Kurzschlussstromberechnung in Gleichstromnetzen der elektrischen Leistungsübertragung

In dieser Arbeit werden Kurzschlussströme in Hochspannungs-Gleichstrom-Netzen untersucht, die für die Auslegung der Betriebsmittel und des Schutzsystems maßgeblich sind. In diesem Zusammenhang steht die Berechnung charakteristischer Kurzschlussstrom-Kenngrößen im Vordergrund, welche aus dem zeitlichen Verlauf des Kurzschlussstroms abgeleitet werden. Im Vergleich zu Punkt-zu-Punkt-Verbindungen bestehen Gleichstromnetze mindestens aus drei Stromrichterstationen, die über Freileitungen oder Kabel miteinander verbunden sind. Bei einem Kurzschluss im Gleichstromnetz liefern die verschiedenen Stromrichter, Kondensatoren, Filter und Leitungen einen Beitrag zum resultierenden Kurzschlussstrom. Die Höhe und der Verlauf des Kurzschlussstroms werden durch verschiedene Faktoren beeinflusst, die in dieser Arbeit folgenden Bereichen zugeordnet werden: Drehstromnetz, Stromrichterstation und Gleichstromnetz. Die Stärke des Drehstromnetzes bestimmt den Teil-Kurzschlussstrom, den der jeweilige Stromrichter einspeist. Zusätzlich wird der Stromrichterkurzschlussstrom von den Betriebsmitteln der Stromrichterstation begrenzt. Über die Beschreibung der einzelnen Faktoren durch entsprechende Betriebsmittel- bzw. Netzimpedanzen wird anhand typischer Parameterbereiche von HGÜ-Systemen aufgezeigt, welche minimalen und maximalen Kurzschlussströme auftreten können. Die Entladevorgänge von Kondensatoren, Filtern und Leitungen hängen unter anderem von der Topologie des Gleichstromnetzes und dem Fehlerort ab. Die Stromrichterbeiträge werden ebenso von den Leitungsimpedanzen reduziert. Für die Berechnung der Kurzschlussstrom-Kenngrößen werden die verschiedenen Stromrichtertypen im blockierten, ungeregelten Zustand berücksichtigt. Die Gleichstromleitung wird mit konzentrierten Elementen nachgebildet, damit die Leitungsparameter direkt in den Berechnungsansätzen verwendet werden können. Die Entladevorgänge der Leitungen werden mit den entsprechenden Wellenparametern separat berechnet. Dabei fließt die Frequenzabhängigkeit der Leitung mit ein. Dies gilt ebenso für die Kurzschlussstrombeiträge von Kondensatoren und Filtern. Der Laststrom wird in allen Betrachtungen vernachlässigt, da die Vernachlässigung maximale Kurzschlussströme zur Folge hat. Abschließend wird die Wechselwirkung zwischen Stromrichtern bei einem Kurzschluss im Gleichstromnetz beurteilt, die zu einer Reduktion der Stromrichterbeiträge führt. Darüber hinaus wird gezeigt, wie die wechselseitige Beeinflussung über Korrekturfaktoren für beliebige Gleichstromnetze in der Berechnung der Kurzschlussstrom-Kenngrößen Berücksichtigung finden kann

Online Estimation of Dynamic Capacity of VSC-HVdc Systems –Power System Use Cases

The dynamic capacity describes the capability of high voltage direct current (HVdc) systems to operate temporarily beyond their guaranteed active and reactive power (P/Q) limitations under specific conditions. In this work, the dynamic capacity is intended to be applied in various power system use cases to ensure a more efficient and secure grid operation. In contrast to previous works, the dynamic capacity is considered with a holistic view on the HVdc system’s components. Moreover, to overcome existing limitations considering only the HVdc system design, it is introduced to estimate the dynamic capacity based on real-time operational data. In principle, dynamic capacity could help for any power system use case where temporarily additional capacity is required. The article details five use cases, including congestion management, voltage support, frequency response, offshore wind overplanting and grid planning to be of high interest for such a feature. The main HVdc applications, embedded systems, interconnectors and offshore grid connection, and anticipated time frames for dynamic capacity are highlighted from power system perspective. Also, the time-criticality of the remedial actions is outlined

Kurzschlussstromberechnung in Gleichstromnetzen der elektrischen Leistungsübertragung

