Das Gleichgewicht der Kräfte

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1 Das Gleichgewicht der Kräfte Integration von HVDC Light in fortschrittliche Übertragungsnetze Jiuping Pan, Reynaldo Nuqui, Bertil Berggren, Stefan Thorburn, Björn Jacobson Haben Sie sich jemals gefragt, wie Drahtseilartisten es schaffen, auf einem so dünnen Seil die Balance zu halten? Dabei müssen sie nicht nur auf ihr eigenes Gleichgewicht achten, sondern auch die Bewegungen des Seils berücksichtigen, die durch ihre eigenen Bewegungen entstehen. Eine Möglichkeit besteht darin, sich sehr langsam zu bewegen, um kritische Schwingungen zu vermeiden. Raffinierter wäre es, wenn der Artist diese Bewegungen einkalkulieren und durch geschicktes Ausnutzen bzw. Entgegenwirken so kontrollieren könnte, dass er sich gleichzeitig schneller bewegen kann. Je flexibler die Reaktionen des Akrobaten, desto besser kann er die Dynamik des gesamten Systems für sich nutzen. Mit dem Betrieb eines Stromnetzes scheint dies auf den ersten Blick nicht viel zu tun zu haben. Doch auch hier können erhebliche Stabilitätsprobleme auftreten. Traditionell wird dem entgegengewirkt, indem die Belastung unter einer bestimmten Grenze gehalten wird, um jegliche Gefahr von Instabilitäten auszuschließen. Doch die Liberalisierung der Strommärkte und die verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien führen dazu, dass die Elektrizität über immer größere Entfernungen transportiert wird, was eine bessere Regelbarkeit der Netze erforderlich macht. Mit HVDC Light verfügt ABB über eine Technologie, die nicht nur in der Lage ist, die Übertragungskapazität von Stromnetzen zu erhöhen, sondern auch Leistungspendelungen aktiv zu dämpfen und die Stabilität des Netzes zu verbessern. ABB Technik 3/29 27

2 Die meisten Stromnetze sind traditionell dafür ausgelegt, Elektrizität vom Erzeuger an die Verbraucher in der unmittelbaren Umgebung zu liefern. Daher befinden sich die Kraftwerke bis heute meist in der Nähe großer Städte, was sich auch in der Infrastruktur widerspiegelt. Heutzutage wird immer mehr Elektrizität an entlegenen Orten erzeugt und über große Entfernungen übertragen. Dies hat mehrere Gründe: zum einen die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energiequellen, die oft nur an entlegenen Orten zur Verfügung stehen, und zum anderen die zunehmende Liberalisierung der Strommärkte, die die Nutzung der Kraftwerke mit den niedrigsten Grenzkosten begünstigt. Daher werden die Hochspannungsnetze zunehmend zur Fernübertragung genutzt, und die Netzbetreiber suchen nach Möglichkeiten, die Grenzen der Nutzung weit entfernter Energiequellen zu reduzieren. Da Hochspannungsnetze zunehmend auf eine Weise genutzt werden, für die sie ursprünglich gar nicht vorgesehen waren, müssen einige Übertragungskorridore näher an ihren Belastungsgrenzen betrieben werden als je zuvor. Im Falle der erneuerbaren Energiequellen kommt erschwerend hinzu, dass diese nur mit hoher, zum Teil schwer prognostizierbarer Volatilität zur Verfügung stehen. Aus diesem Grund ist man auf der Suche nach neuen Technologien, die in der Lage sind, diese Anforderungen zu erfüllen und gleichzeitig die Regelbarkeit und Stabilität des Netzes zu erhalten bzw. zu verbessern. Das bedeutet, dass der durch physikalische Gesetze bestimmte natürliche Leistungsfluss in einem Stromnetz zunehmend durch wirtschaftliche Triebkräfte beeinflusst wird. Neben Zuverlässigkeitskriterien gilt es bei der Entwicklung der Übertragungsinfrastruktur der Zukunft auch ökologische Aspekte und Energieeffizienzaspekte zu berücksichtigen. Bedingt durch