ULB

TUbiblio

Verfahren zur Berechnung unbeeinflusster Kurzschlussströme in vermaschten HGÜ-Netzen

Saçıak, Andreas (2023)
Verfahren zur Berechnung unbeeinflusster Kurzschlussströme in vermaschten HGÜ-Netzen.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00023633
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/23633

Kurzbeschreibung (Abstract)

Mit der gewünschten Umstellung auf einen möglichst großen Anteil erneuerbarer Energien im elektrischen Energieversorgungsnetz geht ein erhöhter Übertragungsbedarf einher. Für diese neuen Übertragungsaufgaben ist ein Ausbau des bestehenden elektrischen Energieversorgungsnetzes nötig. Dafür bietet sich die Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) an, welche die verlustarme Übertragung elektrischer Energie über weite Strecken ermöglicht. Es ist dabei zu erwarten, dass bestehende HGÜ-Strecken in Zukunft zu vermaschten HGÜ-Netzen verbunden werden.

Für einen sicheren Betrieb müssen alle Betriebsmittel in diesen HGÜ-Netzen für die im Kurzschlussfall auftretenden Belastungen ausgelegt werden. Dafür ist die Kenntnis der zu erwartenden maximalen Kurzschlussströme entscheidend.

In dieser Arbeit werden Verfahren zur Berechnung der in HGÜ-Netzen zu erwartenden maximalen Kurzschlussströme entwickelt. Zur Abschätzung der maximal auftretenden Kurzschlussströme werden dabei unbeeinflusste Kurzschlussströme ohne Schalteraktion berechnet. Diese werden anhand zweier charakteristischer Werte beschrieben: dem Stoßkurzschlussstrom und dem Dauerkurzschlussstrom.

Die wichtigsten Kurzschlussstromquellen sind die Stromrichter mit den speisenden Drehstromnetzen sowie die Leitungskapazitäten. Deren Kurzschlussstrombeitrag sowie Einflussfaktoren darauf werden als Grundlage für die Berechnungsverfahren untersucht. Aus diesen Erkenntnissen werden in dieser Arbeit drei getrennte Berechnungsverfahren zur Ermittlung des Dauerkurzschlussstromes sowie jeweils der Beiträge von Stromrichtern und Kabeln zum Stoßkurzschlussstrom entwickelt. Diese Verfahren benötigen wenige Eingangsdaten und sind auch für große HGÜ-Netze anwendbar. Die Stromrichter werden dabei durch Thévenin-Äquivalente nachgebildet. Mit diesen wird ein Ersatznetz aufgestellt, mit dem die Beiträge aller Stromrichter gemeinsam berechnet werden. Im Fall der Kabelentladung werden nur die umliegenden Kabel betrachtet und der Beitrag jedes Kabels getrennt berechnet.

Die entwickelten Berechnungsverfahren werden abschließend mit Simulationsergebnissen verifiziert. Dabei zeigt sich, dass die Berechnungsverfahren auch mit den gewählten vereinfachten Nachbildungen und reduzierten Eingangsdaten eine gute und sichere Abschätzung der maximal auftretenden Kurzschlussströme liefern.

Die in dieser Arbeit entwickelten Berechnungsverfahren sind ein wichtiges Werkzeug zur Planung zukünftiger vermaschter HGÜ-Netze und bilden damit einen Baustein zum Ausbau des elektrischen Energieversorgungssystems.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2023

Autor(en):

Saçıak, Andreas

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Verfahren zur Berechnung unbeeinflusster Kurzschlussströme in vermaschten HGÜ-Netzen

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Hanson, Prof. Dr. Jutta ; Balzer, Prof. Dr. Gerd

Publikationsjahr:

2023

Ort:

Darmstadt

Kollation:

XXIV, 141 Seiten

Datum der mündlichen Prüfung:

20 März 2023

DOI:

10.26083/tuprints-00023633

URL / URN:

https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/23633

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

The transition to a large share of renewable energies in the electrical power system requires increased transmission capacities. For these new tasks, an expansion of the existing transmission grid is necessary. High-voltage direct current (HVDC) transmission, which enables the low-loss transmission of electrical energy over long distances, is a promising technology for this task. Existing HVDC point-to-point links will be interconnected to form multi-terminal HVDC grids in the future.

In order to ensure safe operation, all equipment in these HVDC grids must be designed to accomodate for stresses occurring in the event of short circuits. To this end, knowledge of the maximum prospective short-circuit currents is key.

This dissertation presents methods for calculating the maximum prospective short-circuit currents in HVDC grids. To estimate the maximum occurring short-circuit currents, persistent short-circuit currents without switching action are calculated. These currents are described using two characteristic values: the peak short-circuit current and the steady-state short-circuit current.

The relevant short-circuit current sources are the converters with the feeding three-phase networks as well as the line capacitances. Their contribution to the short-circuit current and the factors that influence them are analyzed. They form the basis of the three calculation methods that are subsequently developed in this dissertation. These methods determine the steady-state short-circuit current and the contributions of converters and cables to the peak short-circuit current, respectively. They require limited input data and are applicable to large HVDC grids. The converters are modeled by Thévenin equivalents. These are used to derive an equivalent network which is used to calculate the contributions of all converters collectively. In the case of cable discharge, only the surrounding cables are considered and the contribution of each cable is calculated separately.

Finally, the correctness of the developed calculation methods is verified on the basis of simulation results. It is demonstrated that the calculation methods provide a good and reliable estimation of the maximum occurring short-circuit currents even with the chosen simplifications and reduced input data.

The calculation methods developed in this work are an important tool for the planning of future meshed HVDC grids and thus are a contribution to the electrical power system of the future.

Englisch

Status:

Verlagsversion

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-236339

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektrische Energiesysteme > Elektrische Energieversorgung unter Einsatz Erneuerbarer Energien
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektrische Energiesysteme

Hinterlegungsdatum:

03 Mai 2023 12:15

Letzte Änderung: