Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung

Definition der HVDC-Übertragung

Die HVDC-Übertragung ist die Methode, mit der Elektrizität in Gleichstromform über weite Strecken mithilfe von Seekabeln oder Freileitungen übertragen wird.

 Wandlung und Komponenten

Das HVDC-Übertragungssystem verwendet Rektifier und Inverter, um Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt zu wandeln. Zusätzliche Komponenten wie Glättungsreaktoren und Harmonische Filter sorgen für Stabilität und reduzieren Störungen.

 HVDC-Übertragungssystem

Wir wissen, dass Wechselstrom in der Erzeugungsanlage erzeugt wird. Dieser muss zunächst in Gleichstrom gewandelt werden. Die Wandlung erfolgt mit Hilfe eines Rektifiers. Der Gleichstrom fließt durch die Freileitungen. Am Verbraucherende muss dieser Gleichstrom wieder in Wechselstrom gewandelt werden. Dafür wird am Empfangsende ein Inverter platziert.

 Es gibt also eine Rektifiereinrichtung an einem Ende des HVDC-Umspannwerks und eine Inverteureinrichtung am anderen Ende. Die Leistung am Sender- und Verbraucherende ist immer gleich (Eingangsleistung = Ausgangsleistung).

 Wenn es zwei Umspannwerke an beiden Enden und eine einzelne Übertragungsleitung gibt, spricht man von einem Zweiterminal-Gleichstromsystem. Wenn es zwei oder mehr Umspannwerke und Gleichstromübertragungsleitungen gibt, spricht man von einem Mehrterminal-Gleichstromumspannwerk.

Die Komponenten des HVDC-Übertragungssystems und deren Funktionen sind unten erklärt.

Wandler: Die Wandelung von Wechsel- in Gleichstrom und umgekehrt wird durch die Wandler durchgeführt. Diese bestehen aus Transformern und Ventilbrücken.

Glättungsreaktoren: Jeder Pol besteht aus Glättungsreaktoren, die als induktive Elemente in Serie mit dem Pol verbunden sind. Sie dienen dazu, Kommutationsausfälle in den Invertern zu vermeiden, Harmonische zu reduzieren und das Abbrechen des Stroms für Lasten zu verhindern.

Elektroden: Es handelt sich dabei um Leiter, die das System mit der Erde verbinden.

Harmonische Filter: Sie dienen zur Minimierung der Harmonischen im Spannungs- und Stromprofil der verwendeten Wandler.

 Gleichstromleitungen: Es können Kabel oder Freileitungen sein.

Blindleistungsvorrichtungen: Die Blindleistung, die von den Wandlern benötigt wird, kann mehr als 50 % der gesamten übertragenen Wirkleistung betragen. Daher liefern Schaltkapazitäten diese Blindleistung.

Wechselstrom-Sicherungen: Fehler im Transformer werden durch Sicherungen beseitigt. Sie werden auch verwendet, um den Gleichstromlink abzutrennen.

Verbindungstypen

• Monopolare Verbindung

• Bipolare Verbindung

• Homopolare Verbindung

 Ein einzelner Leiter ist erforderlich, und Wasser oder Boden fungieren als Rückführweg. Wenn der Erdwiderstand hoch ist, wird ein metallischer Rückführweg verwendet.

An jedem Terminal werden Doppelwandler gleicher Spannung verwendet. Die Wandlerverbindungen sind geerdet.

 Es besteht aus mehr als zwei Leitern, die in der Regel die gleiche Polarität, meist negativ, haben. Der Boden dient als Rückführweg.

Mehrterminal-Verbindungen

Sie werden verwendet, um mehr als zwei Punkte zu verbinden, und werden selten eingesetzt.

Vergleich beider HVAC- und HVDC-Übertragungssysteme

 Effizienzvorteile

• Wandler mit geringer Überlastkapazität werden verwendet.

• Sicherungen, Wandler und Wechselstromfilter sind teuer, insbesondere für kurze Übertragungsstrecken.

• Keine Transformatoren zur Anpassung der Spannungsebene.

• Der HVDC-Link ist äußerst komplex.

• Unkontrollierbarer Leistungsfluss.

Praktische Anwendungen

• Untersee- und Untergrundkabel

• Verbindungen von Wechselstromnetzen

• Verbindung asynchroner Systeme