ihre Regelbarkeit und die damit verbundenen Verbesserungen in puncto Sicherheit und Effizienz eröffnet der Einsatz moderner HVDC-Light-Systeme in regionalen Übertragungsnetzen völlig neue Möglichkeiten für den intelligenten Betrieb von Stromnetzen. Gewachsene Infrastruktur an ihren Grenzen Aufgrund zunehmender Engpässe sind die Übertragungsnetze nicht immer in der Lage, einen wirtschaftlichen Energieaustausch zwischen benachbarten Energiemärkten bzw. die optimale Nutzung von Erzeugungsressourcen zu gewährleisten. Zu einem Engpass kommt es, wenn der tatsächliche oder geplante Leistungsfluss über wichtige Übertragungskorridore aufgrund der physischen Kapazität oder aufgrund von Sicherheitsmaßnahmen niedriger ausfällt als gewünscht. 1 In den USA gelten Engpässe in den Übertragungsleitungen als das größte Einzelhindernis für einen verstärkten Ausbau der Windenergie. 23kV 344kV 345kV 499kV 5kV 734kV 735kV 999kV DC Wird dadurch der Energietransport von den bevorzugten Erzeugungsquellen zu den Verbrauchsschwerpunkten eingeschränkt, sind die Netzbetreiber gezwungen, teurere oder weniger effiziente Erzeugungsressourcen einzusetzen. Hinzu kommt, dass in immer größerem Umfang erneuerbare Energiequellen in die Stromnetze eingebunden werden. Die verstärkte Nutzung dieser intermittierenden Quellen in Verbindung mit häufig schwachen Netzen in en, in denen die erneuerbaren Energiequellen zu finden sind, stellen den sicheren Betrieb von Stromnetzen vor neue Herausforderungen. Insbesondere in Europa, wo sich die Planung von Offshore-Windparks in der Größenordnung von mehreren Gigawatt bereits im fortgeschrittenen Stadium befindet, ist eine zuverlässige und robuste Übertragung zum Festland erforderlich. In den USA gilt die unzureichende Übertragungsinfrastruktur als das größte Einzelhindernis für einen verstärkten Ausbau der Windenergie und der Erreichung des Ziels, bis zum Jahr % der nationalen Stromversorgung durch Windenergie abzudecken 1. Die Weiterentwicklung der Übertragungsnetze ist also von zentraler Bedeutung für die Sicherung einer nachhaltigen Energieversorgung in der Zukunft. Eine robuste und wirtschaftliche Alternative Eine Erhöhung der Übertragungskapazität durch den Bau zusätzlicher Drehstromleitungen herkömmlicher Art wird in vermaschten, stark belasteten Drehstromnetzen zunehmend problematisch. Eine der wichtigsten Einschränkungen ist der öffentliche Widerstand gegen sichtbare Freileitungen, was eine Netzerweiterung mit solchen häufig ausschließt. Zudem werden die Möglichkeiten einer Erweiterung durch Drehstromleitungen sowohl in Form von Freileitungen als auch von Erdkabeln oft durch Probleme mit der Spannungsstabilität und dynamischen Stabilität, höhere Kurzschlussleistungen und Bedenken hinsichtlich unzulässiger paralleler Lastflüsse im Netz eingeschränkt. Ein weiterer Aspekt sind die Kosten für neue Leitungstrassen in Stadtgebieten. Hinzu kommt der Kritisches Engpassgebiet Gebiete mit hohem Winddargebot Flussrichtung zum kritischen Engpassgebiet Flussrichtung zum betreffenden Engpassgebiet bzw. von den Ressourcen zu den Verbrauchern Fußnote 1) HVDC Light ist der Produktname eines von ABB Quelle: National Electric Transmission Congestion Study, US DoE 26 entwickelten HGÜ-Systems mit Spannungszwischenkreis-Umrichtern. 28 ABB Technik 3/29

