HVDC PLUS

Ein neuer Ansatz für neue Herausforderungen

Dekarbonisierung, Dezentralisierung und Digitalisierung stellen neue Anforderungen an  Übertragungsnetze: Eine wachsende Zahl leistungsstarker Offshore-Windparks muss ans Netz gebracht, strapazierte Wechselstromnetze müssen stabilisiert werden, um einen zuverlässigen Betrieb zu sichern, und energiehungrige Megastädte verlangen nach Lösungen für eine verlustarme Stromversorgung. Siemens HVDC PLUS bietet die Lösung. Mit ihren zukunftsweisenden, auf VSCs (Voltage-Sourced Converter) basierenden, modularen Multilevel-Spannungswandlern (Modular Multilevel Converter oder „MMC Converter“) kombinieren die besonders kompakten HVDC PLUS-Systeme die Vorteile der HGÜ mit den Vorteilen selbstgeführter Leistungselektronik: Wechselstrom-Spannungsregelung, Schwarzstartfähigkeit und zahlreiche weitere Funktionen, die sich positiv auf die Leistung und Sicherheit des gesamten Übertragungssystems auswirken.

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Warum HVDC PLUS?

Verbessern Sie Ihre Netzleistung mit der flexiblen HVDC PLUS

Übertragungsnetze und die an sie gestellten Anforderungen werden immer komplexer. Mit den platzsparenden, innovativen Siemens HVDC PLUS-Systemen meistern Sie Herausforderungen wie die zuverlässige Stromversorgung von Ballungsräumen, die Verbesserung der Netzstabilität und den Netzzugang für Offshore-Windparks.

Die smarte Antwort auf neue Herausforderungen in der HGÜ

  • Erlaubt die unabhängige, flexible Regelung von Wirk- und Blindleistung durch vollen Vierquadranten-Betrieb
  • Unterstützt schwache Wechselstromnetze durch flexible Wechselspannungsregelung
  • Ist unempfindlich gegen Störungen im Wechselstromnetz. Kann bei unsymmetrischer Wechselspannung betrieben werden und zur Kompensation unsymmetrischer Lasten beitragen
  • Kann Kurzschlussstrom liefern und heruntergefahrene Netze schwarzstarten
  • Schottet gegen kaskadierende Netzstörungen ab
  • Unterstützt Wechselstromnetze mit sehr geringer Kurzschlussfestigkeit
  • Kann vollständig passive Systeme versorgen
  • Eignet sich für Back-to-Back-Betrieb sowie für lange Kabelstrecken und für HGÜ via Freileitung
  • Kann in Multiterminal-HGÜ-Systeme und künftige HGÜ-Netze integriert werden

Modular-Multilevel Converter (MMC)

Die von den HGÜ-Experten von Siemens vor einigen Jahren entwickelte Multilevel-Technik auf der Basis von VSCs (Voltage-Sourced Converters, Stromrichter mit Spannungszwischenkreis) gilt inzwischen als Industriestandard.

 

In Siemens HVDC PLUS-Systemen werden modulare Multilevel-Spannungswandler (Modular Multilevel Converters, MMC) zumeist in Sechspuls-Brückentopologie eingesetzt. Ein Stromrichter besteht aus drei identischen Phaseneinheiten mit zwei Ventilen, jedes Ventil enthält mehrere Leistungsmodule, welche die volle Gleichspannung unterstützen. Jedes Leistungsmodul trägt nur einen kleinen Spannungsschritt bei und wird individuell gesteuert – jedes Modul innerhalb des Modular Multilevel Converter ist also eine diskrete Spannungsquelle mit einem lokalen Kondensator, um seine Spannungsstufe ohne Verursachen von Brummspannung in den anderen Phasen zu definieren. So kann sowohl eine sinusförmige Wechselspannung als auch eine lineare Gleichspannung erzeugt werden, ohne dass es zu übermäßigen harmonischen Verzerrungen und zu HF-Rauschen kommt.

