-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen einer elektrischen
Leistung zwischen Drehstromnetzen mittels Hochspannungsgleichstrom
mit Umrichtern, die zündbare
Umrichterventile aufweisen und jeweils einem Drehstromnetz zugeordnet
sind, wobei die Umrichterventile jedes Umrichters über Induktivitäten mit
dem zugeordneten Drehstromnetz und über Gleichstromleiter mit den
Umrichterventilen der anderen Umrichter verbunden sind, mit wenigstens
einer Glättungsdrossel,
die mit einem der Gleichstromleiter verbunden ist, und mit Filtermittel
zum Unterdrücken
harmonischer Oberschwingungen.
-
Eine
solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der
US 4,414,612 bekannt. Die dort beschriebene
Vorrichtung weist zwei Umrichter mit Umrichterventilen auf, die
jeweils einem Wechselspannungsnetz oder Drehstromnetz zugeordnet
sind. Dabei sind die Umrichterventile des einen Umrichters mit den
Umrichterventilen des anderen Umrichters über Gleichstromleitungen miteinander
verbunden. Zur Ankoppelung der Umrichter an das jeweils zugeordnete
Wechselspannungsnetz sind Induktivitäten vorgesehen, die dort als
einfache Drosselspulen ausgebildet sind. Zwischen dem Wechselspannungsnetz und
den Induktivitäten
sind Filtermittel in Parallelschaltung zum Wechselspannungsnetz
angeordnet, die auf beim Gleich- beziehungsweise Wechselrichten
entstehende Oberschwingungen der Nennfrequenzen des Wechselstromes
abgestimmt sind. Bei den Filtermitteln handelt es sich um so genannte Saugfilter,
die aus einer aus Kondensator und Spule bestehenden Reihenschaltung
sowie aus dazu in Reihe geschalteten Parallelschwingkreisen zusammengesetzt
sind. Ferner dienen ohmsche Widerstände in nerhalb der Parallelkreise
oder in Parallelschaltung zur Spule der dissipativen Dämpfung.
-
In
IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 13, No. 4, Oktober 1998
ist von K. Sadek, M. Pereira, D.P. Brandt, A.M. Gole & A. Daneshpooy
auf den Seiten 1257 bis 1264 eine Vorrichtung offenbart, die ebenfalls
zwei Umrichterstationen aufweist, die jeweils einem Drehstromnetz
zugeordnet sind und deren Umrichterventile über Induktivitäten mit
dem jeweils zugeordneten Drehstromnetz verbunden sind. Dabei sind
die Ventile verschiedener Umrichterstationen über Gleichspannungsleiter miteinander
verbunden. Zwischen dem Drehstromnetz und den Induktivitäten sind
Filtermittel vorgesehen, die auf die beim Umrichten entstehenden
harmonischen Oberschwingungen der Nennfrequenz des Drehstromnetzes
abgestimmt sind. Zur Begünstigung
der Kommutierung des Stromes beim Wechselrichten von einer Phase des
Drehstromnetzes auf die andere sind zwischen den Induktivitäten, die
dort als Transformatoren realisiert sind, und den Umrichterventilen
Kondensatoren in einer Reihenschaltung angeordnet.
-
Weitere
gattungsgemäße Vorrichtungen
sind beispielsweise in dem Buch von E. W. Kimbark „Direct
Current Transmission",
Band 1, erschienen bei Willey Inter Science, New York, 1971 beschrieben.
-
1 zeigt eine übliche gattungsgemäße Vorrichtung.
Die dort gezeigte Vorrichtung weist einen ersten Umrichter 1 sowie
einen zweiten Umrichter 2 auf. Jede Umrichter 1 und 2 verfügt über jeweils sechs
Umrichterventile. Die Umrichterventile sind in einer Brückenschaltung
angeordnet und über
Transformatoren 3 und 4 mit den Phasen eines jeweils
zugeordneten Drehstromnetzes 5 beziehungsweise 6 verbunden.
Zur Rea lisierung der Brückenschaltung sind
jeweils zwei Umrichterventile mit jeweils einer Wicklung des Transformators 3 beziehungsweise 4 verbunden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind
die Wicklungen der Transformatoren gleichstromseitig in einer elektrischen
Dreiecksschaltung angeordnet. Wechselstromseitig ist hingegen eine geerdete
Sternschaltung vorgesehen. Zwischen den Drehstromnetzen 5 und 6 und
den diesen zugeordneten Transformatoren 3 und 4 sind
jeweils Filtermittel 7 in Parallelschaltung zum Drehstromnetz 5 beziehungsweise 6 angeordnet.