3 Bedarf für eine regelbare Übertragung zur wirksamen Lenkung veränderlicher Lastflüsse und Anbindung intermittierender Energiequellen 2. Seit der Einführung im Jahr 1997 erweist sich HVDC Light 1) zunehmend als attraktive Lösung, wenn es darum geht, die erforderliche Verbesserung der Übertragungskapazität zu erreichen, eine zuverlässige Integration von umfangreichen erneuerbaren Energiequellen zu gewährleisten und gleichzeitig strenge ökologische und technische Anforderungen zu erfüllen. HVDC-Light-Technologie Die HVDC-Light-Technologie basiert auf Spannungszwischenkreis-Umrichtern (VSC), die mit bipolaren Transistoren mit isoliertem Gate (Insulated-Gate Bipolar Transistors, IGBT) ausgestattet sind [1]. Die Umrichter arbeiten mit einer hochfrequenten Pulsweitenmodulation (PWM) und sind so in der Lage, Wirkleistung und Blindleistung schnell und unabhängig voneinander zu regeln. Mit HVDC Light kann elektrische Energie über große Entfernungen übertragen werden, und zwar sowohl mit Erdkabeln als auch mit Freileitungen. Damit verbunden sind zahlreiche ökologische Vorteile wie unsichtbare Stromleitungen, neutrale bzw. statische elektromagnetische Felder, ölfreie Kabel und kompakte Umrichterstationen. Der Leistungsbereich von HVDC Light hat sich in den letzten Jahren rasch vergrößert 3. Im oberen Leistungssegment ist mittlerweile eine Übertragungsleistung von 1.2 MVA für symmetrische, einpolige Systeme mit Erdkabeln möglich. Bei zweipoligen Systemen mit Freileitungen sind es sogar 2.4 MVA [2]. Ein interessantes Merkmal von HVDC Light ist, dass die Richtung des Leistungsflusses durch Umkehr der Stromrichtung und nicht durch Umpolung der Gleichspannung verändert wird. Dies erleichtert den Aufbau eines HVDC-Light-Systems mit mehreren Anschlusspunkten. Diese können sowohl im selben Drehstromnetz oder in verschiedenen Drehstromnetzen liegen. Das daraus resultierende HVDC- Light-System kann eine strahlenförmige, ringförmige oder vermaschte Topologie aufweisen 4. Intelligente Übertragung HVDC Light eignet sich ideal für die Einbettung in vermaschten Drehstromnetze. Zu den besonderen Eigenschaften der Technologie gehören die Fähigkeit zur flexiblen Regelung des Leistungsflusses und zur dynamischen Spannungsunterstützung der umgebenden Drehstromnetze. In Verbindung mit fortschrittlichen Regelungsstrategien kann so eine intelligente Übertragung mit einem verbesserten stationären und dynamischen Leistungsverhalten des Netzes realisiert werden [3]. Optimierung regionaler Netzkupplungen Unter normalen Betriebsbedingungen kann der Leistungsfluss eines HVDC- Light-Systems nach wirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Gesichtspunkten geplant werden. Darüber hinaus können die Leistungsflüsse im Gleichstrom-Zwischenkreis in Echtzeit verändert werden. 3 HVDC-Light-Umrichterstation und Leistungsbereich für ein symmetrisches einpoliges System mit Kabeln 2 Verbesserung der Regelbarkeit von Stromnetzen durch HVDC Light a Eine zusätzliche Drehstromverbindung b Durch die Regelbarkeit der HGÜ-Verbindung kann die gewünschte Last aufge- zwischen Gebiet 1 und Gebiet 2 nimmt einen Teil der Last auf, kann aber den Pfad nommen werden, sodass die anderen über Gebiet 3 nicht vollständig entlasten. Leitungen entlastet werden. HVDC Light AC DC Risiko zu hoher Kurzschlussleistung Drehstromleitung Thermische Grenze Risiko zu hoher Kurzschlussleistung Dynamische Spannungsunterstützung HVDC Light Thermische Grenze Gebiet 1 Gebiet 2 Gebiet 1 Gebiet 2 Stabilitätsgrenze Gebiet 3 Gebiet 3 Dynamische Spannungsunterstützung Stabilitätsgrenze Freiluft Innenraum IGBT-Ventile DC-Spannung 58 A 114 A 174 A ± 8 kv 1 MVA 2 MVA 3 MVA ± 15 kv 19 MVA 37 MVA 54 MVA ± 32 kv 4 MVA 79 MVA 121 MVA HVDC-Light-Umrichterstation und Leistungsbereich für ein symmetrisches einpoliges System mit Kabeln 4 Flexible Konfiguration von HVDC-Light-Systemen mit mehreren Anschlusspunkten: a strahlenförmig, b ringförmig und c vermascht a c 5 Da der Leistungsfluss in einer HVDC-Light-Verbindung genau geregelt werden kann, lassen sich regionale Lastflüsse entsprechend vertraglicher Vereinbarungen lenken, was zur Stabilisierung des Netzes beiträgt. A B b + Zeit ABB Technik 3/29 29

