CH642493A5

CH642493A5 - Uebertragungsanlage fuer hochgespannten gleichstrom.

Info

Publication number: CH642493A5
Application number: CH73079A
Authority: CH
Inventors: Gunnar Flisberg; Lars-Erik Juhlin
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1978-02-21
Filing date: 1979-01-25
Publication date: 1984-04-13
Also published as: DE2905272C2; DE2905272A1; US4259713A; CA1117183A; SE419014B; BR7900554A; GB2016825B; SE7801966L; GB2016825A; JPS54122839A; FR2417875A1; FR2417875B1; JPS6338940B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Übertragungsanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei einer solchen Übertragungsanlage war es bisher notwendig, den Wechselrichter der dritten Station für die Gleichspannung der Gleichstromleitung zu bemessen. Eine solche Bemessung war jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass die dritte Station nur bei einer Leistung wirtschaftlich war, die in der Grössenordnung der übrigen Stationen lag. Es war daher nicht zweckmässig, einen Wechselrichter für die volle Gleichspannung der Gleichstromleitung und eine relativ niedrigere Leistung zu bemessen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Übertragungsanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die dritte Station auch für eine wesentlich kleinere Leistung als diejenige der übrigen Stationen bemessen sein kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemässen Lösung dient der Gleichspannungsumformer zur Herabsetzung der Gleichspannung der Gleichstromleitung auf einen der jeweiligen Wechselrichterleistung angemessenen Wert. Ein solcher Gleichspannungsumformer lässt sich bei den in Betracht zu ziehenden Leistungen mit weniger Aufwand an den hochgespannten Gleichstrom anpassen als der Wechselrichter. Ein weiterer Vorteil einer solchen Lösung besteht darin, dass der Gleichspannungsumformer eine Sperre für Störungen zwischen der Gleichstromleitung und dem Wechselrichter bildet, so dass sich keine Störungen über ihn hinweg fortpflanzen können.

Die für einen solchen Zweck erforderlichen Gleichspannungsumformer weisen impulsgesteuerte Ventile und Löschkreise auf. Derartige Umformer sind zumindest teilweise aus Niederspannungsschaltanlagen bekannt, jedoch werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Gleichspannungsumformer beansprucht, welche besser für Hochspannung geeignet sind.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Übertragungsanlage für hochgespannten Gleichstrom,

Fig. 2 ein kombiniertes Block-Prinzipschaltbild der dritten Station nach der Fig. 1,

Fig. 3a ein Diagramm der Spannungen an verschiedenen Stellen der Anlage,

Fig. 3b ein Diagramm der zugeordneten Ströme,

Fig. 4 ein Detail-Schaltbild des in der Fig. 1 dargestellten Steuerorgans und

Fig. 5 einen Gleichspannungsumformer als Variante des in der Fig. 2 dargestellten Gleichspannungsumformers.

Die in der Fig. 1 dargestellte Hochspannungs-Gleich-strom-Übertragungsanlage weist zwei durch eine Gleichstromleitung 3 verbundene Stromrichterstationen 1 und 2 auf, von denen die eine eine Gleichrichterstation und die andere eine Wechselrichterstation ist. An die Gleichstromleitung 3 ist eine dritte Station 4 zur Leistungsentnahme angeschlossen. Jede dieser drei Stationen ist mit einem Wechselstromnetz verbunden.

Die dritte Station 4 weist einen Wechselrichter 5 und einen diesem vorgeschalteten Gleichspannungsumformer 6 auf, welcher die Gleichspannung der Gleichstromleitung 3 in eine niedrigere Gleichspannung umformt. Die Höhe dieser niedrigeren Gleichspannung wird der Nennleistung des Wechselrichters 5 entsprechend gewählt, um ein wirtschaftliches Verhältnis zwischen Spannung und Leistung zu erzielen. Dem Gleichspannungsumformer 6 ist eingangsseitig ein erstes Glättungsfllter 7 vor- und ausgangsseitig ein zweites Glättungsfilter 8 nachgeschaltet. Das erste Glättungsfilter 7 kann ein der SE-PS 134397 entsprechendes Gleichstromfilter sein. Das zweite Glättungsfilter 8 wird noch anhand der Fig. 2 beschrieben.

Der Gleichspannungswandler 6 ist mit einem ersten Steuerorgan 9 und der Wechselrichter 5 ist mit einem zweiten Steuerorgan 10 verbunden. Die Steuerung erfolgt anhand von spannungs- und stromabtastenden Organen, für den Wechselrichter, beispielsweise in Form eines Spannungsteilers 11 und eines Transduktors 12.