Die Filtermittel 7 sind auf die beim Um- oder Wechselrichten auftretenden Oberschwingungen
der jeweiligen Nennfrequenz der Wechselströme abgestimmt und dienen ferner
der Blindleistungskompensation. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Umrichter 1 zum Gleichrichten eingerichtet, wobei
der Umrichter 2 zum Wechselrichten vorgesehen ist. Zwischen
den Umrichtern 1 und 2 fließt Gleichstrom über Gleichstromleitungen 8.
Eine Glättungsdrossel 9 ist
zum Glätten
des ansonsten pulsförmigen
Gleichstroms eingerichtet.
-
2 verdeutlicht die beim
Wechselrichten des Gleichstromes entstehende Kommutierung des Stromes.
Bei den Umrichterventilen 2a+ bis 2c– des Umrichters 2 handelt
es sich um netzgeführte
Umrichterventile, die synchron zum Drehstrom gezündet werden. Im Zeitpunkt,
in dem in einem Leiterabschnitt L1 im Verhältnis zu den Leiterabschnitten
L2 und L3 die Spannung am größten ist,
befindet sich das Umrichterventil 2a+ somit
in seiner den Stromfluss ermöglichenden
Durchlassstellung, wohingegen alle anderen Umrichterventile 2b+ bis 2c+ sich in
ihrer Sperrstellung befinden. Übersteigt
die Spannung des Leiterabschnittes L2 diejenige Leiterabschnittes
L1, wird das Umrichterventil 2b gezündet. In dem zu dem in 2 verdeutlichten Zeitpunkt
sind beide Umrichterventile 2a+ und 2b+ in ihrer Durchlassstellung, so dass der
in 2 durch die Pfeile
angedeutete Kommutierungsstrom zwischen den Leiterabschnitten L1 und
L2 fließt.
Der dabei auftretende Hauptstrom ist in 2 etwas dicker eingezeichnet. Die Zeitdauer,
in der beide Ventile 2a+ und 2b+ gleichzeitig
in leitendem Zustand sind, wird üblicherweise
als Kommutierungswinkel μ bezeichnet. μ sollte idealerweise
möglichst
klein sein, da mit zunehmender Kommutierungsdauer die von dem Wechselrichter 2 verbrauchte
Blindleistung ansteigt. Darüber
hinaus verringert sich die Zeitdauer des effektiven Kommutierungswinkels
eines Umrichterventils, wie nachfolgend noch genauer beschrieben
werden wird.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art bereitzustellen, die einen kleinen Kommutierungswinkel aufweist
und gleichzeitig kostengünstig
ist.
-
Die
Erfindung löst
diese Aufgabe dadurch, dass die Filtermittel zumindest teilweise
als zwischen die Umrichter und die Induktivitäten geschaltete Kommutierungsfilter
realisiert sind, die parallel zum dem Umrichter jeweils zugeordneten
Drehstromnetz geschaltet sind und wenigstens einen Kondensator aufweisen,
der eine Kommutierung des übertragenen Stromes
von einer Phase des jeweiligen Drehstromnetzes auf die nächste begünstigt.
-
Erfindungsgemäß dienen
die üblicherweise lediglich
zur Filterung von Oberschwingungen und zur Blindleistungskompensation
vorgesehenen Filtermittel darüber
hinaus als Kommutierungshilfe, um den Kommutierungswinkel sowohl
beim Gleichrichter- als
auch beim Wechselrichterbetrieb der Vorrichtung möglichst
klein zu halten. Aus diesem Grunde sind die Filtermittel nicht,
wie im Stand der Technik üblich,
zwischen dem Drehstromnetz und der jeweils zugeordneten Induktivität, sondern zwischen
der Induktivität
und dem zugeordneten Umrichter angeordnet. Mit anderen Worten sind
die Filtermittel in Richtung des Leistungsflusses den Umrichterventilen
unmittelbar nachgeschaltet und dienen daher erfindungsgemäß sowohl
zum Dämpfen
von Oberschwingungen der Nennfrequenz des Drehstromnetzes und zur
Blindleistungskompensation als auch zum Verringern des Kommutierungswinkels
der Vorrichtung und ermöglichen
somit eine Verringerung der von den Umrichterventilen verbrauchten
Blindleistung. Die jeweils zwischen einer Induktivität und einem
Umrichter, der dieser Induktivität
zugeordnet ist, angeordneten Filtermittel werden daher hier als
Kommutierungsfilter bezeichnet. Die Kommutierungsfilter weisen neben
wenigstens einer Spule wenigstens einen Kondensator auf und sind
in Parallelschaltung zum jeweiligen Drehstromnetz angeschlossen.
