WO2019068437A1 - Gleichstrom-übertragungssystem - Google Patents

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WO2019068437A1
WO2019068437A1 PCT/EP2018/074531 EP2018074531W WO2019068437A1 WO 2019068437 A1 WO2019068437 A1 WO 2019068437A1 EP 2018074531 W EP2018074531 W EP 2018074531W WO 2019068437 A1 WO2019068437 A1 WO 2019068437A1
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direct current
transmission system
transmission
line
overhead line
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PCT/EP2018/074531
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Markus Distler
Christian Pfeifer
Alexander Rentschler
Walter Filipp ROSINSKI
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/757—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/7575—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only for high voltage direct transmission link
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    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Definitions

  • the invention relates to a DC transmission system having at least one DC power line for electrically connecting a first power converter to a second power converter. Furthermore, the invention relates to a method for transmitting direct current.
  • the invention is based on the object, a DC transmission system and a method for transmitting
  • a direct-current transmission system and by a method according to the independent patent claims.
  • Advantageous embodiments of the DC transmission system and method are given in the dependent claims.
  • Disclosed is a DC transmission system having at least one DC power line for electrically connecting a first power converter to a second power converter, the DC power line being a DC overhead line attached to transmission towers which are (initially) for carrying a (high voltage) AC power - Overhead have been dimensioned and / or set up.
  • This DC transmission system has the advantage that no new transmission towers are designed and approved have to.
  • existing overhead transmission towers are used for the direct current overhead line, which were originally dimensioned for an AC overhead line, in particular for a high-voltage AC overhead line, set up and / or used.
  • the DC line connects the first power converter to the second power converter.
  • the power converters may each convert DC to AC or AC to DC so that, for example, electrical energy is removed from a first AC network to a remotely located second AC network (or from an AC source to a DC via the DC transmission system arranged AC consumers) can be transmitted.
  • a favorable current distribution in the transmission ⁇ medium (cable, transmission line) can advantageously be achieved at the same voltage (AC effective value RMS DC) due to the non-existent skin effect.
  • AC effective value RMS DC AC effective value
  • the DC transmission system may be configured such that the DC overhead line is attached to the transmission towers instead of or in addition to the AC overhead line.
  • the direct current overhead line is attached to the transmission towers instead of the ac overhead line, an ac transmission system can be advantageously replaced by a direct current transmission system. This is particularly advantageous because with longer transmission links over ⁇ the DC transmission with lower losses is possible as the AC transmission. If the direct current overhead line is attached to the overhead transmission towers in addition to the overhead AC overhead line, an alternating current transmission system and a direct current transmission system can be implemented in parallel with little effort.
  • the DC transmission system may be configured such that the DC transmission system is adapted for transmitting DC at DC voltages between 1 kV and 50 kV, in particular between 10 kV and 50 kV.
  • This DC transmission system is then a medium voltage DC transmission system, the range of the medium voltage of 1 kV - 50 kV, in particular from 10 kV to 50 kV, is covered.
  • the DC transmission line is then a With ⁇ telwoods DC overhead line.
  • the DC transmission system can also be designed so that the direct current overhead line (at least) has a flexible conductor cable.
  • This conductor cable is (similar as in a high voltage AC overhead line) attached to the transmission towers.
  • the DC transmission system may be configured such that the DC overhead line per unit length has a mass that is less than or equal to the mass of the AC overhead line.
  • the DC transmission system can be designed so that
  • the conductor line of the DC overhead line per unit length has a mass that is less than or equal to the mass of a conductor of the AC overhead line.
  • the DC overhead line can be attached to the overhead transmission towers relatively easily instead of the AC overhead line and carried by these overhead transmission towers.
  • Direct current overhead line may also have the same or similar geometrical dimensions (eg diameter and / or length) as the originally planned AC overhead line.
  • the DC transmission system may be configured such that the height of the transmission towers is reduced from the original height of the overhead transmission towers dimensioned for the (high voltage) AC overhead power line.
  • smaller insulation levels of the direct current overhead line with respect to the ground are sufficient because of the lower voltage compared with high voltage. Therefore, the height of the transmission towers can be reduced, whereby the overhead lines seem visually less disturbing.
  • the DC transmission system may be configured such that the first power converter and / or the second power converter are each a modular multi-level power converter. By means of such modular multilevel converter can be converted ⁇ converts simple and reliable AC to DC (and vice versa).
  • the DC transmission system may be configured such that the modular multi-level converter has a plurality of modules, the modules each having at least two electronic switching elements and one electrical energy store. By selecting an appropriate number of such modules, the first and / or the second converter can easily be adapted to different voltage levels (ska ⁇ lines).
  • the DC transmission system can be designed so that
  • the two electronic switching elements of the modules are arranged in a half-bridge circuit, or
  • the modules each have the two electronic switching elements and two other electronic switching elements, where ⁇ in the two electronic switching elements and the two white ⁇ electronic switching elements are arranged in a full bridge circuit. These modules are also referred to as semi ⁇ bridge modules or as a full-bridge modules.
  • the method may be such that the direct current is fed into the direct current overhead line by means of the first power converter operating as a rectifier.
  • the method can also be such that after the transmission through the direct current overhead line, the direct current is converted into alternating current by means of the second power converter, which operates as an inverter.
  • the method can proceed in such a way that the direct current is transmitted at DC voltages between 1 kV and 50 kV, in particular between 10 kV and 50 kV. This method has similar advantages as the advantages mentioned above in connection with the DC transmission system.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a direct current
  • Figure 2 shows another embodiment of a DC ⁇ current transmission system, in
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of an overhead line with direct current overhead lines
  • Figure 4 shows another embodiment of a free ⁇ line mast with direct current overhead lines, in
  • Figure 5 shows another embodiment of a free ⁇ line mast with direct current overhead lines
  • Figure 6 shows an embodiment of a DC ⁇ current transmission line with several free ⁇ line poles
  • Figure 7 shows an embodiment of a Stromrich ⁇ ters, in
  • Power converter and in Figure 9 shows another embodiment of a
  • the DC transmission system 1 has a first power converter 3, a second power converter 5 and a DC transmission path 7.
  • the DC icosstre ⁇ blocks 7 has a first DC power line 9, and a second DC power line.
  • the first power converter 3 has a first AC connection 15, which has a first AC connection 17, a second AC connection 19 and a third AC connection 21.
  • a first DC connection 25 of the first power converter 3 is electrically connected to a first end of the first DC power line 9, a second DC power connection 28 of the first power converter 3 is electrically connected to a first end of the second DC power line 11.
  • the second power converter 5 also comprises a first alternating-current connection ⁇ 31, which has a first AC power connector 34, a second alternating current terminal 37 and a third AC terminal 40th
  • a first DC ⁇ current terminal 43 of the second power converter 5 is electrically connected to a second end of the first DC power line 9, a second DC power connection 46 of the second
  • Power converter 5 is connected to a second end of the second
  • the two power converters 3 and 5 are therefore the DC side by means of the first DC power line 9 and the second
  • FIG. 1 shows by way of example a DC transmission system 1 designed as a symmetrical monopole.
  • DC transmission system 1 direct current can be transmitted at DC voltages between 1 kV and 50 kV, in particular between 10 kV and 50 kV. These DC voltages cover the range of medium voltage; It is a medium-voltage DC transmission system 1.
