Leistungskontrollsystem UPFC PLUS®

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Übersicht
Converter Controlled Series Capacitors (CCSC PLUS) bieten dynamische Reihenkondensation und Steuerung des Leistungsflusses für Hochspannungs-Wechselstrom-Übertragungsnetze. CCSC PLUS kombiniert bewährte Reihenkondensator-Technologie mit einer Konverter-Branch, um dynamische Leistungsflusssteuerung direkt in Serie mit der Übertragungsleitung bereitzustellen, ohne Hochspannungstransformator. Die Plattform ist für Übertragungskorridore ausgelegt, die bis zu 400 kV und Leitungsströme bis zu 4.000 A betreiben.

Warum Übertragungsnetze dynamische Flusssteuerung benötigen
Drei zusammenlaufende Faktoren erhöhen den Bedarf an dynamischer Flusssteuerung: steigender Bedarf (schneller als der Bau neuer Leitungen), Erzeugung weiter entfernt von Lasten und weniger vorhersehbare Flüsse durch zunehmende variable Erzeugung. Das Ergebnis sind strukturelle Engpässe auf einigen Leitungen, während parallele Pfade unterausgelastet bleiben. Eine bessere Nutzung der vorhandenen Infrastruktur mindert Investitionskosten und vermeidet lange Genehmigungs- und Bauzeiten für Neubauprojekte.

Grenzen konventioneller Reihenkondensation

• Fixed Series Capacitors (FSC): feste Impedanz, die bei Inbetriebnahme eingestellt wird und nicht auf veränderte Bedingungen reagiert.
• Phase Shifting Transformers (PST): reagieren in Sekunden bis Minuten, nicht schnell genug für dynamische Steuerung.
• Thyristor Controlled Series Compensation (TCSC): erhöht die Steuerbarkeit, fügt jedoch Oberschwingungsanteile ein und bietet einen begrenzten induktiven Bereich.

Was ist CCSC PLUS?
CCSC PLUS ist eine plattformbasierte Lösung zur dynamischen Reihenkondensation in AC-Übertragungsnetzen. Sie koppelt einen festen Reihenkondensator mit einer containerisierten Voltage Source Converter (VSC)-Branch auf Basis der Modular Multilevel Converter (MMC)-Technologie, um bidirektionale Impedanzsteuerung (kapazitiv und induktiv) in Echtzeit und erweiterte netzstützende Funktionen zu ermöglichen. Durch den Wegfall des Hochspannungstransformators reduziert CCSC PLUS Fläche, installierte Kosten und Lieferzeiten gegenüber transformatorgekoppelten Alternativen.

Systemarchitektur
CCSC PLUS kombiniert zwei Hauptelemente auf einer Plattform:

• Feste Kondensator-Branch: direkt in Serie mit der Übertragungsleitung installiert, um kapazitive Kompensation mittels fester Impedanz bereitzustellen.
• Konverter-Branch (VSC): containerisierter Voltage Source Converter (VSC) auf MMC-Basis, parallel zum Kondensatorbank auf derselben Plattform installiert, um die Spannung über dem Kondensator zu steuern und die effektive Impedanz für die Leitung dynamisch anzupassen.

Steuermodi
Die Konverter-Branch ermöglicht zwei primäre Steuermodi:

• Impedance control mode: hält einen konstanten Impedanz-Sollwert unabhängig von Änderungen des Leitungsstroms, um den Leistungsfluss zwischen parallelen Übertragungswegen zu verteilen.
• Line current control mode: passt die Kompensationsimpedanz kontinuierlich an, um einen vorgegebenen Leitungsstrom-Sollwert zur präzisen Steuerung des Leistungsflusses einzuhalten.

Zusätzliche netzstützende Funktionen
Neben dem stationären Leistungsflussmanagement bietet CCSC PLUS:

• Power Oscillation Damping (POD) zur Bekämpfung von Interbereichs-Oszillationen und Verbesserung der dynamischen Stabilität.
• Minderung von Sub-Synchronous Resonance (SSR) und Sub-Synchronous Torsional Interaction (SSTI) zum Schutz von Generatorwellen und konvertergekoppelten Anlagen.
• Emergency Dispatch: Maximierung des Leistungsflusses im verbleibenden Stromkreis bei N-1-Störfällen zur Unterstützung der Versorgungssicherheit.
• Leitungsüberlastmanagement: Umverteilung des Flusses weg von thermisch begrenzten Leitungen in Echtzeit ohne Bedienereingriff.

Anwendungsfälle
Typische Einsatzgebiete von CCSC PLUS:

• Engpassmanagement auf parallelen Übertragungskorridoren durch dynamische Umverteilung der Flüsse.
• Integration großer erneuerbarer Hub-Standorte (Offshore-Wind, Solar) in eingeschränkte Netze und Erhöhung der Anschlusskapazität ohne Leitungsaufrüstung.
• Netzstabilisierung und Reaktion auf Störfälle (POD, SSR-Minderung, Emergency Dispatch nach Fehlern).
• Aufschub kostenintensiver Netzerweiterungen durch bessere Nutzung vorhandener Leitungen.

Vorteile für Netzbetreiber und Ingenieure

• Maximale Nutzung vorhandener Netzkapazität ohne Neubau von Leitungen; Reduzierung von Redispatch-Kosten durch automatisierte Flussumverteilung im Millisekundenbereich.
• Kleinere Umspannwerksfläche und vereinfachte Tiefbauarbeiten durch Wegfall des HV-Transformators.
• Plattformbasiertes Design (containerisierter Konverter) für Werksprüfungen, verkürzte Inbetriebnahmezeiten und vorhersehbaren EPC-Umfang.
• Frei programmierbare Steuerung, die Updates der Steuerungsmodi und Sollwerte ermöglicht, während sich Netzbedingungen und -vorschriften weiterentwickeln.

Engineering-, Projekt- und Lebenszyklus-Services
CCSC PLUS wird über den gesamten Lebenszyklus des Assets geliefert und unterstützt: Systemstudien und Netzintegration (Lastfluss, Stabilität, SSR/SSTI-Analyse, validierte Modelle), vollständiger EPC-Umfang einschließlich Factory Acceptance Testing (FAT) und Inbetriebnahme vor Ort, Integration mit SCADA/EMS-Systemen sowie Lebenszyklus-Support (Remote-Monitoring, Diagnose, Software-/Steuerungs-Updates, Ersatzteile und präventive Wartung).

Technische Merkmale / Spezifikationen

• Systemspannung: Bis zu 400 kV (höhere Spannungen auf Anfrage)
• Leitungsstrom-Bewertung: Bis zu 4.000 A
• Impedanzsteuerung: Kapazitiv und induktiv (bidirektional)
• Zusatzfunktionen: Power Oscillation Damping (POD), SSR / SSTI-Minderung, Emergency Dispatch, Leitungsüberlastmanagement
• Konverter-Technologie: Voltage Source Converter (VSC) / Modular Multilevel Converter (MMC)
• HV-Transformator: Nicht erforderlich
• Plattform-Design: Containerisiert / vor Ort montierbar
• Netzcode-Konformität: N-1-Sicherheit, Anforderungen an Power Oscillation Damping
• Steuerungssystem: Basierend auf der erprobten SVC PLUS® (STATCOM) Steuerungsplattform
• Typische Installation: In Serie mit der Übertragungsleitung; Konverter-Branch (VSC) parallel zum Kondensatorbank auf derselben Plattform