DE102012107602A1

DE102012107602A1 - Kopplung von Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen

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Publication number: DE102012107602A1
Application number: DE201210107602
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Beck; Ralf Hesse; Dirk Turschner
Original assignee: Technische Universitaet Clausthal
Current assignee: Technische Universitaet Clausthal
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2032-08-21
Also published as: DE102012107602B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine HGÜ-Kupplungseinrichtung (30) zur Kopplung wenigstens zweier Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze (17, 18, 19) miteinander, wobei die HGÜ-Kupplungseinrichtung (30) einen Gleichspannungszwischenkreis (22) und für jedes zu koppelnde Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz (17, 18, 19) jeweils wenigstens einen steuerbaren Umrichter (11, 12, 13) aufweist, dessen Gleichspannungsseite mit dem Gleichspannungszwischenkreis (22) verbunden ist und dessen Wechselspannungsseite zum Anschluss eines jeweiligen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes (17, 18, 19) eingerichtet ist, wobei die HGÜ-Kupplungseinrichtung (30) wenigstens eine Recheneinheit (23) und wenigstens eine Messeinheit (14, 15, 16), die zur Erfassung von Betriebsgrößen der zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze (17, 18, 19) eingerichtet ist, aufweist, wobei die Recheneinheit (23) für jedes zu koppelnde Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz (17, 18 19) jeweils zur rechnerischen Nachbildung von zumindest einer drehenden Schwungmasse (50, 60, 70) eingerichtet ist, derart, dass die Drehzahl der Schwungmasse (50, 60, 70) der als Betriebsgröße von der Messeinheit (14, 15, 16) erfassten und der Recheneinheit (23) zugeführten aktuellen Frequenz des jeweiligen angekoppelten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes (17, 18, 19) proportional ist, und die Recheneinheit (23) zur Steuerung der steuerbaren Umrichter (11, 12, 13) derart eingerichtet ist, dass Änderungen der Frequenz eines angekoppelten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes (17, 18, 19) durch eine durch die Recheneinheit (23) rechnerisch nachgebildete Trägheit der dem Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz (17, 18, 19) zugeordneten, drehenden Schwungmasse (50, 60, 70) gedämpft sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine Recheneinheit einer solchen HGÜ-Kupplungseinrichtung, ein HGÜ-Kupplungsverfahren sowie ein Computerprogramm.

Description

Die Erfindung betrifft eine HGÜ-Kupplungseinrichtung zur Kopplung wenigstens zweier Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze miteinander gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Recheneinheit einer solchen HGÜ-Kupplungseinrichtung gemäß Anspruch 10, ein HGÜ-Kupplungsverfahren gemäß Anspruch 11 sowie ein Computerprogramm gemäß Anspruch 12.
Mit dem Ausdruck „HGÜ“ wird die Hochspannungsgleichstromübertragung bezeichnet, deren Anwendungsgebiet u. a. darin liegt, zwei oder mehr Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze miteinander zu koppeln. Die Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze können z. B. einphasige oder dreiphasige (Drehstrom-)Energieversorgungsnetze sein. Zur Kopplung der Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze sind bereits HGÜ-Kupplungseinrichtungen bekannt, z. B. aus der EP 0 197 352 A1 , die über einen Gleichspannungszwischenkreis gekoppelte steuerbare Umrichter aufweisen.
