Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Fehlers, insbesondere eines Zwischensystemfehlers, zwischen einem Wechsel- ström- und Gleichstromsystem in einem Mittel- oder Hochspannungsnetz.

Aufgrund der technologischen Fortschritte im Bereich der Leistungselektronik sowie der kontinuierlichen Veränderung der Einspeise- und Verbrauchsstrukturen ist es erforderlich, die Übertragungsnetze an die neuen Beschaf- fenheiten anzupassen. Insoweit stellt die Übertragung elektrischer Energie mittels Hochspannungsgleichstromtechnik (HVDC) eine geeignete Alternative zur herkömmlichen Hochspannungswechselstromtechnik dar, da die HVDC-Technik ab bestimmten Entfernungen trotz der zusätzlichen Konverterverluste in Summe geringere Übertragungsverluste als die Übertragung mit Wechselstrom aufweist. Allerdings ist der Aufbau neuer Freileitungs- masten und die Genehmigung neuer Trassen mit sehr viel Aufwand und teils sehr langen Zeitspannen verbunden, so dass für eine effiziente Integration der Gleichstromsysteme eine parallele Trassenführung von Gleich- und Wechselstromsystemen auf einem Freileitungsmast angestrebt wird. Dabei können bestehende Wechselstromleitungen durch Gleichstromleitungen ersetzt werden. Auf diese Weise können dann Wechselstrom- und Gleich- Stromsysteme entstehen, die auch AC/DC-Hybridsysteme genannt werden.

Die Integration von Gleichstromsystemen in bestehende Wechselstromtras- sen hat jedoch erhebliche Auswirkungen auf die bestehenden Komponenten des Systems, wie beispielsweise die Schutzkonzepte oder dergleichen, da neuartige Fehler auftreten können. So hat sich gezeigt, dass insbesondere die bestehenden Schutzkonzepte sowohl des Gleichstromsystems als auch des Wechselstromsystems den Anforderungen an einen ausreichenden Schutz in AC/DC-Hybridsystemen nicht mehr genügen. Bei der Realisierung neuer AC/DC-Hybridsysteme stellt ein wesentlicher zu beachtender Punkt die Behandlung von Fehlerströmen dar. Insbesondere Zwischensystemfehler zwischen dem Gleichstromsystem und dem Wechselstromsystem stellen eine Herausforderung an die bestehenden Schutzgeräte dar. In reinen Wechselstromsystemen kann eine Unterbrechung der Fehler- ströme in der Mittel- und Hochspannungsebene durch Leistungsschalter erfolgen. Allerdings sind diese aufgrund des Fehlens eines natürlichen Stromnulldurchgangs bei Gleichstromsystemen nicht mehr anwendbar. Aufgrund dessen wurden verschiedene Schutzkonzepte entwickelt, mittels welcher eine Unterbrechung der Fehlerströme im Gleichstromsystem möglich ist. Diese haben sich jedoch bei hybriden AC/DC- Systemen als nachteilig erwiesen, da Zwischensystemfehler nicht zuverlässig als solche erkannt und behandelt werden können. Zudem wird der geregelte Betrieb des Gleichstromsystems bei Anwendung existierender Schutzkonzepte häufig verlas- sen. Eine zu späte Detektion des Fehlers kann wiederum zu hohen Strömen führen, welche eine hohe Belastung für die leistungselektronischen Bauteile des Gleichstromsystems darstellen. Aufgrund dessen sind zusätzliche Unterbrechungselemente und -verfahren in Kombination mit strombegrenzenden Elementen erforderlich. Darüber hinaus kommt es bei Zwischensystem - fehlem zu einer Überlagerung von Gleich- und Wechselstromkomponenten, wodurch Fundamentalfrequenzanteile in das Gleichstromsystem und Gleichstromanteile in das Wechselstromsystem propagieren können. Aufgrund dieser Veränderungen kann der bestehende Netzschutz nicht mehr ausreichend eingreifen und diese Zwischensystemfehler nicht sicher als sol- che detektiert und geklärt werden.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die vorliegende Erfindung die A u f - g a b e , ein Verfahren anzugeben, mittels welchem Zwischensystemfehler zwischen einem Gleich- und einem Wechselstromsystem zuverlässig detek- tiert und behandelt werden können.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch g e l ö s t , dass der Fehler, insbesondere der Zwischensystemfehler, im Gleichstromsystem detektiert wird, dass ein von dem Gleichstromsystem vorgegebener Ausschaltstrom generiert wird und dass ein Wechselstromschutz mittels des Ausschaltstroms ausgelöst wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, Zwischensystemfehler zwischen Gleich- und Wechselstromsystemen, insbesondere in hybriden AC/DC-Systemen, zuverlässig und mit bestehender Schutztechnik zu unterbrechen. Auf diese Weise kann der sichere Betrieb aller Systeme zu jedem Zeitpunkt realisiert werden. Dadurch, dass der Zwischensystemfehler im Gleichstromsystem ermittelt wird, kann der Zwischensystemfehler schneller detektiert werden. Denn nach einer Elimination der Gleichstromkomponente bleibt dieser auch weiterhin im Gleichstromsystem sichtbar. Insbe- sondere kann der Einfluss eines Zwischensystemfehlers direkt der Gleichspannungskomponente entnommen werden. Hierdurch sind eine schnellere Behandlung und damit eine schnellere Beendigung des Zwischensystemfehlers möglich. Des Weiteren können durch die Vorgabe eines definierten Ausschaltstroms vom Gleichstromsystem der bestehende Wechselstromschutz sowie die bestehende Schalttechnik den Zwischensystemfehler selektiv de- tektieren und zur Behandlung des Zwischensystemfehlers beitragen. Es ist daher nicht erforderlich, zusätzliche Schaltelemente oder dergleichen in das Wechselstromsystem einzubringen. Vielmehr ist es möglich, die bestehenden Netzschutzkonzepte zu nutzen. Mittels des Ausschaltstroms kann der Wechselstromschutz getriggert und der Zwischensystemfehler unterbrochen werden. Insoweit kann durch die Vorgabe des Ausschaltstroms im Hinblick auf die bestehenden Schutzsysteme eine aktive Regelung bereitgestellt werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass während des Fehlers, insbesondere des Zwischensystemfehlers, der geregelte Betrieb des Gleichstromsystems nicht verlassen wird. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn insbesondere der geregelte Betrieb eines im Gleichstromsystem vorhandenen Umrichters nicht verlassen wird. In diesem Fall können auch während des Anliegens eines Zwischensystemfehlers Systemdienstleistungen, wie beispielsweise eine Spannungsstützung der anliegenden Wechselstromsysteme durch Regelung der Blindleistung, Frequenzhaltung, Versorgungswiederaufbau oder Betriebsführungsaufgaben erbracht, und ein stabiler Betrieb durch die Umrichter unterstützt werden. Hierdurch kann ein kontinuierlicher und stabiler Betrieb der Gleich- und Wechselstromsysteme gewährleistet werden. Auf diese Weise kann die Wirtschaftlichkeit von hyb- riden AC/DC-Systemen gesteigert werden, wodurch sich die Integration derartiger hybrider Systeme in bestehende Übertragungsnetze vereinfachen lässt. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Unterbrechung des Fehlers, insbesondere des Zwischensystemfehlers, vom Gleichstromsystem initiiert wird. Besonderes bevorzugt ist, wenn insbesondere die Unterbrechung von Zwischensystemfehlern ohne Erdberührung vom Gleichstromsystem initiiert wird. Da die Auswirkungen zunächst im Gleich- Stromsystem sichtbar sind, können durch die Initiierung der Unterbrechung durch das Gleichstromsystem Zwischensystemfehler in kürzerer Zeit detek- tiert und unterbrochen werden.

