DE3225285A1 - Verfahren zum betrieb einer hochspannungs-gleichstromuebertragungsanlage mit beliebig vielen umformerstationen - Google Patents

Description

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Verfahren zum Betrieb einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage mit beliebig vielen Umformerstationen

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist in der DE-AS 25 18 910 beschrieben.

Bisher ausgeführte Anlagen der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) weisen stets nur zwei Stationen auf, die über eine Gleichstromleitung oder ein Gleichstromkabel gleichstromseitig miteinander verbunden sind, während sie wechselstromseitig an die örtlichen Drehstrom-Netze angeschlossen sind. In dieser "Zweipunkt-HGÜ" arbeitet eine Station als Gleichrichter, indem sie dem Drehstrom-Netζ Energie entnimmt und gleichgerichtet in die Leitung speist, an deren Ende die Energie des Gleichstromes in der Vechselrichterstation wieder in Drehstrom umgeformt und dem angeschlossenen Drehstrom-Netz zugeführt wird. Das kritische Element in dieser Anordnung ist der Stromrichter im Wechselrichterbetrieb. Bei Störungen im angeschlossenen Drehstrom-Netz kann es zu Eommutierungsfehlern ("Kippung") kommen, bei denen die Gleichspannung an den Klemmen der Wechselrichterstation zusammenbricht. Um eine strommässige Überbeanspruchung der Bauelemente des Wechselrichters, besonders seiner Ventile, zu vermeiden, wird die Gleichrichterstation mit einer Regelungseinrichtung versehen, die ihren Gleichstrom auf einem einstellbaren Wert konstant hält.

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Damit ist es möglich, den Strom in dem einzigen, für beide Stationen gemeinsamen Stromkreis auch beim Zusammenbrechen der WR-Gegenspannung auf einem vorgegebenen Wert zu halten und den Wechselrichter vor Überlastung zu schützen.

Ein anderer Gesichtspunkt für die Ausrüstung der Stationen ist die von ihnen aus dem Drehstromnetz bereitzustellende Blindleistung. Die von einem Stromrichter aufgenommene Blindleistung ist proportional zur Höhe des Gleichstromes und nimmt mit der Grosse des Steuerwinkels zu, wobei ein Maximum beim Steuerwinkel 90°, bei dem die Gleichspannung etwa Null ist, auftritt. Man betreibt deshalb den Wechselrichter mit einem möglichst kleinen Steuerwinkel {3 , bei dem ein stabiler Betrieb noch gesichert ist. Kennzeichen für den stabilen Betrieb ist der sogenannte Löschwinkel f , der auch gemessen und geregelt wird. Die Gleichspannung der Übertragung wird dann über die Stufensteller der Wechselrichtertransformatoren eingestellt. Beim Gleichrichter sorgt man für einen möglichst kleinen Steuerwinkelck, indem man die Leerlaufspannung des Stromrichters über die Stufensteiler der Stromrichtertransformatoren im Sinne der Konstanthaltung des kleinen Steuerwinkels entsprechend nachführt.

Da die Verstellungen der Transformator-Stufensteller nur langsam erfolgen, ist es nötig, dass bei einer beabsichtigten schnellen Stromerhöhung der Wechselrichter vorübergehend seine Gegenspannung vermindert, bis der Stufensteiler des Gleichrichters die Leerlaufspannung auf den benötigten höheren Wert verstellt hat. Dies wird dadurch erreicht, dass

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auch der Wechselrichter mit einem Stromregler ausgerüstet wird, der in Richtung kleiner Steuerwinkel (3 vom Löschwinkelregler dominierend begrenzt wird. Venn der Stromregler eine Führungsgrösse erhält, die um einen "Marginalwert" geringfügig kleiner ist als der vom Stromregler des Gleichrichters bestimmte fliessende Gleichstrom, versucht er den Steuerwinkel |3 zu verkleinern und kommt dabei an die durch den Löschwinkelregler bestimmte Grenze, so dass letztendlich der Betrieb durch den Löschwinkelregler bestimmt wirdo Wird dagegen der fliessende Gleichstrom kleiner als die dem Wechselrichter-Stromregler vorgegebene Führungsgrösse etwa weil der Gleichrichter-Stromregler auch beim Steuerwinkel ck> = 0 seinen seiner Führungsgrösse entsprechenden Strom nicht einstellen kann, z.B. bei einer schnellen beabsichtigten Stromerhöhung oder bei Ausfall eines von mehreren reihegeschalteten Teilstromrichtern -, dann kann der Wechselrichter-Stromregler einen grösseren Steuerwinkel einstellen, womit die Gegenspannung des Wechselrichters vermindert wird, so dass der Strom in der Übertragung auf einem um den Marginalwert niedrigeren Wert gehalten wird, anstatt völlig auf Null zu sinken.