Die Koordination der Wirk- und Blindleistungen an den Verbindungspunkten zu den Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen erfordert einen enormen regelungstechnischen Aufwand, insbesondere für die unabhängige Einstellung der jeweiligen Leistungen in der Relation zum erzielbaren Gesamtfunktionsumfang der Anlage. In der Praxis beschränken sich HGÜ-Systeme in der Regel auf Zweipunktverbindungen, weil der regelungstechnische Aufwand nach herkömmlichen Verfahren bei einer größeren Anzahl angekoppelter Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze erheblich ansteigt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine HGÜ-Kupplungseinrichtung zur Kopplung wenigstens zweier Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze miteinander anzugeben, die die Kopplung der Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze und deren Leistungskoordination vereinfacht. Ferner soll eine geeignete vorteilhafte Recheneinheit einer solchen HGÜ-Kupplungseinrichtung, ein HGÜ-Kupplungsverfahren dafür und ein Computerprogramm dafür angegeben werden.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch eine HGÜ-Kupplungseinrichtung zur Kopplung wenigstens zweier Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze miteinander, wobei die HGÜ-Kupplungseinrichtung einen Gleichspannungszwischenkreis und für jedes zu koppelnde Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz jeweils wenigstens einen steuerbaren Umrichter aufweist, dessen Gleichspannungsseite mit dem Gleichspannungszwischenkreis verbunden ist und dessen Wechselspannungsseite zum Anschluss eines jeweiligen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes eingerichtet ist, wobei die HGÜ-Kupplungseinrichtung wenigstens eine Recheneinheit und wenigstens eine Messeinheit, die zur Erfassung von Betriebsgrößen der zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze eingerichtet ist, aufweist, wobei die Recheneinheit für jedes zu koppelnde Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz jeweils zur rechnerischen Nachbildung von zumindest einer drehenden Schwungmasse eingerichtet ist, derart, dass die Drehzahl der Schwungmasse der als Betriebsgröße von der Messeinheit erfassten und der Recheneinheit zugeführten aktuellen Frequenz des jeweiligen angekoppelten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes proportional ist, und die Recheneinheit zur Steuerung der steuerbaren Umrichter derart eingerichtet ist, dass Änderungen der Frequenz eines angekoppelten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes durch eine durch die Recheneinheit rechnerisch nachgebildete Trägheit der dem Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz zugeordneten, drehenden Schwungmasse gedämpft sind.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die rechnerische Nachbildung einer drehenden Schwungmasse der Austausch von Wirk- und Blindleistungen zwischen den angeschlossenen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen regelungstechnisch erheblich vereinfacht wird, indem eine dynamische Größe durch rechnerische Nachbildung vorgesehen wird, durch die dynamische Eigenschaften wie Netzdämpfung und Kurzzeitfrequenzhaltung der Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze auf einfache und sehr effektive Weise geregelt werden können. Insbesondere werden durch die mittels der rechnerisch nachgebildeten drehenden Schwungmasse vorgesehene Massenträgheit eventuell auftretende Frequenzänderungen eines angekoppelten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes wirksam gedämpft. Hierdurch wird die dynamische Frequenzstabilität im jeweiligen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz erhöht. Zudem wird Schwingneigungen der Netzfrequenz im Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz entgegengewirkt.
Die Recheneinheit kann insbesondere als programmierbare Recheneinheit ausgebildet sein, z. B. mit einem Mikroprozessor oder Mikrocontroller. Die rechnerische Nachbildung der drehenden Schwungmassen erfolgt dann durch entsprechende Programmabschnitte eines Computerprogramms, das auf der Recheneinheit ausgeführt wird. Die Recheneinheit kann in Form eines Rechners oder mehrerer, separater Rechner, z. B. Personal Computer, ausgebildet sein.
Insbesondere können die einzelnen rechnerisch nachgebildeten drehenden Schwungmassen von ein und derselben Recheneinheit rechnerisch nachgebildet werden, oder von jeweils eigenen Recheneinheiten oder in beliebigen Kombinationen. So können z. B. eine Recheneinheit zur rechnerischen Nachbildung einer ersten drehenden Schwungmasse und eine weitere Recheneinheit zur Nachbildung einer zweiten und dritten drehenden Schwungmasse eingerichtet sein.
Durch die mit relativ geringem Aufwand realisierbare rechnerische Nachbildung von drehenden Schwungmassen eignet sich die erfindungsgemäße HGÜ-Kupplungseinrichtung insbesondere auch zur Kopplung von mehr als zwei Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen miteinander, z. B. drei oder mehr Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Recheneinheit zur rechnerischen Nachbildung einer mechanischen Kopplung zwischen wenigstens zwei drehenden Schwungmassen und zur Steuerung der steuerbaren Umrichter derart eingerichtet, dass Änderungen der Frequenz eines angekoppelten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes durch die durch die Recheneinheit rechnerisch nachgebildete Trägheit der gekoppelten, drehenden Schwungmassen gedämpft sind. Durch die rechnerische Nachbildung einer mechanischen Kopplung zwischen den wenigstens zwei drehenden Schwungmassen werden diese sozusagen virtuell miteinander verkoppelt, was den Vorteil hat, dass die in Bezug auf die Dämpfungswirkung wirksame Trägheit nicht nur durch eine rechnerisch nachgebildete drehende Schwungmasse, sondern durch mehrere gekoppelte drehende Schwungmassen hergestellt wird, was eine weitere Verbesserung der Dämpfungseigenschaften bewirkt.