 

Die IGBTs (Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode) innerhalb der Leistungsmodule sind vollständig steuerbar. Dadurch können Modular Multilevel Converter Blindleistung bis zur Stromrichterleistung sowohl absorbieren als auch erzeugen. Die Ausgangsströme können über den gesamten Arbeitsbereich gleichmäßig und linear verändert werden, um die Wirk- und Blindleistung zur Stützung des angeschlossenen Wechselstromnetzes unabhängig voneinander dynamisch zu steuern.

Die Halbbrücken-Topologie (HB)

Ein Siemens HVDC PLUS-System mit Halbbrücke wird vornehmlich für Kabelverbindungen und für Back-to-Back-Systeme verwendet. Die Gleichspannung eines Halbbrücken-Leistungsmoduls ist immer geführt, das heißt, der Leistungskondensator kann mit jeweils einer Polarität an die Abgänge angeschlossen werden. Daher ist die Gleichspannung immer höher als die Wechselspannung.


HVDC PLUS-Systeme mit Halbbrücke haben ihre hohe Effizienz und Zuverlässigkeit in zahlreichen Gleichstrom-Kabelverbindungen unter Beweis gestellt, beispielweise 

  • beim Trans Bay Cable zwischen San Francisco und Pittsburg in den USA, dem weltweit ersten VSC-HGÜ-System auf Basis der zukunftsweisenden MMC-Topologie von Siemens
  • Bei der INELFE-Stromverbindung zwischen Frankreich und Spanien, dem weltweit größten MMC-basierten HGÜ-System mit zwei symmetrischen Monopolen und einer Kapazität von je 1000 MW
  • verschiedene Netzanbindungen von Offshore-Windparks in Deutschland

Die Vollbrücken-Topologie (FB)

Bei der Vollbrücke sind Gleichspannung und Wechselspannung unabhängig voneinander, da die Leistungskondensatoren in jeder Polarität mit den Abgängen verbunden werden können. So kann die Wechselspannung in einem Siemens HVDC PLUS-Systems bis auf Null gesenkt oder sogar komplett umgekehrt werden, während die Stromsteuerung wechsel- und gleichspannungsseitig selbst bei einem Kurzschluss aufrechterhalten wird.

 

Die Vollbrücken-Topologie ist ideal für HVDC PLUS-Systeme mit Freileitungen. Sie ermöglicht das gefahrlose Beheben von Fehlern im Gleichspannungsnetz durch kurzzeitiges Umkehren der Spannung zur Unterbrechung des Stromflusses und zur Deionisierung eines Lichtbogens. Darüber hinaus erlaubt sie den Betrieb von HGÜ-Systemen mit verringerter Gleichspannung, um Probleme durch verschmutzte Leitungsisolatoren zu beheben. Sowohl die Unterbrechungszeit als auch die Geschwindigkeit des Gleichspannungsanstiegs während der Wiederherstellung der Übertragung können variabel an die Durchschlagfestigkeit angepasst werden. Dies trägt spürbar zur Erhöhung der Versorgungssicherheit bei.

 

Siemens setzt die Vollbrückenschaltung seit 2009 erfolgreich in Sitras®-Bahnstrom-Frequenzumrichtern sowie in zahlreichen FACTS- und Industrieanlagen mit SVC PLUS® ein.

Die HVDC PLUS-Vollbrücke von Siemens

Bewährte Technik für stabile Netze heute und morgen
Downloads, Support und Services

Erfahren Sie mehr über Siemens HVDC PLUS

Laden Sie sich unsere HVDC PLUS-Broschüre herunter, um einen Überblick über alle technischen Details, weitere Informationen rund um Voltage-Sourced Converter und Modular Multilevel Converter sowie mögliche Anwendungen zu erhalten. Zudem gewinnen Sie mithilfe des Flyers einen Überblick über die Siemens HVDC Referenzen.

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