09.11.2012
Das Europäische Verbundnetz befindet sich seit dem Beschluss des Gesetzes zum Ausbau von Energieleitungen im Jahr 2009 (EnLAG) in einem bedeutsamen Umbruch. Wie aus der überarbeiteten, zweiten Fassung des Netzentwicklungsplans 2012 der vier deutschen Übertragungsnetzbetreiber ersichtlich, spielt dabei auch die Hochspannungs-Gleichstromübertragung eine wichtige Rolle. In diesem Gebiet ist die Präzisionsmesstechnik für Abrechungszwecke sowohl aus Sicht der Messtechnik als auch der Normung noch im Rückstand. Aus diesem Grund beschäftigt sich der Fachbereich „Elektrische Energiemesstechnik“ der PTB mit dem Gebiet der DC-Hochspannungs- und der DC-Hochstromsensoren sowie im Rahmen einer Beteiligung an europäischen Forschungsprojekten mit dem Thema der Energiemessung in HGÜ-Gleichstromtrassen. Im Rahmen des Aufbaus des Bereichs DC-Energiemesstechnik wurde ein Verfahren zur Erzeugung und Erfassung von Welligkeiten („Rippel“) auf hohem Gleichspannungspotential entwickelt und 2011 auf dem „International Symposium on High Voltage Engineering“ (ISH) vorgestellt und veröffentlicht. Dieses Konzept wurde nun weiterentwickelt, und die Messaufbauten zur simulierenden Erzeugung und präzisen Messung von Spannungen mit definiertem Rippel wurden erstellt.
Die reproduzierbaren Wechselspannungsüberlagerungen werden in dem verbesserten Aufbau mittels eines auf dem Hochspannungs-
potential von bis zu 100 kV betriebenen Frequenzgenerators gebildet. Der Generator erzeugt bis zu vier einstellbare Sinussignale unterschiedlicher Frequenz mit maximaler Spitzenspannung von ±18 V, die der Hochspannung überlagert werden. Die Messung der erzeugten Rippel erfolgt über den Ladestrom eines Hochspannungskondensators, der mit Hilfe eines I-U-Konverters in eine dazu proportionale Spannung gewandelt wird (Bild 1). Zur Kompensation der Frequenzabhängigkeit des Ladestroms wurde der I-U-Konverter mit einem geeigneten Filter angepasst.
Bild 1: Schematischer Aufbau des Messplatzes für die Welligkeit von DC-Hochspannung
Darüber hinaus wurde der messtechnisch ermittelte Frequenzgang der Kombination aus Hochspannungskondensator und I-U-Konverter mit integriertem Tiefpassfilter mittels einer mathematischen Funktion nachgebildet und als Korrekturfunktion in die Messsoftware eingebunden. Hierfür wurde jeweils ein Polynom 9. Ordnung für drei Frequenzbänder analytisch berechnet und messtechnisch nachgewiesen. Bild 2 zeigt die Abweichung der mathematisch bestimmten Approximation des analytischen Frequenzverhaltens vom messtechnisch erfassten und gemittelten Frequenzgang.
Bild 2: Abweichung des berechneten zum gemessenen Frequenzgang
In der Bestimmung der Gesamtunsicherheit wurden, unter Betrachtung weiterer Einflüsse, Abweichungen von bis zu 1% festgestellt. Dies soll in den nächsten Entwicklungsschritten verbessert werden. Eine Spannungsabhängigkeit des Messverfahrens konnte im Rahmen der Messunsicherheiten der messtechnischen Untersuchungen ausgeschlossen werden.
Ansprechpartner: J. Meisner
Fachbereich 2.3: Elektrische Energiemesstechnik