4 Diese hohe Regelbarkeit des Leistungsflusses erlaubt es den Netzbetreibern, wirtschaftlichere und sauberere Erzeugungsressourcen zu nutzen, günstige bilaterale Transaktionen zu realisieren und ein effektives Engpassmanagement umzusetzen. Darüber hinaus können HVDC-Light-Systeme, ähnlich wie entsprechende Erzeugungseinheiten, auch als kommerzielle Übertragungseinrichtungen eingesetzt werden. Die präzise Regelung des Leistungsflusses durch ein HVDC-Light-System gemäß einer vertrag- 6 Eine parallele HVDC-Light-Verbindung ermöglicht die Steuerung des resultieren hybriden AC/DC-Korridors und gewährleistet eine optimale Balance zwischen Übertragungseffizienz und Korridornutzung. Leistung pro Komponente (MW) Lastspannung (p.u.) Optimale Leistungsteilung 1. Ptotal P 8 gesamt MW Pdc P DC MW 6 Pac P AC MW ,1 1,5 1,,95,9 Gesamtleistung im AC/DC-Korridor (MW),85,2,4,6,8 1 P Last (p.u.) Q-Regelung (P) P-Regelung (Q) Gemischte Regelung Kein DC- Zwischenkreis lichen Vereinbarung vereinfacht die Bepreisung und Abrechung von Energieübertragungen und hilft, unerwünschte Leistungsflüsse zu verhindern 5. Verbesserte Korridornutzung In vielen Fällen kann die Kapazität von Drehstromleitungen in einem Übertragungskorridor aufgrund von Einschränkungen hinsichtlich der Spannungsstabilität oder der dynamischen Stabilität nicht vollständig genutzt werden. Mit HVDC Light kann die Übertragungskapazität eines solchen Korridors durch den Einsatz einer parallelen HVDC-Light-Verbindung erhöht werden. Laut Studien kann diese Erhöhung sogar die Nennleistung der HVDC-Light-Verbindung übersteigen, was auf die wirksame Dämpfungsregelung und dynamische Spannungsunterstützung für die parallelen Drehstromleitungen zurückzuführen ist [4]. Darüber hinaus kann für eine große Bandbreite von Übertragungsleistungen eine optimale Aufteilung der Leistung realisiert werden, um die Gesamtenergieverluste des hybriden AC/DC-Korridors zu minimieren. Je nach Betriebszustand des hybriden AC/DC-Korridors kann die Regelung des HVDC-Light-Systems entweder auf eine Minimierung der Verluste oder eine Maximierung der Übertragungsleistung ausgerichtet werden. Durch diese adaptive Regelungsstrategie kann eine gute Balance zwischen Übertragungseffizienz und Korridornutzung erreichen werden 6. Integration von Offshore-Windparks HVDC Light ermöglicht die effiziente Nutzung von langen Land- oder Seekabeln zur Einbindung großer Offshore- Windparks in vorhandene Übertragungsnetze 8. Die wichtigsten Merkmale von HVDC Light für die Anbindung von 7 Erweiterte Regelungsfunktionen gehören zu den Merkmalen von HVDC Light. Fehler tritt auf 2 3 Minuten nach Auftreten des Fehlers Vor der Störung Transiente Phase Nach der Störung Bedienereingriff Windenergieressourcen sind: Vollständige Erfüllung der Netzanschlussregeln (Grid Code). Die Generatoren der Windkraftanlagen müssen nicht mehr die Erfüllung der Netzanschlussregeln ausgelegt sein, sondern können im Hinblick auf Kosten, Effizienz und Robustheit optimiert werden. Ein HVDC-Light-System ist in der Lage, den Windpark vom Drehstromnetz zu trennen. So bewirken Netzfehler keine Belastungen oder Störungen der Windkraftanlagen, und Störungen im Windpark haben keinen Einfluss auf das Drehstromnetz. HVDC Light ermöglicht die Regelung der Spannung und der Frequenz. Dabei kann ein