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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. HVDC PLUS von Siemens bietet die Lösung. Basierend auf der zukunftsweisenden Technologie mit modularen Multilevel-Spannungswandlern 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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Verbessern Sie die Netzleistung mit außergewöhnlich flexibler HGÜ-Technik

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

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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
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Modular-Multilevel-Converter (MMC)

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

 

In HVDC PLUS-Systemen von Siemens werden MMCs 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 Konverters ist also eine diskrete Spannungsquelle mit einem lokalen Kondensator, um seine Spannungsstufe ohne die Verursachung von Brummspannung in den anderen Phasen zu definieren. So kann sowohl eine sinusförmige Wechselspannung als auch eine lineare Gleichspannung erzeugt werden und dies 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 MMCs 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.

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Die Halbbrücken-Topologie(HB)

Die 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 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
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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 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 HGÜ-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 des 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

Der Film ist nur in englisch verfügbar!

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Erfahren Sie mehr über HVDC PLUS

Laden Sie sich unsere HVDC PLUS-Broschüre herunter, um einen Überblick über alle technischen Details und mögliche Anwendungen zu erhalten.