-
Vorteilhafterweise
ist der Kondensator des Kommutierungsfilters direkt, also unmittelbar,
an einen auf Hochspannungspotential befindlichen Leiterabschnitt
der Vorrichtung angeschlossen. Auf Grund des Spannungsabfalls an
dem Kondensator können die übrigen Bauteile
des Filters für
geringere Spannungen ausgelegt sein, so dass sich weitere Kostenvorteile
ergeben.
-
Als
Induktivitäten
zum Anschluss an das zugeordnete Drehstromnetz kommen beispielsweise Spulen
in Betracht, die bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
jeweils in Reihenschaltung in einer Phase des Drehstromnetzes angeordnet sind.
-
Vorteilhafterweise
sind die Induktivitäten
jedoch als Transformatoren realisiert. Die Wicklungen der Transformatoren
können
beliebig verschaltet sein. So sind beispielsweise die galvanisch
mit den Umrichterventilen verbundenen Wicklungen des Transformators
in einer Dreiecksschaltung miteinander verbunden, während die
galvanisch mit dem Wechselstromnetz verbundenen Wicklungen des Transformators
in einer Sternschaltung angeordnet sind. Abweichend hiervon sind
sowohl die gleichstromseitigen Wicklungen als auch die wechselstromseitigen
Wicklungen des Transformators in einer Sternschaltung miteinander
verbunden. Die Sternschaltungen können geerdet oder ein schwimmendes
isoliertes Potential aufweisen. Dies gilt für alle Sternschaltungen von
Wicklungen gemäß dieser vorteilhaften
Weiterentwicklung der Erfindung. Auch Transformatoren, deren Wicklungen
ausschließlich über eine
Dreiecksschaltung miteinander verbunden sind, sind erfindungsgemäß verwendbar.
-
Vorteilhafterweise
sind sämtliche
Filtermittel als Kommutierungsfilter realisiert und zwischen den Umrichterventilen
und den Induktivitäten
angeordnet. Gemäß dieser
vorteilhaften Weiterentwicklung entfällt die Notwendigkeit, neben
den Kommutierungsfiltern noch weitere Filter vorzusehen, so dass
die Kosten der Vorrichtung noch weiter herabgesetzt sind.
-
Vorteilhafterweise
sind die Kommutierungsfilter einfach abgestimmte Kommutierungsfilter.
Solche einfach abgestimmten Kommutierungsfilter bestehen beispielsweise
aus einer Reihenschaltung eines Kondensators und einer Spule.
-
Zweckmäßigerweise
sind die Kommutierungsfilter mehrfach abgestimmte Kommutierungsfilter.
Solche mehrfach abgestimmten Kommutierungsfilter bestehen beispielsweise
aus einer Reihenschaltung eines Kondensators sowie einer diesem
bezüglich
des Hochspannungspotentials nachgeschalteten Induktivität, die wiederum
in Reihe zu einem Parallelschwingkreis geschaltet sind. Dabei besteht
der Parallelschwingkreis aus einem Kondensator, der parallel zu
einer Spule angeordnet ist. Der Parallelschwingkreis weist zweckmäßigerweise
darüber
hinaus einen ohmschen Widerstand auf, der parallel zur Spule und
zum Kondensator des Parallelschwingkreises geschaltet ist.
-
Die
aus Kondensator und Spule bestehende Reihenschaltung ist bei einer
Variante mit mehreren Resonanzschwingkreisen in Reihe geschaltet.
Die vorgenommene Aufzählung
von Schaltungsmöglichkeiten
der Kommutierungsfilter ist keinesfalls abschließend und dient lediglich zur
Verdeutlichung der Vielzahl von Möglichkeiten für die Ausgestaltung
des oder der Kommutierungsfilter.
-
Gemäß einer
weiteren zweckmäßigen Weiterentwicklung
weisen die Kommutierungsfilter einen Schalter auf. Mit Hilfe des
Schalters kann das Kommutierungsfilter an bestimmte Netzsituationen
angepasst werden. Durch den Schalter ist es beispielsweise möglich, ein
einfach abgestimmtes Filter zusätzlich
anzuschließen.
