VSC-basierte HGÜ-Technik - Erfahrungen und Trends

Inhalt:
Mit der Entwicklung der MMC-Technik (Modular Multilevel Converter) sowie deren Einführung in die Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) gelang der VSC-Technik (Voltage Source Converter) der Durchbruch in dieser Anwendung. Im Vergleich zur vorher verwendeten Zwei- oder Dreipunkttechnik wurden wesentliche Vorteile erzielt. Elektrische Verluste im Umrichter wurden durch die geringen Schaltfrequenzen der Halbleiter deutlich reduziert und aufwändige Filter auf ein Minimum beschränkt oder komplett eliminiert. Die Skalierbarkeit für hohe Spannungen bis ± 600 kV, die zuvor der klassischen netzgeführten Technik vorbehalten waren, gestaltet sich in der MMC-Technik einfach. Die erste kommerzielle HGÜ-Anlage mit MMC-Technik ist Trans Bay Cable, eine Seekabelverbindung durch die Bay von San Francisco in das Zentrum der Stadt. Die Anlage hat eine Übertragungsleistung von 400 MW bei einer Gleichspannung von ± 200 kV und befindet sich seit November 2010 im kommerziellen Betrieb. Seitdem gab es eine rasante Weiterentwicklung dieser Technik. Die Stromtragfähigkeit der Umrichter wurde erhöht, Verluste wurden weiter reduziert und das Verhalten bei externen Fehlern (Fault Ride Trough, FRT) optimiert. Durch die Verbindung von mehr als zwei Stationen auf der Gleichspannungsseite zu sogenannten Multiterminalsystemen wird die Verfügbarkeit von VSCbasierten HGÜ-Systemen weiter erhöht. Bipol-Konfigurationen, wie sie aus der klassischen Technik seit Jahrzehnten eingesetzt werden, tragen ebenfalls zur Verbesserung der Gesamtverfügbarkeit bei. Dadurch erschließen sich für die VSC-Technik auch Freileitungsanwendungen oder gemischte Systeme mit Freileitungs- und Kabelabschnitten. Im Beitrag werden Erfahrungen aus dem realen Betrieb von Trans Bay Cable dargelegt sowie Weiterentwicklungen zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit vorgestellt und anhand von Simulationen veranschaulicht. Abschließend wird ein Ausblick in die zukünftige Entwicklung der VSC-basierten HGÜ-Technik gegeben.