Bei der Steuerung kann das erste Steuerorgan 9 unter Berücksichtigung der am Wechselrichter 5 erforderlichen Gleichspannung vom Spannungsteiler angesteuert werden, während das zweite Steuerorgan 10 unter Berücksichtigung des erforderlichen Gleichstroms im Wechselrichter 5 vom Transduktor 12 angesteuert wird. Eine andere Möglichkeit besteht in der Umkehrung eines solchen Verfahrens, d.h. dass

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das erste Steuerorgan 9 von Transduktor 12 und das zweite Steuerorgan 10 vom Spannungsteiler 11 angesteuert wird.

Die zwischen den Stationen 1 und 2 übertragene Leistung wird auf bekannte Weise dadurch beeinflusst, dass die Stationen von einem gemeinsamen Steuerorgan 13 gesteuert werden, welches zwischen den Stromsollwerten der Stationen einen vorbestimmten Abstand festlegt. Dabei muss auch der der dritten Station 4 entnommene Strom berücksichtigt werden, weshalb das Signal des Transduktors 12 auch dem gemeinsamen Steuerorgan 13 zugeführt wird. Zwischen dem Transduktor 12 und dem gemeinsamen Steuerorgan 13 ist ein Übertragungsglied 14 geschaltet, welches den vom Transduktor 12 gelieferten Strom auf das Spannungsniveau der Hoch-spannungs-Gleichstromleitung 3 umsetzt. Das Übertragungsglied 14 dient hier lediglich als Symbol zur Anpassung verschiedener Signale auf das gleiche Spannungsniveau. Eine solche Anpassung kann ebenso durch den Signalgeber selbst, beispielsweise durch den Transduktor 12, oder durch Herabsetzung der Spannung auf entsprechende Widerstandswerte erfolgen.

Wenn die Nennleistung des Wechselrichters 5 der dritten Station 4 im Verhältnis zu den Nennleistungen der Stationen 1 und 2 klein ist, kann die Verbindung vom Transduktor 12 zum gemeinsamen Steuerorgan 13 gegebenenfalls weggelassen werden. In einem solchen Fall ist der Abstand der Stromsollwerte zwischen den Stationen 1 und 2 entsprechend gross zu wählen, so dass der von der dritten Station 4 entnommene Strom innerhalb dieses Abstandes liegt.

Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Spannungsumformer 6 ein vom ersten Steuerorgan 9 gesteuertes Thyristorventil 15 und einen Löschkreis in Form eines aus einer Drossel 16 und einem Kondensator 17 bestehenden Schwingkreises aufweist. Das Thyristorventil 15 besteht aus mehreren in Reihe geschalteten Thyristoren, deren Anzahl auf die erforderliche Spannungsreduktion von der Hochspannungs-Gleichstromleitung 3 zum Wechselrichter 5 abgestimmt sein muss. Ferner weist der Spannungsumformer 6 eine Ausgangsdrossel 18 und eine Freilaufdiode 19 auf. Zur Gewährleistung, dass der Kondensator 17 des Schwingkreises in entsprechender Zeit auf die erforderliche Spannung aufgeladen wird, ist es erforderlich, dass die Ausgangsdrossel 18 eine grössere Induktivität, beispielsweise um eine Zehner-Potenz, als die Drossel 16 aufweisen muss.

Das dem Spannungsumformer 6 nachgeschaltete Filter 8 kann ein einfaches Gleichspannungsfilter mit einer Glät-tungsdrossel 20 und einem Glättungskondensator 21 sein. Durch die Nachschaltung eines solchen Filters können die Abmessungen der Ausgangsdrossel 18 des Spannungsumformers 6 relativ klein gehalten werden. Um zu verhindern, dass sich der Glättungskondensator 21 des Filters 8 rückwärts über den Schwingkreis-Kondensator 17 des Spannungsumformers 6 entlädt, ist eine Diode 22 am Eingang des Filters 8 angeordnet.

Das dem Spannungsumformer 6 vorgeschaltete Filter 7 weist in der gleichen Art wie das Filter 8 einen Kondensator 51 und eine Drossel 55 sowie eine Diode 56 auf, um zu verhindern, dass sich der Kondensator 51 auf die Leitung 3 bei einem Spannungsausfall in derselben entlädt. Um beim Einschalten der dritten Station 4 Überspannungen aufgrund der Ladung des Kondensators 51 zu vermeiden, wird diese Station vorerst über einen mit einem Widerstand 54 in Reihe geschalteten Schalter 52 eingeschaltet. Nachdem der Kondensator 51 aufgeladen ist, kann der Widerstand 54 durch einen weiteren Schalter 53 kurzgeschlossen werden, wonach der erste Schalter 52 zweckmässigerweise geöffnet wird.

Die Abschaltung der dritten Station 4 kann durch Öffnen des Schalters 53 erfolgen, sofern dieser ein Gleichstromschalter ist. Andernfalls kann durch Schliessen des Schalters 57 der

Erdschlussschutz der Hochspannungs-Gleichstromleitung 3 die Leitungsspannung auf Null heruntersteuern lassen, wonach der Schalter 53 geöffnet werden kann. Nach Abschaltung der dritten Station 4 kann der Kondensator 51 über einen Schalter 58 entladen werden.