Bevorzugt kann zunächst jede Form von im Gleichstrom- und /oder Wech- selstromsystem auftretenden Fehlern detektiert werden. Hierzu können bestehende Detektionskonzepte verwendet werden, welche in der Lage sind Fehler zuverlässig zu detektieren. Dabei ist es zunächst nicht erforderlich, dass der Fehler als Zwischensystemfehler erkannt wird. Vielmehr ist es erforderlich, dass ein Fehler grundsätzlich detektiert wird.

In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn die Detektion des Fehlers nach dem Prinzip des Leitungsdifferentialschutzes und/oder durch die Auswertung des Spannungsgradienten durchgeführt wird. Der Leitungsdifferentialschutz basiert dabei auf dem Prinzip des Messwertver- gleichs, d.h. es können die Werte der an den Leitungsenden gemessenen Ströme und/oder stromproportionalen Spannungen miteinander verglichen werden. Ergibt sich hier ein Wert ungleich null, kann ein Fehler detektiert werden. Im Rahmen der Auswertung des Spannungsgradienten können hingegen Wanderwellenphänomene auf den Übertragungsleitungen ausgewer- tet werden. Dieses Detektionsverfahren stellt dabei eine schnelle Möglichkeit dar, einen Fehler zu detektieren. Zusätzlich kann bevorzugt mit Hilfe von Strom- und Spannungsmessungen mit hoher Samplingrate eine gewichtete Summe ermittelt werden. Überschreitet diese einen vorgegebenen Grenzwert, kann auch hier ein Fehler detektiert werden. Auf diese Weise kann auf einfache Art und Weise zuverlässig ein Fehler detektiert werden.

Weiter vorteilhaft ist, wenn der detektierte Fehler kategorisiert wird. Bevorzugt kann der anliegende Fehler identifiziert und dementsprechend eine hiervon abhängige Behandlung des Fehlers vorgenommen werden. Denn je nach Fehler kann es erforderlich sein, anders auf diesen zu reagieren und beispielsweise einen entsprechenden Ausschaltstrom vom Gleichstromsystem vorzugeben. Auf diese Weise kann eine zielgerichtete Reaktion des Systems und der Schutzsysteme erreicht werden, um so eine schnelle Stabilisierung des Systems zu erreichen. Besonders bevorzugt können dabei Kontaktfehler, reine DC-Fehler, reine AC-Fehler oder dergleichen in verschie- dene Kategorien unterteilt werden. Besonders bevorzugt ist jedoch, wenn der detektierte Fehler als Zwischensystemfehler erkannt und entsprechend kategorisiert wird, da diese Art von Fehlern eine besondere Herausforderung bei der Behandlung darstellen können. Kontaktfehler zwischen einem Wechselstromleiter und einem Gleichstromleiter können eine besondere Herausforderung darstellen, da sie zu einer Überlagerung von Gleich- und Wechselstromkomponenten in dem jeweils anderen System führen können. Dabei können Frequenzanteile des Wechselstromsystems sich dem Gleichstrom und hohe Gleichstromanteile sich der betroffenen Wechselstromphase überlagern.

