Kompaktes Umspannwerk HVDC PLUS®

Überblick
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssysteme (HVDC) spielen aufgrund von Dekarbonisierung, Digitalisierung und dem Anstieg verteilter und umrichterbasierter Erzeuger eine zentrale Rolle in modernen Energiesystemen. HVDC PLUS® von Siemens Energy ist eine VSC-HVDC-Lösung auf MMC-Basis, die effiziente Fernübertragung, Integration erneuerbarer Energien und fortschrittliche netzstabilisierende Funktionen ermöglicht.

Kernaussage
HVDC PLUS® überträgt große Energiemengen über weite Strecken mit hoher Effizienz, unterstützt die Einbindung erneuerbarer Erzeugung und bietet erweiterte Regelungsfunktionen zur Verbesserung der Netzstabilität. Es ergänzt FACTS- und Speichersysteme und fördert die Modernisierung und Resilienz von Netzen.

Anwendungsfälle und Hauptanwendungen

• Punkt-zu-Punkt-Fernübertragung von Energie über DC-Kabel oder DC-Freileitungen.
• Anbindung entlegener erneuerbarer Erzeugung (Offshore/Onshore-Windparks) oder entfernter Lasten an AC-Netze.
• Ermöglichung der Integration erneuerbarer Energien und des grenzüberschreitenden Energiehandels.
• Eingebettete HVDC-Verbindungen für die Versorgung von Stadtzentren und große Netz-Interkonnektoren.
• Verbindung asynchroner Netze oder Netze mit unterschiedlichen Frequenzen und Wirkung als Firewall gegen kaskadierende Blackouts.
• Multiterminal-HVDC zur Sammlung von Energie von mehreren Standorten und Verteilung an verschiedene Lastzentren.

HVDC PLUS®-Konfigurationen
Symmetrischer Monopol
Der symmetrische Monopol verwendet vollständig isolierte DC-Leiter, die gegenüber Erde gleiche, aber gegenüberliegende Spannungen führen. Dadurch werden Erdungsrückströme reduziert und die Verwendung standardmäßiger AC-Transformatoren ermöglicht. Zudem wird die Einspeisung von Fehlerströmen bei Pol-zu-Erde-Fehlern aus AC-Netzen begrenzt und eine nachgewiesene Skalierbarkeit gewährleistet.

• Gut geeignet für Punkt-zu-Punkt-HVDC-Übertragung mit zwei Konverterstationen.
• Anwendbar für Seekabel/Erdkabel oder DC-Freileitungen.

Bipol
Der Bipol bietet im Vergleich zum symmetrischen Monopol höhere Kapazität und Flexibilität. Hauptvarianten sind:

• Bipol mit metallischer Rückleitung (DMR) — metallischer Leiter als Rückleiter zur Reduzierung der Isolationsanforderungen.
• Bipol mit Elektrode — Erd-/Meerelektroden für den Betrieb im asymmetrischen Monopol (Wartung/Fehler).
• Rigid Bipol — zwei Leiter mit entgegengesetzten Polaritäten ohne normalen Rückweg; wirtschaftlich bei längeren Kabelstrecken.

Jedes Bipol-Design beinhaltet dedizierte DC-Schaltanlagen zur Erhöhung der Redundanz und zur Aufrechterhaltung des Betriebs bei Ausfall eines Pols.

Spezielle Anwendungsfelder

• Multiterminal-HVDC — Integration von mehr als zwei Konverterstationen für flexible Sammlung und Verteilung (z. B. mehrere Offshore-Farmen zu mehreren Lastzentren).
• Back-to-back-HVDC — nahe beieinander stehende Konverterstationen zur Frequenzumwandlung oder asynchronen Verbindung ohne DC-Übertragungsleitung.

HVDC PLUS®-Merkmale und Vorteile

• Flexible, unabhängige Regelung von Wirkleistung und Blindleistung (Vierquadrantenbetrieb).
• Präzise AC-Spannungsregelung zur Unterstützung schwacher AC-Netze; möglicher eigenständiger STATCOM-Betrieb ohne DC-Leitung.
• Zuverlässige Fault-Ride-Through-Fähigkeit einschließlich reaktiver Stromeinbringung.
• Wirkt als Firewall gegen Systemstörungen und kaskadierende Netzausfälle.
• Unterstützt Multiterminal-Systeme mit Half-Bridge- und Full-Bridge-Konvertern sowie parallelen Konvertern für skalierbare Kapazität und Redundanz.
• Robuste Leistung auch bei niedrigem Kurzschlussverhältnis; geeignet für DC-Kabel und Freileitungen.
• Unterstützt Wiederherstellung des AC-Übertragungsnetzes und Black-Start-Funktionen (System Recovery Ancillary Services, SRAS).

Technologischer Hintergrund
Siemens Energy brachte die MMC-Technologie 2007 auf den Markt und nahm 2010 das erste MMC-basierte HVDC in Betrieb. MMC-basierte VSC-HVDC-Systeme sind heute Industriestandard und bieten geringe Flächenanforderung, grid-forming-Fähigkeiten und weniger Oberwellen im Vergleich zu älteren LCC(Thyristor)-Ansätzen.

Referenzen und Erfahrung
Siemens Energy ist ein langjähriger Pionier der HVDC-Technologie mit über 50 Jahren Erfahrung und nahezu 60 HVDC-Projekten in mehr als 25 Ländern. Das Portfolio umfasst zahlreiche LCC-basierten Classic®-Projekte sowie eine bedeutende Anzahl von HVDC PLUS®-Projekten auf VSC/MMC-Basis.

Zusatzmaterialien
Produktbroschüren und Referenz-Flyer (PDF) mit detaillierten Beschreibungen der HVDC PLUS®-Funktionen, Konfigurationen und Referenzen sind verfügbar.

Technische Spezifikationen

• Plattform: HVDC PLUS® (VSC-Technologie auf MMC-Basis).
• Konvertertechnologien: Modular Multilevel Converter (MMC) mit Half-Bridge- und Full-Bridge-Optionen; IGBT-basierter VSC für grid-forming und grid-following.
• Konfigurationsoptionen: Symmetrischer Monopol, Bipol (DMR, Elektrode, rigid), Multiterminal, Back-to-back.
• Fähigkeiten: Regelung von Wirk- und Blindleistung, STATCOM-Betrieb, Fault-Ride-Through, Betrieb bei niedrigem SCR, Black-Start / SRAS-Unterstützung.
• Anwendungen: Langstreckenübertragung (Seekabel/Erdkabel/Freileitung), Integration erneuerbarer Energien, Interkonnektoren, Stadtzentrumseinspeisung, asynchrone Netzverbindungen, Multiterminal-Netze.
• Betriebliche Vorteile: Verringerte Übertragungsverluste über lange Strecken, verbesserte Netzstabilität, Reduzierung von Erdungsrückströmen (symmetrischer Monopol), skalierbare Kapazität und Redundanz durch parallele Konverter und DC-Schaltanlagen.
• Bewährter Projekt-Footprint: Jahrzehnte an HVDC-Projektrealisierung und zahlreiche Implementierungen von HVDC PLUS® weltweit.