Für einen einwandfreien Betrieb mit diesem "Marginalstrom-Verfahren" ist es nötig, dass die Führungsgrösse des Gleichrichter-Stromreglers stets um den Marginalwert, mindestens jedoch überhaupt, grosser ist als die Führungsgrösse des Wechselrichter-Stromreglers. In einem solchen System hat stets die Station mit der grösseren Stromregler-Führungsgrösse die Rolle der Gleichrichterstation. Mittels Steuerwinkelbereichs-Begrenzungen kann man bei fehler-

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hafter Zuordnung der Führungsgrössen eine Richtungsumkehr in der Energie-Übertragung vermeiden, aber die Störung auch nur auf die Änderung der übertragenen Leistung auf Null beschränken. Es ist also sehr wichtig, dass die Führungsgrössen-Zuordnung stets richtig erhalten bleibt. Das wird durch entsprechende Signal-Fernübertragungseinrichtungen erreicht (DE-AS 14 88 085).

Das Marginalstrom-System hat sich bei Zweipunkt-HGÜ's besonders wegen seiner Notbetriebs-Eigenschaften bewährt, und so lag es nahe, es auch bei einem System mit mehr als zwei Stationen anzuwenden. Man hat dazu die Anzahl der Stationen in eine Gleichrichtergruppe und eine Wechselrichtergruppe zu teilen und kann - bezogen auf einen realen oder fiktiven gemeinsamen Punkt des Gleichstromnetzes die Regeln des Marginalverfahrens auf die beiden Gruppen anwenden (s. z.B. DE-AS 14 88 085)· Eine Hauptforderung beim Mehrstationenbetrieb nach dem Marginalstrom-Verfahren ist, dass die Summe der Stromregler-Führungsgrössen aller Gleichrichterstationen stets grosser sein muss als diejenige aller Wechselrichterstationen. Probleme entstehen dadurch, dass in einem solchen System alle Stationen stromge-

strom,

regelt werden, bis auf eine, die einen für das GleicBP System spannungsbestimmenden Betriebszustand erreicht, indem sie entweder als Wechselrichter mit Löschwinkelregelung arbeitet und dabei einen Strom entsprechend ihrer Stromführungsgrösse und zusätzlich dem Marginalwert aufnehmen muss, oder indem sie als Gleichrichterstation mit dem Steuerwinkel Null arbeitet. Wegen der Möglichkeit der Überlastung einer Wechsel-

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richterstation darf der Marginalwert nicht zu gross gewählt werden. Es ist dann eine schnelle und exakte Nachführung aller Führungsgrössen nötig, wenn die Leistung einer Station verändert werden soll.

Hierfür ist ein zentraler Lastabgleich erforderlich (DE-PS 15 23 555), der einen erheblichen Fernmeldeaufwand erfordert.

Venn in der Menge der Wechselrichterstationen eine Station mit einer kleineren Nennleistung als derjenigen der anderen enthalten ist, führt der zusätzliche Marginaistrom in ihr u.U. schon zur Überlastung, wenn nicht ihre Nennleistung entsprechend erhöht wurde. Im allgemeinen muss bei einer^salphen Station vermieden werden, dass sie für das*V—System spannungsbestimmend wird. Hiermit entstehen weitere Probleme, indem besondere Massnahmen getroffen werden müssen, um die Spannungsführung des Gleichstrom-Systems einer bestimmten Station zuzuordnen.
Ein N.achteil des System ist, dass der Ausfall eines Eeihen-Teilstromrichters in einer Station zu einer entsprechenden Spannungsverminderung und damit Leistungsverminderung im ganzen System führt. Durch zusätzliche Spannungsbegrenzungen kann dieser Zustand vermieden werden (DE-AS 1 588 067), wobei gleichzeitig die Anforderungen an die Nachrichtenverbindungen erleichtert sind.

Letztendlich bleibt jedoch beim Marginalstrom-Verfahren ein zentraler Abgleich der Stromführungsgrössen immer erforderlich.