Es ist daher besonders bevorzugt, wenn mit Hilfe des Verfahrens Kontaktfehler zwischen einem Wechselstromleiter und einem Gleichstromleiter mit oder ohne Erdberührung als Zwischensystemfehler kategorisiert werden. Insbesondere können Kontaktfehler ohne Erdberührung trotz der fehlenden Entkopplung zuverlässig detektiert und behandelt werden, so dass ein zuverlässiger Betrieb möglich ist.

Weiter ist es vorteilhaft, dass zur Kategorisierung des detektierten Fehlers als Zwischensystemfehler auf den Gleichspannungssignalen eingeprägte Fundamentalfrequenzanteile ausgewertet werden. Während des Zwischen- systemfehlers kann die Spannung im Wechselstromnetz am Netzanschlusspunkt mit der Fundamentalfrequenz mit reduzierter Amplitude oszillieren. Auch die Gleichstromkomponente kann diese Fundamentalfrequenzanteile aufgrund der Überlagerungsphänomene aufweisen. Durch die Auswertung der Fundamentalfrequenzanteile kann dann erkannt werden, ob es sich um einen Zwischensystemfehler handelt oder nicht. Besonders bevorzugt können Frequenzanteile beliebiger Frequenz ausgewertet werden, besonders bevorzugt können jedoch Fundamentalfrequenzanteile bei 50Hz ausgewer- tet werden, da es sich hierbei um die übliche Frequenz in europäischen Wechselstromnetzen handelt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass im Gleichstromsystem auftretende Fehlerströme mittels einer Steuereinrichtung, insbesonde- re mittels eines im Gleichstromsystem vorhandenen Umrichters, geregelt werden. Auf diese Weise können Überströme, welche beispielsweise eine Gefahr für die leistungselektronischen Komponenten darstellen, weil sie eine zulässige Höhe überschreiten, frühzeitig unterbunden und damit Ausfälle durch Beschädigungen der Systeme vermieden werden. Als Steuerein- richtung kann bevorzugt ein bereits im Gleichstromsystem vorhandener Umrichter verwendet werden. Es sind jedoch auch alternative Steuereinrichtungen denkbar, welche in der Lage sind, die auftretenden Fehlerströme entsprechend betriebssicher zu regeln. Der Umrichter kann bevorzugt als selbstgeführter„voltage source Converter" (VSC- Umrichter) ausgestaltet sein, welcher einen Gleichspannungszwi- schenkreis erzeugen kann. Besonders bevorzugt kann der Umrichter zudem als„modular multilevel Converter" (MMC-Umrichter) ausgebildet sein. Mit Hilfe dieser Art von Umrichtern kann durch eine Zuschaltung oder Überbrückung von Kondensatoren mittels steuerbarer Halbleiterschalter in jedem Arm des Umrichters eine sinusförmige Stufenspannung erzeugt werden. Die Halbleiterschalter des Umrichters können als steuerbare Insulated-Gate- Bipolar-Transistoren (IGBTs) ausgebildet sein. Je nach Umrichterkonfiguration können die Kondensatoren und die Halbleiterschalter wahlweise zu Halbbrücken- oder zu Vollbrückensubmodulen zusammengefasst sein. Die Halbbrückensubmodule können zwei Halbleiterschalter mit antiparallelen Dioden und einen Kondensator aufweisen, wohingegen Vollbrückensubmo- dule bevorzugt vier Halbleiterschalter mit antiparallelen Dioden und einen Kondensator aufweisen können. Vollbrückenmodule bieten gegenüber Halbbrückenmodulen den Vorteil, dass auch negative Spannungen bereitgestellt werden können. Auf diese Weise kann der Umrichter im Fehlerfall die auftretenden Fehlerströme kontrollieren und entsprechend regeln, so dass eine Beschädigung der Steuereinrichtung und/oder den anderen im System befindlichen Komponenten vermieden werden kann, ohne dabei den geregelten Betrieb verlassen zu müssen.

Es ist ferner von Vorteil, wenn im Gleichstromsystem auftretende Fehlerströme, welche vor der Detektion des Fehlers auftreten, begrenzt werden. Der Fehlerstrom und damit zusammenhängende weitere Überströme können somit schon vor der Detektion und /oder während des Detektionsprozesses eines Zwischensystemfehlers auf einen definierten Maximalwert geregelt werden. Insbesondere können die Umrichterarmströme des Umrichters auf einen maximal zulässigen gleichstromseitigen Umrichterausgangsstrom begrenzt werden. Hierzu kann insbesondere eine Begrenzungsregelung des Umrichters verwendet werden. Besonders bevorzugt kann die Spannung des betroffenen Leiters derart nachgeregelt werden, dass einerseits kein Fehlerstrom zwischen dem Gleich- und dem Wechselstromsystem fließt und andererseits der Umrichter auch während des Fehlers den geregelten Betrieb nicht verlassen muss und dementsprechend weiter Systemdienstleistungen erbringen kann. Auf diese Weise kann das Auftreten von unzulässig hohen Strömen beispielsweise in der Steuereinrichtung oder aber auch in anderen Komponenten des Systems und damit eine Beschädigung vermieden werden.

