Ein Beitrag zur Modellierung und Analyse elektromagnetischer transienter Vorgänge in einem MMC-Multiterminal-HGÜ-System mit hybrider AC/DC Freileitung und langer Kabelstrecke

In dieser Arbeit werden transiente Vorgänge in einem HGÜ-System mit mehreren Einspeisepunkten, einem sogenannten Multiterminalsystem, untersucht. Dies besteht aus drei Umrichterstationen vom Typ Modularer Multilevel Umrichter, die über eine Freileitung mit parallel geführten Drehstromsystemen (Hybridleitung) und ein Kabelsystem miteinander verbunden sind. Der Fokus der Untersuchungen liegt dabei auf den Beanspruchungen des Kabelsystems. Hierbei werden verschiedene Realisierungsvarianten der elektrischen Verschaltung der Kabelschirme mitberücksichtigt und systematisch miteinander verglichen. Zur Durchführung der Untersuchungen wurde zunächst ein detailliertes Modell des Übertragungssystems erstellt, welches die Umrichter, Regelungs- und Schutzsysteme sowie die Übertragungsleitungen beinhaltet. Insbesondere auf dem Gebiet der Umrichterregelung konnten neue Erkenntnisse gewonnen und Empfehlungen für geeignete Verfahren abgeleitet werden. Hierzu gehören u.a. die Themen Submodulbalancierung, Verriegelungszeiten von Submodulen und die hochdynamische Spannungsregelung der Energiespeicher unter diversen Betriebszuständen. Zudem wurde ein neuartiges Regelungssystem für parallel geschaltete Umrichter entwickelt und dessen Notwendigkeit aufgezeigt. Durch mathematische Transformationen kann das bestehende Regelungskonzept für Einzelumrichter beibehalten werden. Auf Basis des Simulationsmodells wurden die Beanspruchungen des Kabelsystems durch transiente Vorgänge wie Fehler in den Umrichtern und auf den Übertragungsleitungen, als auch durch Blitzüberspannungen auf der galvanisch verbundenen Freileitung ermittelt. Hierbei wird auch das Erdungssystem der Schaltanlagen am Kabelanfang und -ende mit Hilfe eines frequenzabhängigen Netzwerkäquivalents mitberücksichtigt. Die Untersuchungen zeigen, dass grundlegende Unterschiede zwischen den unterschiedlichen Erdungskonzepten der Kabelschirme existieren, die bei der Spezifikation des Kabelsystems mitberücksichtigt werden müssen.