Zur Vermeidung der geschilderten Schwierigkeiten des Marginalstrom-Verfahrens ist in der DE-OS 1588 750 ein Verfahren angegeben, welches mit spannungabhängig gesteuerten Stromführungsgrössen arbeitet und

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keine Signal-Fernübertragung für den Betrieb braucht. Alle Stationen arbeiten stromgeregelt« Den Stromreglern der einzelnen Stationen werden damit Strom-Spannungs-Oharakteristiken natürlicher Art verliehen, d.h. dem Gleichrichter als Stromquelle eine mit steigendem Strom fallende Kennlinie und dem Wechselrichter als Stromverbraucher eine mit steigendem Strom steigende Kennlinie. Durch die Schnittpunkte der Strom-Spannungs-Charakteristiken ergibt sich der stabile Arbeitspunkt des Systems. Hierin ist nachteilig, dass die Schnittpunkte, insbesondere die der Wechselrichtercharakteristiken Schnittpunkte mit kleinem Winkel("schleifende Schnittpunkte") sind und somit nicht sehr genau sind, was insbesondere bei einer Wechselrichterstation kleiner Leistung gegenüber den übrigen leicht zur Überlastung führen kann. Laständerungen können im übrigen nur langsam ausgeführt werden, weil hierzu die Verstellung des üDransformator-Stufenstellers nötig ist.

Das Verfahren nach der eingangs bereits erwähnten DE-AS 25 18 910 vermeidet bei der Lösung der Aufgabe, die Leistungsbezüge der Wechselrichterstationen ohne gegenseitige Beeinflussung zu ermöglichen, ebenfalls einen zentralen Abgleich für die Stromführungsgrössen. Dabei ist in der Gleichrichterstation eine stromabhängige Spannungsregelung vorgesehen, bei der die Führungsgrösse eine einzige feste Strombegrenzung hat, die um einen eingestellten Marginalwert höher als das Leistungsvermögen der St_ation liegt. Bei den Wechselrichterstationen ist eine spannungsabhängige Strombegrenzung vorgesehen, bei der der Maximalwert der Führungsgrösse für den Strom-

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regler ohne nähere Angabe der Rechenschaltung _ nach einer auf das Leistungsvermögen der Gleichrichterstation abgestimmten Strom-Strom-Kennlinie in Abhängigkeit von der Spannung bestimmt wird. Die Spannung des Netzes als einzelne Grosse kann Jedoch nur bei einer einzigen Gleichrichterstation etwas über deren Leistungsvermögen aussagen. Das bekannte Verfahren ist mithin nicht auf eine Übertragungsanlage mit mehreren Gleichrichterstationen übertragbar, denn aus der Spannung kann so nicht auf das Leistungsvermögen der Gleichrichterstationen geschlossen werden, weil jeweils nicht bekannt ist, welche Stationen gerade in Betrieb sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem bei beliebig vielen Gleich- und Vechselrichterstationen die Einstellung eindeutiger Arbeitspunkte ohne aufwendige Fernmeldeeinrichtungen für einen zentralen Abgleich, ohne Vorgabe eines besonderen Marginalstromes für die Strombegrenzung für die Führungsgrösse beim Gleichrichter und ohne eine für jede Gleichrichterstation verschiedene, kompliziert zu errechnende Strom-Strom-Kennlinie zur Bildung des Maximalwerts der Führungsgrösse der Wechselrichter-Stromregler erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Das Verfahren gibt damit vorteilhafte Massnahmen zur Betriebsführung eines HGÜ-Netzes mit beliebig vielen Stationen an, wobei die Probleme der Lastaufteilung zwischen den Gleichrichterstationen, des Notbetriebs

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bei Leistungsmangel im Netz und des Vermeidens von Überlastungen bei Störung einzelner Wechselrichterstationen auf einfache Weise gelöst werden.

Bei den Gleichrichterstationen ist eine stromabhängige Spannungsregelung vorgesehen, deren Führungsgrösse vom tatsächlich auftretenden Strom der Station abhängig ist· Es ist also eine feste und eine spannungsabhängige Strombegrenzung vorhanden. Bei den Wechsel— richterstationen erfolgt in dem Bereich, in dem die Gleichrichterstationen an ihren Stromgrenzwerten arbeiten,eine lineare Verminderung bei der Bildung der Stromgrenze, ohne dass eine Strom-Strom-Kennlinie und das Einstellen eines Marginalstromes notwendig ist. Vielmehr sind die Kennlinien in p.u.-Werten für alle Gleichrichterstationen bzw. für alle Wechselrichterstationen gleich, wobei der tatsächliche Grenzzustand aller Gleichrichterstationen an der Spannung im Bereich 1.... (1- S)p.u. erkannt werden kann.

Die Erfindung ist also bei einer HGÜ-Anlage einsetzbar, die viele (z.B. 10) Stationen enthält. Diese Stationen können verschiedene Fennleistungen haben und aus beliebigen Anzahlen von Gleichrichtern und Wechselrichtern bestehen, wobei natürlich mindestens eine Station Gleichrichter oder eine Wechselrichter sein muss. In einem solchen Netz ist es für die übrigen Stationen nicht zumutbar, wegen eines Fehlers in einer

^auf
anderen StatioWz.B. die Hälfte ihrer Leistung zu verzichten, wenn die fehlerbehaftete Station die Spannung des Netzes auf die Hälfte herabsetzen würde.

