DE1613638A1

DE1613638A1 - Steuersystem fuer eine Hochspannungs-Gleichstromuebertragungsanordnung

Info

Publication number: DE1613638A1
Application number: DE19671613638
Authority: DE
Inventors: Ainsworth John Desmond
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1966-07-05
Filing date: 1967-07-04
Publication date: 1970-08-27
Also published as: SE335381B; US3470442A; GB1170249A; CH474889A

Description

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DJPL-ING. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

8 MÜNCHEN 2, 4. Juli 1967 UNSER ZEICHEN. 10941 - K/vM

The English Electric Company Limited, London, England.

Steuersystem für eine Hochspannungs-Gleichstromübertragungsanordnung

Gemäß der Erfindung ist ein Steuersystem für eine Hochspannungs-Gleichstromübertragungsanordnung mit zwei Wechselstrom-Gleichstrom-Konverterstationen, die je mit steuerbaren Vorrichtungen ausgestattet sind und als Gleichrichter bzw. Wechselrichter arbeiten können, in der Weise ausgebildet, daß je ein örtliches Steuergerät an jeder Station vorgesehen ist, um die Leitfähigkeitswinkel zu steuern, um eine erste Größe der Übertragungsanlage in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem ersten Signal proportional der von der Anlage abgenommenen Größe und einem zweiten Signal einzustellen, daß ein Hauptsteuergerät das zweite Signal als Differenz zwischen einem dritten Signal proportional einer zweiten Größe und einem vierten Signal proportional dem erwünschten Wert der zweiten Größe liefert, wobei das zweite Signal gemeinsam jedem örtlichen Steuergerät zugeführt wird,und daß Mittel·· vorgesehen sind,um das zweite Signal am Wechselrichter zu vermindern, um eine Spanne zu schaffen,um welche der Wechselrichter die erste

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Größe auf einen Wert einzustellen sucht, der niedriger ist als der von&em Gleichrichter eingestellte Wert.

Die steuerbaren Vorrichtungen können Quecksilberventile oder Thyristoren sein.

Die erste und zweite Größe können gleich sein, sie können sich aber auch voneinander unterscheiden.

Das zweite Signal kann beiden örtlichen Steuergeräten über Fernmeldeverbindungen zugeführt werden oder, falls das Hauptsteuerge-

es rät in einer der Endstationen untergebracht ist, braucht eine Fernmeldeverbindung nur -#4«? die Übertragung des zweiten Signals nach der entfernt liegenden Station zu bewirken.

Das zweite Signal kann am Hauptgerät zum Zwecke der Übertragung codiert werden und zweckmäßigerweise kann es proportional einer binär verschlüsselten Zahl sein, die die Zustände eines reversiblen Zählers darstellt, in welchem die darin registrierte Zahl durch einen JÖßii^iimpulsgenerator einstellbar ist. Die Zahl, die mit der Differenz zwischen dem dritten und vierten Signal zunimmt, ist größer als der vorbestimmte Wert und das Absinken bei der Differenz zwischen den Signalen ist kleiner als ein vorbestimmter Wert. Außerdem kann die Impulswiederholfrequenz des Generators eine Funktion dieser Differenz sein.

Die Hochspannungs-Gleichstromübertragungsanlage kann zweipolig sein und in diesem Falle ist ein örtliches Steuergerät den

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Gleichrichter- und Viechseirichterstationen in jedem Pol zugeordnet, wobei ein einziges Hauptsteuergerät sämtliche Örtlichen Steuergeräte gemeinsam steuert. Stattdessen können Hilfssteuergeräte zusätzlich für jeden Pol eingeführt werden und das einzige Hauptsteuergerät steuert dann die beiden Hilfssteuergeräte, während diese Hilfssteuergeräte die örtlichen Steuergeräte beeinflussen, die jedem Pol sowohl bei der Gleichrichter- als auch bei der Wechselrichterstation zugeordnet sind.

Der "auptvorteil, der dieser Anordnung innewohnt, besteht gegenüber vorbekannten Systemen darin, daß, wenn die Wechselspannung in der Gleichrichterstation fällt, dann auch die überwachte Größe der Anlage z.B. der Strom fällt und der richtige Stromwert gewöhnlich durch die Abgriffsumschaltung wieder hergestellt wird, die die Viechseispannung ansteigen läßt. Diese Art der Korrektur geht jedoch sehr langsam vor sich, so daß wesentliche Fehler in dem Gleichstrom während dieses Korrekturvorganges auftreten können. Andererseits kann bei der erfindungsgemäßen Anord* nung jede Änderung in der überwachten Größe z.B. Gleichstrom oder Leistung durch das Hauptsteuergerät aufgefunden werden, das die örtlichen Steuergeräte derart beeinflußt, daß diese Größe auf den gewünschten Wert im wesentlichen augenblicklich wieder eingestellt wird.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

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Pig. 1 eine schematische Darstellung einer Hochspannungs-Gleichstromübertragungsanordnung mit einem "Konstantstrom"-Steuersystem gemäß der Erfindung,