-
Vorteilhafterweise
sind die Kommutierungsfilter, die einem gemeinsamen Drehstromnetz
zugeordnet sind, in einer Dreiecksschaltung oder in einer ungeerdeten
Sternschaltung angeordnet. Aufgrund dieser Dreiecksschaltung sind
die Kommutierungsfilter nicht geerdet, sondern weisen ein freies
Potential auf. Entsprechendes gilt für eine Verbindung der Kommutierungsfilter über eine
nicht geerdete Sternschaltung.
-
Weitere
zweckmäßige Ausgestaltungen
und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der
Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleichwirkende
Bauteile mit gleichem Bezugszeichen versehen sind und wobei
-
1 ein
Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik zeigt,
-
2 die
beim Kommutieren auftretenden Stromwege auf der Wechselrichterseite
der Vorrichtung gemäß 1 zeigt,
-
3 ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit Kommutierungsventilen zeigt,
-
4 die
beim Kommutieren auftretenden Stromwege bei einer Vorrichtung gemäß 3 verdeutlicht,
-
5A die
durch die jeweiligen Umrichterventile fließenden Ströme einer Vorrichtung gemäß 1 oder 2 zeigt,
-
5B die
durch die jeweiligen Umrichterventile fließenden Ströme einer Vorrichtung gemäß 3 oder 4 zeigt,
-
6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt,
-
7 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines Kommutierungsfilters zeigt,
-
8 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines Kommutierungsfilters zeigt,
-
9 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt,
-
10 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt,
-
11 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt,
-
12 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt und
-
13 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt.
-
1 zeigt
eine vorbekannte Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik, die bereits weiter oben beschrieben wurde. Dies gilt
entsprechend für 2.
-
3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit
lediglich die Wechselrichterseite der Vorrichtung gezeigt ist. Es
sei allgemein darauf hingewiesen, dass bei sämtlichen Zeichnungen dieser
Anmeldung durch die schwarzen Linien Leiter dargestellt sind. Durch
sich kreuzende Linien ist keineswegs eine leitende Verbindung zwischen
den Leitern verdeutlicht. Eine leitende Verbindung eines Leiter
ist jedoch durch eine Linie verdeutlicht, die an einer Linie oder
einem Bauteil beginnt oder die an einem Bauteil oder einer anderen
Linie endet.
-
Auch
in 3 wird aus Gründen
der Übersichtlichkeit
lediglich das wechselseitige Ende der Vorrichtung 1 gezeigt,
die daher nur teilweise in 3 verdeutlicht
ist. Zu erkennen ist der Wechselrichter 2 mit den Umrichterventilen
2a+, 2b+, 2c+, 2a–, 2b–,
2c–.
Die Umrichterventile 2a+, 2b+,
2c+ sind mit der oberen Gleichstromleitung 8 verbunden,
die sich auf einem positiven Hochspannungspotential von +500 kV
befindet. Die in 3 unten dargestellten Umrichterventile
2a–,
2b–,
2c– sind
hingegen mit der unteren Gleichstromleitung 8 verbunden,
die sich auf einem negativen Potential von –500 kV befindet. Bei fehlenden
Zündsignalen
befinden sich die Umrichterventile in einer Sperrstellung, in der
ein Stromfluss durch die Umrichterventile 2a+ bis
2c– unterbrochen ist.
Durch Zünden
des Umrichterventils 2a+ oder 2a– wird
dieses in seine Durchlassstellung überführt, in der ein Stromfluss über das
Umrichterventil und somit durch einen Leiterabschnitt L1 ermöglicht ist,
der über
den zweiten Transformator 4 mit dem Drehstromnetz 6 gekoppelt
ist. Entsprechendes gilt für
die Umrichterventile 2b+, 2b– und
2c+ und 2c–.
Die über die
Leiterabschnitte L2 beziehungsweise L3 mit dem Drehstromnetz 6 gekoppelt
sind.
-
Zur
Verkürzung
des Kommutierungswinkels μ sind
die Leiterabschnitte L1, L2, L3 jeweils mit einem Kommutierungsfilter 10 verbunden,
die zusammen eine Kommutierungsfiltereinheit 11 ausbilden. Zwischen
dem zweiten Transformator 4 und dem zweiten Drehstromnetz 6 sind
ferner übliche
Filter zur Dämpfung
von Oberschwingungen der Nennfrequenz des Wechselstromnetzes vorgesehen,
die beim Wechselrichten des Gleichstromes durch den Wechselrichter 2 auftreten.