Aus der Fig. 3a sind die Spannungen an verschiedenen Stellen der Anlage und aus der Fig. 3b sind die zugeordneten Ströme ersichtlich.

Die Leitungsspannung U3 wird als konstant angenommen. Zum Zeitpunkt ti wird das Ventil 15 des Gleichspannungsumformers 6 gezündet, wonach in der Schwingkreis-Drossel 16 der Strom auf einen Wert Ii6 ansteigt und der Schwingkreis-Kondensator 17 auf eine Spannung Un aufgeladen wird. Zum Zeitpunkt t2 ist der Kondensator 17 auf die Scheitelspannung U17 aufgeladen, während der Ladestrom Ixe auf Null zurückgeht und das Ventil 15 gelöscht wird. Der Kondensator 17 entlädt sich sodann über eine Drossel 18 mit einem Strom Iis für den Kondensator 21. Zum Zeitpunkt t3 hat sich der Kondensator 17 des Umformers 6 entladen und die Diode 19 übernimmt den Strom für die Ausgangsdrossel 18 bis zum Zeitpunkt t4, zu welchem das Thyristorventil 15 wieder gezündet wird und die Spannung Un sowie der Strom I16 wieder ansteigen.

Die Drosseln 18 und 20 und der Siebkondensator 21 bewirken eine Glättung der Spannung U21 über den Kondensator 21 und des Stromes I20 durch die Drossel 20, so dass der dem Wechselrichter 5 zugeführte Strom und die anliegende Spannung einigermassen konstant sind.

Das Thyristorventil 15 des Spannungsumformers 6 wird vom ersten Steuerorgan 9 mit Impulsen gesteuert, welche kürzer sind als das konstante Intervall zwischen den Zeitpunkten ti und t2. Durch eine Änderung der Frequenz dieser Impulse wird die Frequenz der Ladeimpulse U17 über den Schwingkreis-Kondensator 17 und damit die mittlere Spannung U21 über den Siebkondensator 21 und/oder der mittlere Strom I20 in der Siebdrossel 20 geändert. Wie bereits erwähnt, arbeitet das erste Steuerorgan 9 in Abhängigkeit von einer der genannten Grössen, während das zweite Steuerorgan 10 des Wechselrichters 5 in Abhängigkeit von der jeweils anderen Grösse arbeitet.

Aus dem Prinzipschaltbild nach der Fig. 4 ist ersichtlich, dass das erste Steuerorgan 9 einen Impulsgenerator 25, einen Sicherheitskreis 24 und ein UND-Glied 26 mit einem invertierten Eingang aufweist. Dem Impulsgenerator 25 werden die Signale entweder vom Spannungsteiler 11 oder vom Transduktor 12 gemäss Fig. 1 zugeführt. Der ein ODER-Glied aufweisende Sicherheitskreis 24 ist mit seinen Eingängen an das Wechselstromnetz 23 gemäss Fig. 2 und an die Hochspannungs-Gleichstromleitung 3 angeschlossen. Über den Ausgang des Sicherheitskreises 24 gelangt ein Signal an den invertierten Eingang des UND-Gliedes 26, wenn in der Hochspannungs-Gleichstromleitung 3 oder im Wechselstromnetz 23 ein Fehler auftritt. Der invertierte Eingang des UND-Gliedes 26 liegt parallel zum Eingang des Impulsgenerators 25, so dass die Impulse des Generators 25 gesperrt werden, wenn der Sicherheitskreis 24 ein Signal abgibt.

In der Fig. 5 ist das Prinzipschaltbild eines Spannungsumformers 6 als Variante zu dem in der Fig. 2 dargestellten Spannungsumformer gezeigt. Das Thyristorventil 15 ist bei dieser Ausführung mit einem Löschkreis 30 in Reihe geschaltet, während dieser Reihenschaltung ein Entlastungskreis 40 parallelgeschaltet ist.

Der Löschkreis 30 weist eine Brückenschaltung auf, in deren vier Zweigen Thyristoren 31, 32,33 und 34 angeordnet sind. Eine Abtasteinrichtung 35 ist der Brückenschaltung parallelgeschaltet. In der Diagonale der Brückenschaltung liegt ein Löschkondensator 36. Die Steuerelektroden der vier Thyristoren 31 bis 34 sind mit einer Steuereinrichtung 37 ver-

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Der Entlastungskreis 40 weist einen Kondensator 41 und eine mit diesem in Reihe geschaltete Drossel 42 sowie ein Ventil 43 auf, welches aus einem spannungsgesteuerten Thyristor besteht, dem ein Diodenpaar antiparallelgeschaltet ist.

