60 resultados para HVDC
Resumo:
Sowohl die Ressourcenproblematik als auch die drohenden Ausmaße der Klimaänderung lassen einen Umstieg auf andere Energiequellen langfristig unausweichlich erscheinen und mittelfristig als dringend geboten. Unabhängig von der Frage, auf welchem Niveau sich der Energiebedarf stabilisieren lässt, bleibt dabei zu klären, welche Möglichkeiten sich aus technischer und wirtschaftlicher Sicht in Zukunft zur Deckung unseres Energiebedarfs anbieten. Eine aussichtsreiche Option besteht in der Nutzung regenerativer Energien in ihrer ganzen Vielfalt. Die Arbeit "Szenarien zur zukünftigen Stromversorgung, kostenoptimierte Variationen zur Versorgung Europas und seiner Nachbarn mit Strom aus erneuerbaren Energien" konzentriert sich mit der Stromversorgung auf einen Teilaspekt der Energieversorgung, der zunehmend an Wichtigkeit gewinnt und als ein Schlüssel zur nachhaltigen Energieversorgung interpretiert werden kann. Die Stromversorgung ist heute weltweit für etwa die Hälfte des anthropogenen CO2-Ausstoßes verantwortlich. In dieser Arbeit wurden anhand verschiedener Szenarien Möglichkeiten einer weitgehend CO2–neutralen Stromversorgung für Europa und seine nähere Umgebung untersucht, wobei das Szenariogebiet etwa 1,1 Mrd. Einwohner und einen Stromverbrauch von knapp 4000 TWh/a umfasst. Dabei wurde untersucht, wie die Stromversorgung aufgebaut sein sollte, damit sie möglichst kostengünstig verwirklicht werden kann. Diese Frage wurde beispielsweise für Szenarien untersucht, in denen ausschließlich heute marktverfügbare Techniken berücksichtigt wurden. Auch der Einfluss der Nutzung einiger neuer Technologien, die bisher noch in Entwicklung sind, auf die optimale Gestaltung der Stromversorgung, wurde anhand einiger Beispiele untersucht. Die Konzeption der zukünftigen Stromversorgung sollte dabei nach Möglichkeit objektiven Kriterien gehorchen, die auch die Vergleichbarkeit verschiedener Versorgungsansätze gewährleisten. Dafür wurde ein Optimierungsansatz gewählt, mit dessen Hilfe sowohl bei der Konfiguration als auch beim rechnerischen Betrieb des Stromversorgungssystems weitgehend auf subjektive Entscheidungsprozesse verzichtet werden kann. Die Optimierung hatte zum Ziel, für die definierte möglichst realitätsnahe Versorgungsaufgabe den idealen Kraftwerks- und Leitungspark zu bestimmen, der eine kostenoptimale Stromversorgung gewährleistet. Als Erzeugungsoptionen werden dabei u.a. die Nutzung Regenerativer Energien durch Wasserkraftwerke, Windenergiekonverter, Fallwindkraftwerke, Biomassekraftwerke sowie solare und geothermische Kraftwerke berücksichtigt. Abhängig von den gewählten Randbedingungen ergaben sich dabei unterschiedliche Szenarien. Das Ziel der Arbeit war, mit Hilfe unterschiedlicher Szenarien eine breite Basis als Entscheidungsgrundlage für zukünftige politische Weichenstellungen zu schaffen. Die Szenarien zeigen Optionen für eine zukünftige Gestaltung der Stromversorgung auf, machen Auswirkungen verschiedener – auch politischer – Rahmenbedingungen deutlich und stellen so die geforderte Entscheidungsgrundlage bereit. Als Grundlage für die Erstellung der Szenarien mussten die verschiedenen Potentiale erneuerbarer Energien in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung ermittelt werden, mit denen es erstmals möglich war, die Fragen einer großräumigen regenerativen Stromversorgung ohne ungesicherte Annahmen anhand einer verlässlichen Datengrundlage anzugehen. Auch die Charakteristika der verschiedensten Energiewandlungs- und Transportsysteme mussten studiert werden und sind wie deren Kosten und die verschiedenen Potentiale in der vorliegenden Arbeit ausführlich diskutiert. Als Ausgangsszenario und Bezugspunkt dient ein konservatives Grundszenario. Hierbei handelt es sich um ein Szenario für eine Stromversorgung unter ausschließlicher Nutzung