gewünschtes Trägheitsmoment nachgebildet werden, um die Stabilität des Drehstromnetzes zu verbessern. Verhalten bei schweren Störungen In Übertragungsnetze eingebettete HVDC- Light-Systeme können zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Gesamtnetzes während und nach schweren Störungen beitragen. Hierzu können eine Reihe erweiterter Regelungsfunktionen zur Behandlung verschiedener Probleme während und nach der Störung implementiert werden 7. Netzstabilisierung Gefährdet eine schwere Störung die dynamische Stabilität des Netzes, kann HVDC Light durch schnelle Erhöhung oder Senkung der Leistung helfen, einen synchronisierten Netzbetrieb aufrechtzuerhalten. Während der Störung kann durch das sofortige Umkehren des Leistungsflusses im HVDC-Light-System ausreichend Leistung aufgenommen werden, um die Beschleunigung der Generatoren zu begrenzen. Darüber hinaus können die HVDC-Light-Umrichter so gesteuert werden, dass nach Beseitigung des Feh- 8 HVDC Light ermöglicht eine optimale Integration großer Offshore-Windparks in das Stromnetz. Verlustminimierung Netzstabilisierung Thermische Grenzen Zeit Ringflussregelung Dämpfung von Leistungspendelungen Spannungsstabilität/ -wiederkehr Spannungsunterstützung Frequenzunterstützung Frequenzregelung 3 ABB Technik 3/29

5 Frequenzregelung und -unterstützung Sind die Gleich- und Wechselrichter mit zwei nicht synchronisierten Netzen verbunden, kann ein Netz die Frequenzstabilisierung im anderen mithilfe der Modulationsfunktion unterstützen. Bei dieser Regelungsart verstärkt oder verringert das HVDC-Light-System die geplante Leistungsübertragung proportional zur Frequenzabweichung. Ebenso kann die Frequenzunterstützung verwendet werden, um die Zusammenschaltung von infolge einer Störung getrennten Netzen zu beschleunigen. Hierbei liefert HVDC Light die Wirkleistungsreserve, die zur Regelung der Frequenz einer benachbarten Netzinsel erforderlich ist. Gleichzeitig fungiert das System als zusätzliche Last für die andere Insel, um ein rechtzeitiges Anfahren der Generatoren zu ermöglers zusätzliche Blindleistungs- und Spannungsunterstützung gewährleistet wird. Dämpfung von Leistungspendelungen HVDC Light ist in der Lage, elektromechanische Pendelungen durch die Modulation von Wirk- und Blindleistung wirksam zu dämpfen. Dabei kann ein Rückkopplungssignal, z. B. von der Messung des Wirkleistungsflusses, als Eingangsgröße für eine zusätzliche Dämpfungsregelung verwendet werden. Alternativ kann auch die SVC-ähnliche 2) Eigenschaft der Umrichterstationen zur Dämpfung genutzt werden, indem modulierte Spannungssignale in den Spannungsregelkreis des Umrichters gespeist werden. Dabei können P und Q parallel moduliert werden, um eine effektivere Dämpfung zu erzielen. Mit HVDC Light können sowohl lokale als auch überregionale Pendelungsarten gedämpft werden 9. Spannungsstabilität und -unterstützung HVDC Light bietet verschiedene Möglichkeiten zur Verbesserung der Spannungsstabilität. Indem der Umrichter während und nach der Störung als SVC oder STATCOM 3) betrieben wird, lässt sich eine Verbesserung der dynamischen Spannungsstabilisierung und eine Minimierung der Spannungsschwankungen erreichen. Dies ist besonders hilfreich beim Wiederaufbau des Netzes nach einer Störung und verringert die Auswirkungen auf empfindliche Lasten. HVDC Light bietet Gegenmaßnahmen sowohl für transiente als auch für längerfristige Spannungsschwankungen. Durch die schnelle Modulation von Blindleistung kann eine dynamische Blindleistungsunterstützung zur Sicherung der dynamischen Spannungsstabilität bereitgestellt werden. Bei