Fig. 2 Gleichrichter- und Wechselrichter-Charakteristiken bei Konstantstromsteuerung,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Hochspannungs-Gleichstromübertragungsanlage mit "Konstantleistungs"-Steuersystem nach der Erfindung,

Fig. 4 Gleichrichter- und Wechselrichtercharakteristiken unter Konstantleistungssteuerung,

Fig. 5 eine Abwandlung des Hauptsteuergerätes nach Fig.4, wodurch die vollen Stromnennwerte unter gewissen Betriebsbedingungen aufrechterhalten werden können,

Fig. 6 eine zweipolige Hochspannungs-Gleichstromübertragungsanlage, bei der die Örtlichen Steuergeräte eine Konstantstromsteuerung, gemäß der Leistung vornehmen, die von dem Hauptsteuergerät überwacht wird,

Fig. 7 eine Abwandlung des Steuersystems für die zweipolige Übertragungsanordnung gemäß Fig.6, wobei ein Hilfssteuergerät die örtlichen Steuergeräte beeinflußt und die Hilfssteuer-

en Haupt-

geräte ihrerseits auf ein/"Haupt"-Strombefehl des/Steuergerätes ansprechen,

Fig. 8 eine spezielle Form der Codierungsvorrichtung, die am Hauptsteuergerät zur Übertragung von Informationen längs einer Fernmeldeleitung benutzt wird,

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer typischen Fernmeldeübertragungseinrichtung.

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Im folgenden wird auf Fig.l bezuggenommen. Hier ist eine Hochsparmungs-Gleichstromübertragungsanlage dargestellt, die aus zwei Wandlern 1 und 2 besteht. Der Wandler 1 wird von einem Wechselstromsystem 5 gespeist und arbeitet als Gleichrichter und der Wandler 2 arbeitet als Wechselrichter und spot st ein Gleichstromsystem 4. Die Wandler sind über Je eine Glättungsreaktanz 6 an die Gleichstromleitungen 5 angeschlossen*

Ein Spannungswandler 8 speist einen Gittersteuerkreis 9* der gesteuerten Vorrichtungen, z.B. von Ventilen in dem Wandler und die Phase des Gitterzündimpulses wird relativ zurPhäse des Wechselstromsystems 3 durch eine "Örtliche " Steuerstufe 10 gesteuert und in gleicher Weise speist ein Transformator 11 einen Gittersteuerkreis 12 für die Ventile in dem Wandler 2> wobei die relative Phase dieser Impulse durch eine "örtliche¹¹ Steuerstufe 15 gesteuert wird»

Der Zündverzögerungswinkel "ö& ", d»h, der Betrag in elektrischen Graden, um den der Zündpunkt irgendeines Ventils nach dem Augenblick der natürlichen Kommutierung dieses Ventils folgt, ist linear proportional den Spannungen V_G1> Vq₂ der Steuergeräte oder er wird wenigstens progressiv durch diese Spannungen gesteuert, und der Gleiohspannungsaiegang V-, des Konverters ist proportional cos φ und hat einen maximalen positiven Werfe fet! °& * 0 (volle Gleichrichtung) und dieser Wert fällt Über Null, o£■«*.· 90°, auf negative Werte (Inversion) ab» wenn ⁹^ auf l8o° ansteigt*

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In der Praxis werden die Steuergeräte so ausgelegt, daß cC auf einen Wert unter l80° begrenzt wird, damit ein Randwinkel " * " erhalten wird, in dem das Ventil deionisiert werden kann, so daß Kommutationsfehler vermieden werden.

Jedes örtliche Steuergerät 10,15 liefert den Steuerspannungsausgang Vq₁, Vq₂ in Abhängigkeit von einem Anteil des tatsächlichen Leitungsgleiehstromes und einem Befehlsstrom I von einem Hauptsteuer gerät 15.

Im einzelnen besitzt das örtliche Steuergerät 10 einen Gleichstrat» verstärker 16 mit hohem Verstärkungsgrad, der mit einem resultierenden Eingangssignal gespeist wird, das proportional der Differenz zwischen dem Eingang des Hauptsteuergerätes 15 und einem Eingang ist, der proportional dem Leitungsstrom XbI I_d ist und von einem Gleichstromwandler 17 geliefert wird. In gleicher Weise besitzt das Steuergerät 13 einen Verstärker 18, der miyeinem Eingangssignal gespeist wird, das proportional der Differenz zwjs chen dem Eingang des Steuergerätes 15 und einem Eingang eines Gleichstromwandlers I9 ist, wobei jedoch das resultierende Signal durch eine Gleichspannung modifiziert wird, die der Klemme 20 zugeführt wird und den Befehlsstrom I des Steuergerätes 15 um einen Betrag £ I ( Stromrandwert ) vermindert und dieser Wert liegt im typischen Falle zwischen 0,1 und 0,2 pro Einheit des Nennwertes. Schließlich weist das Hauptsteuergerät 15 einen Gleichstromverstärker 22 mit hohem Verstärkungsgrad auf, der mit einem resultierenden Eingangssignal proportional zu der

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Differenz zwischen einem Eingang von dem Gleichstromtransformator 23 proportional dem Leitungsstrom und einen eingestellten Eingang von dem Potentiometer 24 ist, wobei der Befehlsstrom durch eine Codierungsstufe 25 den ortlichen Steuergeräten 10, 13 über Fernmeldeleitungen 26 bzw. 27 zugeführt wird.