Es liegt der Erfindung deshalb die Erkenntnis zugrunde, dass ein Mehrstationsbetrieb in einem grösseren Gleichstromnetz mit parallelgeschalteten Stationen vernünftigerweise nur mit konstanter Netzspannung durchgeführt werden kann und dass Stationen, die

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nicht in der Lage sind, ihre Spannung zu halten, abgeschaltet werden müssen. Um eine schnelle Reaktion bei gewollten Laständerungen zu ermöglichen, was z.B. bei der Einspeisung von Aushilfsleistung in ein Drehstrom-Netz, wenn dort z.B. ein Generator ausgefallen ist, erforderlich wird, werden alle Stationen mit konstanter Leerlauf-Gleichspannung betrieben. Das bedeutet für den Betrieb mit Teillast einen grösseren Steuerwinkel und höhere Blindleistungsaufnahme bei dieser Teillast als beim Betrieb mit minimalen Steuerwinkel. Jedoch ist die Blindleistungsaufnahme bei der Teillast kleiner als bei Vollast, so dass die für Volllastbetrieb in Form von drehstromseitig angeschlossenen Kondensatoren, Filterkreisen und Phasenschiebern installierte Blindleistung die vom Stromrichter benötigte Blindleistung übersteigt. Besonders bei 'schwachen" Drehstrom-Netzen, d.h. bei solchen mit hohem Innenwiderstand, führen diese Verhältnisse zur Erhöhung der Drehspannung, was nicht erwünscht ist. Es wird deshalb angestrebt, die überschüssige Blindleistung durch Abschaltung von Kompensationsmitteln oder durch bewusste Ver— grösserung der Steuerwinkel und damit der von den Stromrichtern im Teillastbetrieb aufgenommenen Blindleistung zu vermeiden. Der Betrieb der Stromrichterstationen mit konstanter Leerlauf—Gleichspannung im Sinne der Erfindung kommt deshalb den Bedürfnissen der angeschlossenen Netze entgegen.

Nur im Nennbetrieb nehmen die Stationen die dem minimalen Steuerwinkel entsprechende Blindleistung auf. Für den Wechselrichterbetrieb wird nur im Nennbetriebspunkt der stabile Wechselrichterbetrieb durch die Löschwinkelregelung gesichert. Bei Teillast ergibt sich ein grösserer Löschwinkel und damit auch ein noch sicherer Wechselrichterbetrieb. Somit ändert

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sich an der Stationsauslegung nichts gegenüber derjenigen bei den bisher bekannten Ausführungen für den Mehrstationsbetrieb. Den Stufenstellern an den Transformatoren fällt bei diesem Konzept nur noch die Aufgabe zu, die im allgemein langsam auftretenden Änderungen der Spannungen des Drehstrom—Netzes auszugleichen, um die Leerlaufspannung der Stromrichter konstant zu halten.

Erfindungsgemäss werden also alle Gleichrichterstationen im Normalbetrieb mit einer Spannungsregelung betrieben, wobei in bekannter Weise durch eine stromab— hängige Statik der Parallelbetrieb dieser Gleichrichter ermöglicht wird. Sie sind zusätzlich mit einem Stromregler ausgerüstet, der eine absolute Strombegrenzung bewirkt. Alle Wechselrichter haben einen Stromregler, der für die Abnahme des gewünschten Stromes sorgt. Solange die Gleichrichter nicht an ihre absolute Stromgrenze stossen und damit die Gleichspannung des Netzes unter den Nennwert herabsetzen, kann jeder Wechselrichter seinen Strom freizügig zwischen 0 und Nennwert einstellen. Im Bereich zwischen Nennwert (1 p.u.) der Netzspannung und (1-§)p.u. wird dann die vorgebbare Stromführungsgrösse jeder Wechselrichterstation von 1 p.u. bei Nennspannung bis auf 0 bei(i - £)p.u. Nennspannung zurückgenommen. Damit wird das in jeder Art von Mehrstationsbetrieb gültige Gesetz, dass die Summe der Wechselrichter-Stromführungsgrössen kleiner oder höchstens gleich sein darf der Summe der Gleichrichter-Stromführungsgrössen über die Netzspannung als Informationsgrösse automatisch eingehalten, ohne dass es einer besonderen Nachrichten-Verbindung bedarf.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach der

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Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfünrungsbeispielen beschrieben.