längerfristigen Instabilitäten, bei denen Stufenschalter und die Reaktionen von Erregersystemen eine Rolle spielen, kann HVDC Light durch die kontinuierliche Modulation von P und Q und die Verringerung der Wirkleistungsübertragung zur Erhöhung der möglichen Blindleistungsabgabe an den Umrichterstationen dabei helfen, einen Spannungszusammenbruch zu verhindern 1. lichen. Die Frequenzregelung und -unterstützung von HVDC Light kann mit vorhandenen Lastabwurfkonzepten bei Frequenzunterschreitung koordiniert werden, um den Frequenzverfall bei großen Netzstörungen zu begrenzen. Schwarzstartfunktionalität HVDC Light ist außerdem in der Lage, bei einem Schwarzstart oder beim Netzwiederaufbau zu unterstützen. Die Hauptmerkmale hierbei sind eine kurze Anlaufzeit, der im Gegensatz zur klassischen HGÜ nicht vorhandene Bedarf an Kurzschlussleistung aus dem Netz, die Fähigkeit zur Spannungsregelung im reinen SVC-Modus und die Fähigkeit zur Unterstützung der Frequenzstabilität beim Netzwiederaufbau. Aufgrund der mit einer kalten Lastaufschaltung verbundenen Phänomene 4) muss die Dampferzeugung in einem Kraftwerk normalerweise angefahren sein, bevor die Last aufgeschaltet wird. Mit der Verfügbarkeit lastferner 1 Die Fähigkeit von HVDC Light zur Blindleistungsmodulation hilft, die Spannung nach einer Störung stabil zu halten. 1,2 V Nach der Störung Spannungsinstabilität Vor der Störung Mit HVDC Light VAR-Unterstützung 9 Dämpfung von Leistungspendelungen mit HVDC Light P Leistung (MW) 2.74 AC-Leistung DC-Leistung Leistung (MW) AC DC AC-Leistung DC-Leistung 11 Unterstützung des Netzwiederaufbaus durch HVDC Light nach einem Blackout Leistung Dampferzeugung Last Zeit Zeit Ohne Modulation des DC-Zwischenkreises Mit Modulation des DC-Zwischenkreises Zeit Fußnoten 2) Statischer Blindleistungskompensator (Static Var Compensator) ein Gerät, das typischerweise aus thyristorgeschalteten Kondensatoren und Oberschwingungsfiltern besteht und zur Einspeisung bzw. Aufnahme von Blindleistung und somit zur Verbesserung der Spannungsstabilität verwendet wird. 3) STATCOM: Statischer synchroner Kompensator ein Gerät mit ähnlicher Funktion wie ein SVC, jedoch basierend auf Spannungszwischenkreis-Umrichtern 4) Das Phänomen der kalten Lastaufschaltung besteht darin, dass die Last beim Zuschalten nach einem längeren Ausfall häufig größer ist als vor dem Blackout. Dies kann z. B. durch eine Kombination aus gerätebedingten Effekten (Einschaltströme von Kondensatoren, Magnetisierungsströme von Transformatoren usw.) und lastbedingten Effekten wie dem Neustart von Maschinen und Prozessen verursacht werden. Sanfter Nulldurchgang bei Leistungsumkehr DC-Leistung ABB Technik 3/29 31

6 12 In Kombination mit einem Weitbereichsüberwachungs- und Weitbereichsregelungssystem (WAMS/WACS) kann HVDC Light zur Verbesserung der Netzstabilität und Übertragungseffizienz beitragen. 13 Nachbildung einer Drehstromverbindung nach einer Störung. Diese Betriebsart hilft, mögliche Überlastungen benachbarter Drehstromleitungen zu mindern. Zeitquelle PMU PMU V 1 δ 1 V 2 δ 2 A B V 1 δ 1 V 2 δ 2 V 1 V 2 sin(δ 1 -δ 1 ) / X pseudo HVDC-Light- Leitsystem ΔP 1, ΔQ 1 HVDC-Light- Leitsystem _max Vor der Störung Transiente Phase Nach der Störung Energie und einer entsprechenden Steuerung des HVDC-Light-Systems kann der Netzwiederaufbau jedoch erheblich erleichtert und das Phänomen der kalten Lastaufschaltung gemindert werden 11. Geschwindigkeit und Robustheit sind besonders wichtige Faktoren bei der Wiederherstellung, da die Folgen und Kosten eines Blackouts mit seiner Dauer erheblich zunehmen. Weitere Verbesserungen