Sowohl die Kommutierungsfilter 10 als auch die üblichen
Filter 7 sind zur Kompensation von Bindleistung vorgesehen.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
umfassen die Filtermittel übliche
Filter 7 als auch Kommutierungsfilter 10, die
elektrisch zwischen dem Transformator 4 und dem Wechselrichter 2 geschaltet
sind.
-
Die
Kommutierungsfilter 10 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
aus identischen Bauteilen aufgebaut, nämlich jeweils aus einem Kondensator 12 sowie
einer Spule 13, die in Reihenschaltung zueinander angeordnet
sind. Dabei ist die aus dem Kondensator 12 und der Spule 13 bestehende
Reihenschaltung über
den Kondensator mit dem jeweiligen Leiterabschnitt L1, L2 oder L3
verbunden, wobei die Kommutierungsfilter 10 der Filtereinheit 11 miteinander
in einer Dreiecksschaltung verbunden sind.
-
Die
Wirkung des Kommutierungsfilters 10 ist in 4 verdeutlicht,
in der auch die bei der Kommutierung auftretenden Stromwege aufgezeigt
sind, wobei der Hauptweg des Kommutierungsstromes mit dickeren Pfeilen
und Linien gekennzeichnet ist.
-
In 4 sind
die Umrichterventile 2a+ und 2b+ gezündet, wobei
die Phase 6b gegenüber
der Phase 6a ein hinsichtlich des Stromflusses vom Wechselrichter 2 zum
zweiten Drehstromnetz 6 günstigeres Wechselspannungspotential
aufweist. So ist das Wechselspannungspotential des Leiterabschnittes
L2 beispielsweise größer als
dasjenige des Leiterabschnittes L1, wobei ersteres mit zunehmender
Zeitdauer abfällt.
Somit bewirkt im Wesentlichen der zuvor mit einem höheren Potential
aufgeladene Kondensator 12, der mit der Spule 13 zwischen
den Leiterabschnitten L1 und L2 angeschlossen ist, ein schnelles
Absinken des Stromflusses durch das Umrichterventil 2a+ unterhalb
des Haltestromes des Umrichterventils 2a+,
so dass dieses schneller von der Durchlassstellung in seine Sperr stellung überführt wird
und auf diese Weise ein kürzerer
Kommutierungswinkel erreicht ist.
-
Die 5A und 5B verdeutlichen
die Vorteile der Erfindung anhand der über die Leiterabschnitte L1,
L2 und L3 fließenden
Ströme,
wobei der über
den Leiterabschnitt L1 fließende
Strom mit Vierecken, der über
den Leiterabschnitt L2 fließende Strom
mit Kreisen und der über
den Leiterabschnitt L3 fließende
Strom mit Dreiecken gekennzeichnet ist. Auf der Ordinate 14 sind
die Ströme
in Kiloampere, auf der Abszisse 15 die Zeit in Sekunden
aufgetragen.
-
Der
in 5A dargestellte Stromverlauf entspricht einer
Computersimulation einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik, die
in den 1 und 2 verdeutlicht ist. Im Zeitpunkt
t = 0 fließt
im Leiterabschnitt L3 ein positiver und im Leiterabschnitt L1 ein
negativer Strom. Der Strom im Leiterabschnitt L2 ist in diesem Zeitpunkt
gleich Null. Aufgrund der Phase der Spannungen am Drehstromnetz 6 weist
der Leiterabschnitt L2 zum Zeitpunkt t1 ein
bezüglich
des Leiterabschnittes L1 günstigeres
Potential für
den Stromfluss auf. In diesem Zeitpunkt t1 wird
das Umrichterventil 2b– gezündet. Aufgrund des günstigeren Potentials
im Leiterabschnitt L2 kommt es zu einem Stromanstieg im Leiterabschnitt
L2, wohingegen der Stromfluss im Leiterabschnitt L1 in gleichem
Maße verringert
wird. Schließlich
sinkt der Strom durch das Umrichterventil 2b– unter
dessen Haltestrom, so dass dieses im Zeitpunkt t2 in
seine Sperrstellung überführt wird.
Die Zeitdauer zwischen t1 und t2 wird
als Kommutierungswinkel μ bezeichnet.