Vorzugsweise wird der Fehlerstrom begrenzt, bevor die Detektion des Fehlers abgeschlossen ist. Hierdurch können die Ströme innerhalb der Steuer- einrichtung und insbesondere innerhalb des Umrichters stets in einem zulässigen Bereich gehalten und ein geregelter Betrieb sichergestellt werden. Es ist daher nicht erforderlich, beispielsweise Teile des Umrichters zu blockieren, um einen Defekt zu vermeiden. Bevorzugt ist ferner, dass eine Leiterspannung im Gleichstromsystem derart geregelt wird, dass der Fehlerstrom auf einen einstellbaren Wert, insbesondere null, geregelt wird. Der Fehlerstrom kann dabei bevorzugt nach einer ersten Begrenzung zusätzlich auf einen einstellbaren Wert geregelt werden. Die Regelung kann besonders bevorzugt mittels einer hierzu im- plementierten Feh lerstrom regelung der Steuereinrichtung durchgeführt werden. Hierbei kann die Leiterspannung des Gleichstromleiters derart nachgeregelt werden, dass der hybride Fehlerstrom insbesondere zwischen einem Gleichstromleiter und einem Wechselstromleiter auf einen einstellbaren Wert geregelt werden kann. Als besonders vorteilhaft hat sich hier ein Wert von null erwiesen. Bevorzugt ist, wenn die Regelung des Umrichters die gleichstromseitige Ausgangsspannung derart regelt, dass der Fehlerstrom vorzugsweise zu null geregelt wird. Durch die Regelung des Fehlerstroms ist auch während dieses Vorgangs und trotz anliegendem Zwischen- systemfehler weiterhin der Betrieb des Wechselstromsystems möglich. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Kategorisierung des detektierten Fehlers und die Regelung des Fehlerstroms im Gleichstromsystem parallel durchgeführt werden. Dadurch, dass diese beiden Verfahrensschritte parallel durchgeführt werden, können deutliche Zeiterspar- nisse in der Behandlungszeit erreicht werden. Bevorzugt können auf diese Weise Behandlungszeiten von weniger als 150 ms, bevorzugt von weniger als 10 ms und besonders bevorzugt von weniger als 5 ms erreicht werden. Durch die gleichzeitige Regelung und die Kategorisierung des Fehlerstroms kann der Fehlerstrom bereits während der Kategorisierung auf einen Wert voreingestellt werden, ausgehend von welchem dann der Ausschaltstrom eingestellt und damit der Wechselstromschutz getriggert werden kann. So ist eine schnellere Behandlung des auftretenden Fehlers und damit eine schnellere Rückkehr zum normalen Betrieb möglich. Insgesamt kann so eine deutliche Verfahrensbeschleunigung erreicht werden.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Ausschaltstrom in Abhängigkeit von dem detektierten Fehler, insbesondere vom Zwischen- systemfehler, generiert wird. Je nachdem, welcher Zwischensystemfehler vorliegt, wie beispielsweise Kontaktfehler mit oder ohne Erdberührung oder dergleichen, kann es erforderlich sein, zur Auslösung der jeweils gewünschten vorhandenen Schutzkomponenten einen unterschiedlichen Ausschaltstrom zu generieren. Hierbei können beispielsweise die Form, die Amplitude oder die Frequenz je nach Bedarf verändert werden. Durch die Wahl eines entsprechenden Ausschaltstroms kann eine Behandlung des Fehlers in Abhängigkeit der bestehenden Schutztechnik vorgenommen werden. Der Ausschaltstrom kann sinusförmig ausgebildet sein, so dass durch den so vorhandenen Stromnulldurchgang der Wechselstromschutz getriggert werden kann. Alternativ kann der Fehlerstrom jedoch auch auf einen beliebig einstellbaren Wert einer beliebigen Stromform geregelt werden. Besonders bevorzugt ist, wenn der Ausschaltstrom nur dann vorgegeben wird, wenn der detektierte Fehler als Zwischensystemfehler kategorisiert wurde. Insbesondere kann dann ein entsprechender Ausschaltstrom vorgegeben werden, wenn trotz der Regelung des Fehlerstroms der Fehlerstrom im Gleichstromsystem nicht verloschen ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Ausschaltstrom über den Zwischensystemfehler in das Wechselstromsystem eingespeist wird. Dementsprechend ist es nicht erforderlich eine zusätzliche Verbindung zwischen dem Gleich- und dem Wechselstromsystem herzustellen, um eine Unterbrechung des Zwischensystemfehlers durch das Triggern des Wechselstromschutzes zu erreichen.