Es zeigen Pig. 1 Fig. 2 Fig. 3

Fig. 4-

Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 Fig. 8

ein Gleichstromnetz mit 6 Stationen, eine mögliche Ausführung einer Station, die Regelungsausrüstung einer Gleichrichter-Station,

die durch, die Regelungsausrüstung der Gleichrichterstation erzielten Arbeitskennlinien der Station, die Regelungsausrüstung einer Wechselrichter-Station,

die Arbeitskennlinien der Wechselrichter st at ion,

ein Beispiel für den Betrieb eines Netzes mit 5 Stationen und einen anderen Betriebszustand des Netzes mit 5 Stationen.

In Fig. 1 sind 6 Energie-Übertragungsstationen dargestellt, die an die Drehstromnetze 1 bis 6 angeschlossen sind· Von jeder Station ist der Stromrichterteil 11, 21 usw. dargestellt, bei dem der Stromaustritt spol mit + gekennzeichnet ist. Die Station wird über einen Polungsschalter 12, 22 usw. an das Gleichstrom-Netz geschaltet, wodurch die Rolle der Station als Gleichrichter (Einspeisung in das Gleichstromnetz) oder als Wechselrichter (Bezug aus dem Gleichstromnetz) festgelegt wird. Die Darstellung ist hier der Einfachheit halber so gewählt, dass

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jede Station nur einpolig gegen Erde aufgebaut ist. Praktisch wird man jedoch, eine Station zweipolig gegen Erde aufbauen; dann würden über den Polungsschalter die beiden Pole vertauscht und der Erdpunkt bliebe fest. In der dargestellten Stellung arbeiten die Stationen 11, 21, 31 als Gleichrichter und die Stationen 4-1, 51 * 61 als Wechselrichter. Die Leitungen des Netzes sind in Fig. 1 durch ihren Widerstand R_T1, R_T2 usw. bis zum gemeinsamen Punkt P des Netzes dargestellt. In der praktischen Ausführung kann das Netz natürlich auch als Ringnetz oder als vermaschtes Netz aufgebaut sein. In jedem Fall ist aber das Netzgebilde in die dargestellte Sternform mit den entsprechenden Widerstandswerten umrechenbar.

In Fig, 2 ist beispielhaft eine einzelne Station detaillierter dargestellt. Der Stromrichterteil besteht aus zwei in Reihe geschalteten Teilstromrichtern, die aus Transformatoren 10 bzw. 10' und steuerbaren Brückenschaltungen 13 bzw. 13' aufgebaut sind. Die Ventile der Brückenschaltungen werden mit Steuerimpulsen aus einer Steuerung 15 gesteuert, die mittels der mit Spannungswandlern 1? gemessenen Netzspannung eine durch eine Steuerspannung 62 bestimmte Phasenlage zu der Anodenspannung der Ventile herstellt. Das Signal 62 wird von einer Regelungseinrichtung 16 vorgegeben und ist proportional zu einem Zündverzögerungswinkel cA. .

Die Regelungseinrichtung 16 ist verschieden gestaltet, je nachdem, ob die Station Gleichrichter oder Wechselrichter sein soll. Hiermit ist, wie bereits erläutert, die Polung des Polungsschalters 2 festgelegt. Die Regelungseinrichtung 16 erhält einen Gleichstrom-Messwert 81, der hier beispielhaft aus einem Gleichstromwandler 18 erhalten wird, sowie einen örtlichen

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Gleichspannungs-Messwert 91» der hier beispielhaft von einem Spannungsteiler 19 abgegriffen wird. 14- ist eine Glättungsdrossel.

Fig. 3 zeigt den erfindungsgemassen Aufbau der Regelungseinrichtung für eine Gleichrichterstation. Das dem Steuerwinkelλ proportionale Signal 62 wird über ein Auswahlglied 66 entweder von einem Spannungsregler 63 oder von einem Stromregler 64 bestimmt, je n_achdem welches der beiden Eegler-Ausgangssignale das grössere ist. Der Spannungsregler 63 soll die Spannung im gemeinsamen Netzpunkt P regeln. Der Istwert 92 wird deshalb aus dem örtlich gemessenen Spannungswert 91» von dem der Leitungsspannungs— fall I- . Rt abgezogen wird, gebildet. Das als Multiplizierer dargestellte Glied 632 kann auch als Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor Rt ausgeführt sein. Der Sollwert 61 für den Spannungsregler 63 wird an einem Potentiometer 631 vorgegeben. Dies ist der Leerlauf-Spannungswert. Abhängig vom fliessenden Strom wird über ein Glied 633 der Spannungssollwert um einen Wert s . I, vermindert. Der Faktor s entspricht dabei einer vorgegebenen Neigung der Spannungskennlinie und beträgt z.B. 5 %·