erneuerbarer Energien, die wiederum ausschließlich auf heute bereits entwickelte Technologien zurückgreift und dabei für alle Komponenten die heutigen Kosten zugrundelegt. Dieses Grundszenario ist dementsprechend auch als eine Art konservative Worst-Case-Abschätzung für unsere Zukunftsoptionen bei der regenerativen Stromversorgung zu verstehen. Als Ergebnis der Optimierung basiert die Stromversorgung beim Grundszenario zum größten Teil auf der Stromproduktion aus Windkraft. Biomasse und schon heute bestehende Wasserkraft übernehmen den überwiegenden Teil der Backup-Aufgaben innerhalb des – mit leistungsstarker HGÜ (Hochspannungs–Gleichstrom–Übertragung) verknüpften – Stromversorgungsgebiets. Die Stromgestehungskosten liegen mit 4,65 €ct / kWh sehr nahe am heute Üblichen. Sie liegen niedriger als die heutigen Preisen an der Strombörse. In allen Szenarien – außer relativ teuren, restriktiv ”dezentralen” unter Ausschluss großräumig länderübergreifenden Stromtransports – spielt der Stromtransport eine wichtige Rolle. Er wird genutzt, um Ausgleichseffekte bei der dargebotsabhängigen Stromproduktion aus erneuerbaren Quellen zu realisieren, gute kostengünstige Potentiale nutzbar zu machen und um die Speicherwasserkraft sowie die dezentral genutzte Biomasse mit ihrer Speicherfähigkeit für großräumige Backup-Aufgaben zu erschließen. Damit erweist sich der Stromtransport als einer der Schlüssel zu einer kostengünstigen Stromversorgung. Dies wiederum kann als Handlungsempfehlung bei politischen Weichenstellungen interpretiert werden, die demnach gezielt auf internationale Kooperation im Bereich der Nutzung erneuerbarer Energien setzen und insbesondere den großräumigen Stromtransport mit einbeziehen sollten. Die Szenarien stellen detaillierte und verlässliche Grundlagen für wichtige politische und technologische Zukunftsentscheidungen zur Verfügung. Sie zeigen, dass bei internationaler Kooperation selbst bei konservativen Annahmen eine rein regenerative Stromversorgung möglich ist, die wirtschaftlich ohne Probleme zu realisieren wäre und verweisen den Handlungsbedarf in den Bereich der Politik. Eine wesentliche Aufgabe der Politik läge darin, die internationale Kooperation zu organisieren und Instrumente für eine Umgestaltung der Stromversorgung zu entwickeln. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass nicht nur ein sinnvoller Weg zu einer CO2–neutralen Stromversorgung beschritten würde, sondern sich darüber hinaus ausgezeichnete Entwicklungsperspektiven für die ärmeren Nachbarstaaten der EU und Europas eröffnen.
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The capacitor-commutated converter (CCC) has frequently been used in the conception of HVDC systems connected to busbars with low short circuit level. This alternative arrangement, in substitution to the conventional ones, guarantees less sensitive operational conditions to problems related with the commutation failure in the inverters besides supplying part of the reactive energy to be compensated. Studies related with its performance in steady and transient states have been presented in several works, however its behavior as harmonic source is still little explored. This work presents preliminary studies focusing the generation of characteristic harmonics by this type of converter. Subjects related with the amplification of the harmonic magnitudes are investigated and compared considering similar arrangements of conventional static converters (LCC) and CCC schemes. It is also analyzed the harmonic generation on the dc side of the installation and its influence on the ac side harmonics. The results are obtained from simulations in the time domain in PSpice environment and they clearly illustrate the operational differences between the L CC and the CCC schemes with regard to characteristic harmonic generation.