In dem normalen eingeschwungenen Zustand unter konstanter Stromsteuerung, wobei die Gleichrichterwechselspannung (3) größer ist als die Inverterwechselspannung (4) ist das System derart, daß die Verstärker 16 und l8 beide mit negativer Rückkopplung arbeiten, wobei der Befehlsstrom durch beide Leitungen 26,27 übertragen wird und wobei der Leitungsgleichstrom praktisch gleich dem Wert I ist. Da der effektive Inverterstrom um Al durch die Spannung an der Klemme 20 vermindert wird, steuert jedoch der Inverter nicht den Leitungsstrom, wenn diese Betriebsbedingung gegeben ist.

Unter Bezugnahme auf Fig.2 soll nun die Arbeitsweise des Systems im Falle einer Änderung der Wechselspannung (3) betrachtet werden, die dem Gleichrichte^zugeführt wird. Diese Figur beschreibt die Charakteristiken des Gleichrichters und Inverters unter konstanter Stromsteuerung. Die Kurve EFGD stellt die Gleichrichtercharakteristik dar und die Kurve MKJH stellt die InverterCharakteristik dar. Die letztere Charakteristik ist reversiert, damit die Reversen Verbindungen relativ zu dem Gleichrichter vorgenommen werden können. Die Abschnitte EF und GD zeigen an, daß der dem Gleichrichter zugeordnete Verstärker

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l6 im positiven oder negativen Sinn gesättigt ist. und in ähnlicher Weise zeigen die Abschnitte MK und HJ an, daß der Gleichrichter 18, der dem Inverter zugeordnet ist, gesättigt ist.

Der Eunkt L, an dem die beiden Charakteristiken einander überkreuzen, bildet den Arbeitspunkt im stetigen Zustand, d.h. bei einem Stromwert gleich dem Befehlsstrom I.

Es soll nunmehr ein Abfall der Wechselspannung am Gleichrichter angenommen werden.. Die Gleichrichtercharakteristik fällt wie durch den Kurvenzug RY dargestellt und der Arbeitspunkt sucht sich auf den Punkt N einzuteilen und dies führt zu einem verminderten Gleichstromausgang, der nach I - ^ I tendiert, wobei der Inverter den Strom bei diesem letzteren Wert steuert. Dieser Abfall wird jedoch durch den Transformator 23 festgestellt und das Hauptsteuergerät 15 spricht derart an, daß nch einer Zeitverzögerung infolge der Fernmeldeverbindung 26,27 die Strombefehlssignale ansteigen. Das System kommt zur Ruhe mit effektiven Strombefehlssignalen für Gleichrichter und Inverter entsprechend I + Δΐ bzw. I. Da der Inverter gesteuert wird, nähert sich der tatsächliche Leitungsstrom dicht an I an. Diese Endbedingung entspricht Abschnitten LG und KJ der Charakteristiken, die in Fig.2 dargestellt sind, verschoben nach rechts um den Endbetrag ^I, wobei die Gleichrichtercharakteristiken noch auf den strichlierten Linien liegen.

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Eine ähnliche irkung, wie soeben beschrieben, tritt ein, wenn die Inverterwechselspannung ansteigt und die umgekehrte Wirkung tritt ein, wenn die Gleichrichterwechselspannung darauffolgend wieder ansteigt oder wenn die Inverterwechselspannung in gleicher Weise abfällt. Der Leitungsgleichstrom wird daher dauernd auf dem Wert I gehalten mit Ausnahme mit kurzen Abweichungen in den Grenzen I -ΔΙ und I + Δ I, wenn sich die relativen Wechselspannungen ändern. In der Praxis ändern sich die Wechselspannungen meist ziemlich langsam oder in kleinen Sprüngen, so daß die Größe des Übergangsfehlers kaum einen geringen Bruchteil von 2l I überschreiten, wird.