  • the following method of transmitting DC power is performed.
  • the first power converter 3 operates as a rectifier 3 and converts an AC current applied to its AC power connection 15 into DC power.
  • the direct current is fed from the first power converter 3 into the direct current overhead lines 9, 11.
  • the direct current is then transmitted from the direct current overhead lines 9, 11 to the second power converter 5.
  • the direct current is thus from the first converter 3 via the
  • Direct current overhead lines 9, 11 transmitted to the second power converter 5.
  • the direct current overhead lines 9, 11 are attached to overhead transmission towers, which were originally dimensioned and / or set up to carry a (high voltage) AC overhead line. After the transmission through the direct current overhead lines 9, 11, the direct current is converted into alternating current by means of the second power converter 5, which operates as an inverter 5.
  • the first power converter 3 and the second power converter 5 are optional.
  • the DC current transmission system 1 also works without the two power converters. For example, could be from other units
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a DC current transmission system 201.
  • This DC ⁇ power transmission system 201 differs from that shown in Figure 1 direct-current transmission system 1 DA by that the direct-current transmission path a third direct current line 7 comprises in addition to the first DC power line 9, and the second DC power line 11 204th
  • the first power converter 3 accordingly has a third DC connection 208; the second power converter 5 has a third DC connection 212.
  • the DC transmission system 201 is a bipolar DC transmission system 201.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of an overhead line 301.
  • the first DC power line 9 and the second DC power line 11 are fixed.
  • a third DC power line 305 and a fourth Gleichstromlei ⁇ device 306 are attached to the transmission tower 301.
  • the third DC line 305 and the fourth DC line 306 belong in the exemplary embodiment to another DC transmission system, which is similar to the DC transmission system 1 of Figure 1 is constructed.
  • the first DC line 9, the second DC line 11, the third DC line 305 and the fourth DC ⁇ power line 306 are each configured as a direct current overhead line.
  • the first DC power line 9, the second DC power line 11, the third DC power line 305 and the fourth DC transmission line 306 are respectively attached to a hori ⁇ zontally extending support structure 315 by an insulator 310th
  • the two internal DC lines 11 and 306 are negative DC lines (DC-); the two external DC lines 9 and 305 are positive DC lines (DC +).
  • the horizontally extending support structure 315 is supported by a vertical columnar stand 318.
  • the transmission tower 301 is a single-level overhead pole. This overhead power pole can accommodate the DC overhead lines of two DC transmission systems (instead of the AC overhead lines of only one AC transmission system). This can achieve an increase in übertra ⁇ -related performance.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a free-standing mast 401.
  • This overhead line tower 401 differs from the overhead line tower 301 in that one of the DC lines (here: the fourth (negative) DC line 306) is attached to the opposite side of the horizontally extending support structure 315 as the remaining three DC lines (here: the first DC line 9, the second DC line 11 and the third DC line 305).
  • the fourth (negative) DC line 306 is attached to the opposite side of the horizontally extending support structure 315 as the remaining three DC lines (here: the first DC line 9, the second DC line 11 and the third DC line 305).
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a free-standing mast 501. At this transmission tower
  • three direct current overhead lines of a designed as a dipole ⁇ designed DC transmission system are the first direct current overhead line 9, the second direct current overhead line 11 and the third direct current overhead line 204 of the direct current transmission system 201 of FIG. 2.
  • a high-availability direct-current DC link-based DC transmission system can be constructed (instead of a less-available medium-voltage AC transmission system).
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a power converter 700, which can be used as the first power converter 3 and / or as the second power converter 5.
  • the power converter 700 is a modular multilevel converter 700 (MMC).
  • MMC modular multilevel converter 700
  • the multi-level converter 700 has the first AC connection 17, the second AC connection 19 and the third AC connection 21.
  • the first AC power supply 17 is electrically connected to a first phase module branch 711 and a second Phasenmo ⁇ dulzweig 713 connected.
  • the first phase module branch 711 and the second phase module branch 713 form a first phase module 715 of the power converter 700.
  • the first Kirstroman ⁇ circuit 17 facing away from the end of the first phase module branch 711 is connected to the first direct current terminal 25 is electrically verbun ⁇ ; the first AC terminal 17 facing away from the end of the second phase module branch 713 is electrically connected to the second direct current connection ⁇ 28th
  • the first DC connection 25 is a positive DC connection; the second DC connection 28 is a negative DC connection ⁇ .
  • the second AC connection 19 is electrically connected to one end of a third phase module branch 718 and to one end of a fourth phase module branch 721.
  • the third phase module branch 718 and the fourth phase module branch 721 form a second phase module 724.
  • the third AC connection 21 is electrically connected to one end of a fifth phase module branch 727 and to one end of a sixth phase module branch 729.
  • the fifth phase module branch 727 and the sixth phase module branch 729 form a third phase module 731.
  • the second AC terminal 19 facing away from the end of the third phase module branch 718 and the third AC terminal. Power connection 21 remote end of the fifth Phasenmodul- branch 727 are electrically connected to the first DC voltage terminal 25.
  • the end of the fourth phase module branch 721 facing away from the second AC terminal 19 and the end of the sixth phase module branch 729 facing away from the third AC terminal 21 are electrically connected to the second DC terminal 28.
  • the first phase module branch 711, the third phase module branch 718 and the five ⁇ te phase module branch 727 forming a positive-side Stromrich- terteil 732;
  • the second phase module branch 713, the fourth Pha ⁇ senmodulzweig 721 and the sixth phase module branch 729 form a negative-side power converter part 733rd
  • the first AC terminal 17, the second AC terminal 19 and the third AC terminal 21 may be electrically connected to an AC power transmission network (not shown).
  • Each phase module branch has a plurality of modules, which are electrically connected (by means of its galvanic current connections) in series (1_1 ... l_ n; etc.; 2_1 ... 2_n). Such modules are also referred to as submodules.
  • each phase module branch to n modules.
  • the number of electrically connected in series by means of their galvanic current connections modules can be very different, at least two modules are maral ⁇ tet in series, but it can also be, for example, 5, 50, 100 or more modules connected electrically in series.
  • the other Phasenmo- module branches 713, 718, 721, 727 and 729 are built similar ⁇ .
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a module 800 of the multilevel converter 700. This may be, for example, one of the modules of Darge ⁇ presented in Figure 7 Phase modules.
  • the module 800 is configured as a half-bridge module 800.
  • the module 800 has a first (switch-off) electronic switching element 802 (first switch-off semiconductor valve 802) with a first antiparallel-connected diode 804.
  • the module 800 has a second (turn-off) electronic switching element 806 (second switchable half ⁇ conductor valve 806) with a second antiparallel diode 808 and an electrical energy storage 810 in the form of a capacitor 810.
  • the first electronic switching element 802 and the second electronic switching element 806 are each configured as an IGBT (insulated-gate bipolar transistor).
  • the first electronic switching element 802 is electrically connected in series with the second elekt ⁇ tronic switch element 806.
  • a first galvanic connection module 812 is arranged.
  • a second galvanic connection module 815 is arranged.
  • the second module ⁇ connection 815 is further electrically connected to a first terminal of the energy storage 810; a second terminal of the energy storage 810 is electrically connected to the terminal of the first electronic switching element 802 opposite to the connection point.