Ein weiterer Vorteil der rechnerischen Nachbildung einer mechanischen Kopplung ist, dass ein Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz, das mit zu geringer Netzfrequenz arbeitet, von den anderen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen gestützt wird bzw. einem mit einer oberhalb der gewünschten Frequenz arbeitenden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz Energie entzogen wird und damit dem überfrequenten Verhalten entgegengewirkt wird. Einem unterfrequenten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz wird hingegen Energie zugeführt und damit dem unterfrequenten Verhalten entgegengewirkt.
Als „überfrequent“ wird dabei ein Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz bezeichnet, dessen tatsächliche Frequenz oberhalb der Netzsollfrequenz liegt, als „unterfrequent“ wird ein Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz bezeichnet, dessen tatsächliche Frequenz unterhalb der Netzsollfrequenz liegt.
Insbesondere kann virtuelle mechanische Energie eines überfrequenten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes auf mehrere unterfrequente Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze verteilt werden. Einem unterfrequenten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz kann von mehreren überfrequenten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen Energie zugeführt werden, die jeweils in den Netzsollfrequenzabweichungen und proportionalen Beträgen verteilt bzw. aus den überfrequenten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen abgezogen werden. Im Falle der Gleichheit der Frequenzen aller Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze mit ihrer jeweiligen Netzsollfrequenz findet dann kein virtueller mechanischer Energieaustausch statt.
Die Erfindung eignet sich auch zur Kopplung von Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen, die definitionsgemäß unterschiedliche Netzsollfrequenzen aufweisen. In diesem Fall erfolgt die rechnerisch nachgebildete Kopplung zwischen den rechnerisch nachgebildeten drehenden Schwungmassen der mit unterschiedlichen Sollfrequenzen arbeitenden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze über zusätzliche rechnerisch nachgebildete Getriebestufen, die für einen virtuellen Synchronlauf der drehenden Schwungmassen zumindest an der Kopplungsstelle sorgen. Die rechnerisch nachgebildeten zusätzlichen Getriebestufen können, ausgehend von dem angeschlossenen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz wahlweise vor oder hinter der rechnerisch nachgebildeten drehenden Schwungmasse angeordnet sein.
Die rechnerische Nachbildung einer mechanischen Kopplung zwischen wenigstens zwei drehenden Schwungmassen kann als starre Kopplung ausgebildet sein, analog zu einer Verbindung zwischen den Wellen der gekoppelten Schwungmassen mittels eines starren Kopplungsglieds im Falle einer mechanischen Ausführung. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die rechnerische Nachbildung der mechanischen Kopplung die rechnerische Nachbildung einer flexiblen mechanischen Kopplung, die vorübergehende Drehzahlunterschiede zwischen den gekoppelten, drehenden Schwungmassen und damit vorübergehende Frequenzunterschiede der zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze zulässt. Die rechnerische Nachbildung einer flexiblen mechanischen Kopplung kann z. B. ähnlich einer mechanischen Kupplung, die einen Schlupf zulässt oder die elastisch tordierbar ist, ausgebildet sein. Durch die flexible mechanische Kopplung können transiente Eigenschaften der Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze verbessert werden, wie z. B. die dynamische Kurzschlussleistung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die rechnerische Nachbildung der mechanischen Kopplung die rechnerische Nachbildung einer drehzahländerungsabhängigen mechanischen Kopplung, die dauerhafte oder langsam veränderliche Drehzahlunterschiede zwischen den gekoppelten drehenden Schwungmassen und somit dauerhafte oder langsam