Im folgenden wird auf Fig.3 der Zeichnung Bezug genommen. In dieser Figur ist ein Hochspannungsgleichstromübertragungssystem dargestellt, das mit Konstantleistungssteuerung arbeitet. Diese Figur entspricht der Fig.l mit der Ausnahme, daß Vervielfacherstufen in den örtlichen und den Hauptsteuergeräten eingeschaltet sind und diese Vervielfacherstufen sind z.B. von der i'mpulstastbauart (mark-space) oder von der Hall-Bauart. Insbesondere weist das örtliche Steuergerät 10 eine Vervielfa- ' cherstufe 29 auf, die dem Verstärker 16 eine Spannung liefert, die proportional zu dem augenblicklichen Produkt des Stromausgangs vom Gleichstromwandler 17 und einem Anteil der Leitungsgleichspannung ist, welch letzterer Anteil durch einen Widerstandsspannungsteiler 30 bestimmt wird, und das örtliche Steuergerät 13 weist eine Vervielfacherstufe 31 auf, die dem Verstärker 18 eine Spannung proportional dem Produkt des

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einem Anteil der Leitungsgleichspannung liefert, welcher Anteil durch einen Spannungsteiler 32 bestimmt wird. Zusätzlich empfängt der Verstärker 18 an seinen Klemmen 20 eine Spannung, die wirksam den Leistungsbefehl P vermindert, der über die Fernmeldeleitung 27 erhalten wird und zwar erfolgt eine Verminderung um einen Betrag & P pro Einheit und die Befehlsleistung P wird durch das Hauptsteuergerät 15 eingestellt.

Außerdem sind negative Hilfskopplungskreise (in der Zeichnung nicht dargestellt) in beiden örtlichen Steuergeräten vorgesehen, um den maximalen Strom an.den Gleichrichter- bzw. Inverter-Stationen zu begrenzen, z.B. den Einheitsstrom am Gleichrichter und 0,9 pro Einheitsstrom am Inverter (vergl.Fig.4).

Das Hauptsteuergerät 15 weist eine Vervielfacherstufe 34 auf, die dem Verstärker 22 eine Spannung liefert, die proportional dem Produkt vom Stromausgang des Gleichstromwandlers 25 und eines Teils der Leifeungsgleichspannung ist, wobei dieser Teil durch den Spannungsteiler 35 bestimmt wird. Der Verstärker 22 empfängt den Gesamteingang proportional zu der Differenz zwischen dieser "tatsächlichen Leistung" und einer "eingestellten Leistung",die als Gleichspannung durch das Potentiometer 24 eingestellt wird.

Im folgenden wird auf Fig.4 der Zeichnung Bezug genommen. Dieses Diagramm zeigt die Charakteristiken von Gleichrichter und Inverter unter konstanter Leistungssteuerung. Die Kurve

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EZQXD bildet die Gleichrichtercharakteristik und die Kurve MTVWH stellt die Invertercharakteristik dar. Der Abschnitt ZQ der Kurve ist ein Teil einer Rechteckhyperbel mit der Gleichung V.I_d = P. Der Abschnitt TV der Kurve ist ein Teil einer Rechteckhyperbel, jedoch entspricht er einer Leistung P -ΔΡ, wobei der Wert ΔP> wie oben erwähnt, durch die Spannung an der Klemme 20 des örtlichen Steuergerätes 13 bestimmt wird.

Unter normalen Betriebsbedingungen liegt der Arbeitspunkt bei S auf der Kurve bei einer Gleichspannung, die durch den Inverter bestimmt wird nahe an der maximalen Gleichrichterspannung. Sollte jetzt die Wechselspannung am Gleichrichter abfallen, dann kann die Gleichrichtercharakteristik auf jene abfallen, die durch die Kurve RQY bestimmt wird und der neue Arbeitspunkt wird durch den Punkt U definiert, der einen verminderten Leistungsausgang P - Δ P zu liefern sucht. Diese Leistungsverminderung wird jedoch durch das Hauptsteuergerät 15 festgestellt und dieses spricht in der Weise an, daß die Befehlsleistung an beiden Stationen um den Betrag ΔΡ ansteigt, um der Gleichrichterstation bzw. der Inverterstation Befehlsleistungen von P +ΔΡ und P zu liefern. Da der Inverter Leistung steuert, ist infolge der Wechselspannungsverminderung am Gleichrichter die tatsächliche Leistung wiederum nahe P. Das Hauptsteuergerät arbeitet demgemäß in ähnlicher Weise wie jenea, das unter Bezugnahme auf eine Konstantstromsteuerung beschrieben wurde. Die Leistung liegt normalerweise bei dem eingestellten Viert P außer während kurzer Übergangsänderungen bis zu ί Δ P infolge der Relativän-

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derungen der beiden VJechselspanntmgen (J?) und (4). Wenn sich die Wechselspannungen jedoch stark vermindern, z.B. infolge einer Blockierung einer von zwei in Reihe geschalteten Konverterbrücken einer Station, kann es unmöglich sein, die eingestellte Leistung aufrechtzuerhalten, ohne die Maximalstromwerte zu überschreiten, die durch die örtlichen Steuergeräte zugelassen werden und in diesem Fall bleibt die Leistung auf einem verminderten Maximalwert, der durch diesen Maximalstrom zugelassen wird.

Für Fälle, wie diese, bei denen die Leistungseinsteilung am höchstzulässigen Wert liegt, ist die Gleichrichterspannung beträchtlich niedriger als die Inverterspannung und hieraus resultiert insofern ein Nachteil, als der Betrieb nunmehr auf einen Punkt des Abschnittes VW (Fig.4) gehalten wird und bei Strombegrenzerschaltungen am Gleichrichter und Inverter, die auf 1,0 bzw. 0,9 des Nennstromes eingestellt sind (Abschnitte QK und VW) erfolgt ein Betrieb nur bei 0,9 des Nennstromes.