  • the energy storage device 810 is thus electrically connected in parallel maral ⁇ tet to the series circuit of the first electronic switching element 802 and the second electronic switching element 806.
  • electronic ⁇ control device of the power converter can be achieved ⁇ that between the first module terminal 812 and the second module terminal 815 either the voltage of the energy ⁇ memory 810 is output or none Voltage is output (ie a zero voltage is output).
  • the respective desired output voltage of the converter can be generated.
  • FIG. 9 shows a further exemplary embodiment of a module 900 of the multilevel converter.
  • This module 900 can be, for example, the module 1_1 of the first phase module 715 shown in FIG. 7 (or also of one of the other modules of the multilevel converter).
  • the first electronic switching element 802, second electronic switching element 806, the first free-wheeling diode 804, second free-wheeling diode 808 and energy storage device 810 includes the module 900 shown in Figure 9, a third electronic switch element 902 with an anti ⁇ parallel third free-wheeling diode 904 and a fourth electronic switching element 906 with a fourth antiparallel-connected freewheeling diode 908 on.
  • the third electronic switching element 902 and the fourth electronic switching element 906 are each configured as an IGBT.
  • the second connector module 915 is not electrically connected to the second electronic sound Tele ⁇ element 806, but with a center of an electrical series circuit comprising the third electronic switch element 902 and the fourth electronic
  • the module 900 of FIG. 9 is a so-called full-bridge module 900.
  • This full-bridge module 900 is characterized in that, with appropriate control of the four electronic switching elements, between the first (galvanic) module connection 812 and the second (galvanic) module terminal 915 either either the positive voltage of the energy storage 810, the negative voltage of the energy storage ⁇ chers 810 or a voltage of zero (zero voltage) can be output.
  • the polarity of the output voltage can thus be reversed by means of the full-bridge module 900.
  • the multilevel converter 700 can either have only half-bridge modules 800, only full-bridge modules 900 or also half-bridge modules 800 and full-bridge modules 900. We have described a DC transmission system and method for transmitting DC power that can be implemented quickly and with little effort.
  • the infrastructure available for the transmission of (high voltage) alternating current is advantageously used for the transmission of (medium-voltage) direct current (transmission of medium-voltage direct current to high-voltage alternating current infrastructure devices). This avoids complex approval procedures for the (new) construction of overhead lines.
  • the DC transmission or the DC transmission path can be ge ⁇ regulated and thereby a greater degree of utilization can be achieved.
  • a corresponding alternating current transmission and AC transmission link could (AC switchgear) to be operated only in a limited extent by means of power adjustment (FACTS Flexible AC Transmission Systems, PST Phase Shifting Transformers) Gere ⁇ gel or controlled.
  • Can voltage AC system due to the use of single-plane poles to accommodate two medium voltage direct current systems rather than a central one power increase he be enough ⁇ . Furthermore, it is possible to realize a high-availability medium-voltage DC bipole with return conductor instead of a less available medium-voltage AC system. Optionally, it is possible to rebuild the existing AC grid infrastructure, in particular for the transmission of volatile injected / required amounts of energy (infeeds / consumers) between adjacent medium-voltage networks / energy cells.
  • high-voltage AC transmission lines for 110 kV AC can be replaced by medium-voltage DC transmission lines for 50 kV DC (optional: reduction of mast heights, downsizing masts).
  • AC transmission links (or even medium-voltage AC transmission links) through medium voltage DC transmission links may increase transmission power and / or increase range

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gleichstrom-Übertragungssystem (1) mit mindestens einer Gleichstromleitung (9, 11) zum elektrischen Verbinden eines ersten Stromrichters (3) mit einem zweiten Stromrichter (5). Die Gleichstromleitung ist eine Gleichstrom-Freileitung (9, 11), die an Freileitungsmasten (301, 401, 501) befestigt ist, welche zum Tragen einer Wechselstrom-Freileitung dimensioniert und/oder aufgestellt worden sind.

Description

Beschreibung
Gleichstrom-ÜbertragungsSystem Die Erfindung betrifft ein Gleichstrom-Übertragungssystem mit mindestens einer Gleichstromleitung zum elektrischen Verbinden eines ersten Stromrichters mit einem zweiten Stromrichter. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Übertragen von Gleichstrom.
Aufgrund des steigenden Bedarfs an elektrischer Energie werden neue Strom-Übertragungssysteme benötigt. Durch die zuneh¬ mende Erzeugung von regenerativer elektrischer Energie mittels Windkraftanlagen, Solaranlagen o.a. tritt weiterhin ver- stärkt das Problem auf, dass der Ort der Erzeugung der elekt¬ rischen Energie und der Ort, an dem die elektrische Energie benötigt wird (Ort der Verbraucher) , räumlich weit auseinander liegen können. Daher werden zusätzliche neue Strom- Übertragungssysteme benötigt, um den erzeugten elektrischen Strom zum Verbraucher zu übertragen.
Insbesondere der Neubau von Freileitungsmasten mit Freilei¬ tungen zur Übertragung von elektrischer Energie wird in der öffentlichen Diskussion kritisch hinterfragt. Die dafür not- wendigen Planungs- und Genehmigungsverfahren sind aufwendig und können eine beträchtliche Zeit in Anspruch nehmen. Dies verzögert die Realisierung von neuen Strom- Übertragungssystemen . Aktuell werden Stromnetze entsprechend ihrer Bemessungsspan¬ nung in Höchstspannungsnetze (220kV/380kV) , Hochspannungsnet¬ ze (HOkV) und Mittelspannungsnetze (l-50kV) eingeteilt. Die Wahl der Bemessungsspannung richtet sich nach der zu übertragenden Strecke (Freileitung bzw. Kabel) sowie der zu übertra- genden Leistung (Scheinleistung MVA bzw. Wirkleistung MW) . Hierfür existiert bereits eine ausgereifte Infrastruktur (Freileitungsmasten im ländlichen/überregionalem Bereich, Kabelsysteme im urbanen/regionalen Bereich). Aufgrund der ein- fachen Transformierbarkeit wurde in der Vergangenheit vor¬ zugsweise Wechselspannung auf allen Spannungsebenen eingesetzt . Die Planungsebenen und Verfahren für den Bau von Höchstspan- nungsleitungen können wie folgt unterteilt werden:
- Bedarfsplanung:
- Szenariorahmen für die Netzentwicklungsplanung (§ 12 a EnWG)
- Netzentwicklungsplan (§ 12 b EnWG)
- Bundesbedarfsplan (§ 12 e EnWG) und Umweltprüfung
