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Kurzschlussstromberechnung in Gleichstromnetzen der elektrischen Leistungsübertragung

Wasserrab, Andreas :
Kurzschlussstromberechnung in Gleichstromnetzen der elektrischen Leistungsübertragung.
Technische Universität Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2016)

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Dissertation Wasserrab, Andreas TU Darmstadt [Balzer].pdf
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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Kurzschlussstromberechnung in Gleichstromnetzen der elektrischen Leistungsübertragung
Language: German
Abstract:

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.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In this thesis, short-circuit currents in HVDC grids are analyzed in detail. The knowledge of the corresponding amplitudes is necessary for the design of equipment and the protection system. The analysis focuses on characteristical short-circuit current parameters, which are derived from the time-course of the short-circuit current. In comparison to point-to-point connections HVDC grids consist of at least three converter stations, which are connected by overhead lines or cables. At the occurrence of a short circuit different converters, capacitors, filters and lines contribute to the resulting short-circuit current. The amplitudes and the time-course of the short-circuit current are influenced by several factors. These factors are assessed here for the following system areas: AC grid, converter station and DC grid. The strength of the AC grid determines the partial short-circuit current, which is fed by the corresponding converter. Additionally, equipment of the converter station limits the converter short-circuit current. Based on the impedances of the grid and equipment, expected minimum and maximum short-circuit currents are shown for typical HVDC system parameters. The discharges of capacitors, filters and lines depend beyond others on the topology of the HVDC grid and the fault location. The contributions of converters are also limited by the line impedances. For the calculation of characteristical short-circuit current parameters the different converter types are considered in an uncontrolled and blocked condition. The DC line is represented by lumped elements in order to use the line parameters directly for the calculation approach. The line discharges are calculated separately with the corresponding surge parameters and under consideration of the frequency-dependence of the line. This also applies for the short-circuit current contributions of capacitors and filters. The load current is neglected in all the scenarios as the negligence leads to the maximum short-circuit currents. Finally, the mutual interaction between converters at a short circuit in an HVDC grid, which reduces the partial contributions of the converters, is assessed. In addition it is shown, how this effect can be considered by correction factors in the calculation approach for the characteristical short-circuit current parameters.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Electrical Power Systems
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electrical Power Systems
Date Deposited: 17 Nov 2016 07:53
Last Modified: 17 Nov 2016 08:31
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-57441
Referees: Balzer, Prof. Dr. Gerd and Franck, Prof. Dr. Christian M. and Hanson, Prof. Dr. Jutta
Refereed: 13 September 2016
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/5744
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