Zur Steuerung des in der Fig. 5 dargestellten Gleichspannungsumformers 6 sind also Steuerimpulse sowohl für das Thyristorventil 15 als auch für dessen Löschkreis 30 zu den Zeitpunkten ti bzw. h gemäss Fig. 3 erforderlich.

Die Steuerimpulse für das Thyristorventil 15 werden auch an die Steuereinrichtung 37 für den Löschkreis 30 gegeben, wobei jeweils zwei diagonal gegenüberliegende Thyristoren, beispielsweise 32 und 33, gezündet werden. Dabei wird der Löschkondensator 36 in der in der Fig. 5 angedeuteten Polarität aufgeladen. Sobald die Spannung an der Abtasteinrichtung 35 einen vorbestimmten Wert erreicht, wird der Thyristor 31 gezündet, wobei der Strom unmittelbar durch das Thyristorventil 15 und die Thyristoren 31 und 33 fliesst.

Zum Löschen des Thyristorventils 15 zum Zeitpunkt t2 entsprechend der Fig. 3 wird der Thyristor 34 gezündet, wobei der Thyristor 33 durch Entladung des Löschkondensators 36 gelöscht wird. Bei fortgesetzter Neuladung des Löschkondensators 36 steigt die Spannung an, bis das Thyristorventil 43 zündet, der Strom zum Entladekreis 40 kommutiert und das 5 Thyristorventil 15 gelöscht wird.

Die Auswahl zwischen dem in der Fig. 2 dargestellten Gleichspannungsumformer ohne und dem in der Fig. 5 dargestellten Gleichspannungsumformer mit Löschkreis richtet sich nach der Wahl der Komponenten. Als Gleichspannungs-io umformer und Löschkreise können jedoch auch andere bekannte Ausführungen verwendet werden. Gegebenenfalls kann das Thyristorventil 15 löschbare Thyristoren aufweisen.

Der in der Fig. 5 dargestellte Löschkreis 30 dient lediglich als Beispiel, da dieser auch durch andere bekannte Lösch-15 kreise ersetzt werden kann.

Wenn die Übertragungsleitung 3 gemäss Fig. 1 zweipolig ausgeführt ist, kann die Entnahmestation 4 zweckmässigerweise mit erforderlichen Polumschaltern ausgerüstet werden, so dass sie beliebig entweder an den einen oder an den ande-20 ren der Pole der Übertragungsleitung anschliessbar ist.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

642 493 PATENTANSPRÜCHE

1. Übertragungsanlage für hochgespannten Gleichstrom, mit mindestens einer Gleich- und einer Wechselrichterstation (1,2), die mit einer Gleichstromleitung (3) verbunden sind sowie mit einer dritten Station (4) zur Entnahme von Leistung aus der Gleichstromleitung, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte dritte Station einen Wechselrichter (5) für eine Gleichspannung enthält, welche die Gleichspannung der Gleichstromleitung unterschreitet, und dass der Wechselrichter über einen Gleichspannungsumformer (6) an die Gleichstromleitung angeschlossen ist.

2. Übertragungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleichstromfilter (8) zwischen den Wechselrichter (5) und den Gleichspannungsumformer (6) geschaltet ist.

3. Übertragungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Gleichstromfilter (8) einen Parallelkondensator (21) und eine Reihendrossel (20) sowie eine Eingangsdiode (22) enthält, um einer Entladung des Parallelkondensators zurück zum Umformer (6) vorzubeugen.

4. Übertragungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleichstromfilter (7) zwischen den Gleichspannungsumformer (6) und die Gleichstromleitung (3) geschaltet ist.

5. Übertragungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Gleichstromfilter (7) eine Reihendrossel (55) und einen Parallelkondensator (51) sowie eine Sperrdiode (56) enthält, um einer Entladung des Kondensators zurück zur Gleichstromleitung (3) vorzubeugen.

6. Übertragungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Gleichstromfilter (7) zur Vorbeugung von Einschaltüberspannungen über zwei parallele Schaltorgane an die Leitung angeschlossen ist, von denen das eine (52) mit einem Widerstand (54) in Reihe geschaltet und zur Einschaltung des Umformers (6) vorgesehen ist, während das andere Schaltorgan (53) zum Kurzschluss des genannten Widerstandes nach der Einschaltung vorgesehen ist.

7. Übertragungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungsumformer (6) einen impulsgesteuerten Thyristor (15) und einen Schwingungskreis (16,17) zum Löschen desselben und in Reihe damit eine Ausgangsdrossel (18) mit Freilaufdiode (19) enthält.

8. Übertragungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungsumformer (6) einen impulsgesteuerten Thyristor (15) enthält, der mit einem Löschkreis (30) in Reihe und mit einem Entlastungskreis (40) zur endgültigen Löschung des Thyristors parallelgeschaltet ist.