veränderliche Frequenzunterschiede der zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze zulässt, aber schnell veränderliche Drehzahlunterschiede mindestens einer drehenden Schwungmasse an die übrigen drehenden Schwungmassen und damit schnell veränderliche Frequenzunterschiede mindestens eines der zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze an die übrigen zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze starr weitervermittelt. Dies hat den Vorteil, dass die rechnerisch nachgebildete mechanische Kopplung insbesondere schnell veränderliche Frequenzunterschiede zwischen den zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen durch Wirksamkeit aller Trägheiten der gekoppelten drehenden Schwungmassen bedämpft und damit solchen schnell veränderlichen Frequenzunterschieden besonders deutlich entgegenwirkt. Dies führt zu einem erwünschten, relativ gleichmäßigen Frequenzverlauf, bei dem langsame Frequenzänderungen akzeptabel sind, schnelle Frequenzänderungen aber unterbunden bzw. stark bedämpft werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die rechnerische Nachbildung der Kopplung zwischen den Schwungmassen die rechnerische Nachbildung eines Getriebes, insbesondere eines Energieausgleichsgetriebes, zwischen den Schwungmassen auf. Insbesondere kann eine rechnerische Nachbildung eines Differentialgetriebes vorgesehen sein, d. h. eines Getriebes, bei dem im mechanischen Bereich drei Wellen miteinander verkoppelt sind, die zwar hinsichtlich ihrer Drehzahlen nicht völlig unabhängig voneinander sind, aber auch bestimmte Freiheitsgrade hinsichtlich von Drehzahlunterschieden erlaubt. Die rechnerische Nachbildung des Differentialgetriebes kann insbesondere ohne weiteres auch auf mehr als drei miteinander verkoppelte Wellen, entsprechend den rechnerisch nachgebildeten Schwungmassen der vorliegenden Erfindung, erweitert werden, was aufgrund der rechnerischen Nachbildung des Getriebes lediglich eine Anpassung des Rechenprogramms erfordert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Recheneinheit für eine, mehrere oder jede der rechnerisch nachgebildeten Schwungmassen zur rechnerischen Nachbildung einer Synchronmaschine eingerichtet, die die rechnerisch nachgebildete Schwungmasse enthält. Durch die rechnerisch nachgebildete Synchronmaschine wird das Verhalten einer realen Synchronmaschine, die elektrisch mit einem der Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze gekoppelt ist, sozusagen virtuell nachgebildet. Im Falle der zuvor erläuterten rechnerischen Nachbildung der mechanischen Kopplung zwischen den wenigstens zwei drehenden Schwungmassen entspricht dies einer virtuellen mechanischen Kopplung der Drehachsen der Synchronmaschinen. Die rechnerische Nachbildung einer Synchronmaschine hat verschiedene Vorteile. Da das Verhalten von Synchronmaschinen in der Energieversorgungstechnik umfassend erforscht und bekannt ist, hat die rechnerische Nachbildung einer solchen Synchronmaschine den Vorteil, dass das in Energieversorgungsbetrieben tätige Personal mit bekannten Parametern umgehen kann und sich relativ einfach und schnell in die Bedienung einer erfindungsgemäßen HGÜ-Kupplungseinrichtung einarbeiten kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die rechnerisch nachgebildete Synchronmaschine, wie auch eine reale Synchronmaschine, sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden kann, d. h. in einem sog. Vierquadrantenbetrieb. Die rechnerisch nachgebildete Synchronmaschine kann dabei sowohl Wirkleistung als auch Blindleistung aufnehmen oder abgeben, und zwar in jeder Kombination miteinander. Dies erlaubt weitgehende Steuerungs- und Kompensationsmöglichkeiten zwischen den angeschlossenen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Recheneinheit für eine, mehrere oder jede der rechnerisch nachgebildeten Synchronmaschinen zur rechnerischen Nachbildung einer elektrisch an ein jeweiliges Wechselstromspannungs-Energieversorgungsnetz angeschlossenen Synchronmaschine eingerichtet.