- Räumliche Planung (Korridore) :
- Bundesfachplanung (§ 4 ff NABEG) oder Raumordnungsverfahren (Bayerisches Landesplanungsgesetz (BayLplG) ggf. in Verbindung mit dem Raumordnungsgesetz (ROG) )
- Genehmigungsverfahren (Trassen) :
- Planfeststellung (§§ 43 ff EnWG oder §§ 18 ff NABEG)
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleichstrom- Übertragungssystem und ein Verfahren zum Übertragen von
Gleichstrom anzugeben, die schnell und mit geringem Aufwand realisiert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Gleich- strom-Übertragungssystem und durch ein Verfahren nach den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsformen des Gleichstrom-Übertragungssystems und des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Offenbart wird ein Gleichstrom-Übertragungssystem mit mindestens einer Gleichstromleitung zum elektrischen Verbinden eines ersten Stromrichters mit einem zweiten Stromrichter, wobei die Gleichstromleitung eine Gleichstrom-Freileitung ist, die an Freileitungsmasten befestigt ist, welche (ursprüng- lieh) zum Tragen einer (Hochspannungs- ) Wechselstrom- Freileitung dimensioniert und/oder aufgestellt worden sind. Dieses Gleichstrom-Übertragungssystem hat den Vorteil, dass keine neuen Freileitungsmasten entworfen und genehmigt werden müssen. Vielmehr werden für die Gleichstrom-Freileitung bereits bestehende Freileitungsmasten genutzt, die ursprünglich für eine Wechselstrom-Freileitung, insbesondere für eine Hochspannungs-Wechselstrom-Freileitung, dimensioniert, aufge- stellt und/oder genutzt worden sind. Für diese bestehenden Freileitungsmasten liegt bereits eine Genehmigung vor, da diese bereits früher ein entsprechendes Genehmigungsverfahren durchlaufen haben. Daher ist für die Nutzung dieser Freileitungsmasten für die Gleichstrom-Freileitung kein neues Geneh- migungsverfahren notwendig oder zumindest nur ein einge¬ schränktes und damit schnelleres und weniger aufwendiges Ge¬ nehmigungsverfahren (verglichen mit einem Genehmigungsverfahren für einen Neubau von Freileitungsmasten) . Daher lässt sich dieses Gleichstrom-Übertragungssystem vergleichsweise einfach und schnell realisieren. Die Gleichstromleitung verbindet den ersten Stromrichter mit dem zweiten Stromrichter. Dadurch kann elektrische Energie von dem ersten Stromrichter über die Gleichstromleitung zu dem zweiten Stromrichter (und umgekehrt) übertragen werden. Die Stromrichter können bei- spielsweise jeweils Gleichstrom in Wechselstrom oder Wechselstrom in Gleichstrom wandeln, so dass mittels des Gleichstrom-Übertragungssystems beispielsweise elektrische Energie von einem ersten Wechselstrom-Netz zu einem entfernt angeordneten zweiten Wechselstrom-Netz (oder von einer Wechselstrom- Quelle zu einem entfernt angeordneten Wechselstrom- Verbraucher) übertragen werden kann.
Bei der Energieübertragung mittels Gleichstrom bzw. Gleichspannung kann vorteilhafterweise bei gleicher Spannung (AC Effektivwert, DC Effektivwert) aufgrund des nicht vorhandenen Skin-Effekts eine günstigere Stromverteilung im Übertragungs¬ medium (Kabel, Freileitung) erreicht werden. Bei gegebener Grenztemperatur erreicht man höhere Stromstärken und damit höhere Übertragungsleistungen.
Bei der Energieübertragung mittels Gleichstrom entfallen die Umpolarisationseffekte und damit entfallen die Blindleis¬ tungsanteile. Bei gegebener Geometrie (Freileitungsseile, Freileitungsmasten, Kabel) entfällt der Anteil der parasitä¬ ren Kapazität bei der Bemessung der Übertragungsstrecke. Da¬ her ergeben sich größere mögliche Übertragungsstrecken. Beispielhafter Vergleich: 110 kV AC vs . 50 kV DC
Bei 110 kV AC können Leistungen zwischen 10-100 MW übertragen werden. Bei Umsetzung von 110 kV AC auf 50 kV DC können Leistungen bis zu 155 MW übertragen werden. Das Gleichstrom-Übertragungssystem kann so ausgestaltet sein, dass die Gleichstrom-Freileitung anstelle oder zusätzlich zu der Wechselstrom-Freileitung an den Freileitungsmasten befestigt ist. Wenn die Gleichstrom-Freileitung anstelle der Wechselstrom-Freileitung an den Freileitungsmasten befestigt ist, kann vorteilhafterweise ein Wechselstrom-Übertragungssystem durch ein Gleichstrom-Übertragungssystem ersetzt werden. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil bei längeren Über¬ tragungsstrecken die Gleichstromübertragung mit geringeren Verlusten möglich ist als die Wechselstromübertragung. Wenn die Gleichstrom-Freileitung zusätzlich zu der Wechselstrom- Freileitung an den Freileitungsmasten befestigt ist, lassen sich mit geringem Aufwand parallel ein Wechselstrom- Übertragungssystem und ein Gleichstrom-Übertragungssystem realisieren .
Das Gleichstrom-Übertragungssystem kann so ausgestaltet sein, dass das Gleichstrom-Übertragungssystem zum Übertragen von Gleichstrom bei Gleichspannungen zwischen 1 kV und 50 kV, insbesondere zwischen 10 kV und 50 kV, ausgelegt ist. Dieses Gleichstrom-Übertragungssystem ist dann ein Mittelspannungs- Gleichstrom-Übertragungssystem, wobei der Bereich der Mittelspannung von 1 kV - 50 kV, insbesondere von 10 kV bis 50 kV, abgedeckt ist. Die Gleichstrom-Freileitung ist dann eine Mit¬ telspannungs-Gleichstrom-Freileitung .
Das Gleichstrom-Übertragungssystem kann auch so ausgestaltet sein, dass die Gleichstrom-Freileitung (mindestens) ein flexibles Leiterseil aufweist. Dieses Leiterseil wird (ähnlich wie bei einer Hochspannungs-Wechselstrom-Freileitung) an den Freileitungsmasten befestigt.
Das Gleichstrom-Übertragungssystem kann so ausgestaltet sein, dass die Gleichstrom-Freileitung pro Längeneinheit eine Masse aufweist, die kleiner oder gleich der Masse der Wechselstrom- Freileitung ist. Insbesondere kann das Gleichstrom- Übertragungssystem so ausgestaltet sein, dass
das Leiterseil der Gleichstrom-Freileitung pro Längeneinheit eine Masse aufweist, die kleiner oder gleich der Masse eines Leiterseils der Wechselstrom-Freileitung ist. Dadurch kann die Gleichstrom-Freileitung relativ problemlos anstelle der Wechselstrom-Freileitung an den Freileitungsmasten befestigt und von diesen Freileitungsmasten getragen werden. Die
Gleichstrom-Freileitung kann auch dieselben oder gleichartige geometrische Abmessungen (zum Beispiel Durchmesser und/oder Länge) aufweisen wie die ursprünglich geplante Wechselstrom- Freileitung . Das Gleichstrom-Übertragungssystem kann so ausgestaltet sein, dass die Höhe der Freileitungsmasten reduziert ist gegenüber der ursprünglichen Höhe der für die (Hochspan- nungs- ) Wechselstrom-Freileitung dimensionierten Freileitungsmasten. Insbesondere bei einem Gleichstrom-Übertragungssystem für Mittelspannung sind aufgrund der gegenüber Hochspannung geringeren Spannung kleinere Isolationsanstände der Gleichstrom-Freileitung gegenüber dem Untergrund ausreichend. Daher kann die Höhe der Freileitungsmasten verringert werden, wodurch die Freileitungsmasten optisch weniger störend erschei- nen.
