Leistungselektronik zum Anschluss großer Offshore- Windparks an das Netz

Transkript

1 ETG-Kongress 2001 Energietechnik für die Zukunft Leistungselektronik zum Anschluss großer Offshore- Windparks an das Netz Dr.-Ing. Michael Häusler ABB Calor Emag Schaltanlagen

2 Erschließung der deutschen Offshore-Windenergie ABB Calor Emag Schaltanlagen Startphase 2003/4: Erste Pilot-Windparks, bis 500 MW gesamt installierte Leistung geplant Ausbauphase 2007 bis 2010: MW gesamt installierte Leistung angestrebt Große Entfernungen zwischen genehmigungsfähigen Windparkstandorten und geeigneten Netzanschlussorten: 75 km und mehr Zur Netzverträglichkeit der Einspeisung des Windparks - Spannungshaltung - Flickerbeiwert, Oberschwingungen - Leistungsbegrenzung, Abschaltungen - Leistungsabführung über größere Entfernungen

3 Beispiel: Drehstrom-Kabelübertragung für 550 MW 550 MW-Offshore- Windpark 150 kv 120 km See- und Landkabelstrecke, drei Dreiphasenkabelsysteme 150 kv 400 kv 300 MVA 300 MVA 600 MVA ABB Calor Emag Schaltanlagen - 3 -

4 SVC für Drehstromanbindungen von Windparks Dynamische Blindleistungsregelung am Einspeisepunkt, auch in Störungsfällen Spannungsregelung/Flickerkompensation Stabilisierung des Windparknetzes im Fall von KU ABB Calor Emag Schaltanlagen Stoßfreier Übergang in stabilen Inselbetrieb Minderung der Rückwirkung von Oberschwingungsströmen mit passiven oder aktiven Filtern

5 Beispiel Gleichstrom- Kabelübertragung für 550 MW 550 MW-Offshore- Windpark 200 km See- und Landkabelstrecke 150 kv 150 kv 400 kv 300 MVA 300 MVA/275 MW 300 MVA/275 MW 600 MVA ABB Calor Emag Schaltanlagen MVA 300 MVA/275 MW HVDC Light mit einem Kabelpaar 300 MVA/275 MW

6 Warum Gleichstromübertragung? Keine Kabelblindleistung Kabelkapazität und Netzinduktivität entkoppelt: Keine Resonanzen ABB Calor Emag Schaltanlagen Anzahl genehmigungsfähiger Kabel begrenzt: Grenzübertragungsleistung von Kabeln bei Gleichstrom höher als bei Drehstrom

7 Gleichstromübertragung mit U-Umrichtern (VSC) Zweipunktverbindung schematisch P-Q-Leistungsebene Zeigerdiagramm ABB Calor Emag Schaltanlagen - 7 -

8 Weitere Vorteile einer Gleichstromübertragung ABB Calor Emag Schaltanlagen Regelung von Wirkleistung und Blindleistung unabhängig voneinander Netzstützung durch Spannungsregelung und Bedämpfung von Leistungspendelungen Entkopplung der Netze Inselbetrieb ohne Kurzschlussleistung (bei Flaute) möglich Sanfter Übergang in den Inselbetrieb, Entlastung der Windturbinen von Drehmomentstößen Offshore Frequenzregelung möglich

9 Kombination von konventioneller und neuer HGÜ? Bisherige HGÜ: Vorwiegend monopolar Bei Umkehr der Energierichtung Spannungsumpolung Wechselrichterkippen betriebsmäßig bei Drehstromfehlern im gespeisten Netz ABB Calor Emag Schaltanlagen HGÜ mit U-Umrichtern: Generell bipolar Gleichbleibende Spannungspolarität Kein Wechselrichterkippen Keine gemeinsamen Kabel möglich

10 Typische Daten von HVDC-Light-Stationen DC Cable Phase enclosures Converter reactor Three phase transformer ±150 kv DC Filter Leistungsbereich: MVA ABB Calor Emag Schaltanlagen Aufstellungsfläche: 30x70m DC Cable Converter reactor Filter Three phase transformer

11 HVDC Light 330MW - Einheit Raumbedarf 70 x 30 x 10 m ABB Calor Emag Schaltanlagen

12 Das Gotland HVDC Light Projekt Einspeisung der Windenergie erfordert Netzverstärkung Kabelanbindung mit minimaler Umweltbeeinträchtigung ABB Calor Emag Schaltanlagen Anbindung von 50 MW schon 1999 realisiert Improved power quality despite doubling of wind power HVDC classic 1983 Visby 70 km Näs Gotland HVDC Light 65 MVA 50 MW 65 MVA 20 MW

13 Gotland-Windpark und HVDC-Light-Stromrichterstation Näs ABB Calor Emag Schaltanlagen

14 Seekabel für MW Übertragung Leiter aus Kupfer Dreilagige extrudierte Isolation - Leitender Schirm - HVDC Polymer-Isolation - Nichtleitender Schirm Abschirmung aus Blei Stahldrahtarmierung ABB Calor Emag Schaltanlagen Daten für das fertige Kabel - Durchmesser mm - Gewicht 6-42 t/km Zwei parallele Kabel für bipolaren Betrieb

15 Zusammenfassung Leistungselektronik für die Anbindung von Offshore-Windparks : ABB Calor Emag Schaltanlagen Mit Drehstromanbindung SVC verbessern Spannungshaltung am Einspeiseort und Verhalten des Parks bei Störungen im gespeisten Netz Aktive Filter verringern Netzrückwirkungen Mit Gleichstromanbindung Bessere Ausnutzung der Kabel Keine Blindleistungs- und Resonanzprobleme Stromrichter entkoppeln Netz und Windpark Stützung des Netzanschlusses durch Spannungsregelung und Bedämpfung von Wirkleistungspendelungen