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»HVDC Classic« und »HVDC Plus«

Thyristoren und IGBTs für HGÜs

13. April 2016, 18:47 Uhr | Heinz Arnold

Konverterhalle einer Stromrichterstation der HGÜ-Verbindung zwischen Frankreich und Spanien

Heute bietet Siemens sowohl auf Thyristoren basierte Converter – »HVDC Classic« genannt – als auch auf IGBTs basierte Converter, die »HVDC Plus«-Systeme. Beide haben ihre Vor- und Nachteile und kommen je nach Anwendungsfall zum Einsatz.

Thyristoren können den Strom nur einschalten, das Abschalten erfolgt beim Stromnulldurchgang auf Grund der treibenden Netzspannung. Steht keine Netzspannung zur Verfügung, kann das System nicht funktionieren, es ist daher nicht Blackstart-fähig. Die netzgeführte Technik braucht aus diesem Grund eine ausreichende Netzkurzschlussleistung an der Anschluss-Stelle, das heißt eine Mindestzahl von Kraftwerkseinspeisungen. Der Vorteil der auf Thyristoren basierenden netzgeführten Stromrichter liegt in ihren hohen Kapazitäten: Systeme mit höchster Übertragungsleistung lassen sich nur mit Thyristoren realisieren.

Selbstgeführte Systeme

In bestimmten Anwendungen ist es allerdings vorteilhaft, auf die selbstgeführte Technik (Self-Commutated Converter, SCC) mit Spannungszwischenkreis (Voltage Sourced Converters, VSC) zu setzen. Diese Technik arbeitet mit Hochleistungstransistoren (IGBTs), die wie ein elektronischer Generator auch ein spannungsloses Netz selbständig aufbauen können (Blackstart-Fähigkeit).
Siemens verwendet platzsparende, modulare Multilevel-Technik (MMC), die ohne aufwendige Kompensations- und Filtereinrichtungen auskommt. Diese Technik basiert auf in Reihe geschaltete Power-Module mit Kondensatoren, die wie Spannungsquellen arbeiten, während die netzgeführte Thyristortechnik mit Glättungsdrosseln wie Stromquellen wirken (Current- Sourced Converters, CSC).

Mit der Modularen Multilevel-Converter-Technik (MMC) hat Siemens einen Stromrichter-Typ entwickelt, der die Nachteile der zwei- und dreistufigen VSC-Typen umgeht. Das Prinzip: die Netzspannung am Ausgang des Stromrichters über sehr viel kleinere Stufen als bei den zwei- und dreistufigen Typen zu schalten. Je kleiner die Stufenhöhe, umso mehr nähert sich die Kurve der idealen Sinusform an. Also verringert sich die transiente Belastung der Leistungshalbleiter, und der Aufwand für Filterung und Abschirmung reduziert sich deutlich. Deshalb benötigt das neue System viel weniger Platz: Mit "HVDC Plus"-Stromrichtern ausgestattete Stationen können um 40 Prozent kleiner ausfallen als die "HVDC-Classic"-Systeme.