-
Der
Stromverlauf durch die Leiterabschnitte L1, L2 und L3 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der 3 oder 4 ist
in 5B verdeutlicht. Es ist erkennbar, dass aufgrund
des Einflusses der Kommutierungsfilter 10 eine wesentlich
kürzere Kommutierungszeit
und somit ein kleinerer Kommutierungswinkel μ bereitgestellt ist.
-
6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wobei die Kommutierungsfilter 10 der Filtereinheit 11 dem
in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel entsprechend
aus einem Kondensator 12 sowie einer Spule zusammengesetzt
sind. Die Kommutierungsfilter sind jedoch nicht in einer Dreiecksschaltung,
sondern in einer Sternschaltung miteinander verbunden, wobei die Sternschaltung
nicht geerdet ist. Die Verbindung der Kommutierungsfilter 10 gemäß 6 ist
zu derjenigen, die in 3 gezeigt ist, elektrisch äquivalent,
so dass sich die gleiche bereits beschriebene Wirkung einstellt.
-
Bei
der aus Kondensator 12 und Spule 13 bestehenden
Reihenschaltung, aus der der Kommutierungsfilter 10 gemäß 6 im
Wesentlichen besteht, handelt es sich um ein so genanntes einfach abgestimmtes
elektrisches Filter, das bei einer Resonanzfrequenz des Kommutierungsfilters 10,
die sich aus der Kapazität
des Kondensators und der Induktivität der Spule bestimmt, eine
herabgesetzte Impedanz aufweist, so dass Ströme mit Frequenzen, die dieser
Resonanzfrequenz entsprechen, wirksam aus dem Leiterabschnitt L1,
L2 beziehungsweise L3 abgesaugt werden.
-
7 zeigt
ein Kommutierungsfilter 10, das einem mehrfach abgestimmten
Filter entspricht, so dass die Impedanz bei mehreren Frequenzen
und somit mehrere Oberschwingungen wirksam aus den Leiterabschnitten
abgesaugt werden können.
Der Aufbau und die Wirkungsweise mehrfach abgestimmter Filter sind
dem Fachmann bestens bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht
eingegangen wird. Statt dessen wird auf die Veröffentlichung in CIGRE „Guide
to the Specification and Design Evaluation of AC Filters for HVDC
Systems" der Arbeitsgruppe,
14.30 aus dem Jahr 1999 verwiesen, die durch diese Bezugnahme Teil
des Offenbarungsgehalts dieser Anmeldung sein soll.
-
Das
in 7 dargestellte Kommutierungsfilter 10 ist
aus mehreren Filterelementen 16, 17 und 18 zusammengesetzt,
wobei die Filterelemente 16 und 17 identisch aufgebaut
und dreifach abgestimmte Filter sind. Das Filterelement 18 entspricht
hingegen einem zweifach abgestimmten Filter. Die Filterelemente 16, 17 und 18 sind
in Parallelschaltung zueinander geschaltet, so dass der Kommutierungsfilter 10 insgesamt
auf acht Frequenzen, also Oberschwingungen, die beim Wechselrichten
der Gleichspannung durch den Wechselrichter 2 entstehen,
abgestimmt ist. Neben der reinen Dämpfung von Oberschwingungen
ist das in 7 gezeigte Kommutierungsfilter 10 zur
Kompensation von Blindleistung vorgesehen, die ebenfalls durch das
Wechselrichten oder Gleichrichten des Stromes hervorgerufen wird.
-
8 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Kommutierungsfilters 10, der neben den Filterelementen 16, 17 und 18 gemäß der 7 ein
weiteres Filterelement 19 aufweist, das über einen
Schalter 20 zu- beziehungsweise abgeschaltet werden kann.
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist eine Steuerung der Eigenschaften des Kommutierungsfilters 10 durch Öffnen und
Schließen
des Schalters 20 ermöglicht.
-
9 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer übersichtlichen
Darstellung, wobei auf die Darstellung der einzelnen Phasen der Drehstromnetze 5 und 6 verzichtet
wurde. Die einzelnen Phasen sind jedoch durch die drei Schrägstriche
auf den Leitungen angedeutet. Bei dem in 9 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist das Drehstromnetz 5 über einen ersten Transformator 3 mit
dem Gleichrichter 1 verbunden. Der Gleichrichter 1 ist
weiterhin über
Gleichstromleitungen 8 mit dem Wechselrichter 2 verbunden,
wobei in der oberen Gleichstromleitung 8 zwei Glättungsdrosseln 9 vorgesehen
sind. Der Wechselrichter 2 ist geerdet und über den
zweiten Transformator 4 mit dem zweiten Drehstromnetz 6 verbunden.
