HVAC and HVDC in the Same Right Way: Impact of Coupling Between HVDC and HVAC under Lightning Strikes
Author
Oller Manzanera, Sergi
Term
4. term
Education
Publication year
2025
Submitted on
2025-05-27
Abstract
Det stigende behov for at øge transmissionskapaciteten samtidig med stramme miljø- og arealhensyn gør, at elnettet i stigende grad overvejer hybride master, hvor højspændings-vekselstrøm (HVAC) og højspændings-jævnstrøm (HVDC) føres på samme konstruktion. Denne løsning udnytter pladsen bedre, men skaber elektromagnetiske vekselvirkninger mellem nærliggende ledere. I særdeleshed kan forbigående hændelser som lynnedslag og enkeltfasede fejl i AC-nettet inducere spændinger og strømme i den nabostående kreds. Dette projekt undersøger, hvor store disse koblingsfænomener er, og hvilke geometriske forhold der driver dem, når HVAC og HVDC deler mast. Der opbygges detaljerede modeller af master og ledninger samt af lynnedslag og 1-fasede jordfejl, og der gennemføres elektromagnetiske transientsimuleringer for flere praktiske geometrier (standard-, horisontal- og vertikalarrangement). Hændelser som lynnedslag i jordwire, AC-linje og DC-linje samt jordfejl ved forskellige spændingstidspunkter analyseres, og de inducerede spændinger og strømme vurderes som funktion af afstand og orientering mellem ledere. Resultaterne viser, at alvoren af koblingen ikke kun afhænger af afstanden, men i høj grad også af geometrisk symmetri og den tredimensionelle placering af lederne, som kan ændre de inducerede påvirkninger markant. Arbejdet giver anvendelige indsigter til placering og udformning af hybride HVAC–HVDC anlæg med henblik på sikker og robust drift under voldsomme forstyrrelser.
Growing pressure to expand transmission capacity while limiting new corridors has motivated hybrid towers that carry high‑voltage AC (HVAC) and high‑voltage DC (HVDC) on the same structure. This space‑efficient approach introduces electromagnetic interactions between nearby circuits; in particular, transient events such as lightning and single‑phase faults in the AC network can induce voltages and currents in the adjacent system. This thesis investigates the magnitude and drivers of such coupling when HVAC and HVDC share a tower. Detailed models of towers and lines, as well as lightning and single‑line‑to‑ground fault sources, are developed, and electromagnetic transient simulations are performed for several practical geometries (standard, horizontal, and vertical arrangements). Scenarios including lightning strikes to the ground wire, AC line, and DC line, and faults at different voltage instants are analyzed, and the induced responses are evaluated as functions of conductor spacing and orientation. The results show that coupling severity depends not only on distance, but also strongly on geometric symmetry and the full three‑dimensional placement of conductors, which can significantly alter induced stresses. These insights support safer and more robust design choices for hybrid HVAC–HVDC infrastructure under severe disturbances.
[This abstract was generated with the help of AI]
Documents