation systems (EEA) have assumed a critical volume for grid operation. These include PV systems in particular, but increasingly also batteries and charging stations. The majority of all EEAs are connected to the distribution grid without additional measures. The industry recommendation requires that EEAs with a connected load of 30 kVA or more must have external protection devices. The project investigates whether and when external NA protection and/or further adjustment options represent an adequate measure for achieving the protection targets. In the first step, a qualitative investigation is carried out and the technical boundary conditions, requirements and positions of all players are recorded. In the second step, representative case studies are formulated and quantitatively investigated in close cooperation with relevant industry representatives (DSOs, EEA operators). From this, recommendations for the NA protection of Swiss EEA will be derived for future industry recommendations.

Short description (French)

Les installations de production d'énergie décentralisées basées sur des convertisseurs (EEA) ont atteint un volume critique pour l'exploitation du réseau. Il s'agit notamment des installations photovoltaïques, mais aussi, de plus en plus, des batteries et des stations de recharge. La majorité des installations électriques autonomes sont raccordées au réseau de distribution sans mesures supplémentaires. La recommandation de la branche exige qu'à partir d'une puissance de raccordement de 30 kVA, les IAP disposent de dispositifs de protection externes. Le projet examine si et quand la protection NA externe et/ou d'autres possibilités de réglage constituent une mesure adéquate pour atteindre les objectifs de protection. La première étape consiste en une étude qualitative et recense les conditions techniques, les exigences et les positions de tous les acteurs. Dans un deuxième temps, des études de cas représentatives sont formulées et analysées quantitativement en étroite collaboration avec des représentants pertinents du secteur (GRD, exploitants d'AEE). Des recommandations pour la protection NA des EEA suisses en seront déduites pour les futures recommandations de la branche.

Publications / Results (German)

Im Projekt NAEEA+ werden Untersuchungen zur Notwendigkeit eines externen Netz- und Anlagenschutzes (NA-Schutz) bei Energieerzeugungsanlagen (EEA) in Niederspannungsnetzen durchgeführt, mit dem Fokus auf Photovoltaik-Wechselrichter. Da jeder Wechselrichter schon eine interne NA-Schutzfunktion aufweist, ist die Kernfrage des Projekts, ob ein zusätzlicher externer NA-Schutz benötigt wird.

Der NA-Schutz (extern oder intern) trennt Erzeugungsanlagen vom Netz, wenn sich Spannung oder Frequenz in ihrem Zeitverlauf ausserhalb der vorgegebenen Kennlinien befinden. Die korrekte Funktion und Einstellung des NA-Schutzes stellen sicher, dass einerseits bei einer lokalen Netzstörung die EEA sicher vom Netz getrennt werden, und dass sich andererseits die EEA bei Störungen im übergeordneten Netz konform verhalten und nicht „zu früh“ trennen.

Das Projektkonsortium besteht aus Vertretern von vier akademischen Partnern (ETHZ, BFH, TU Graz, FHNW), der Firma Kühn – Netz und Systemschutz, Swissolar, dem Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen (VSE), dem Verband Schweizerischer Elektrokontrollen (VSEK), 18 Verteilnetzbetreibern, Swissgrid und Herstellern von NA-Schutzgeräten. Ausserdem wurde durch Treffen und Schulungen die Expertise von Schutzexperten, Wechselrichterherstellern und Fachgruppen aus dem In- und Ausland eingeholt.

In Workshops, Treffen und innerhalb einzelner Arbeitspakete wurden die Fragen bezüglich des NA-Schutzes und die potenziellen Konsequenzen einer Fehlfunktion erfasst. Darüber hinaus wurden durch den VSE, Swissolar und den VSEK Umfragen durchgeführt, um die Perspektive der Branche einzuholen.

Die Ergebnisse werden bei der Überarbeitung der “Branchenempfehlung Netzanschluss für Energieerzeugungsanlagen an das Niederspannungsnetz NA/EEA-NE7 - CH” des VSE berücksichtigt. Die überarbeitete Branchenempfehlung wird voraussichtlich im Frühjahr 2025 publiziert. Der VSE hat eine bis dahin gültige Übergangsregelung publiziert.

