Maintenance strategies and life-cycle management for HVDC transmission systems

The growing rate of utilization of renewable energy sources across Europe is reshaping electricity transmission networks and creating new challenges for system operators, who must ensure long-term reliability and high-level performance of the grid. In Italy, Terna, the national Transmission System Operator (TSO), is increasingly relying on High Voltage Direct Current (HVDC) technology to efficiently connect renewable energy generation in the south with demand centers in the north, and to strengthen cross-border interconnections. As HVDC systems become more widespread, the need for robust life-cycle service strategies is becoming critical to guarantee their availability, maintainability, and cost-effective operation over time. This thesis investigates the role of life-cycle management in supporting the reliability and long-term sustainability of HVDC systems. After reviewing the evolution of maintenance practices in the power systems sector and the technical foundations of HVDC technology, the thesis examines the current state and future development of the HVDC infrastructure in Italy. It then presents a comprehensive framework for HVDC life-cycle services, based on both international guidelines and industrial best practices, including maintenance scheduling, condition monitoring, spare parts planning, obsolescence management, refurbishments and replacements, and system upgrades. The final part of the thesis applies this framework to a real-world case study: the GRITA link, connecting Italy and Greece. Through the analysis of the most critical substation components, including converter transformers, high-voltage equipment, thyristor valves, and the protection and control system, the study highlights how targeted service strategies can extend asset life, improve reliability, and support the broader goals of energy transition and grid modernization.

L’utilizzo sempre più diffuso delle fonti rinnovabili in Europa sta trasformando le reti di trasmissione elettrica, ponendo nuove sfide ai gestori di sistema i quali devono garantire affidabilità nel lungo termine e alte prestazioni della rete. In Italia, Terna, il gestore nazionale della rete di trasmissione, fa sempre più affidamento sulla tecnologia in corrente continua ad alta tensione (HVDC, High Voltage Direct Current) per collegare in modo efficiente la generazione da fonti rinnovabili concentrata al sud con i centri di consumo del nord, e per potenziare le interconnessioni con l’estero. Con il numero di progetti HVDC in forte crescita, risulta fondamentale adottare strategie efficaci di gestione del ciclo di vita, in grado di assicurare affidabilità, manutenibilità e sostenibilità economica nel tempo. Questa tesi analizza il ruolo della gestione del ciclo di vita nel supportare l’affidabilità e la sostenibilità a lungo termine dei sistemi HVDC. Dopo una revisione dell’evoluzione delle pratiche di manutenzione nel settore dei sistemi di potenza e delle basi tecniche della tecnologia HVDC, la tesi esamina lo stato attuale e i progetti di sviluppo futuri delle infrastrutture HVDC in Italia. Successivamente, viene presentato un quadro completo dei servizi del ciclo di vita per sistemi HVDC, basato su linee guida e standard internazionali, e sulle migliori pratiche industriali, comprendendo la pianificazione della manutenzione, il condition monitoring, la gestione delle parti di ricambio, la gestione dell’obsolescenza, riammodernamenti e sostituzioni, e gli upgrade dei sistemi. La parte finale della tesi applica questo framework a un caso studio reale: il collegamento GRITA, tra Italia e Grecia. Attraverso l’analisi di alcuni dei componenti più critici della sottostazione elettrica, inclusi trasformatori di potenza, apparecchiature ad alta tensione, valvole a tiristori e sistema di protezione e controllo, la tesi evidenzia come strategie che comprendono servizi mirati possano estendere la vita utile degli asset, migliorarne l’affidabilità e contribuire agli obiettivi più ampi della transizione energetica e della modernizzazione delle reti.