Natürlich ist diese Beschränkung nicht notwendigerweise eine Bemessungefrage und in Fig.5 ist eine Abwandlung des Hauptsteuergerätes 15 dargestellt, wodurch dieser Nachteil vermieden wird. Diese Abwandlung besteht darin, daß ein Strombegrenzerverstärker J>6 durch den Gesamteingang proportional der Differenz zwischen dem tatsächlichen, über den Stromwandler 2j5 abgenommenen Leitungsstrom und dem maximalen Nennstrom gespeist wird, welch

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letzterer als proportionale Gleichspannung am Potentiometer 37 abgenommen wird. Eine separate Diode 38 ist an die Ausgänge der beiden Verstärker 22 und 36 angeschaltet, so daß gewährleistet wird, daß das Befehlsleistungssignal, das über die Codierungsstufe 25 den Fernmeldeleitungen 26,27 zugeführt wird, der kleineren der beiden Verstärkeraasgangsspannungen proportional ist. Demgemäß steht der Verstärker 22 normalerweise in Steuerverbindung mit dem Verstärker 36 und übernimmt die Steuerung zur Begrenzung des Stromes nur, wenn der Wert,der durch eine bestimmte Leistungseinstellung gefordert wird, größer ist als die Strombe grenzung von z.B. 1,0 pro Einheit, die durch den Potentiometer 37 eingestellt ist, z.B. im Falle einer niedrigen Leitungsgleich spannung.

So kann unter den obengegebenen Bedingungen der einem Grenzstrom von 1,0 durchgeführt werden, d.h. mit dem vollen Nennwert, indem diese abgewandelte Schaltung benutzt wird, wobei die Strombegrenzereinstellungen am Gleichrichter und Inverter auf Werte erhöht werden, die wenigstens gleich diesen Werten sind, z.B. 1,1 bzw. 1,0. Die örtlichen Strombegrenzerschaltungen würden dann normalerweise nicht wirksam sein außer unter Übergangsbedingungen oder beim Auftreten von Fehlern, z.B. in der Fernmeldeleitung.

Fig. 6 zeigt eine ftw polare Hochspannungsgleichstromübertragungsanordnung und diese ist so ausgebildet, daß die örtlichen Steuergeräte unter Stromsteuerung stehen, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Flg.l und der Ausgang des Hauptsteuergerätes

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ein Strombefehl ist, der von der Gesamtgleichstromleistung beider Pole und einer eingestellten Leistung abhängig ist.

Im einzelnen sind im Vergleich mit Pig.l zusätzliche örtliche Steuergeräte 39>40 für die Konverter 4l (Gleichrichter) und 42 (Wechselrichter) vorgesehen. Diesen zugeordnet ist eine Spannung proportional dem Leitungsstrom, der durch die Stromwandler 43,44 bestimmt wird.

| Das Hauptsteuergerät 15 spricht jedoch auf die Leistung in einer der Gleichstromleitungen an, ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig.5 und zusätzlich auf die Vervielfacherstufe 34, wobei eine weitere Vervielfacherstufe 46 mit Eingängen gespeist wird, die Strom- bzw. Spannungsproportional bezüglich der anderen Leitung sind und über einen Stromwandler 47 bzw. einen Spannungsteiler 48 geliefert werden. Die Ausgänge der beiden Vervielfacher· stufen 34 und 46 sind demgemäß proportional der Leistung in jedem Hauptleiter und sie werden einer gemeinsamen Eingangsklemme eines Verstärkers 22 über zwei gleichwertige Widerstände 49, 50 zugeführt und die Spannung am Eingang ist proportional der Summe der Leistungen in jedem Pol der Übertragungsanlage, d.h. proportional der Gesamtleistung und eine durch die Einstellung, des Potentiometers 24 bestimmte Leistung wird der anderen Eingangsklemme zugeführt. Der resultierende Ausgang wird über Fernmeldeleitungen 26,27 wie bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel übertragen, aber die beiden örtlichen Steuergeräte 10, 39 werden gemeinsam über die Leitung 26 gespeist und die beiden

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örtlichen Steuergeräte 12,40 werden gemeinsam über die Leitung 27 gespeist.