Der Stromregler 64 erhält seinen Istwert aus der örtlichen Gleichstrommessung als Wert 81. Der maximale Sollwert kann an einem Potentiometer 641 eingestellt werden. Normalerweise wird das der Nennstrom I^ sein. Aber falls die Station aus betrieblichen Gründen nur fähig ist, einen kleineren Strom, z.B. I,, zu führen, kann auch dieser eingestellt werden. Dieser Wert stellt die absolute Stromgrenze des Gleichrichters dar. Über ein Auswahl-Glied 642, welches von seinen beiden Eingangswerten den kleineren an seinem Ausgang weitergibt, wird der vorgegebene Stromsollwert spannungs-

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abhängig begrenzt, wobei ausgehend von I.™· bei einer Spannung (1 - <£) . !J^ der Stromsollwert auf 0 bei einer Spannung (1 - S - ^) · Uyy linear zurückgenommen wird (Glieder 646, 645)·£ beträgt etwa 10 %, £ wird zu 5 % gewählt. An dem Glied 643, welches das grössere seiner beiden Eingangssignale an den Ausgang weitergibt, wird ein minimaler Gleichstromsollwert I₄₁₁₁₁J vorgegeben.

Die durch die beschriebenen Regeleinrichtungen erzielte Arbeitskennlinie der Station, bezogen auf den gemeinsamen Netzpunkt P, ist in I¹Ig. 4 dargestellt. Darin ist mit a die durch die Spannungs·- regelung erzielte Charakteristik bezeichnet, mit b der durch die absolute Stromgrenze gegebene, mit c der Teil, der durch die spannu gsabhängige Strombegrenzung bestimmt ist und mit d der durch die Minimalstromregelung bestimmte Teil. Normalerweise soll die Station mit Spannungsregelung, also auf dem Kennlinienteil a arbeiten. N ist der Nenn-Betriebspunkt. Mit der Kennlinie et =°^Μττί» ^au^ ^^er eine Station mit Einstellung eines minimalen Steuerwinkels arbeitet, ist dieser Punkt gemeinsam, woraus zu erkennen ist, dass die erfindungsgemässe Gleichrichterstation nicht anders dimensioniert werden muss als Stationen in bisher üblicher Ausführung.

Die Kennlinie a kann in vertikaler Richtung mittels des Vorgabewertes 61 am Potentiometer 631 verschoben werden (z.B. a¹), Dadurch kann die von der Station abgegebene Leistung verändert werden. Bei Nennspannung U-^ im Netzpunkt P ergibt sich bei der Kennlinie a¹ der Betriebspunkt P¹. Wenn die absolute Stromgrenze b bei I^ eingestellt ist, würde diese Station bei Absenkung der Netzspannung unter den Nennwert auch höhere Ströme bis zum Nennwert liefern.

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Der Konnlinienteil c dient dem Schutz gestörter Wechselrichter gegen Überlastung. Bei Wechselrichterstörungen bricht die Gleichspannung des Wechselrichters zusammen. Aufgrund des Kennlinienteils c vermindern die Gleichrichter ihren Strom bis auf den Minimalstrom (Kennlinie d), wodurch der Fehlerstrom begrenzt wird. In einem Netz mit sehr vielen Stationen kann es nützlich sein, nur einige der Gleichrichterstationen mit einem endlichen Minimalstrom zu betreiben und bei den übrigen den Minimalstrom auf Null zu setzen. Jedoch muss mindestens eine der Gleichrichterstationer einen endlichen Minimalstrom haben, damit nach Fehlerfällen) das Netz wieder aufgeladen wird und bei wiederhergestellter Spannungs höhe der Betrieb wieder einsetzen kann.

eh.
Die ßegelungseinrichtungVeiner Wechselrichterstation sind in Fig. 5 dargestellt. Dabei sind die Bausteine der Regelung, wie zu Fig. 3 für einen Betrieb der Station als Gleichrichter beschrieben, beziffert.

62 ist die dem Zündverzögerungswinkel Λ proportionale Steuergrösse. Über das Auswahlglied 66 ist sie entweder die Ausgangsgrösse des als Löschwinkelregler arbeitenden Keglers 65 oder die Ausgangsgrösse des Stromreglers 64·, je nachdem, welche von beiden den kleineren Wert hat. Der Löschwinkelregler ist in bekannter Art als Eegler für die Regelabweichung des Istwerts "^ ist ^vom S°llwert ^₈₀-Q des Löschwinkels f der Wechselrichterventile ausgeführt; es kann aber auch an seiner Stelle eines der bekannten Löschwinkel-Steuerverfahren eingesetzt werden.