Das Gleichstrom-Übertragungssystem kann so ausgestaltet sein, dass der erste Stromrichter und/oder der zweite Stromrichter jeweils ein modularer Multilevelstromrichter ist. Mittels solcher modularer Multilevelstromrichter kann einfach und zuverlässig Wechselstrom in Gleichstrom (und umgekehrt) umge¬ wandelt werden. Das Gleichstrom-Übertragungssystem kann so ausgestaltet sein, dass der modulare Multilevelstromrichter eine Vielzahl von Modulen aufweist, wobei die Module jeweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente und einen elektrischen Energie- Speicher aufweisen. Durch Wahl einer entsprechenden Anzahl dieser Module kann der erste und/oder der zweite Stromrichter einfach an unterschiedliche Spannungshöhen angepasst (ska¬ liert) werden. Das Gleichstrom-Übertragungssystem kann dabei so ausgestaltet sein, dass
- die zwei elektronischen Schaltelemente der Module in einer Halbbrückenschaltung angeordnet sind, oder
- die Module jeweils die zwei elektronischen Schaltelemente und zwei weitere elektronische Schaltelemente aufweisen, wo¬ bei die zwei elektronischen Schaltelemente und die zwei wei¬ teren elektronischen Schaltelemente in einer Vollbrücken- schaltung angeordnet sind. Diese Module werden auch als Halb¬ brücken-Module oder als Vollbrücken-Module bezeichnet.
Offenbart wird weiterhin ein Verfahren zum Übertragen von Gleichstrom, bei dem der Gleichstrom von einem ersten Stromrichter zu einem zweiten Stromrichter übertragen wird mittels (mindestens) einer Gleichstrom-Freileitung, die an Freilei- tungsmasten befestigt ist, welche (ursprünglich) zum Tragen einer (Hochspannungs- ) Wechselstrom-Freileitung dimensioniert und/oder aufgestellt worden sind.
Das Verfahren kann so ablaufen, dass der Gleichstrom in die Gleichstrom-Freileitung eingespeist wird mittels des ersten Stromrichters, der als Gleichrichter arbeitet.
Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass nach der Übertragung durch die Gleichstrom-Freileitung der Gleichstrom in Wechselstrom gewandelt wird mittels des zweiten Stromrichters, der als Wechselrichter arbeitet. Das Verfahren kann so ablaufen, dass der Gleichstrom übertragen wird bei Gleichspannungen zwischen 1 kV und 50 kV, insbesondere zwischen 10 kV und 50 kV. Dieses Verfahren weist gleichartige Vorteile auf wie die oben im Zusammenhang mit dem Gleichstrom-Übertragungssystem genannten Vorteile.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen verweisen dabei auf gleiche oder gleichwirkende Elemente. Dazu ist in
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Gleichstrom-
Übertragungssystems, in
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gleich¬ strom-Übertragungssystems, in
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines Freileitungsmas- tes mit Gleichstrom-Freileitungen, in
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Frei¬ leitungsmastes mit Gleichstrom-Freileitungen, in
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Frei¬ leitungsmastes mit Gleichstrom-Freileitungen, in Figur 6 ein Ausführungsbeispiel einer Gleich¬ strom-Übertragungsstrecke mit mehreren Frei¬ leitungsmasten, in
Figur 7 ein Ausführungsbeispiel einer Stromrich¬ ters, in
Figur 8 ein Ausführungsbeispiel eines Moduls des
Stromrichters, und in Figur 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Moduls des Stromrichters dargestellt.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Gleichstrom- Übertragungssystems 1 dargestellt. Das Gleichstrom- Übertragungssystem 1 weist einen ersten Stromrichter 3, einen zweiten Stromrichter 5 und eine Gleichstrom- Übertragungsstrecke 7 auf. Die Gleichstrom- Übertragungsstre¬ cke 7 weist eine erste Gleichstromleitung 9 und eine zweite Gleichstromleitung 11 auf. Der erste Stromrichter 3 weist eine erste Wechselstromverbindung 15 auf, welche einen ersten Wechselstromanschluss 17, einen zweiten Wechselstromanschluss 19 und einen dritten Wechselstromanschluss 21 aufweist. Ein erster Gleichstromanschluss 25 des ersten Stromrichters 3 ist mit einem ersten Ende der ersten Gleichstromleitung 9 elektrisch verbunden, ein zweiter Gleichstromanschluss 28 des ers- ten Stromrichters 3 ist mit einem ersten Ende der zweiten Gleichstromleitung 11 elektrisch verbunden.
Der zweite Stromrichter 5 weist ebenfalls eine erste Wechsel¬ stromverbindung 31 auf, welche einen ersten Wechselstroman- schluss 34, einen zweiten Wechselstromanschluss 37 und einen dritten Wechselstromanschluss 40 aufweist. Ein erster Gleich¬ stromanschluss 43 des zweiten Stromrichters 5 ist mit einem zweiten Ende der ersten Gleichstromleitung 9 elektrisch verbunden, ein zweiter Gleichstromanschluss 46 des zweiten
Stromrichters 5 ist mit einem zweiten Ende der zweiten
Gleichstromleitung 11 elektrisch verbunden.
Die beiden Stromrichter 3 und 5 sind also gleichstromseitig mittels der ersten Gleichstromleitung 9 und der zweiten
Gleichstromleitung 11 elektrisch miteinander verbunden. Dabei ist die erste Gleichstromleitung 9 eine positive Gleichstromleitung 9 (DC+) ; die zweite Gleichstromleitung 11 ist eine negative Gleichstromleitung 11 (DC-) . Mittels eines derartigen Gleichstrom-Übertragungssystems 1 (Gleichstromübertragungsanlage 1) kann elektrische Energie über weite Entfernungen übertragen werden; die Gleichstrom- leitungen 9 und 11 weisen dann eine entsprechende Länge auf. In Figur 1 ist beispielhaft ein als symmetrischer Monopol ausgestaltetes Gleichstrom-Übertragungssystem 1 dargestellt. Mit diesem Gleichstrom-Übertragungssystem 1 kann Gleichstrom bei Gleichspannungen zwischen 1 kV und 50 kV, insbesondere zwischen 10 kV und 50 kV, übertragen werden. Diese Gleichspannungen decken den Bereich der Mittelspannung ab; es handelt sich um ein Mittelspannungs-Gleichstrom- Übertragungssystem 1. In dem Gleichstrom-Übertragungssystem 1 läuft folgendes Verfahren zum Übertragen von Gleichstrom ab. Der erste Stromrichter 3 arbeitet als ein Gleichrichter 3 und wandelt einen an seiner Wechselstromverbindung 15 anliegenden Wechselstrom in Gleichstrom um. Der Gleichstrom wird von dem ersten Strom- richter 3 in die Gleichstrom-Freileitungen 9, 11 eingespeist. Der Gleichstrom wird dann von den Gleichstrom-Freileitungen 9, 11 zu dem zweiten Stromrichter 5 übertragen. Der Gleichstrom wird also von dem ersten Stromrichter 3 über die
Gleichstrom-Freileitungen 9, 11 zu dem zweiten Stromrichter 5 übertragen. Die Gleichstrom-Freileitungen 9, 11 sind dabei an Freileitungsmasten befestigt, welche ursprünglich zum Tragen einer (Hochspannungs- ) Wechselstrom-Freileitung dimensioniert und/oder aufgestellt worden sind. Nach der Übertragung durch die Gleichstrom-Freileitungen 9, 11 wird der Gleichstrom in Wechselstrom gewandelt mittels des zweiten Stromrichters 5, der als ein Wechselrichter 5 arbeitet. Der erste Stromrichter 3 und der zweite Stromrichter 5 sind optional. Das Gleich¬ strom-Übertragungssystem 1 funktioniert auch ohne die beiden Stromrichter. Zum Beispiel könnte von anderen Einheiten
Gleichstrom in das Gleichstrom-Übertragungssystem 1 eingespeist bzw. aus dem Gleichstrom-Übertragungssystem 1 entnommen werden. In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gleich¬ strom-Übertragungssystems 201 dargestellt. Dieses Gleich¬ strom-Übertragungssystem 201 unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten Gleichstrom-Übertragungssystem 1 da- durch, dass die Gleichstrom-Übertragungsstrecke 7 zusätzlich zu der ersten Gleichstromleitung 9 und der zweiten Gleichstromleitung 11 eine dritte Gleichstromleitung 204 aufweist. Der erste Stromrichter 3 weist demensprechend einen dritten Gleichstromanschluss 208 auf; der zweite Stromrichter 5 weist einen dritten Gleichstromanschluss 212 auf. Das Gleichstrom- Übertragungssystem 201 ist ein Bipol-Gleichstrom- Übertragungssystem 201.
