Erneuerbare Energien – Gleichstromübertragung und Blindleistungskompensation machen's möglich
HGÜ und FACTs für stabile Netze
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Multilevel Converter
Siemens Energy hat mit dem Modularen Multilevel Converter (MMC) einen Stromrichter-Typ entwickelt, der die Nachteile der zwei- und dreistufigen VSC-Typen umgeht.
Das Prinzip: die Netzspannung am Ausgang des Stromrichters über sehr viel kleinere Stufen als bei den zwei- und dreistufigen Typen zu schalten. Je kleiner die Stufenhöhe, umso mehr nähert sich die Kurve der idealen Sinusform an. Also verringert sich die transiente Belastung der Leistungshalbleiter, und der Aufwand für Filterung und Abschirmung reduziert sich deutlich. Deshalb benötigt das neue System viel weniger Platz:
Mit HVDC PLUS Stromrichtern ausgestattete Stationen können um 40 Prozent kleiner ausfallen als die HVDC »Classic« Systeme, die bei Nennleistung ca. 50 % als Blindleistung zur Kompensation und Filterung aufbringen müssen, d.h. eine 5000-MW-HGÜ braucht dann ca. 2500 MVAr zur Blindleistungskompensation und Filterung.
Ein MMC besteht aus sechs Stromrichter- Zweigen (Converter Arms). Jeder dieser Zweige wiederum ist aus einer hohen Zahl von Power-Modulen – im Fall einer 400-MW-Anlage besteht z.B. jeder Zweig aus über 200 Power-Modulen – mit jeweils einer Drossel in Reihe aufgebaut. Die Power-Module wiederum enthalten als Schaltelement eine IGBT-Halbbrücke und einen Gleichstromkondensator als Speicherelement.
Diese Topologie sieht also wie eine Brückenschaltung von sechs Spannungsquellen aus, die den zum Kabel (oder Freileitung) fließenden Gleichstrom und den zum Netzanschluß über den Stromrichter-Transformator fließenden Wechselstrom steuern. Die Drosseln in jedem Zweig dienen der Stabilisierung der Zweigströme und zur Begrenzung der Anstiegssteilheit bei transienten Vorgängen. Aufgrund der Modularität des Systems lässt es sich sehr flexibel konfigurieren und an unterschiedliche Anforderungen für On- und Offshore-Anlagen anpassen.
Die zentrale Steuerung: modular und skalierbar
Die zentrale Systemsteuerung übernimmt SIMATIC TDC in Kombination mit PLUSCONTROL, die Siemens Energy speziell für die Multileveltechnik entwickelt hat. Jedes Power-Modul ist über zwei Glasfaserleitungen mit der PLUSCONTROL verbunden, die in 19-Zoll- Racks untergebracht ist. Das System ist modular aufgebaut, und die Zahl der Racks lässt sich einfach an die jeweiligen Anforderungen anpassen.
PLUSCONTROL ist vollständig in die SIMATICTDC-Umgebung integriert, die in der industriellen Automatisierungstechnik verwendet wird und sich dort bestens bewährt hat. PLUSCONTROL berechnet aufgrund der eingehenden Daten über den Zustand der Power-Module die jeweils benötigten Spannungen der Stromrichter-Arme. Sie steuert die IGBTs der Power-Module in Abhängigkeit vom Leistungsfluss und den jeweiligen Kondensatorspannungen, um sicher zu stellen, dass die Converter- Zweigspan-nungen stets ausbalanciert sind.
PLUSCONTROL ist für höchste Rechenleistung bei einer Vielzahl von Modulen ausgelegt, um eine Übertragung von 1000 MW und darüber zu gewährleisten.
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