In vorteilhafter Weise kann nach dem Auslösen des Wechselstromschutzes der Fehlerstrom auf null geregelt werden. Auf diese Weise können das Wechselstromsystem und das Gleichstromsystem elektrisch voneinander getrennt werden. Bevorzugt kann nach der Trennung der beiden Systeme nachverfolgt werden, ob der fehlerfreie Zustand wiederhergestellt werden kann. Ist dies nicht der Fall, kann erneut ein Ausschaltstrom vorgegeben werden, solange bis der Zwischensystemfehler behandelt werden kann.

Bevorzugt kann die Fehlerstromabschaltung im Wechselstromsystem mit Hilfe bestehender Wechselstromschutzkomponenten erfolgen. Auf diese Weise können diese im System verbleiben und zur Behandlung der Fehler- ströme verwendet werden.

In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn der Wechselstromschutz zumindest ein Schutzrelais und einen Leistungsschalter umfasst. Auf diese Weise kann der Fehlerstrom auf einfache Art und Weise mit bestehenden Netzschutzkomponenten abgeschaltet werden. Es ist nicht erforderlich zusätzliche Schutzelemente in das System einzubringen. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Hierin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer hybriden AC/DC-

Freileitungstrassenanordnung, Fig. 2a einen exemplarischen Verlauf des Gleichstroms bei einem Zwi- schensystemfehler,

Fig. 2b einen exemplarischen Verlauf des Wechselstroms bei einem

Zwischensystemfehler und

Fig. 3 einen exemplarischen Verlauf des Fehlerstroms im Gleichstromsystem unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Aufgrund des zunehmenden Anteils an erneuerbaren Energiequellen verändert sich das deutsche Energienetz immer weiter, so dass es erforderlich ist, diesen neuen Herausforderungen auf geeignete Weise zu begegnen. Eine Möglichkeit besteht darin, neue Freileitungstrassen 1 aufzubauen. Da jedoch die Zeitspanne für die Konstruktion und Genehmigung solcher neuer Überlandleitungen 1 in Deutschland sehr zeitaufwändig ist, empfehlen die Netzbetreiber eine Integration von Gleichstromübertragungsleitungen (HVDC) in die bereits bestehenden Wechselstromtrassen. Dabei werden die Gleichstromleitungen des HVDC-Systems auf den gleichen Masten 2 des Wechselstromsystems 4 aufgehängt und beispielsweise bestehende Wech- selstromleitungen 6 durch Gleichstromleitungen 5 ersetzt. Die so entstehenden Systeme werden im Allgemeinen als hybride AC/DC-Systeme 1 be- zeichnet. Eine schematische Darstellung eines solchen hybriden Gleich- 3 und Wechselstromsystems 4 ist beispielhaft in der Fig. 1 gezeigt.

Die parallele Führung der Gleichstrom- 3 und Wechselstromsysteme 4 auf einer Trasse 1 führt jedoch zu einem weiten Spektrum an Herausforderungen, wie beispielsweise das Erkennen und Behandeln von AC/DC-Zwischen- systemfehlern 7.1. Da diese Zwischensystemfehler 7.1 beide Systeme 3, 4 gleichermaßen beeinflussen, hängen die Anforderungen an den erforderlichen Netzschutz von dem jeweiligen Zwischensystemfehler 7.1 ab. Unter- suchungen haben gezeigt, dass deren Amplitude von der im Fehlerstrompfad befindlichen Impedanz sowie der Phase des Wechselstroms der einzelnen Leiter 6 abhängig ist. Insoweit bedarf es einer ausführlichen Charakterisierung dieser Zwischensystemfehler 7.1. Das Wechselstromsystem 4 operiert bei einer verketteten, effektiven Spannung von ca. 400 kV, und das Gleichstromsystem 3 bei einer Spannung von ca. ± 400 kV, wobei die Systeme Nennströme mit einer Amplitude von 2,4 kA im Wechselstromsystem 4 und bis zu 3,5 kA im Gleichstromsystem 3 aufweisen. Die Fundamentalfrequenz des Wechselstromsystems 4 beträgt zum Beispiel 50 Hz.

In den Fig. 2a und b sind für ein solches Ausführungsbeispiel in exemplarischer Weise die Gleichströme 8, 9, 10 (Fig. 2a) sowie die Wechselströme 11 , 12, 13 (Fig. 2b) der beiden Systeme 3, 4 über der Zeit dargestellt. Wie dies den Figuren zu entnehmen ist, werden sowohl das Wechselstromsystem 4 als auch das Gleichstromsystem 3 von einem Zwischensystemfehler 7.1 beeinflusst. Während eines Zwischensystemfehlers 7.1 in einem hybriden AC/DC-System 1 wird ein Fehlerstromkreis erzeugt, welcher abhängig von der betreffenden Wechselstromphase 11 , 12, 13 der Wechselstromleiter 6, der Fehlerstelle des betroffenen Pols 8, 10 der Gleichstromleiter 5, dem metallischen Rückleiter des Gleichstromsystems, den Erdungskomponenten sowie den elektrischen Verbindungen des Wechselstromsystems 4 ist.