In dieser Arbeit werden Kurzschlussströme in Hochspannungs-Gleichstrom-Netzen untersucht, die für die Auslegung der Betriebsmittel und des Schutzsystems maßgeblich sind. In diesem Zusammenhang steht die Berechnung charakteristischer Kurzschlussstrom-Kenngrößen im Vordergrund, welche aus dem zeitlichen Verlauf des Kurzschlussstroms abgeleitet werden. Im Vergleich zu Punkt-zu-Punkt-Verbindungen bestehen Gleichstromnetze mindestens aus drei Stromrichterstationen, die über Freileitungen oder Kabel miteinander verbunden sind. Bei einem Kurzschluss im Gleichstromnetz liefern die verschiedenen Stromrichter, Kondensatoren, Filter und Leitungen einen Beitrag zum resultierenden Kurzschlussstrom. Die Höhe und der Verlauf des Kurzschlussstroms werden durch verschiedene Faktoren beeinflusst, die in dieser Arbeit folgenden Bereichen zugeordnet werden: Drehstromnetz, Stromrichterstation und Gleichstromnetz. Die Stärke des Drehstromnetzes bestimmt den Teil-Kurzschlussstrom, den der jeweilige Stromrichter einspeist. Zusätzlich wird der Stromrichterkurzschlussstrom von den Betriebsmitteln der Stromrichterstation begrenzt. Über die Beschreibung der einzelnen Faktoren durch entsprechende Betriebsmittel- bzw. Netzimpedanzen wird anhand typischer Parameterbereiche von HGÜ-Systemen aufgezeigt, welche minimalen und maximalen Kurzschlussströme auftreten können. Die Entladevorgänge von Kondensatoren, Filtern und Leitungen hängen unter anderem von der Topologie des Gleichstromnetzes und dem Fehlerort ab. Die Stromrichterbeiträge werden ebenso von den Leitungsimpedanzen reduziert. Für die Berechnung der Kurzschlussstrom-Kenngrößen werden die verschiedenen Stromrichtertypen im blockierten, ungeregelten Zustand berücksichtigt. Die Gleichstromleitung wird mit konzentrierten Elementen nachgebildet, damit die Leitungsparameter direkt in den Berechnungsansätzen verwendet werden können. Die Entladevorgänge der Leitungen werden mit den entsprechenden Wellenparametern separat berechnet. Dabei fließt die Frequenzabhängigkeit der Leitung mit ein. Dies gilt ebenso für die Kurzschlussstrombeiträge von Kondensatoren und Filtern. Der Laststrom wird in allen Betrachtungen vernachlässigt, da die Vernachlässigung maximale Kurzschlussströme zur Folge hat. Abschließend wird die Wechselwirkung zwischen Stromrichtern bei einem Kurzschluss im Gleichstromnetz beurteilt, die zu einer Reduktion der Stromrichterbeiträge führt. Darüber hinaus wird gezeigt, wie die wechselseitige Beeinflussung über Korrekturfaktoren für beliebige Gleichstromnetze in der Berechnung der Kurzschlussstrom-Kenngrößen Berücksichtigung finden kann

Short-Circuit Calculation in AC Networks in Case of HVDC Stations with Line-commutated Converters (LCC)

Short-circuit currents are a key measure for the planning of AC high voltage electrical networks. These currents can be calculated according to the IEC standard 60909-0: 02-2016. However, the existing standard does not consider the contribution of HVDC stations. In this paper, the short-circuit contribution of a HVDC system with line-commutated converters (LCC) is investigated and an analytic expression for the short-circuit contribution is proposed for the usage in an updated version of this standard. For that, the single contributions of the LCC HVDC system's parts are examined and the processes are studied taking place during an AC short circuit. With this knowledge, an analytic approximation can be derived and is verified by simulations in EMTDC/PSCAD

Hierarchical Power Systems: Optimal Operation Using Grid Flexibilities

This book explains the power grid as a hierarchy made up of the transmission, distribution, and microgrid levels. Interfaces among these levels are explored to show how flexibility in power demand associated with residential batteries can be communicated through the entire grid to facilitate optimal power flow computations within the transmission grid. To realize this approach, the authors combine semi-definite optimal power flow with model-order reduction at the distribution level and with a new heuristic algorithm for stable power flow at the transmission level. To demonstrate its use, a numerical case study based on modified IEEE 9-bus and 33-bus systems for the transmission and distribution grid, respectively, is included. This book shows how exploiting the flexibility on the residential level improves the performance of the power flow with the transmission grid