Mithilfe von Fernmessungen sind HVDC- Light-Systeme in der Lage, wirksame individuelle oder kooperative Regelungsmaßnahmen zu initiieren, um die Übertragungskapazität zu erhöhen und Störungen wie Leistungspendelungen entgegenzuwirken. Solche dezentralen Netzinformationen können zum Beispiel aus einem Weitbereichsüberwachungssystem (Wide-Area Monitoring System, WAMS) entnommen werden. Ein WAMS besteht aus Vektormessgeräten (Phasor Measurement Units, PMUs), die an verschiedenen Stellen im Netz verteilt sind. Sie erfassen per GPS zeitlich synchronisierte Messungen der Spannungs- und Stromvektoren, die zusammen mit Frequenzsignalen und anderen binären Signalen von einem Datenkonzentrator abgeglichen werden. Diese WAMS-Signale werden von einem Weitbereichsregelungssystem (Wide-Area Control System, WACS) für die erweiterte Regelung von Netzkomponenten genutzt. WAMS/WACS-Anwendungen reichen von der Überwachung (Zustandsbeurteilung und Überwachung der Spannungssicherheit) bis zur Weitbereichsregelung, z. B. zur Dämpfung von Leistungspendelungen. Für die Zukunft wird eine weitere Steigerung der Leistungsfähigkeit von Übertragungsnetzen durch die koordinierte Regelung von HVDC-Light-Systemen mithilfe von WAMS/WACS angestrebt 12. Nachbildung von Drehstromverbindungen In einigen Fällen bietet es sich an, den Gleichstrom-Zwischenkreis zu nutzen, um das Verhalten von Drehstromleitungen bei der Lastflussverteilung im Falle von Engpässen nachzubilden. So kann der Gleichstrom-Zwischenkreis die Leistungsübertragung bis zu seinem maximalen Bemessungswert erhöhen oder die übertragene Leistung nach einer Störung automatisch verringern, um einer möglichen Überlastung benachbarter Drehstromleitungen entgegenzuwirken 13. Ein in ein Übertragungsnetz eingebettetes HVDC-Light-System kann als eine Art Pseudo-Drehstromleitung autonom geregelt werden, ohne dass regelmäßige Einsatzentscheidungen vom Netzbetreiber erforderlich sind. Diese Regelungsart ist für Situationen vorgesehen, in denen keine zentrale Steuerung der HVDC-Light- Verbindung gefordert ist. Die Sollwerte für den Gleichstrom-Zwischenkreis werden im Rahmen der kurzfristigen Betriebsplanung bestimmt, in der die gewünschte Stärke der Verbindung zwischen den beiden Anschlusspunkten festgelegt wird. Das Übertragungsnetz der Zukunft Es wird erwartet, dass sich die zukünftige Übertragungsinfrastruktur in Richtung einer hybriden AC/DC-Netzstruktur entwickelt. Dabei werden insbesondere eingebettete HVDC-Light-Systeme in Verbindung mit WAMS- und WACS-Systemen zu einer erheblichen Verbesserung des intelligenten Betriebs von Übertragungsnetzen beitragen können. Jiuping Pan Reynaldo Nuqui ABB Corporate Reserach Raleigh, NC, USA jiuping.pan@us.abb.com reynaldo.nuqui@us.abb.com Bertil Berggren Stefan Thorburn ABB Corporate Reserach Västerås, Schweden bertil.berggren@se.abb.com stefan.thorburn@se.abb.com Björn Jacobson ABB Power Systems Ludvika, Schweden bjorn.jacobson@se.abb.com Literaturhinweise [1] It s time to connect Technical description of HVDC Light technology. ABB Power Technologies AB 28. ( [2] Asplund, G. (Juni 28): Electric Transmission System in Change. IEEE Power Electronics Specialists Conference. Rhodos, Griechenland [3] Pan, J., Nuqui, R., Srivastava, K., Jonsson, T., Holmberg, P., Hafnert, Y. J. (November 28): AC Grid with Embedded VSC-HVDC for Secure and Efficient Power Delivery. IEEE Energy 23. Atlanta, USA [4] Johansson, S. G., Asplund, G., Jansson, E., Rudervall, R. (24): Power System Stability Benefits with VSC DC-Transmission Systems. CIGRE-Konferenz. Paris, Frankreich 32 ABB Technik 3/29