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This paper deals with results of a research and development (R&D) project in cooperation with Electric Power Distribution Company in São Paulo (Brazil) regarding the development and experimental analysis of a new concept of power drive system suitable for application in traction systems of electrical vehicles pulled by electrical motors, which can be powered by urban DC or AC distribution networks. The proposed front-end structure is composed by five boost power cells in interleaving connection, operating in discontinuous conduction mode as AC-DC converter, or as DC-DC converter, in order to provide the proper DC output voltage range required by DC or AC adjustable speed drivers. Therefore, when supplied by single-phase AC distribution networks, and operating as AC-DC converter, it is capable to provide high power factor, reduced harmonic distortion in the input current, complying with the restrictions imposed by the IEC 61000-3-4 standards resulting in significant improvements for the trolleybuses systems efficiency and for the urban distribution network costs. Considering the compliance with input current restrictions imposed by IEC 61000-3-4 standards, two digital control strategies were evaluated. The digital controller has been implemented using a low cost FPGA (XC3S200) and developed totally using a hardware description language VHDL and fixed point arithmetic. Experimental results from a 15 kW low power scale prototype operating in DC and AC conditions are presented, in order to verify the feasibility and performance of the proposed system. © 2009 IEEE.
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This paper deals with the usage of interactive simulations tools to serve as an oriented design tool for the lectures and laboratory experiments in the power electronics courses. A dynamic and interactive visualization of simulations for idealized converters in steady state are provided by the proposed educational tools, allowing students to acquire qualification in non-isolated DC-DC converters, without previous circuitry knowledge, either without the usage of sophisticated simulation packages. The interaction with proposed simulation tools can be accomplished by student using direct or graphic mode. In direct mode the parameters related with the design of converter can be inserted simply editing default values presented in textboxes, while in the graphic mode students interact indirectly with design information by manipulating visual widgets. In order to corroborate the proposed interactive simulation tools, comparisons of results from buck-boost and boost converters on proposed tools and a well-known simulator package with those on experimental evaluation from laboratory classes were presented. © 2009 IEEE.
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This paper describes the design and development of a high input power-factor (HPF) AC to AC converter for naval applications using Permanent Magnet Generator (PMG). The proposed converter comprises an isolated three-phase uncontrolled multipulse rectification stage directly connected to a single-phase inverter stage, without the use of DC to DC intermediary stage, resulting in more simplicity for the overall circuitry, assuring robustness, reliability and reduced costs. Furthermore, the multipulse rectifier stage is capable to provide high power factor and input currents with low total harmonic distortion (THD). The output voltage of the PMG varies from 260V rms (220 Hz) to 380V rms (360 Hz), depending on load conditions. The output single-phase inverter stage was designed to operate with wide range of DC bus voltage, maintaining 120V rms, 60 Hz output. Measured total harmonic distortion for the AC output voltage represents less than 2%, at 3.6kW nominal linear load. © 2010 IEEE.
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This paper presents a control method for a class of continuous-time switched systems, using state feedback variable structure controllers. The method is applied to the control of a two-cell dc-dc buck converter and a control circuit design using the software PSpice is proposed. The design is based on Lyapunov-Metzler-SPR systems and the performance of the resulting control system is superior to that afforded by a recently-proposed alternative sliding-mode control technique. The dc-dc power converters are very used in industrial applications, for instance, in power systems of hybrid electric vehicles and aircrafts. Good results were obtained and the proposed design is also inexpensive because it uses electric components that can be easily found for the hardware implementation. Future researches on the subject include the hardware validation of the dc-dc converter controller and the robust control design of switched systems, with structural failures. © 2011 IEEE.