Unter Normalbedingungen sucht das System sich so einzustellen, daß die übertragene Gesamtleistung proportional der Leistungsbefehlsspannung ist, die durch den Potentiometer 24 eingestellt wird. Die Ströme in den beiden Polen sind gleich und die Konverter teilen die verfügbare Leistung demgemäß gleichmäßig zwischen sich auf. Beim Auftreten eines Fehlas in einem der Konverter,der die Spannungsverteilung zu vermindern jedoch nicht völlig auszuschalten sucht, arbeitet das System asymmetrisch mit ungleichen Spannungen, wenn jedoch die verfügbaren Gleichrichterspannungen die verfügbare Spannung an dem entsprechenden Inverter überschreiten, dann bleiben die Ströme in jedem Pol gleich, ihre Größe wird jedoch durch die Steuerschleife erhöht, damit die gleiche Gesamtleistung wie zuvor aufrechterhalten bleibt unter der Voraussetzung, daß dieser Leistungswert im Hinblick: auf die Strombegrenz ericreise nicht verfügbar ist. Wenn andererseits die Gleichspannung am Gleichrichter unter einem Wert fällt, der dem entsprechenden Inverter entspricht, dann { sucht sich diese Leistung zu erhalten, aber der Strom in dem fehlerhaften Pol kann niedriger sein als in dem anderen Pol und zwar um einen Wert bis zu Δ I» d.h. bis zu dem Stromrandwert. Dieser Differenzstrom fließt auch in der gemeinsamen Erdrücklejcitung, die normalerweise Nullstrom führt.

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Eine Schaltung,, die diesen Erdstromfluß vermeidet, ist in Pig.7 dargestellt. Im folgenden wird auf die Pig.7 bezuggenommen. Die Schaltung an der Inverterstation ist die gleiche wie bei Pig.6 mit dem Unterschied, daß die örtlichen Steuergeräte 135,40 individuell auf Strombefehlssignale ansprechen, die über die Fernmddeleitungen 51*52 geliefert werden. Das· Hauptsteuergerät 15 liegt bei der Gleichrichterstation und arbeitet in der gleichen Weise wie unter Bezugnahme auf die vorhergehende Figur beschrieben, aber· die Sfcromausgänge der zugeordneten Gleichstromwandler 2j5 und 47" sind zusätzlich, nach den örtlichen Steuergeraten 10 bzw. 39 und zu: Hilfssteuergeräten 54*55 geführt. Zusätzlich empfangen diese Hilfssteuergeräte das gleiche Strombefehlssignal von dem Hauptsteuergerät 15 und demgemäß ist dessen Ausgang,der beiden örtlichen Steuergeräte! und der zugeordneten P'emmeldeverMnäung zugeführt wird, proportional der Differenz zwischen dem tatsächlichen Leitungsstrom und dem Hauptstrombefehl des Steuergerätes 15·

Bei diesem System stellt das Hauptsteuergerät 15 die Gesamtleistung proportional dem am Potentiometer 24 eingestellten Wert ein, während die Hilfssteuergeräte 54,55 den Polstrom auf Gleichgewichtszustand, d.h. Null-Erdstrom, einzustellen suchen proportional dem Hauptstrombefehl, unabhängig davon, ob die Gleichspannung am Gleichrichter oder am Inverter höher ist. Diese Begrenzung auf Null-Erdstrom wird unter allen Betriebsbedingungen aufrechterhalten außer bei vollständigem Ausfall eines Poles.

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Bei der soeben beschriebenen Schaltung liegt das Hauptsteuergerät 15» wie oben erwähnt, in einer der Konverterstationen und nicht in der Leitungsmitte, wie dies bei den anderen Ausführungsbejspielen der Fall war. Bei diesen anderen Ausführungsbeispielen ist es nicht notwendig, daß das Hauptsteuergerät in der dargestellten Stellung liegt und tatsächlich wird es normalerweise zweckmäßiger sein, es in einer der Stationen unterzubringen und es sind lediglich dann Fernmeldeübertragungseinrichtungen erforderlich.

Bei jedem der beschriebenen Systeme kann die längs der Fernmelde- ™ leitung übertragene Information die Form einer Impuls-Zeit-Mehrfachschaltung haben und die Codierungsstufe 25 kann eine Umwandlung von Analogwerten in Digitalwerte bewirken oder sie kann die Gestalt nach Fig.8 aufweisen, die einfacher in der Konstruktion ist als der herkömmliche Konverter und keine Bauelemente sehr hoher Genauigkeit erfordert.

Gemäß Fig.4 wird der Gleichstromausgang des Verstärkers im Hauptsteuergerät bzw. im Hilf.ssteuergerät gemeinsam dem einen ( Eingang jedem zweier UND-Gatter 57*58 zugeführt und die anderen Eingänge dieser Gatter werden mit Impulsen von einem freilaufenden Zeitimpulsgenerator 59 gespeist.. Das Gatter 57 ist so angeordnet, daß Ausgangsimpulse bei der Impulswiederholungsfrequenz des Impulsgenerators nur erzeugt werden, wenn der Eingang des Verstärkers einen Wert hat, der größer 1st als der eingestellte Wert V₁ und in gleicher Weise 1st das Gatter 58 so ausgebildet,

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daß die Aus gangs impulse nur erzeugt werden, wenn der Eingang des Verstärkers einen Viert hat, der geringer ist als der eingestellte Wert V₂ · Dabei ist V₁ größer als V₂ (zweckmäßigere/eise bezüglich des Absolutwertes gleich aber im Vorzeichen entgegengesetzt).