In der Fig. 2 tritt zum Zeitpunkt t=0,2 s ein nicht detektierter Zwischensys- temfehler 7.1 auf. Die Auswirkungen werden sofort sichtbar. So führt das Auftreten eines Zwischensystemfehlers 7.1 im Gleichstromsystem 3 zu einer Adaption der Fundamentalfrequenz des Wechselstromsystems 4, vgl. Fig. 2a. Im Wechselstromsystem 4 führt der Zwischensystemfehler 7.1 wiederum zu einer Superposition des Gleichstromanteils auf der fehlerbehafteten Wechselstromkomponente 11 , vgl. Fig. 2b. Wie dies weiter zu erkennen ist, weist die Wechselstromkomponente 11 aufgrund des Zwischensystemfehlers 7.1 keinen natürlichen Stromnulldurchgang mehr auf. Aufgrund dessen ist es nicht möglich, die fehlerbehafteten Leiterströme mit Hilfe der bestehenden Netzschutzkonzepte abzuschalten. Insbesondere können mit beste- henden Schutzsystemen die Anforderungen an den Netzschutz nicht mehr erfüllt werden.

Um diese Probleme lösen zu können, ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Behandlung eines Fehlers 7 und insbesondere eines Zwischensystemfehlers 7.1 zwischen einem Wechselstrom- 4 und Gleichstromsystem 3 in einem Mittel- oder Hochspannungsnetz vorgesehen, bei welchem der Fehler 7 und insbesondere der Zwischensystemfehler 7.1 im Gleichstromsystem 3 detek- tiert wird, ein von dem Gleichstromsystem 3 vorgegebener Ausschaltstrom 15 generiert wird und ein Wechselstromschutz mittels des Ausschaltstroms 15 ausgelöst wird.

In der Fig. 3 ist in beispielhafter Weise der Verlauf der Gleichströme 8, 9, 10 des Gleichstromsystems 3 gezeigt. Hierbei handelt es sich insbesondere um die Gleichstromkomponente des positiven Gleichstromleiters 9, die Gleichstromkomponente des negativen Gleichstromleiters 10 sowie um die Gleichstromkomponente des Masseleiters 8. Dargestellt sind dabei die auf- tretenden Fehlerströme 8, 9, 10 vom Zeitpunkt des Auftretens des Zwi- schensystemfehlers 7.1 bis hin zur Fehlerklärung. In dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel tritt ein Fehler 7, insbesondere ein Zwischensystemfehler 7.1 , zum Zeitpunkt t = 0,5 s (Zeitpunkt A) auf. Davor fließt ein konstanter Strom über den positiven und den negativen Gleichstromleiter 9, 10.

Da, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist, aufgrund des fehlenden Nulldurchgangs eine Unterbrechung des Fehlers 7 nicht durch das Wechselstromsystem 4 initiiert werden kann, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, dass das Gleichstromsystem 3 den Unterbrechungsprozess initiiert. Dabei wird die Unterbrechung des Fehlers 7, insbesondere des Zwischensystemfehlers 7.1 ohne Erdberührung, vom Gleichstromsystem 3 initiiert. Hierzu findet in einem ersten Schritt des Verfahrens die Fehlerdetektion des Fehlers 7 im Gleichstromsystem 3 statt. Dabei ist es zunächst unerheblich, ob es sich bei dem Fehler 7 um einen Zwischensystemfehler 7.1 oder einen anders gearteten Fehler 7 handelt. Vielmehr ist es erforderlich grundsätzlich zu detektieren, ob ein Fehler 7 vorliegt oder nicht. Zur De- tektion des Fehlers 7 kann insbesondere das Prinzip des Leitungsdifferentialschutzes und/oder die Auswertung des Spannungsgradienten angewendet werden. Der Leitungsdifferentialschutz basiert dabei auf dem Prinzip des Messwertvergleichs, d.h. es können die Werte der an den Leitungsenden gemessenen Ströme und/oder stromproportionalen Spannungen miteinan- der verglichen werden. Ergibt sich hier ein Wert ungleich null, kann ein Fehler 7 detektiert werden. Im Rahmen der Auswertung des Spannungsgradienten können hingegen Wanderwellenphänomene auf den Übertragungsleitungen ausgewertet werden. Durch Strom- und Spannungsmessungen mit einer hohen Sampling-Rate wird bei der Leistungsdifferentialschutzmethode eine gewichtete Summe ermittelt, welche die Ableitung der Spannung nach der Zeit sowie die Ableitung des Stroms nach der Zeit berücksichtigt. Im Fall, dass der so ermittelte Wert einen bestimmten vorgegebenen Wert überschreitet, wird ein Fehler 7 detektiert.

Falls vor oder während des Detektionsprozesses bereits unzulässig hohe Ströme im Gleichstromsystem 3 auftreten, insbesondere in einer im Gleichstromsystem 3 vorhandenen Steuereinrichtung 14, wie ein Umrichter oder dergleichen, ist bei dem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass diese umgehend auf einen einstellbaren Maximalwert begrenzt werden. Hierbei kann es sich beispielsweise auch um temporäre Überströme handeln, vgl. Fig. 3. Hierzu kann der im Gleichstromsystem 3 vorhandene Umrichter 14 verwendet werden.