In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Freileitungsmas- tes 301 dargestellt. An dem Freileitungsmast 301 sind die erste Gleichstromleitung 9 und die zweite Gleichstromleitung 11 befestigt. Außerdem sind an dem Freileitungsmast 301 eine dritte Gleichstromleitung 305 und eine vierte Gleichstromlei¬ tung 306 befestigt. Die dritte Gleichstromleitung 305 und die vierte Gleichstromleitung 306 gehören im Ausführungsbeispiel zu einem weiteren Gleichstrom-Übertragungssystem, das gleichartig zu dem Gleichstrom-Übertragungssystem 1 der Figur 1 aufgebaut ist. Die erste Gleichstromleitung 9, die zweite Gleichstromleitung 11, die dritte Gleichstromleitung 305 und die vierte Gleich¬ stromleitung 306 sind dabei jeweils als eine Gleichstrom- Freileitung ausgestaltet. Die erste Gleichstrom-Freileitung 9, die zweite Gleichstrom-Freileitung 11, die dritte Gleich- strom-Freileitung 305 und die vierte Gleichstrom-Freileitung 306 sind jeweils mittels eines Isolators 310 an einer hori¬ zontal verlaufenden Tragstruktur 315 befestigt. Die beiden innenliegenden Gleichstromleitungen 11 und 306 sind dabei negative Gleichstromleitungen (DC-) ; die beiden außenliegenden Gleichstromleitungen 9 und 305 sind dabei positive Gleichstromleitungen (DC+) . Die horizontal verlaufende Tragstruktur 315 ist von einem vertikalen säulenartigen Ständer 318 getragen . Der Freileitungsmast 301 ist ein Einebenen-Freileitungsmast . Dieser Freileitungsmast kann die Gleichstrom-Freileitungen von zwei Gleichstrom-Übertragungssystemen aufnehmen (anstelle der Wechselstrom-Freileitungen nur eines Wechselstrom- Übertragungssystems) . Dadurch kann eine Erhöhung der übertra¬ genen Leistung erreicht werden.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Frei- leitungsmastes 401 dargestellt. Dieser Freileitungsmast 401 unterscheidet sich von dem Freileitungsmast 301 dadurch, dass eine der Gleichstromleitungen (hier: die vierte (negative) Gleichstromleitung 306) an der entgegengesetzten Seite der horizontal verlaufenden Tragstruktur 315 befestigt ist wie die übrigen 3 Gleichstromleitungen (hier: die erste Gleichstromleitung 9, die zweite Gleichstromleitung 11 und die dritte Gleichstromleitung 305) .
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Frei- leitungsmastes 501 dargestellt. An diesem Freileitungsmast
501 sind drei Gleichstrom-Freileitungen eines als Dipol aus¬ gestalteten Gleichstrom-Übertragungssystems befestigt. Im Ausführungsbeispiel sind das die erste Gleichstrom- Freileitung 9, die zweite Gleichstrom-Freileitung 11 und die dritte Gleichstrom-Freileitung 204 des Gleichstrom- Übertragungssystems 201 der Figur 2.
Mittels solcher Freileitungsmasten 501 kann ein hochverfügbares Gleichstrom-Übertragungssystem auf Basis eines Mittel- spannungs-Gleichstrom-Bipols mit Rückleiter aufgebaut werden (anstelle eines weniger verfügbaren Mittelspannungs- WechselstromübertragungsSystems ) .
In Figur 6 ist ein Ausführungsbeispiel von Gleichstrom- Freileitungen 9, 11 und 204 dargestellt, die an Freileitungs¬ masten 501 gemäß Figur 5 befestigt sind. Diese Gleichstrom¬ leitungen sind Bestandteil einer Gleichstrom- Übertragungsstrecke 601. Mit den Freileitungsmasten 301 gemäß Figur 3 oder mit den Freileitungsmasten 401 gemäß Figur 4 und den zugehörigen Gleichstrom-Freileitungen können gleichartige Gleichstrom-Übertragungsstrecken realisiert sein. In Figur 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines Stromrichters 700 dargestellt, der als erster Stromrichter 3 und/oder als zweiter Stromrichter 5 eingesetzt werden kann. Der Stromrichter 700 ist ein modularer Multilevelstromrichter 700 (modular multilevel Converter, MMC) . Der Multilevelstromrichter 700 weist den ersten Wechselstromanschluss 17, den zweiten Wech- selstromanschluss 19 und den dritten Wechselstromanschluss 21 auf. Der erste Wechselstromanschluss 17 ist elektrisch mit einem ersten Phasenmodulzweig 711 und einem zweiten Phasenmo¬ dulzweig 713 verbunden. Der erste Phasenmodulzweig 711 und der zweite Phasenmodulzweig 713 bilden ein erstes Phasenmodul 715 des Stromrichters 700. Das dem ersten Wechselstroman¬ schluss 17 abgewandte Ende des ersten Phasenmodulzweigs 711 ist mit dem ersten Gleichstromanschluss 25 elektrisch verbun¬ den; das dem ersten Wechselstromanschluss 17 abgewandte Ende des zweiten Phasenmodulzweigs 713 ist mit dem zweiten Gleich¬ stromanschluss 28 elektrisch verbunden. Der erste Gleichstromanschluss 25 ist ein positiver Gleichstromanschluss; der zweite Gleichstromanschluss 28 ist ein negativer Gleichstrom¬ anschluss .
Der zweite Wechselstromanschluss 19 ist mit einem Ende eines dritten Phasenmodulzweigs 718 und mit einem Ende eines vier¬ ten Phasenmodulzweigs 721 elektrisch verbunden. Der dritte Phasenmodulzweig 718 und der vierte Phasenmodulzweig 721 bil- den ein zweites Phasenmodul 724. Der dritte Wechselstromanschluss 21 ist mit einem Ende eines fünften Phasenmodulzweigs 727 und mit einem Ende eines sechsten Phasenmodulzweigs 729 elektrisch verbunden. Der fünfte Phasenmodulzweig 727 und der sechste Phasenmodulzweig 729 bilden ein drittes Phasenmodul 731.