Der Stromregler 64 erhält seine Regelgrösse 81 aus der Gleichstrom-Messeinrichtung 18. Seine Führungsgrösse erhält er über ein Auswahlglied 644, welches

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von seinen Eingangsgrössen jeweils die kleinste an seinen Ausgang schaltet. Durch die Eingangsgrösse 1.0 wird die Führungsgrösse auf den Nennwert des Stationsströmes begrenzt. Die Führungs— grösse 61 für den betriebsmässig gewünschten Sta— tionsstrom wird am Potentiometer 641 eingestellt· Der Ausgang des Gliedes 645 begrenzt die vorgebbare Stromführungsgrösse spannungsabhängig im Bereich von Iajj bei U,jt bis auf 0 bei (1 - S) · U^.

Um die Spannung des gemeinsamen Netzpunktes P zu erhalten, wird zu dem örtlich gemessenen Spannungswert 91 der Leitungsfall, gebildet aus dem Strommesswert 81, der im Glied 632 mit dem Vert E- des Leitungswiderstandes multipliziert wird, hinzuaddiert. Vom Spannungsmesswert 92 wird der Wert (1 - S) subtrahiert und das Ergebnis im Glied mit dem Faktor 1/S multipliziert* Das Glied 645 begrenzt die Führungsgrösse auf positive Werte.

Die mit der Ausrüstung nach Fig. 5 erzielten Arbeitskennlinien einer Wechselrichterstation sind in Fig. 6 dargestellt. Darin ist der Teil e durch die Löschwinkelregelung bestimmt, die den stabilen Betrieb des Wechselrichters sichert. Der Kennlinienteil f ist durch die Stromregelung mit maximaler Führungsgrösse 1,0 gegeben. Bei einem kleineren Vorgabewert 61 ergibt sich die Kennlinie f' an der Stelle l^gg]?· Der Teil g ist durch die Stromregelung mit der spannungsabhängig en Führungsgrösse aus Glied 645 bestimmt*

Der Nenn-Auslegungspunkt N der Station muss so gewählt werden, dass die Löschwinkelregelung bei Nennstrom gerade bei der Spannung (1 - s) . U^jj eingreift. Dies ist nötig, damit die Station in dem Fall, in dem sie die eizige in Betrieb befindliche Wechselrichterstation in einem Netz mit vielen in

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Betrieb befindlichen Glechrichterstationen ist, noch ihren Nennstrom beziehen kann. Die Gleichrichterstationen würden in diesem Fall bei sehr kleinem Strom eine Spannung nahe (1 + s) . ΙΚ~ einstellen. Der Betriebspunkt der Wechselrichterstation mit Löschwinkelregelung ist durch den Schnittpunkt dery= const - Kennlinie mit (1 + s) . U,jj gegeben und muss deshalb mindestens beim Stromwert Ι,« liegen (Auslegungspunkt N).

Erfindungsgemäss soll nun für alle Stationen der Wert S gleich sein. Für alle Gleichrichterstationen sollen die Werte s und ε gleich sein. Dann gibt es für ein Netz mit beliebig vielen Stationen zwei Haupt-Betriebszustände. Im Normalbetrieb arbeiten alle Wechselrichterstationen mit ihrer Stromregelung, Kennlinienteil f, und alle Gleichrichterstationen mit ihrer Spannungsregelung, Kennlinienteil a. Dieser Zustand ist in Fig. 7 für ein Netz mit 2 Gleichrichter- (GR 1, GR2) und 3 Wechselrichterstationen (WR 1, WR2, WR 3) dargestellt.

Zur Vereinfachung der Erläuterung sei der Nennstrom aller Stationen gleich gross gewählt. In Fig. 7 sind die Stromführungsgrössen der Wechselrichterstationen so eingestellt, dass ihre Summe die Summe der Gleichrichter-Nennströme nicht übersteigt. Es ist WR 1 auf 0,3 Ί^, WR 2 auf 0,5*I_dN und WR 3 auf eingestellt.

Die Betriebspunkte sind durch die gemeinsame Spannung Ug im Netzpunkt P bestimmt, bei der auch die Kirchhoff sehe Knotenpunktsregel ΣΙ, = 0 im Netzpunkt P erfüllt ist. Diese ergibt sich etwas oberhalb U^v-Die Betriebspunkte der Gleichrichterstationen B1, B2 liegen auf dem Spannungsregelungs-Kennlinien-

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teil, während die Betriebspunkte der Wechselrichterstationen BW1, BW2, BW3, auf ihrem Stromregelungskennlinienteil liegen.