Der im Gleichstromsystem 3 vorhandene Umrichter 14 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Voltage-Source-Converter-Umrichter (VSC- Umrichter) ausgebildet. Ein VSC-Umrichter 14 ist ein selbstgeführter Umrichter, der die eingehende Wechselspannung mittels Gleichrichter in eine Gleichspannung kommutiert, diese über die HVDC- Leitung überträgt und mittels Wechselrichter am Ende der HVDC-Leitung wiederum in eine Wechselspannung wandelt. Für die Konvertierung kann das Gleichspannungssignal mittels z.B. Pulsweitenmodulation getaktet werden. Die getaktete Wechselspannung hat dann die Netzfrequenz und wird über Filter zu einem Sinussignal geformt. Zusätzlich kann der Umrichter 14 als sogenannter Modu- lar Multilevel Converter (MMC- Umrichter) ausgebildet sein, bei welchen eine sinusförmige Stufenspannung erzeugt werden kann. Hierzu können Kondensatoren wahlweise unter Zuhilfenahme von Halbleiterschaltern wie IGBTs zugeschaltet oder überbrückt werden, wobei eine Verschattung als Halbbrückensubmodul oder als Vollbrückensubmodul möglich ist. Auf diese Weise ist der Umrichter im Fehlerfall in der Lage, den Strom zu kontrollieren und zu unterbrechen. Im Rahmen der Fehlerstrombegrenzung können demnach im Gleichstromsystem 3 auftretende Fehlerströme mittels des Umrichters 14 geregelt und begrenzt werden. Dabei kann eine Begrenzung des Armstroms des Umrichters 14 auf einen maximal zulässigen Armstrom stattfinden. Hierdurch können die Fehlerströme innerhalb des Umrichters 14 stets im zulässigen Bereich gehalten werden, so dass eine Beschädigung der sich im AC/DC- System 1 befindlichen Komponenten vermieden werden kann. Dabei ist es nicht erforderlich, dass der Umrichter 14 blockiert wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass auch während des Anliegens des Fehlers 7, und ins- besondere während des Anliegens eines Zwischensystemfehlers 7.1 , der geregelte Betrieb des Gleichstromsystems 3 nicht verlassen werden muss. Besonders bevorzugt wird der Fehlerstrom 8, 9, 10 bereits begrenzt, bevor der Detektionsvorgang des Fehlers 7 abgeschlossen ist. Durch die inhärente Strombegrenzung kann jeder Fehler 7 schnellstmöglich behandelt werden. Die Spannung des betroffenen Leiters 5 kann dabei derart nachgeregelt werden, dass kein Fehlerstrom 8, 9, 10 zwischen dem Gleichstromsystem 3 und dem Wechselstromsystem 4 fließt.

Nachdem der Fehlerdetektionsprozess abgeschlossen ist, kann der Umrich- ter 14 den Fehlerstrom 8, 9, 10 zusätzlich weiter regeln. Hierzu kann die

Leiterspannung derart nachgeregelt werden, dass der hybride Fehlerstrom

8, 9, 10 auf einen festen Wert, und insbesondere zu null, geregelt wird.

Dieser Vorgang kann dabei nur wenige Millisekunden in Anspruch nehmen.

Während dieses Vorgangs ist auch weiterhin der Betrieb des Wechsel- Stromsystems 4 trotz des anliegenden Fehlers 7.1 möglich. Im vorliegenden

Ausführungsbeispiel ist dieser Vorgang zum Zeitpunkt t = 0,55 s, also nach 5 ms abgeschlossen (Zeitpunkt B).

Parallel zur Regelung des Fehlerstroms 8, 9, 10 erfolgt eine Identifikation und Kategorisierung des Fehlertyps des anliegenden Fehlers 7. So kann zwischen verschiedenen Fehlern, wie beispielsweise reinen Gleichstromfeh- lern, Kontaktfehlern, Kontaktfehlern mit oder ohne Erdberührung oder dergleichen unterschieden werden. Dabei können insbesondere Kontaktfehler 7.1 zwischen einem Wechselstromleiter 6 und einem Gleichstromleiter 5 mit und/oder ohne Erdberührung als Zwischensystemfehler 7.1 kategori- siert werden. Insbesondere die Zwischensystemfehler 7.1 ohne Erdberührung stellen eine besondere Herausforderung in der Behandlung dar, da es aufgrund der fehlenden Erdberührung nicht zu einer Entkopplung der beiden Systeme 3, 4 kommt. Im Rahmen der Kategorisierung des Zwischensys- temfehlertyps können insbesondere die auf den Gleichstromsignalen einge- prägten Fundamentalfrequenzanteile über einen festgelegten Zeitraum ausgewertet werden.

Basierend auf dem so ermittelten Zwischensystemfehlertyp 7.1 kann dann mit Hilfe des Umrichters 14 ein Ausschaltstrom 15 zur Verfügung gestellt werden, mittels welchem die bereits existierende Wechselstromschutz- und Schalttechnik den Zwischensystemfehler 7.1 selektiv detektieren und unterbrechen kann. Insoweit wird der Wechselstromschutz mittels des vom Gleichstromsystem 3 zur Verfügung gestellten Ausschaltstroms 15 ausgelöst. Der Wechselstromschutz kann insbesondere als Schutzrelais, als Leis- tungsschalter oder als Strombegrenzer ausgebildet sein.