Das dem zweiten Wechselstromanschluss 19 abgewandte Ende des dritten Phasenmodulzweigs 718 und das dem dritten Wechsel- stromanschluss 21 abgewandte Ende des fünften Phasenmodul- zweigs 727 sind mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 25 elektrisch verbunden. Das dem zweiten Wechselstromanschluss 19 abgewandte Ende des vierten Phasenmodulzweigs 721 und das dem dritten Wechselstromanschluss 21 abgewandte Ende des sechsten Phasenmodulzweigs 729 sind mit dem zweiten Gleich- stromanschluss 28 elektrisch verbunden. Der erste Phasenmodulzweig 711, der dritte Phasenmodulzweig 718 und der fünf¬ te Phasenmodulzweig 727 bilden ein positivseitiges Stromrich- terteil 732; der zweite Phasenmodulzweig 713, der vierte Pha¬ senmodulzweig 721 und der sechste Phasenmodulzweig 729 bilden ein negativseitiges Stromrichterteil 733.
Der erste Wechselstromanschluss 17, der zweite Wechselstrom- anschluss 19 und der dritte Wechselstromanschluss 21 können elektrisch verbunden sein mit einem Wechselstrom- Energieübertragungsnetz (nicht dargestellt) .
Jeder Phasenmodulzweig weist eine Mehrzahl von Modulen (1_1 ... l_n; 2_1 ... 2_n; usw.) auf, welche (mittels ihrer galvanischen Stromanschlüsse) elektrisch in Reihe geschaltet sind. Solche Module werden auch als Submodule bezeichnet. Im Ausführungs¬ beispiel der Figur 1 weist jeder Phasenmodulzweig n Module auf. Die Anzahl der mittels ihrer galvanischen Stromanschlüs- se elektrisch in Reihe geschalteten Module kann sehr verschieden sein, mindestens sind zwei Module in Reihe geschal¬ tet, es können aber auch beispielsweise 5, 50, 100 oder mehr Module elektrisch in Reihe geschaltet sein. Im Ausführungs¬ beispiel ist n = 36: der erste Phasenmodulzweig 711 weist al- so 36 Module 1_1, 1_2, 1_3, ... 1_36 auf. Die anderen Phasenmo- dulzweige 713, 718, 721, 727 und 729 sind gleichartig aufge¬ baut .
Von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung des Strom- richters 700 werden optische Nachrichten beziehungsweise op¬ tische Signale über eine optische Kommunikationsverbindung (zum Beispiel über einen Lichtwellenleiter) zu den einzelnen Modulen 1 1 bis 6_n übertragen. Beispielsweise sendet die Steuereinrichtung an die einzelnen Module jeweils einen Sollwert zur Höhe der Ausgangsspannung, die das jeweilige Modul bereitstellen soll. In Figur 8 ist ein Ausführungsbeispiel eines Moduls 800 des Multilevelstromrichters 700 dargestellt. Dabei kann es sich beispielsweise um eines der Module der in der Figur 7 darge¬ stellten Phasenmodule handeln. Das Modul 800 ist als ein Halbbrücken-Modul 800 ausgestaltet. Das Modul 800 weist ein erstes (abschaltbares) elektronisches Schaltelement 802 (erstes abschaltbares Halbleiterventil 802) mit einer ersten antiparallel geschalteten Diode 804 auf. Weiterhin weist das Modul 800 ein zweites (abschaltbares) elektronisches Schaltelement 806 (zweites abschaltbares Halb¬ leiterventil 806) mit einer zweiten antiparallel geschalteten Diode 808 sowie einen elektrischen Energiespeicher 810 in Form eines Kondensators 810 auf. Das erste elektronische Schaltelement 802 und das zweite elektronische Schaltelement 806 sind jeweils als ein IGBT ( insulated-gate bipolar tran- sistor) ausgestaltet. Das erste elektronische Schaltelement 802 ist elektrisch in Reihe geschaltet mit dem zweiten elekt¬ ronischen Schaltelement 806. Am Verbindungspunkt zwischen den beiden elektronischen Schaltelementen 802 und 806 ist ein erster galvanischer Modulanschluss 812 angeordnet. An dem An- schluss des zweiten elektronischen Schaltelements 806, wel¬ cher dem Verbindungspunkt gegenüberliegt, ist ein zweiter galvanischer Modulanschluss 815 angeordnet. Der zweite Modul¬ anschluss 815 ist weiterhin mit einem ersten Anschluss des Energiespeichers 810 elektrisch verbunden; ein zweiter Anschluss des Energiespeichers 810 ist elektrisch verbunden mit dem Anschluss des ersten elektronischen Schaltelements 802, der dem Verbindungspunkt gegenüberliegt. Der Energiespeicher 810 ist also elektrisch parallel geschal¬ tet zu der Reihenschaltung aus dem ersten elektronischen Schaltelement 802 und dem zweiten elektronischen Schaltelement 806. Durch entsprechende Ansteuerung des ersten elektro- nischen Schaltelements 802 und des zweiten elektronischen Schaltelements 806 durch die (nicht dargestellte) elektroni¬ sche Steuereinrichtung des Stromrichters kann erreicht wer¬ den, dass zwischen dem ersten Modulanschluss 812 und dem zweiten Modulanschluss 815 entweder die Spannung des Energie¬ speichers 810 ausgegeben wird oder keine Spannung ausgegeben wird (d.h. eine Nullspannung ausgegeben wird) . Durch Zusammenwirken der Module der einzelnen Phasenmodulzweige kann so die jeweils gewünschte Ausgangsspannung des Stromrichters er- zeugt werden.
In Figur 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Moduls 900 des Multilevelstromrichters dargestellt. Bei diesem Modul 900 kann es sich beispielsweise um das Modul 1_1 des in Figur 7 dargestellten ersten Phasenmoduls 715 (oder auch um eines der anderen Module des Multilevelstromrichters) handeln. Ne¬ ben den bereits aus Figur 8 bekannten ersten elektronischen Schaltelement 802, zweiten elektronischen Schaltelement 806, erster Freilaufdiode 804, zweiter Freilaufdiode 808 und Ener- giespeicher 810 weist das in Figur 9 dargestellte Modul 900 ein drittes elektronisches Schaltelement 902 mit einer anti¬ parallel geschalteten dritten Freilaufiode 904 sowie ein viertes elektronisches Schaltelement 906 mit einer vierten antiparallel geschalteten Freilaufdiode 908 auf. Das dritte elektronische Schaltelement 902 und das vierte elektronische Schaltelement 906 sind jeweils als ein IGBT ausgestaltet. Im Unterschied zur Schaltung der Figur 8 ist der zweite Modulanschluss 915 nicht mit dem zweiten elektronischen Schaltele¬ ment 806 elektrisch verbunden, sondern mit einem Mittelpunkt einer elektrischen Reihenschaltung aus dem dritten elektronischen Schaltelement 902 und dem vierten elektronischen
Schaltelement 906.
