Protection of VSC-HVDC systems with mixed usage of power cables and overhead lines

Aachen / Verlagshaus Mainz (2020) [Buch, Doktorarbeit]

Seite(n): 1 Online-Ressource (viii, 118 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Kurzfassung

Die Integration von VSC-HGÜ-Systemen in existierende AC-Netzstrukturen stellt einen wichtigen Meilenstein für eine erfolgreiche Anbindung dezentraler erneuerbarer Erzeugungseinheiten dar. Neue Übertragungsleitungen sehen sich jedoch zunehmend mit öffentlichem Widerstand konfrontiert. Aufgrund dessen ist zukünftig von einem vermehrten Einsatz teilverkabelter Übertragungssysteme auszugehen, um Planungs- und Genehmigungsprozesse zu beschleunigen. Für einen großflächigen Einsatz dieser Technologie müssen jedoch zunächst verschiedene technische Herausforderungen bewältigt werden. Hierzu gehört insbesondere die sichere, schnelle und selektive Beherrschung von Leitungsfehlern. Da die heutzutage für VSC-HGÜ-Systeme entwickelten Leitungsschutzkonzepte in der Regel auf reinen Kabel- oder Freileitungssystemen beruhen, sind umfassende Untersuchungen des transienten Fehlerverhaltens teilverkabelter Übertragungssysteme erforderlich, um die Anwendbarkeit der bekannten Methoden zu bewerten und diese bedarfsgerecht weiterzuentwickeln. Im Rahmen dieser Arbeit werden topologische Einflussfaktoren auf die Spannungs- und Stromverläufe anhand von Simulationen transienter elektromagnetischer Vorgänge im Zeitbereich analysiert. Infolge von Wanderwellenreflexions- und transmissionseffekten an den Übergangsstellen zwischen Kabel- und Freileitungsabschnitten kann es in Abhängigkeit der jeweiligen Topologie und des Fehlerortes zu signifikanten Veränderungen der initialen Fehlerausprägungen an den Leitungsübergängen sowie an den Leitungsenden kommen. Einerseits können durch die Verstärkung von Wellenfronten erhöhte Spannungs- und Strombelastungen im Vergleich zu reinen Kabel- und Freileitungssystemen auftreten. Andererseits kann eine eindeutige Erkennung von Wanderwellen am Leitungsende durch Verzerrung und Dämpfung von Wellenfronten erschwert werden. Da der Großteil existierender Fehlerdetektions- und Lokalisierungsverfahren auf der Identifikation schneller Spannungs- und Stromänderungen basiert, kann die Funktionalität des Leitungsschutzes infolgedessen nicht mehr garantiert werden. In Anbetracht der identifizierten Herausforderungen schlägt diese Arbeit den Einsatz verteilter Spannungs- und Strommessungen an den Leitungsübergängen in Verbindung mit einer entsprechenden Signalkommunikation an die Leitungsenden sowie zwischen den jeweiligen Leitungsenden vor. Hierauf aufbauend wird ein erweitertes Schutzkonzept mit zusätzlichen spannungsbasierten Fehlerdetektions- sowie einem stromänderungsbasierten Lokalisierungsverfahren entwickelt, welches auch für den Einsatz in Multi-Terminal-HGÜ-Systemen geeignet ist. Anhand exemplarischer Testsysteme erfolgt eine Validierung der Funktionalität der entwickelten Verfahren sowie deren flexibler Anwendbarkeit in unterschiedlichen Topologien. Dabei wird gezeigt, dass sämtliche Fehlerszenarien erfolgreich erkannt, lokalisiert und geklärt werden.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Tünnerhoff, Philipp Christian

Gutachterinnen und Gutachter

Schnettler, Armin
Tenbohlen, Stefan

Identifikationsnummern

  • ISBN: 978-3-95886-359-0
  • REPORT NUMBER: RWTH-2020-07341

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