Erfolgt beispielsweise eine Einordnung des Zwischensystemfehlers 7.1 in die Kategorie„Kontaktfehler ohne Erdberührung", so kann beispielsweise eine sinusförmige Stromvorgabe mit geeigneter Frequenz und Amplitude durch das Gleichstromsystem 3 als Ausschaltstrom 15 erfolgen. Dieser triggert dann den vorhandenen Wechselstromschutz. Dabei kann der Ausschaltstrom 15 insbesondere über den Zwischensystemfehler 7.1 in das Wechselstromsystem 4 eingespeist werden. Als Stromvorgabe können dabei beliebige Stromformen, beliebiger Amplitude und Frequenz eingesetzt werden. Es ist lediglich erforderlich, dass der Ausschaltstrom 15 derart gewählt wird, dass eine zuverlässige Triggerung des Wechselstromschutzes und damit eine zuverlässige Behandlung des Zwischensystemfehlers 7.1 möglich sind. Insoweit ist durch eine aktive Regelung möglich, den Schutz des Wechselstromsystems 4 zu triggern. Im Gegensatz zu bestehenden Lösungen ist daher kein zusätzliches Schaltgerät für den Ausschaltvorgang im Wechsel- Stromsystem 4 erforderlich. Besonders bevorzugt wird der Ausschaltstrom 15 jedoch nur dann vorgegeben, wenn der Fehler 7 als Zwischensystemfeh- ler 7.1 kategorisiert wurde.

Nachdem der Wechselstromschutz im Wechselstromsystem 4 ausgelöst hat, kann der Fehlerstrom 8, 9, 10 im Gleichstromsystem 3 weiter geregelt und insbesondere auf einen beliebig einstellbaren Wert einer beliebigen Stromform geregelt werden (Zeitpunkt C). Im Speziellen kann der Fehlerstrom 8, 9, 10 auf den Wert des Ausschaltstroms 15 geregelt werden. Auf diese Weise ist eine Strombegrenzung für das ganze hybride AC/DC-System 1 sowie eine Anpassung der Regelung an bestehende Schutzkonzepte möglich.

Ein großer Vorteil dieses Systems ist, dass während des Auftretens des Zwischensystemfehlers 7.1 der geregelte Betrieb des Gleichstromsystems 3 nicht verlassen wird. Dies bedeutet, dass das Gleichstromsystem 3 kontinu- ierlich Systemdienstleistungen, wie beispielsweise eine Blindleistungskompensation, erbringen kann, da der Umrichter 14 den geregelten Betrieb nicht verlassen muss. Ein Blockieren des Umrichters 14 ist nicht erforderlich. Mit Hilfe des Verfahrens kann eine Unterbrechung von Kontaktfehlern zwischen einem Gleichstromsystem 3 und einem Wechselstromsystem 4 oh- ne Erdberührung ermöglicht werden, ohne dass Systemkomponenten beschädigt werden können. Weiterhin ist eine selektive Erkennung des Fehlertyps„Kontaktfehler" sowie ein Durchfahren des Zwischensystemfehlers 7.1 (Fault Ride Through) möglich. Ebenso können auch nacheinander auftretende Zwischensystemfehler 7.1 beherrscht werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Zwischensystemfehler 7.1 in hybriden Wechselstrom- 4 und Gleichstromübertragungssystemen 3 zuverlässig behandelt und unterbrochen werden, ohne dass der geregelte Betrieb des Gleichstromsystems 3 verlassen werden muss. Insbesondere ist ein Wie- deraufbau der Gleichstromspannung nach erfolgreicher Fehlerklärung schneller möglich. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, zunächst den hybriden Fehlerstrom 8, 9, 10 zu eliminieren und anschließend den Wechselstromschutz auszulösen. Aufgrund dessen ist das Verfahren auch für Punkt-zu-Punkt-Systeme sowie für Multiterminal Systems er- weiterbar. Auf diese Weise kann die Wirtschaftlichkeit der Betriebsführung von Gleichstromsystemen 3 und hybriden Gleich- 3 und Wechselstromsystemen 4 gesteigert werden, welches die Realisierung dieser Systeme begünstigt. Insbesondere können die in dem Gleichstrom- und Wechselstromsystem 4 vorhandenen Schutzsysteme, wie herkömmliche Schaltgeräte oder dergleichen für die Stromunterbrechung verwendet werden.

Bezugszeichen:

1 Hybride Freileitungstrasse

2 Freileitungsmast

3 Gleichstromsystem

4 Wechselstromsystem

5 Gleichstromleiter

6 Wechselstromleiter

7 Fehler

7.1 Zwischensystemfehler

8 Gleichstromkomponente des Masseleiters

9 Gleichstromkomponente des positiven Gleichstromleiters

10 Gleichstromkomponente des negativen Gleichstromleiters

1 1 Wechselstromkomponente 1 . Phase

12 Wechselstromkomponente 2. Phase

13 Wechselstromkomponente 3. Phase

14 Steuerungsein richtung A Zeitpunkt A

B Zeitpunkt B

C Zeitpunkt C