Die Ausgangsimpulse dieser beiden Gatter 57 und 58 werden getrennten Eingängen von reversiblen Binärzählstufen 60 zugeführt, wobei die Impulse des Gatters 57 die Zählordnung erhöhen und die Impulse des Gatters 58 diese/ Ordnung erniedrigen. Der resultierende Ausgang dieser Zählstufe wird den Leitungen 26,27 zugeführt. Die Codierung dieser Zählstufe kann z.B. binär oder binär-dezimal sein, wobei die Spannungswerte,die durch die verschiedenen Stufen geliefert werden, den Zustand dieser Stufen anzeigen.

Der Zeitimpulsgenerator 59 kann eine feste ImpulswMerholfrequenz haben oder diese Frequenz kann durch eine Frequenzsteuerspannung von einem Verstärker über einen Pfad 62 verändert werden, wobei die Wiederholfrequenz dann proportional der Größe des Ausgangs des Verstärkers unabhängig von deren Vorzeichen ist. In diesem Fall arbeitet die Schaltung im wesentlichen wie ein Integrator, wobei V₁ und Vp gleiche kleine Vierte positiven bzw. negativen Vorzeichens darstellen. Die Binärzahl in der Zählstufe 60 ändert sich mit einer Geschwindigkeit, die proportional dem "Fehler"-Ausgang des Verstärkers ist und für den Fehler von Null konstant bleibt.

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Eine schematische Schaltung einer Fernmeldeverbindung, die>£n Verbindung mit dem Hauptsteuergerät verwendbar ist, das in der G-leichri cht erstat ion befindlich ist, ergibt sich aus Fig.9. In dieser Anlage wird der Ausgang der Codierungsstufe 25, d.h. der Ausgang der Zählstufe βθ oder eines Digitalspeichers bei Verwendung eines üblichen Anälog-Digital-Wandlers als reguläre Impulsblocks durch eine Stufe 6j5 tiber einen Signalkanal 64 einem Empfänger 65 zugeführt. Vom Empfänger 65 werden die Signale einer Pehlersuchstufe 66 zugeführt und wenn die Signale richtig sind, werden sie über eine Koinzidenzschaltung 67 einem Digitalspeicher 68 zugeführt und dann einem Digital-Änalog-Wandler 69, damit sie am örtlichen Steuergerät am Inverter zur Verfügung stehen.

Die Pehlersuchstufe 66 dient .außerdem dazu, einen Impulssender 70 in Tätigkeit zu setzen, damit ein Signal über einen "Sueh"-Kanal 72 zurückübertragen wird, wobei ein Empfänger 75 eine weitere Eoinzidenzstufe 74 betätigt, wodurch ein Ausgang aus der "Speicher"-Stufe in die Kodierungsstufe 75 gelangen und ein Digital-Speicher 75 zugeführt werden kann. Ein Ausgang, dieses Speichers wird seinerseits einem Digital-Analmog-Wandler 77 zugeführt, der den örtlichen Konverter am Gleichrichter speist.

Wenn durch diese Stufe 66,z.B. bei Ausfall eines Kanals oder durch Interferenz^ehler festgestellt werden, dann bleiben Digitalspeicher 68 und 75 unverändert auf ihren vorhergehenden Werten, bis ein richtiges Signal ankommt.

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Es JSb wesentlich, daß die Fernmeldelei tung^e§o ausgebildet sind, daß sie die letzten Befehlssignale auf unbestimmt lange Zeit speichern, so daß jeder Konverter auf dem zuletzt empfangenen richtigen Wert gehalten wird, falls Fehler auftreten, um so zu gewährleisten, daß diese Signale frei von Fehlern infolge von Interferenzen sind, wobei die Signale ständig auf nahezu gleichen Werten gehalten werden.

In jedem der beschriebenen Systeme kann Torsorge dafür* getroffen werden, daß Fehler in der Steueranlage oder der Femmeldeeinrichfcung dadurch überwunden werden, daß örtlich einstellbare Potentio· meter (nicht dargestellt) in jeder Station vorgesehen werden, durch die irgendwelche erforderlichen Änderungen in Strom oder Leistungseinstellung manuell bewirkt werden können.

Außerdem ist in Fällen, in denen die Gleichspannung und der Strom, der den Vervielfachern in den beiden Stationen zugeführt wird und örtlich gemessen wird, der Ausgang proportional zu einer Leistung an dem Meßpunkt und infolge des Gleichstromwiderstandes der Leitung kann die Spannung an der Gleichrichterstation nicht die gleiche sein wie an der Inverterstation. Da vorzugsweise die Ausgänge der Vervielfacherstufen an diesen beiden Stationen im stetigen Zustand identisch gemacht werden, können auch ihre effektiven Spannungseingänge dadurch identisch gemacht werden, daß sie an einem gemeinsamen Bezugspunkt der Leitung angeschaltet werden und indem sie gleich der Summe von zwei Komponenten ge-

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macht werden, die der örtlichen Spannung bzw. dem örtlichen Strom proportional sind, wird die Stromverteilung proportional dem Gleichstromleitungswiderstand bis zu dem Bezugspunkt.