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• Schlussbericht_deutsch [PDF] 7'067 kB
• Mitteilung NAEEA+ [PDF] 72 kB

Publications / Results (English)

The NAEEA+ project is investigating the necessity of external grid and system protection (NA protection) for energy generation systems (EEA) in low-voltage grids, with a focus on photovoltaic inverters. Since every inverter already has an internal NA protection function, the core question of the project is whether additional external NA protection is needed.

The grid and system protection (external or internal) disconnects the power generation systems from the grid if the voltage or frequency are outside the specified characteristics over time. The correct functioning and configuration of the grid and system protection ensures that, on the one hand, the EEA are safely disconnected from the grid in the event of a local grid fault and, on the other hand, that the EEA behave correctly in the event of faults in the higher-level grid and do not disconnect “too early”.

The project consortium consists of representatives from four academic partners (ETHZ, BFH, TU Graz, FHNW), the company Kühn – Netz und Systemschutz, Swissolar, the Association of Swiss Electricity Companies (VSE), the Association of Swiss Electrical Inspectors (VSEK), 18 distribution system operators, Swissgrid and manufacturers of grid and system protection devices. In addition, the expertise of protection specialists, inverter manufacturers and specialist groups from Switzerland and abroad was obtained through meetings and training courses.

In workshops, meetings and within individual work packages, the questions regarding NA protection and the potential consequences of a malfunction were identified. In addition, surveys were conducted by VSE, Swissolar and VSEK to obtain the perspective of the industry.

The results will be taken into account in the revision of the VSE's “Industry Recommendation for Grid Connection of Energy Generation Systems to the Low-Voltage Grid NA/EEA-NE7 - CH”. The revised industry recommendation is expected to be published in spring 2025. The VSE has published a transitional regulation that is valid until then.

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• Communication_NAEEA+ [PDF] 73 kB

Publications / Results (French)

Dans le cadre du projet NAEEA+, des études ont été menées dans le cadre du projet RRIPE+ sur la nécessité d’une protection externe du réseau et des installations (protection RI) pour les installations productrices d’énergie (IPE), l’accent ayant été mis sur les convertisseurs photovoltaïques. Étant donné que tous les convertisseurs sont déjà dotés d’une fonction de protection RI interne, la question centrale du projet porte sur la nécessité ou non d’une protection RI externe supplémentaire.

La protection RI (externe ou interne) déconnecte du réseau les installations de production lorsque, au fil du temps, la tension ou la fréquence se trouvent en dehors des courbes caractéristiques prescrites. La fonction et le réglage corrects de la protection RI garantissent d’une part qu’en cas de défaillance locale du réseau, l’IPE est déconnectée du réseau et d’autre part, qu’en cas de dysfonctionnements du réseau amont l’IPE adopte un comportement conforme et ne se déconnecte pas «trop tôt».

Le consortium de projet est composé de représentantes et représentants de quatre partenaires académiques (EPFZ, BFH, TU Graz, FHNW), l’entreprise Kühn – Protection de réseau et de système, Swissolar, l’Association des entreprises électriques suisses (AES), l’Association Suisse pour le Contrôle des Installations électriques, 18 gestionnaires de réseau de distribution, Swissgrid et des fabricants d’appareils de protection RI. Des rencontres et formations ont permis en outre de bénéficier de l’expertise de spécialistes en matière de protection, de fabricants de convertisseurs et de groupes techniques, suisses et étrangers.

Des ateliers, des rencontres et des lots de travail individuels ont permis de recueillir les questions concernant la protection RI et les éventuelles conséquences d’un défaut de fonctionnement. L’AES, Swisssolar et l’ASCE ont en outre effectué des enquêtes pour recueillir le point de vue de la branche.

Les résultats seront pris en compte lors de la révision de la recommandation de la branche de l’AES «Raccordement au réseau pour les installations productrices d’énergie sur le réseau basse tension RR/IPE-NR 7» La publication de la recommandation de la branche remaniée est prévue au printemps 2025. L'AES a publié une réglementation transitoire valable jusqu'à cette date.

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• Communiqué_NAEEA [PDF] 117 kB

Publications / Results (Italian)

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• Comunicazione_NAEEA+ [PDF] 134 kB