Das Modul 900 der Figur 9 ist ein sogenanntes Vollbrücken- Modul 900. Dieses Vollbrücken-Modul 900 zeichnet sich dadurch aus, dass bei entsprechender Ansteuerung der vier elektronischen Schaltelemente zwischen dem ersten (galvanischen) Modulanschluss 812 und dem zweiten (galvanischen) Modulan- schluss 915 wahlweise entweder die positive Spannung des Energiespeichers 810, die negative Spannung des Energiespei¬ chers 810 oder eine Spannung des Wertes Null (Nullspannung) ausgegeben werden kann. Somit kann also mittels des Vollbrü- ckenmoduls 900 die Polarität der Ausgangsspannung umgekehrt werden. Der Multilevelstromrichter 700 kann entweder nur Halbbrücken-Module 800, nur Vollbrücken-Module 900 oder auch Halbbrücken-Module 800 und Vollbrücken-Module 900 aufweisen. Es wurde ein Gleichstrom-Übertragungssystem und ein Verfahren zum Übertragen von Gleichstrom beschrieben, die die schnell und mit geringem Aufwand realisiert werden können.
Dabei wird vorteilhafterweise die zur Übertragung von (Hoch- spannungs- ) Wechselstrom vorhandene Infrastruktur zur Übertragung von (Mittelspannungs- ) Gleichstrom genutzt (Übertragung von Mittelspannungs-Gleichstrom auf Hochspannungs- Wechselstrom-Infrastruktureinrichtungen) . Damit werden aufwendige Genehmigungsverfahrens zum (Neu-) Bau von Freileitun- gen vermieden.
Es kann eine geregelte Übertragung von Energie auf Mittel¬ spannungsebene erfolgen (anstelle einer gesteuerten Übertra¬ gung von Energie auf Hochspannungsebene) . Die Gleichstrom- Übertragung bzw. die Gleichstromübertragungsstrecke kann ge¬ regelt werden und dadurch ein größerer Ausnutzungsgrad erreicht werden. Eine entsprechende Wechselstromübertragung bzw. Wechselstromübertragungsstrecke könnte nur in begrenztem Umfang durch Blindleistungsverstellung (FACTS Flexible AC Transmission Systems, PST Phase Shifting Transformers) gere¬ gelt oder gesteuert (AC Schaltanlagen) betrieben werden.
Aufgrund der Nutzung von Einebenenmasten zur Aufnahme von zwei Mittelspannungsgleichstromsystemen anstatt eines Mittel- spannungswechselstromsystems kann eine Leistungserhöhung er¬ reicht werden. Weiterhin ist es möglich, einen hochverfügbaren Mittelspan- nungsgleichstrom-Bipol mit Rückleiter zu realisieren anstatt eines weniger verfügbaren Mittelspannungswechselstromsystems . Optional ist es möglich, die vorhandene Wechselstrom- Netzinfrastruktur umzubauen, insbesondere zur Übertragung von volatilen eingespeisten/benötigten Energiemengen (Einspeisun- gen/Verbraucher) zwischen benachbarten Mittelspannungsnetzen/Energiezellen.
Dabei können Hochspannungs-Wechselstromübertragungsstrecken für 110 kV AC ersetzt werden durch Mittelspannungs- Gleichstromübertragungsstrecken für 50 kV DC (optional: Reduzierung Masthöhen, Downsizing Masten) .
Durch einen Ersatz von Hochspannungs-
Wechselstromübertragungsstrecken (oder auch von Mittelspan- nungs-Wechselstromübertragungsstrecken) durch Mittelspan- nungs-Gleichstromübertragungsstrecken kann eine Erhöhung der Übertragungsleistung und/oder eine Erhöhung der Reichweite
(insbesondere eine Verlängerung der Übertragungsstrecken) erreicht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Gleichstrom-Übertragungssystem (1) mit mindestens einer Gleichstromleitung (9, 11) zum elektrischen Verbinden eines ersten Stromrichters (3) mit einem zweiten Stromrichter (5) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Gleichstromleitung eine Gleichstrom-Freileitung (9, 11) ist, die an Freileitungsmasten (301, 401, 501) befestigt ist, welche zum Tragen einer Wechselstrom-Freileitung dimensio- niert und/oder aufgestellt worden sind.
2. Gleichstrom-Übertragungssystem nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Gleichstrom-Freileitung (9, 11) anstelle oder zusätz- lieh zu der Wechselstrom-Freileitung an den Freileitungsmasten (301, 401, 501) befestigt ist.
3. Gleichstrom-Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Gleichstrom-Übertragungssystem (1) zum Übertragen von Gleichstrom bei Gleichspannungen zwischen 1 kV und 50 kV, insbesondere zwischen 10 kV und 50 kV, ausgelegt ist.
4. Gleichstrom-Übertragungssystem nach einem der vorhergehen- den Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Gleichstrom-Freileitung (9, 11) ein Leiterseil aufweist.
5. Gleichstrom-Übertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Gleichstrom-Freileitung (9, 11) pro Längeneinheit eine Masse aufweist, die kleiner oder gleich der Masse der Wech- selstrom-Freileitung ist.
6. Gleichstrom-Übertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Höhe der Freileitungsmasten (301, 401, 501) reduziert ist gegenüber der ursprünglichen Höhe der für die Wechselstrom-Freileitung dimensionierten Freileitungsmasten.
7. Gleichstrom-Übertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der erste Stromrichter (3) und/oder der zweite Stromrichter (5) jeweils ein modularer Multilevelstromrichter (700) ist.
8. Gleichstrom-Übertragungssystem nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der modulare Multilevelstromrichter (700) eine Vielzahl von Modulen (1_1 ... 6_n) aufweist, wobei die Module jeweils min¬ destens zwei elektronische Schaltelemente (802, 806) und ei¬ nen elektrischen Energiespeicher (810) aufweisen.
9. Gleichstrom-Übertragungssystem nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die zwei elektronischen Schaltelemente (802, 806) der Modu¬ le in einer Halbbrückenschaltung angeordnet sind, oder
- die Module jeweils die zwei elektronischen Schaltelemente (802, 806) und zwei weitere elektronische Schaltelemente (902, 906) aufweisen, wobei die zwei elektronischen Schaltelemente (802, 806) und die zwei weiteren elektronischen Schaltelemente (902, 906) in einer Vollbrückenschaltung angeordnet sind.
10. Verfahren zum Übertragen von Gleichstrom, bei dem der
Gleichstrom von einem ersten Stromrichter (3) zu einem zweiten Stromrichter (5) übertragen wird mittels einer Gleichstrom-Freileitung (9, 11), die an Freileitungsmasten (301, 401, 501) befestigt ist, welche zum Tragen einer Wechsel- strom-Freileitung dimensioniert und/oder aufgestellt worden sind .
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der Gleichstrom in die Gleichstrom-Freileitung (9, 11) ein gespeist wird mittels des ersten Stromrichters (3) , der als Gleichrichter (3) arbeitet.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- nach der Übertragung durch die Gleichstrom-Freileitung (9, 11) der Gleichstrom in Wechselstrom gewandelt wird mittels des zweiten Stromrichters (5) , der als Wechselrichter (5) ar beitet .
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der Gleichstrom übertragen wird bei Gleichspannungen zwischen 1 kV und 50 kV, insbesondere zwischen 10 kV und 50 kV.
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