Zwischen dem ersten Transformator 3 und dem Gleichrichter 1 und
zwischen dem Wechselrichter 2 und dem zweiten Transformator 4 sind
jeweils Filtereinheiten 11 angeschlossen, die aus jeweils
drei Kommutierungsfiltern 10 bestehen, die in 9 aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
figürlich
nicht dargestellt sind. Es ist erkennbar, dass neben den Kommutierungsfiltern
der Filtereinheiten 11 keine weiteren Filtereinheiten zur Dämpfung von
Oberschwingungen der Nennfrequenz der Drehströme oder zur Kompensation von Blindleistungen
vorgesehen sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
wird durch einen einfachen Anschluss der Kommutierungsfilter an
die Klemmen der Gleich- bzw. Wechselrichter somit eine Kommutierung
als auch eine Dämpfungs-
und Kompensationswirkung bereitgestellt.
-
10 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wobei jedoch die Glättungsdrosseln 9 symmetrisch
auf die beiden Gleichstromleitungen 8 verteilt sind. Ferner
ist weder der Gleichrichter 1 noch der Wechselrichter 2 geerdet.
-
11 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
das im Wesentlichen dem in 10 gezeigten
Ausführungsbeispiel
entspricht, wobei jedoch das erste Dreh stromnetz 5 nicht über einen
Transformator, sondern über
eine Kommutierungsdrossel 21 als Induktivität mit dem ersten
Drehstromnetz 5 verbunden ist.
-
12 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die zur Verbindung von drei Drehstromnetzen 5, 6 und 22 vorgesehen
ist. Das dritte Drehstromnetz 22 ist über einen dritten Transformator 23 mit
einem Gleichrichter 24 verbunden, der dem Umrichter 1 entsprechend verschaltet
ist. Zwischen dem dritten Transformator 23 und dem zweiten
Wechselrichter 24 ist eine Kommutierungsfilter aufweisende
Filtereinheit 11 angeschlossen.
-
Bei
den bisher gezeigten Vorrichtungen zur Hochspannungsgleichstromübertragung
handelt es sich um so genannte 6-Pulsvorrichtungen,
mit denen sechs Kommutierungen des Stromwegs wie oben beschrieben
durch die Umrichterventile innerhalb einer Schwingungsperiode des
Drehstromnetzes durchführbar
sind.
-
In 13 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gezeigt. Bei dieser Vorrichtung handelt es sich um eine so genannte
Zwölfpulsanlage,
wobei zwei Umrichter 25 und 26 mit jeweils sechs
Umrichterventilen vorgesehen sind, die – wie zuvor beschrieben – miteinander verschaltet
sind. Die Umrichter 25 und 26 sind mit einem Transformator 27 verbunden,
der jeweils drei den Umrichtern 25 beziehungsweise 26 zugeordnete Transformatorwindungen 28 und 29 aufweist,
die mit Transformatorwindungen 30 gekoppelt sind, die dem Wechselspannungsnetz 5 zugeordnet
sind. Dabei sind die Transformatorwindungen 28 in einer
Dreiecksschaltung, die Transformatorwindungen 29 hingegen
in einer nicht geerdeten Sternschaltung miteinander verbunden, wobei
die drehstromsei tigen Transformatorwindungen 30 in einer
geerdeten Sternschaltung angeordnet sind. Eine entsprechende Anordnung
ergibt sich an der dem zweiten Drehstromnetz 6 zugewandten
Seite der Vorrichtung, das über
einen Transformator 27 an die Umrichter 31 und 32 angekoppelt
ist. An den den jeweiligen Umrichter 25, 26, 31 beziehungsweise 32 mit
den Transformatorwindungen 28 beziehungsweise 29 verbindenden Leiterabschnitten
sind jeweils Filtereinheiten 11 mit Kommutierungsfiltern
vorgesehen, die den Kommutierungswinkel μ herabsetzen. Zwischen dem Transformator 27 und
dem zweiten Drehstromnetz 6 sind ferner übliche elektrische
Filter 7 vorgesehen, welche die Kommutierungsfilter 11 hinsichtlich
der Blindleistungskompensation und der Dämpfung von Oberschwingungen
ergänzen.