Novel maximum transient frequency deviation estimation in island grids using performance and correction indices based on field tests

Preparation for a potential blackout has gained increasing significance in recent years. As a result, the blackstart and islanding capabilities of power plants within the distribution and transmission grid become more important. Due to the high level of organisational and monetary effort required, such blackstart and grid restoration functionalities are infrequently trained in real-world scenarios and data is mostly derived from simulations. This paper analyzes some of the few existing field tests concerning load-frequency response. The study aims to compare different grid configurations, participating power plants, turbine types, and ramp-up processes. Key findings are explained using two novel indices: the Turbine Type Performance Index (TTPI), which serves as a comparative index for the turbine controller performance, system rotational energy, and load-frequency response. The second index, the Load Behavior Correction Index (LBCI), ensures the conversion of non-instantaneous power changes to instantaneous power steps and thus enables the estimation of the maximum transient frequency deviation with the direct connection of induction machines via a defined TTPI. The primary advantage of this paper's findings is to provide a fast estimation of the maximum transient frequency deviation resulting from defined load steps based on the given rotational energy of the system. Die Vorbereitung auf die Bew & auml;ltigung eines potenziellen Blackouts hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Infolgedessen r & uuml;cken die Schwarzstart- und Inself & auml;higkeiten der Kraftwerke innerhalb des Verteiler- und & Uuml;bertragungsnetzes immer mehr in den Fokus. Reale Netzwiederaufbauversuche werden jedoch aufgrund des hohen Aufwands nur selten durchgef & uuml;hrt. Dementsprechend finden sich in der Literatur & uuml;berwiegend Untersuchungen, die auf Simulationen basieren. Diese Arbeit analysiert einige der wenigen realen Feldtests hinsichtlich des Frequenzverhaltens bei Last & auml;nderungen. Die Untersuchung hat zum Ziel, verschiedene Kraftwerkskonstellationen, Turbinentypen und Hochlaufprozesse zu vergleichen. Die wichtigsten Ergebnisse werden anhand von zwei Indizes dargelegt: dem Turbine Type Performance Index (TTPI), der als Vergleichsma ss stab f & uuml;r das Verhalten des Turbinenreglers bei Last & auml;nderungen in Abh & auml;ngigkeit des Turbinentyps, der rotierenden Energie im Inselnetz und dem erfolgten Wirkleistungssprung dient. Der zweite Index, der Load Behavior Correction Index (LBCI), beschreibt die Umrechnung von nicht sprunghaften Wirkleistungs & auml;nderungen in ideale Wirkleistungsspr & uuml;nge und erm & ouml;glicht so eine Absch & auml;tzung der Frequenzabweichung bei der Zuschaltung von Asynchronmotoren. Die Neuheit dieser Arbeit liegt darin, eine schnelle Sch & auml;tzung der maximalen Frequenzabweichung unter Ber & uuml;cksichtigung des Turbinentyps der frequenzf & uuml;hrenden Maschinen und der gesamten Rotationsenergie der Insel bei definierten Lastspr & uuml;ngen zu erm & ouml;glichen.