HGÜ
Kondensatoren für die Gleichstromübertragung bei hohen Spannungen
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Neue Multilevel-VSC-HVDC-Übertragung
Um mit HVDC-Technologien schaltbare Netzanbindungen zu ermöglichen, wurde eine neue Technik namens Multilevel-VSC-HVDC entwickelt (Bild 3). Auf eben dieser Technik basierende Systeme liefern eine Ausgangsspannung (rote Kurve), die dem angestrebten Sinus (blau) relativ ähnlich ist. Somit ist der nachträgliche Filteraufwand entsprechend gering.
Der entscheidende Vorteil dieser auf IGBT-Modulen basierenden Technologie liegt in der Steuerbarkeit der Konverter. Dazu werden am Ende der HVDC-Strecke zwischen der Anode und der Kathode kapazitive Spannungsteiler aus Leistungskondensatoren aufgebaut und über die gesteuerten IGBT-Module abgegriffen.
Dadurch entsteht mit entsprechender Ansteuerung eine Treppenfunktion der Ausgangsspannung, die dem erwünschten Sinus bereits sehr ähnlich ist. In der Folge reduziert sich der Filteraufwand am Ausgang der Konverter im Vergleich zu Lösungen mit konventioneller HVDC-Technik drastisch.
Durch die kapazitiven Spannungsteiler ergibt sich ein großer Bedarf an Leistungskondensatoren. Er beträgt bei den neuen VSC-Systemen bis zu 5.000 Kondensatoren pro Anlage. Dafür verringern sich die Kosten für die Befilterung des Ausgangs der Konverter erheblich. Noch wichtiger ist die Tatsache, dass die Netzanbindung sehr gut steuerbar ist und damit eine wesentliche Voraussetzung für den Einsatz in neuen Energieübertragungsprojekten erfüllt. Multilevel-VSC-HVDC-Systeme sind im Gegensatz zu konventioneller HVDC-Technik selbstführend, regeln und stabilisieren also die Frequenz und Spannung des Netzes.
MKK-Leistungskondensatoren für Multilevel-VSC-HVDC
Für Multilevel-VSC-HVDC-Übertragung gibt es beispielsweise von Epcos speziell entwickelte MKK-Leistungskondensatoren in Trockentechnologie. Sie liefern Kapazitätswerte zwischen 2.000 µF und 10.000 µF und sind für Spannungen bis 3.000 V(DC) ausgelegt. Abhängig vom Typ werden dabei Stromtragfähigkeiten von über 700 A erzielt. Um die Verluste gering zu halten, ist auch ein geringer Serien-Ersatzwiderstand entscheidend, der bei den eben erwähnten Kondensatoren Werte kleiner als 0,2 mΩ erreicht.
Da die Kondensatoren bei Multilevel-VSC-Anlagen in Serie geschaltet sind, müssen bei den Kapazitätswerten sehr enge Grenzen eingehalten werden, um Spannungsüberhöhungen an einzelnen Modulen zu vermeiden. Bei den erwähnten Kondensatoren liegt diese Toleranz bei weniger als 3 Prozent - bezogen auf die Anfangskapazität und die gesamte Lebensdauer.
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Erfolgreiche Kundenprojekte im weltweiten Einsatz
Die von diesem Hersteller lieferbaren Leistungskondensatoren für Multilevel-VSC-HVDC-Anlagen haben sich bereits in mehreren Großprojekten von Siemens bewährt. Start war 2010 das Transbay-Projekt, eine Multilevel-VSC-HVDC-Verbindung durch die Bucht von San Francisco. 2013 wiederum folgt die Anbindung der Nordsee-Windparkprojekte BorWin2 und HelWin1. Inzwischen ist ein weiteres volumenstarkes Projekt hinzugekommen: die Anbindung der Windpark-Gruppe SylWin1, 70 km westlich der Nordseeinsel Sylt. Hier handelt es sich um die bislang leistungsstärkste Offshore-Anbindung, mit der rund 860 MW übertragen werden können.
Gerade bei der Anbindung von Offshore-Windparks, die 50 oder mehr Kilometer von der Küste entfernt sind, etabliert sich Multilevel-VSC-HVDC zunehmend. Hier ist die Gleichstromtechnik in Kombination mit Seekabeln sowohl technologisch als auch wirtschaftlich die einzig sinnvolle Möglichkeit der Anbindung. Bild 4 nennt die weltweiten VSC-HVDC-Projekte mit robusten Kondensatoren aus dem Hause Epcos.
Auch bei dem INELFE-Projekt (Interconnexion Electrique France Espagne), das von Siemens in der HVDC-Plus-Technologie realisiert wird, kommen die erwähnten Leistungskondensatoren zum Einsatz. In dieser transeuropäischen Netzverbindung wird eine Leistung bis 2.000 MW bei einer Spannung von ±320 kV übertragen. Auf der 65 km langen Strecke wird ein Erdkabel genutzt, das teilweise in einem Tunnel durch die Pyrenäen verlegt ist.
Der Autor:
Christoph Jehle studierte Elektrotechnik und ist seit 12 Jahren bei der Epcos AG als Manager Product Communications tätig.
- Kondensatoren für die Gleichstromübertragung bei hohen Spannungen
- Leistungskondensatoren sind Schlüsselbauelemente
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