Netzanbindung von Hochsee-Windparks durch kombinierte HGÜ mit selbst- und netzgeführten Stromrichtern im Parallelbetrieb

Produktbeschreibung

HGÜ-Konverterstationen werden derzeit entweder in Thyristor- oder in IGBT-Technik ausgeführt, mit den jeweiligen Vor- und Nachteilen. Mit dem Ziel die Effizienz der netzgeführten HGÜ mit der guten Regelbarkeit der selbstgeführten HGÜ zu vereinen, untersucht diese Arbeit erstmals die „kombinierte HGÜ“, bei der sich an beiden Enden der HGÜ-Leitung jeweils ein selbst- und ein netzgeführter Konverter in paralleler Anordnung befinden. Der Kern der Arbeit ist die Modellbildung der kombinierten HGÜ in der besonderen Anwendung zur Netzanbindung eines Hochsee- Windparks. Das entwickelte Simulationsmodell enthält sowohl das Taktverhalten der Leistungshalbleiter  sowie die Echtzeit-Regelungen aller beteiligten Stromrichter. Durch Simulationen und durch Experimente an einem Labor-Prüfstand werden.

Kurzfassung

Sowohl die netzgeführte Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) als auch die selbstgeführte HGÜ waren bereits Gegenstand einer Vielzahl von wissenschaftlichen Fachartikeln und sind auch schon in der Praxis erprobt. Mit dem Ziel der Vereinigung der Vorteile der beiden Systeme untersucht nun die vorliegende Dissertation erstmals eine neuartige kombinierte HGÜ-Topologie zur Netzanbindung von Hochsee-Windparks, bei
der sich an beiden Enden der Gleichspannungsleitung jeweils ein selbstgeführter und ein netzgeführter HGÜ-Stromrichter im Parallelbetrieb befindet.

Für ein solches kombiniertes HGÜ-System wird ein Betriebs- und Regelungskonzept vorgestellt, das zum einen die besonderen Anforderungen zur Netzanbindung eines Hochsee-Windparks berücksichtigt und zum anderen in der Lage ist, den Parallelbetrieb von netz- und selbstgeführten Stromrichtern zu beherrschen. Die Realisierung dieses Parallelbetriebs ist die wesentliche wissenschaftliche Herausforderung für die praktische Umsetzung der kombinierten HGÜ. Gemäß der grundsätzlichen Idee der kombinierten HGÜ ist zur Versorgung des Windparks während der Installation, bei Flauten sowie bei niedrigen Windstärken, wenn die Übertragungsleistung unterhalb der Mindestleistung der netzgeführten HGÜ liegt, nur die selbstgeführte HGÜ im Eingriff. Bei mittleren und hohen Windstärken überträgt hauptsächlich die netzgeführte HGÜ die von den Windenergieanlagen ins Windparknetz eingespeiste Wirkleistung, während die selbstgeführten Konverter zur Blindleistungs- und Oberschwingungskompensation beitragen.

Zur Durchführung von Lastfluss- und Kurzschlusssimulationen wurde ein detailliertes Modell der kombinierten HGÜ in MATLAB/Simulink und der PLECS-Toolbox implementiert. Simulationsergebnisse zeigen, dass der Parallelbetrieb unter Vereinigung der Effizienz der netzgeführten HGÜ mit der guten Regelbarkeit der selbstgeführten HGÜ grundsätzlich gut möglich ist. Es hat sich aber auch gezeigt, dass die Unzulänglichkeiten der
netzgeführten Konverter im Bereich von drehspannungsseitigen Netzkurzschlüssen nicht ohne weiteres durch die parallelen selbstgeführten Konverter eliminiert werden können. Diese Arbeit zeigt, dass zum erfolgreichen Durchfahren von Netzkurzschlüssen mit der kombinierten HGÜ, neben der Errichtung der parallelen Konvertersysteme, zusätzlicher Aufwand betrieben werden muss.

Zur experimentellen Verifikation des angedachten kombinierten HGÜ-Betriebs wurde ein Laborprüfstand auf Niederspannungsebene entwickelt und erfolgreich in Betrieb genommen.

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