Die massive Übertragung von Elektrizität in Form von Gleichstrom über weite Strecken mittels Unterwasser- oder Freileitungskabel wird als Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HVDC) bezeichnet. Diese Art der Übertragung wird bei sehr langen Distanzen im Vergleich zur Wechselstromübertragung (HVA) bevorzugt, wenn Kosten, Verluste und viele andere Faktoren berücksichtigt werden. Die Bezeichnungen "Elektrische Autobahn" oder "Energieautobahn" werden oft für HVDC verwendet.
Wir wissen, dass Wechselstrom in der Erzeugungsanlage erzeugt wird. Dieser muss zunächst in Gleichstrom umgewandelt werden. Die Umwandlung erfolgt mit Hilfe eines Rektifiers. Der Gleichstrom fließt dann durch die Freileitungen. Am Verbraucherende muss dieser Gleichstrom wieder in Wechselstrom umgewandelt werden. Dafür wird ein Inverter am Empfangsende platziert.
Es gibt also eine Rektifierstation an einem Ende des HVDC-Umspannwerks und eine Inverterstation am anderen Ende. Die Leistung am Sendeende und am Verbraucherende ist immer gleich (Eingangsleistung = Ausgangsleistung).
Wenn es an beiden Enden zwei Umspannwerke und eine einzige Übertragungsleitung gibt, spricht man von Zweiterminal-DC-Systemen. Wenn es zwei oder mehr Umspannwerke und DC-Übertragungsleitungen gibt, spricht man von Mehrterminal-DC-Umspannwerken.
Die Komponenten des HVDC-Übertragungssystems und deren Funktionen werden unten erklärt.
Konverter: Die Umwandlung von Wechsel- in Gleichstrom und umgekehrt erfolgt durch die Konverter. Sie bestehen aus Transformern und Ventilbrücken.
Glättungsreaktoren: Jeder Pol besteht aus Glättungsreaktoren, die als Induktivitäten in Serie mit dem Pol verbunden sind. Sie dienen dazu, Kommutationsfehler in den Inverters zu vermeiden, reduzieren Oberschwingungen und verhindern Unterbrechungen des Stroms für Lasten.
Elektroden: Es handelt sich dabei um Leiter, die das System mit der Erde verbinden.
Harmonische Filter: Sie dienen dazu, die Oberschwingungen in Spannung und Strom der verwendeten Konverter zu minimieren.
Gleichstromleitungen: Es können Kabel oder Freileitungen sein.
Blindleistungszufuhr: Die Blindleistung, die von den Konvertern benötigt wird, kann mehr als 50 % der übertragenen Wirkleistung betragen. Daher liefern Schiene-Kondensatoren diese Blindleistung.
Wechselstrom-Sicherungen: Fehler im Transformator werden durch die Sicherungen beseitigt. Sie werden auch verwendet, um den Gleichstromlink zu trennen.
Die Klassifizierung von HVDC-Verbindungen ist wie folgt:
Ein einzelner Leiter ist erforderlich, und Wasser oder Boden fungieren als Rückführweg. Wenn der Erdwiderstand hoch ist, wird ein metallischer Rückführweg verwendet.