Die Eingänge der Vervielfacherstufen in den Hauptsteuergeräten können in gleicher Weise modifiziert werden.

Als weitere Alternative zu der Steuerung der Leistung bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann das Hauptsteuergerät so ausgebildet sein, daß irgendeine andere Größe z.B. die Frequenz des Viechseistromsystems geändert wird, indem die Rückkopplung von der Vervielfacherstufe in dem jeweiligen Steuergerät durch eine Gleichspannung ersetzt wird, die proportional der gewünschten Größe ist.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche :.

l.J Steuersystem für eine Hochspannungs-Gleichstromübertragungsanordnung mit zwei Wechselstrom-Gleichstrom-Konverterstationen, die je mit steuerbaren Vorrichtungen ausgestattet sind und als Gleichrichter bzw. Wechselrichter arbeiten können, dadurch gekennzeichnet , daß je ein örtliches Steuergerät (10,1J) an jeder Station vorgesehen ist, um die Leitißähigkeitswinkel zu steuern, um eine erste Größe der Übertragungsanlage in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem ersten Signal (I,) proportional der von der Anlage abgenommenen Größe und einem zweiten Signal einzustellen, daß ein Hauptsteuergerät (15) das zweite Signal als Differenz zwischen einem dritten Signal (I,) proportional einer zweiten Größe und einem vierten Signal (2^) proportional dem erwünschten Wert der zweiten Größe liefert", wobei das zweite Signal gemeinsam jedem örtlichen Steuergerät zugeführt wird, und daß Mittel (20) vorgesehen sind, um das zweite Signal am Wechselrichter zu vermindern, um eine Spanne zu schaffen, um welche der Viechseirichter die erste Größe auf einen Wert einzustellen sucht, der niedriger ist als der von dem Gleichrichter eingestellte Wert.

2. Steuersystem nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die erste und zweite Größe einander gleich oder voneinander unterschieden sind.

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^. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und zweite Größe von dem Gleichstrom (i,)

oder der Leistung (V, . I-,) der Übertragungsanlage gebildet werden.

4. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Große die Frequenz des Wechselstromsystems an einer oder an beiden Konverterstationen ist.

5· Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptsteuergerät ein fünftes Signal proportional zu dem Maximalnennwert des Konverter stromes liefert, daß das zweite Signal von dem Steuergerät durch das fünfte Signal auf einen Wert begrenzt wird, und zwar in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem dritten und vierten Signal und einen Wert annimmt, der dem Maximalnennwertstrom äquivalent ist (Fig.5)·

6. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptsteuergerät in einer der Konverterstationen untergebracht ist und daß eine Fernmeldeverbindung (26 oder 27) vorgesehen ist, durch die das Ausgangssignal des Hauptsteuergerätes nach dem anderen Konverter, übertragen wird.

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T. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Hauptsteuergerät an einer Stelle befindlich ist, die von beiden Konverterstationen entfernt liegt und daß die Fernmeldeverbindung (26 und 27) das Ausgangssignal der Hauptsteuerstation nach den· Konverterstationen übertragen.

8. Steuersystem, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, für &ϊχι& bipolare Koeiispannungsgleiehstroiaübertragungsanlage, dadurch. gcefeennzeiehnefe»

w daß zwei getrennte örtliche Steuergeräte (10,59; 1J5*4Q) an Jeder Station for die beiden Pole vorgesehen sind und daß die beiden Hauptsteuergeräte gemeinsam an alle örtlichen Steuergeräte angeschlossen sind.

9· Steuersystem nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet ,

daß zwei Hilfssteuergeräte (54,55) vorgesehen sind, denen das erste Signal (I₁Ip) ebenso wie den örtlichen Steuergerät ten und dem Hauptsteuergerät als drittes Signal zugeführt werden, daß das zweite Signal von dem Hauptsteuergerät gemein· sam den beiden Hilfssteuergeräten zugeführt wird, so daß die Ausgangssignale dieser Steuergeräte,die nach den örtlichen Steuergeräten (10,395 13*4o) geleitet werden, durch die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Signal gebildet werden.

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10. Steuersystem nach Anspruch 9*
dadurch gekennzeichnet, daß Hauptsteuergerät und Hilfssteuergerät in einer der Konverterstationen untergebracht sind und daß eine Fernmeldeverbindung (51*52) vorgesehen ist, durch die die Ausgangssignale von den Hilfssteuergeraten nach dem anderen Konverter übertragen werden.

11. Steuersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale als Binärziffern verschlüsselt und den örtlichen Steuergeräten über Impulszeitmultiplex-Verbindungsleitungen zugeführt werden.

12. Steuersystem nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale in Abhängigkeit von dem Zustand einer reversiblen Zählstufe codiert werden, daß ein Zeitimpulsgenerator (59) die Zahl einstellt, die in dem Zählgerät enthalten ist, wobei die Zahl ansteigt, wenn die Ausgangssignale größer als ein vorbestimmter Wert sind und wobei die Zahl abfällt, wenn diese Signale geringer als jener Wert sind.

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