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After the development of power electronics converters, the number of transformers subjected to non-sinusoidal stresses (including DC) has increased in applications such as HVDC links and traction (electric train power cars). The effects of non-sinusoidal voltages on transformer insulation have been investigated by many researchers, but still now, there are some issues that must be understood. Some of those issues are tackled in this Thesis, studying PD phenomena behavior in Kraft paper, pressboard and mineral oil at different voltage conditions like AC, DC, AC+DC, notched AC and square waveforms. From the point of view of converter transformers, it was found that the combined effect of AC and DC voltages produces higher stresses in the pressboard that those that are present under pure DC voltages. The electrical conductivity of the dielectric systems in DC and AC+DC conditions has demonstrated to be a critical parameter, so, its measurement and analysis was also taken into account during all the experiments. Regarding notched voltages, the RMS reduction caused by notches (depending on firing and overlap angles) seems to increase the PDIV. However, the experimental results show that once PD activity has incepted, the notches increase PD repetition rate and magnitude, producing a higher degradation rate of paper. On the other hand, the reduction of mineral oil stocks, their relatively low flash point as well as environmental issues, are factors that are pushing towards the use of esters as transformer insulating fluids. This PhD Thesis also covers the study of two different esters with the scope to validate their use in traction transformers. Mineral oil was used as benchmark. The complete set of dielectric tests performed in the three fluids, show that esters behave better than mineral oil in practically all the investigated conditions, so, their application in traction transformers is possible and encouraged.
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L’evoluzione dei componenti elettronici di potenza ed il conseguente sviluppo dei convertitori statici dell’energia elettrica hanno consentito di ottenere un’elevata efficienza energetica, sia nell’ambito degli azionamenti elettrici, sia nell’ambito della trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica. L’efficienza energetica è una questione molto importante nell’attuale contesto storico, in quanto si sta facendo fronte ad una elevatissima richiesta di energia, sfruttando prevalentemente fonti di energia non rinnovabili. L’introduzione dei convertitori statici ha reso possibile un notevolissimo incremento dello sfruttamento delle fonti di energia rinnovabili: si pensi ad esempio agli inverter per impianti fotovoltaici o ai convertitori back to back per applicazioni eoliche. All’aumentare della potenza di un convertitore aumenta la sua tensione di esercizio: le limitazioni della tensione sopportabile dagli IGBT, che sono i componenti elettronici di potenza di più largo impiego nei convertitori statici, rendono necessarie modifiche strutturali per i convertitori nei casi in cui la tensione superi determinati valori. Tipicamente in media ed alta tensione si impiegano strutture multilivello. Esistono più tipi di configurazioni multilivello: nel presente lavoro è stato fatto un confronto tra le varie strutture esistenti e sono state valutate le possibilità offerte dall’architettura innovativa Modular Multilevel Converter, nota come MMC. Attualmente le strutture più diffuse sono la Diode Clamped e la Cascaded. La prima non è modulare, in quanto richiede un’apposita progettazione in relazione al numero di livelli di tensione. La seconda è modulare, ma richiede alimentazioni separate e indipendenti per ogni modulo. La struttura MMC è modulare e necessita di un’unica alimentazione per il bus DC, ma la presenza dei condensatori richiede particolare attenzione in fase di progettazione della tecnica di controllo, analogamente al caso del Diode Clamped. Un esempio di possibile utilizzo del convertitore MMC riguarda le trasmissioni HVDC, alle quali si sta dedicando un crescente interesse negli ultimi anni.
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This thesis describes an investigation of methods by which both repetitive and non-repetitive electrical transients in an HVDC converter station may be controlled for minimum overall cost. Several methods of inrush control are proposed and studied. The preferred method, whose development is reported in this thesis, would utilize two magnetic materials, one of which is assumed to be lossless and the other has controlled eddy-current losses. Mathematical studies are performed to assess the optimum characteristics of these materials, such that inrush current is suitably controlled for a minimum saturation flux requirement. Subsequent evaluation of the cost of hardware and capitalized losses of the proposed inrush control, indicate that a cost reduction of approximately 50% is achieved, in comparison with the inrush control hardware for the Sellindge converter station. Further mathematical studies are carried out to prove the adequacy of the proposed inrush control characteristics for controlling voltage and current transients during both repetitive and non-repetitive operating conditions. The results of these proving studies indicate that no change in the proposed characteristics is required to ensure that integrity of the thyristors is maintained.
