Übertragungsverhalten und Modellierung von HGÜ. für die Leistungsabfuhr von GW-Offshore Windenergieparks

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1 Übertragungsverhalten und Modellierung von HGÜ für die Leistungsabfuhr von GW-Offshore Windenergieparks Ara Panosyan ForWind Kolloquium 06 Juli 2004 Übertragungsverhalten und Modellierung von HGÜ 1

2 Generatorleistung: 2,5...5 MW Wassertiefe Nordsee: m Entfernungen zum Festland: km Jahrhundertwelle: 21 m Nordsee, 7,8 m Ostsee Lage geplanter Windparks 2

3 400 kv: Brunsbüttel Bremerhaven Leer 220 kv: Wilhelmshaven Netzanschlusspunkte 3

4 Drehstrom AC 4

5 Cluster MW Stichnetz kV- Drehstromkabel Verbindung zum Festland redundant Offshore-Umspannstation Plattform Ringnetz (einfache Redundanz) Alternativ: 20-kV-Gleichstromkabel bei Synchrongeneratoren mit Umrichter (Multiterminal-HGÜ) Interne Verbindung der WEA 5

6 Platzbedarf: 250 m 2 für 100 MVA Transformatoren, Schaltanlagen (SF6), Schutz- und Leittechnik, Notstrom... Designstudie Offshore-Plattform 6

7 einfach, hohe Verfügbarkeit, kostengünstig begrenzte Reichweite: 145 kv, 630 mm 2 Cu, 200 MVA, 100 km Blindleistungskompensation (Drosselspulen, SVAR) Drehstrom-Kabel-Verbindung zum Festland 7

8 I Kapazität C I Übertragung I zulässig = I + 2 Übertragung I 2 Kapazität IÜbertragung = I I = I ( ωc lu) / 2 zulässig Kapazität zulässig Produkt l U ist begrenzt: Länge, Spannung, Kompensation Kapazitiver Ladestrom von Drehstromkabeln 8

9 Quelle: Nexans Dreimantelkabel XLPE (vernetztes Polyethylen) 630 mm 2, Ø = 200 mm, 900 A, 205 MVA R = 0,0641 Ω/km, X = 0,1162 Ω/km, C = 0,185 µf/km I C = 4,7 A/km, P V = 52 W/km Daten eines 145-kV-Drehstromkabels 9

10 S/MVA P nat = 470 MW u = 6 % 2 % ohne Kompensation 0 % -2 % I d = 900 A Länge/km Übertragungskapazität eines 145-kV-Drehstromkabels 10

11 S/MVA P nat = 470 MW u = 6 % 2 % mit Kompensation k = 0,5 I d = 900 A 0 % -2 % Länge/km Übertragungskapazität eines 145-kV-Drehstromkabels 11

12 Spannung max. Länge Ü-Leistung Bauart 132 kv 150 km 200 MW three core 150 kv 175 km 200 MW 230 kv 250 km 200 MW 400 kv 200 km 900 MW single-core Quelle: Nexans Norway AS Übertragbare Leistung von Drehstromseekabeln 12

13 150 Leistung in MVA Ölkabel VPE-Kabel Gasdruckkabel 110-kV- Freileitung Länge in km Übertragbare Leistung von 110-kV-Drehstromkabeln 13

14 Gleichstrom DC 14

15 Netzgeführte HGÜ (CSC) ~ = = ~ Selbstgeführte HGÜ (VSC) ~ = = ~ HGÜ-Plus-Kabel-Verbindung zum Festland 15

16 Hauptanwendungsgebiete der HGÜ Energieübertragung über große Entfernungen Asynchrone Verbindung von Drehstromnetzen (Kurzkupplung) Seekabelverbindungen Anbindung von grossen Offshore-Windenergieparks Leistungseinspeisung in Ballungsgebiete Hauptanwendungen der HGÜ 16

17 Vorteile der HGÜ (Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung) Keine kapazitive Ladeströme (Größere Übertragungslänge mit Kabel) Netzkopplung (ohne Erhöhung des Kurzschlussstromes) Keine Stabilitätsprobleme, höhere Leistungsübertragung Hohe Verfügbarkeit (Erdrückleitung) Kein induktiver Spannungsabfall Kein Skineffekt, kleiner Koronaeffekt Höhe Flexibilität und Regelbarkeit Vorteile der HGÜ 17

18 Nachteile der HGÜ Zusätzliche Kosten für Stromrichterstationen und Filter Oberschwingungen Hoher Blindlistungsbedarf Teuere Leistungsschalter Geringe Überlastbarkeit Nachteile der HGÜ 18

19 Netzgeführte HGÜ (CSC) Selbstgeführte HGÜ (VSC) Thyristoren Leistungsbereich (einige GW) Übertragungsspannung (+/- 500kV) Ungeeignet für weiche Netze Speisung passiver Netze nicht möglich P-Umkehrung durch U-Umpolung (Papiermasse-Kabel) GTO / IGBT und Dioden Leistungsbereich (z.z. einige 100 MW) Übertragungsspannung (z.z. +/- 150kV) Geeignet auch für weiche Netze Speisung passiver Netze möglich P-Umkehrung durch I-Umkehrung (VPE-Kabel möglich) Arten der HGÜ 19

20 Netzgeführte HGÜ (CSC) Selbstgeführte HGÜ (VSC) Anfällig für Kommutierungsfehler Grosse Filter und Kondensatorbänke Großer Platzbedarf Zweiquadrantenbetrieb (Q abhängig von P) Weniger anfällig für Kommutierungsfehler Kleine Filter und keine Kondensatorbänke Kompakte Bauweise (HGÜ-Light) Vierquadrantenbetrieb (Q unabhängig von P) Q Q P P Arten der HGÜ (2) 20

21 * * 3 UY u s( u) = f ( u) =0 Die vorgegebeneleistungami- ten P-Q-Knoten als Funktion ihrer Spannung S ( U ) = P ( U ) + j Q ( U ) Li i Li i Li i n HGÜ i GR Y 1 j S ( ) L j U S ( ) L i U j i S Gi S Wj WR SG i = f(?) SW j = f(?) Einbeziehung der HGÜ in LF-Berechnung nach Newton-Raphson 21

22 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! 22