Fig. 8 zeigt einen Betriebszustand des gleichen Netzes, bei dem die Summe der in den Wechselrichterstationen vorgegebenen Stromführungsgrössen die Summe der von den Gleichrichterstationen abgebbaren Ströme übersteigt. In jeder Wechselrichterstation ist der Nennstrom vorgegeben. Die Gleichrichter kommen an ihre Strombegrenzungsregelung, wobei die Gleichspannung vermindert wird. In den Wechselrichterstationen wird die wirksame Strom-Führung sgrös se infolge der unter Nennwert gesunkenen Spannung verkleinert gemäss dem Kennlinienteil g· Die Betriebspunkte ergeben sich wieder unter der Bedingung gleicher Spannung und Erfüllung der Knotenpunktsregel£1 = 0 im Netzpunkt P.

Die Gleichrichter arbeiten mit Stromregelung, Betriebspunkte B1, B2. Die Wechselrichterbetriebspunkte BW1, BW2, BW3-, liegen bei 2/3 . I^ auf dem Kennlinienteil g. Man erkennt hieraus, dass auch bei unvernünftig vorgegebenen Stromführungsgrössen der Betrieb des Netzes nicht zusammenbricht, ohne dass eine Fernmeldeverbindung nötig ist. Der Fall nach Pig· 8 dürfte nur in Ausnahmefällen vorkommen. In der Regel wird man in einem Netz zunächst ausreichende Gleichrichterleistung zur Verfügung stellen, bevor die Wechselrichter ihre Leistung abnehmen. Der Fall nach Fig.. 8 kann jedoch auftreten, wenn zuvor noch eine dritte Gleichrichterstation in Betrieb war, wobei sich ein Zustand ähnlich Fig. 7 ergibt, die dann z.B. infolge eines Fehlers abgeschaltet wurde.

Claims (2)

1. Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH
   Theodor-Stern-Kai 1

   Frankfurt 70

   Ham/Te B 81/58 Harn

   18.06.82

   Verfahren zum Betrieb einer Hochspannungs-Gleichstromübertragungsanlage mit beliebig vielen Umformerstationen

   Patentansprüche

   \J\ J Verfahren zur Übertragung von Energie zwischen mehreren örtlich auseinanderliegenden Umformerstationen einer Hochspannungs-Gleichstrom-Über— tragungsanlage, die auf ihrer Gleichstromseite mit Gleichstrom-Leitungen miteinander verbunden sind und auf ihrer Wechselstromseite jeweils an ein Drehstromnetz angeschlossen sind, wobei jede Umformerstation aus einer Reihen- oder Parallelschaltung von netzgeführten steuerbaren (Teil-) Stromrichtern aufgebaut ist, die an einem geerdeten Punkt zusammengeschaltet sind und gegen diesen einen positiven und einen negativen Pol bilden, an welche die Leitungen über Polwende-

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   schalter angeschlossen sind und jede der Umformerstationen mit einer ersten Begelungseinrichtung ausgerüstet ist, die über die Steuerung der Stromrichtereinheiten den im Leitungspol fliessenden Gleichstrom auf einen vorgebbaren Sollwert einstellt und ausserdem mit einer zweiten Eegelungseinrichtung ausgerüstet ist, welche gegenüber der ersten Eegelungseinrichtung die eingestellte Gleichspannung, bezogen auf einen fiktiven gemeinsamen Punkt im Netz, dominierend auf einen einstellbaren Wert begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass

   - bei den Stationen, die für Gleichrichterbetrieb geschaltet sind, der für die zweite Begelungseinrichtung vorgegebene Begrenzungswert mit

   der Höhe des vom Stationspol geführten Stromes zunehmend erniedrigt wird und beim Nenn-Gleichstrom gerade die Nennspannung erreicht und der maximal vorgebbare Sollwert für die erste Regelungseinrichtung spannungsabhängig derart begrenzt wird, dass in einem gewissen Spannungsbereich 1 p.u...(1 - £)p.u. der Sollwert dem Nennwert des Polstromes entspricht und in einem weiteren Sp_annungsbereich (1 -£)p,u...

   (1 - £ - ε)ρ^. der vorgebbare Stromsollwert linear bis auf einen Minimalwert zurückgenommen wird,

   - während bei den für Wechselrichterbetrieb geschalteten Stationen der vorgebbare Sollwert für die erste Regeleinrichtung spannungsabhängig ausgehend von ihrem Nennwert beim Nennwert der Gleichspannung 1 p.u. linear bis auf Null beim Spannungswert (1 - S)p.u. begrenzt wird.

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2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über Einrichtungen zur Verstellung von Stufenstellern der Stromrichtertransformatoren eine konstante ventilseitige Transformator-Leerlaufspannung bewirkt wird.

   3· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert £ mit 10% und der Wert 5 % vorgewählt wird.