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The multiterminal dc wind farm is a promising topology with a voltage-source inverter (VSI) connection at the onshore grid. Voltage-source converters (VSCs) are robust to ac-side fault conditions. However, they are vulnerable to dc faults on the dc side of the converter. This paper analyzes dc faults, their transients, and the resulting protection issues. Overcurrent faults are analyzed in detail and provide an insight into protection system design. The radial wind farm topology with star or string connection is considered. The outcomes may be applicable for VSCs in the multi-VSC dc wind farm collection grid and VSC-based high-voltage direct current (HVDC) offshore transmission systems.
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Power system simulation software is a useful tool for teaching the fundamentals of power system design and operation. However, existing commercial packages are not ideal for teaching work-based students because of high-cost, complexity of the software and licensing restrictions. This paper describes a set of power systems libraries that have been developed for use with the free, student-edition of a Micro-Cap Spice that overcomes these problems. In addition, these libraries are easily adapted to include power electronic converter based components into the simulation, such as HVDC, FACTS and smart-grid devices, as well as advanced system control functions. These types of technology are set to become more widespread throughout existing power networks, and their inclusion into a power engineering degree course is therefore becoming increasingly important.
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This project is funded by European Research Council in FP7; grant no 259328, 2010 and EPSRC grant no EP/K006428/1, 2013.
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This project is funded by European Research Council in FP7; grant no 259328, 2010 and EPSRC grant no EP/K006428/1, 2013.
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Software deployment, eller mjukvarudistribution översatt till svenska kan ses som processen där alla aktiviteter ingår för att göra en mjukvara tillgänglig för användare utan en manuell installation på användarens dator eller annan maskin. Det finns ett flertal software deployment-verktyg, som hanterar automatiska installationer, tillgängliga för företag på marknaden idag. Avdelningen HVDC på ABB i Ludvika har behov att börja använda ett verktyg för automatiserade installationer av mjukvaror då installationer idag utförs manuellt och är tidsödande. Som Microsoftpartners vill ABB se hur Microsofts verktyg för mjukvarudistribution skulle kunna hjälpa för detta behov. Vår studie syftade till att undersöka hur arbetet med installationer av mjukvara ser ut idag, samt hitta förbättringsmöjligheter för installationer som inte kan automatiseras i nuläget. I studien ingick även att ta fram ett generellt ramverk för hur verksamheter kan gå tillväga när de vill börja använda sig utav software deployment-verktyg. I ramverket ingår en utformad kravspecifikation som ska utvärderas mot Microsofts verktyg. För att skapa en uppfattning om hur arbetet i verksamheten ser ut idag har vi utfört enkätundersökning och intervjuer med personal på HVDC. För att utveckla ett ramverk har vi använt oss av insamlade data från de intervjuer, enkätundersökning och gruppintervju som utförts, detta för att identifiera krav och önskemål från personalen hos ett software deployment-verktyg. Litteraturstudier utfördes för att skapa en teoretisk referensram att utgå ifrån vid utvecklande av ramverket och kravspecifikationen. Studien har resulterat i en beskrivning av software deployment, förbättringsmöjligheter i arbetet med installationer av mjukvara samt ett generellt ramverk som beskriver hur verksamheter kan gå tillväga när de ska börja använda ett software deployment-verktyg. Ramverket innehåller också en kravspecifikation som använts för att utvärdera Microsofts verktyg för mjukvarudistribution. I vår studie har vi inte sett att någon tidigare har tagit fram ett generellt ramverk och kravspecifikation som verksamheter kan använda sig av som underlag när de ska börja använda ett software deployment-verktyg. Vårt resultat av studien kan täcka upp detta kunskapsgap.
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DCDC transformadore erresonante isolatu baten prototipoaren fabrikazioa