Die rechnerische Nachbildung der Synchronmaschine kann beispielsweise gemäß DE 10 2006 047 792 A1 erfolgen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Recheneinheit, die die Synchronmaschine rechnerisch nachbildet, dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von frei einstellbaren Synchronmaschinenparametern mindestens einen Anteil von Konditionierstromwerten als Staturströme der nachgebildeten Synchronmaschine bereitzustellen. Die Konditionierstromwerte werden dabei nach Maßgabe eines Energieaustauschs zwischen den angeschlossenen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen durch die Recheneinheit automatisch bestimmt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine HGÜ-Kupplungseinrichtung der zuvor beschriebenen Art dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtverhalten der HGÜ-Kupplungseinrichtung einer Kupplungseinrichtung entspricht, bei der mindestens zwei zu koppelnde Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze über elektromechanische Synchronmaschinen derart gekoppelt sind, dass die mindestens zwei zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze jeweils elektrisch mit einer elektromechanischen Synchronmaschine verschaltet sind und diese elektromechanischen Synchronmaschinen mit ihren Wellen durch ein gemeinsames Getriebe mechanisch verbunden sind. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung lässt dieses gemeinsame Getriebe dauerhafte oder langsam veränderliche Drehzahlunterschiede der elektromechanischen Synchronmaschinen und damit dauerhafte oder langsam veränderliche Frequenzunterschiede der mindestens zwei zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze zu, vermittelt aber schnell veränderliche Drehzahlunterschiede mindestens einer elektromechanischen Synchronmaschine an die übrigen elektromechanischen Synchronmaschinen und damit schnell veränderliche Frequenzunterschiede mindestens eines der zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze an die übrigen zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze starr weiter.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die HGÜ-Kupplungseinrichtung einen temporären Energiespeicher auf, der mit dem Gleichspannungszwischenkreis verbunden oder, z.B. über einen von der Recheneinheit gesteuerten Schalter zuschaltbar, verbindbar ist. Der Energiespeicher kann z. B. als einzelner Kondensator, als Anordnung von mehreren Kondensatoren, insbesondere Hochkapazitätskondensatoren, als Akkumulator oder als Kombination davon ausgebildet sein. Durch den temporären Energiespeicher kann die Regelungsfunktionalität der HGÜ-Kupplungseinrichtung im Hinblick auf dynamischen Leistungstransfer zwischen den Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen weiter verbessert werden. Insbesondere können plötzlich auftretende, große Energie-Überkapazitäten eines Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes temporär innerhalb der HGÜ-Kupplungseinrichtung aufgefangen werden, ohne dass diese zwangsläufig an die anderen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze weitergegeben werden müssen. Insgesamt kann hiermit die Energieeffizienz der HGÜ-Kupplungseinrichtung weiter gesteigert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, mechanische Teilleistungen der rechnerisch nachgebildeten Schwungmassen rechnerisch nachzubilden und die steuerbaren Umrichter derart zu steuern, dass die Summe der rechnerisch nachgebildeten mechanischen Teilleistungen, ggf. einschließlich einer temporären Leistungsaufnahme und abgabe eines temporären Energiespeichers, auf den Wert Null geregelt ist. Insbesondere kann die vorzeichenrichtige Summe der rechnerisch nachgebildeten mechanischen Teilleistungen, d. h. der virtuellen mechanischen Teilleistungen aller virtuellen Schwungmassen, zu jedem Zeitpunkt auf den Wert Null geregelt werden. Hierdurch wird eine übersichtliche und programmtechnisch mit wenig Aufwand umsetzbare Regelungsstrategie für den Leistungsausgleich zwischen den Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen angegeben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Recheneinheit für eines, mehrere oder jedes der gekoppelten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze zur rechnerischen Nachbildung eines Leitungsabschlusses des Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes eingerichtet, wobei die Recheneinheit zur Steuerung der steuerbaren Umrichter derart eingerichtet ist, dass durch den rechnerisch nachgebildeten Leitungsabschluss Wellenreflexionen infolge der Verwendung des steuerbaren Umrichters mit dem Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz unterdrückt oder zumindest reduziert sind. Hierdurch werden die Übertragungsleitungen des Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes dynamisch an den angeschlossenen Umrichter angepasst und Wellenreflexionseffekte minimiert. Die Leitungsabschlüsse können in Form von Anpassungsnetzwerken, z.B. in Vierpol-Form, rechnerisch nachgebildet sein.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch die Recheneinheit einer HGÜ-Kupplungseinrichtung der zuvor beschriebenen Art.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein HGÜ-Kupplungsverfahren zur Kopplung wenigstens zweier Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze miteinander unter Verwendung einer HGÜ-Kupplungseinrichtung der zuvor beschriebenen Art, wobei durch die Recheneinheit folgendes ausgeführt wird:

a) für jedes zu koppelnde Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz wird jeweils zumindest eine drehende Schwungmasse rechnerisch derart nachgebildet, dass die Drehzahl der Schwungmasse der aktuellen Frequenz des jeweiligen angekoppelten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes proportional ist,
b) die steuerbaren Umrichter werden derart gesteuert, dass Änderungen der Frequenz eines angekoppelten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes durch die rechnerisch nachgebildete Trägheit der dem Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz zugeordneten, drehenden Schwungmasse gedämpft sind.

Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, das eingerichtet ist zur Durchführung des zuvor erwähnten Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann insbesondere auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Verwendung einer Zeichnung näher erläutert.
Die 1 zeigt eine HGÜ-Kupplungseinrichtung 30, die drei Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze in Form von dreiphasigen Drehstromnetzen 17, 18, 19 miteinander koppelt, in schematischer Darstellung. Die HGÜ-Kupplungseinrichtung 30 weist einen Gleichspannungszwischenkreis 22 auf, der in der 1 schematisch als ein aus vier Linien bestehender Kasten wiedergegeben ist. Die Linien sollen hierbei zugleich elektrische Verbindungen zwischen verschiedenen, nachfolgend noch erläuterten Komponenten der HGÜ-Kupplungseinrichtung 30 symbolisieren. Jedes der Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze 17, 18, 19 ist über jeweils einen dreiphasig ausgelegten steuerbaren Umrichter 11, 12, 13 an den Gleichspannungszwischenkreis 22 angekoppelt. Die Ankopplung des jeweiligen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes 17, 18, 19 an den zugeordneten Umrichter 11, 12, 13 erfolgt über jeweilige Drosseln 31, 32, 33. Über den Gleichspannungszwischenkreis 22 kann durch entsprechende Steuerung der Umrichter 11, 12, 13 ein Energietransfer zwischen den Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen 17, 18, 19 gesteuert werden.
Die HGÜ-Kupplungseinrichtung 30 weist außerdem als zentrale Komponente eine Recheneinheit 23 auf, auf der ein Computerprogramm ausgeführt wird. Das Computerprogramm weist Programmcodemittel auf, mit denen die nachfolgend beschriebenen, weiteren Funktionen, die in der 1 symbolisch innerhalb des Kastens 23, der die Recheneinheit symbolisiert, dargestellt sind. Die dargestellten Funktionen sind damit softwaremäßig realisiert.
Jedes der Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze 17, 18, 19 ist über eine jeweilige Messeinheit 14, 15, 16 mit der Recheneinheit 23 verbunden, z. B. mit einem Analog-Digital-Umsetzereingang der Recheneinheit 23. Die Messeinheiten 14, 15, 16 sind zur Erfassung von Betriebsgrößen der angekoppelten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze 17, 18, 19 eingerichtet, z. B. zur Erfassung von deren aktueller Spannung und Frequenz. Die steuerbaren Umrichter 11, 12, 13 sind mit jeweiligen Steuereingängen mit der Recheneinheit 23 verbunden. Sofern die steuerbaren Umrichter direkt über digitale bzw. binäre Signale ansteuerbar sind, können diese z. B. mit einem Ausgangsport der Recheneinheit 23 gekoppelt sein. Sofern über Analogsignale steuerbare Umrichter verwendet werden, werden diese über Digital-Analog-Umsetzer mit der Recheneinheit 23 verbunden.
An den Gleichspannungszwischenkreis 22 ist ferner ein temporärer Energiespeicher 21 angeschlossen, der als Kurzzeitspeicher für bestimmte Energiemengen dient. Der temporäre Energiespeicher 21 kann z. B. als Kondensator, Anordnung mehrerer Kondensatoren, Akkumulator oder Kombination davon ausgebildet sein. Der temporäre Energiespeicher 21 kann, wie in der 1 dargestellt, direkt mit dem Gleichspannungszwischenkreis 22 verbunden sein oder über einen Schalter, z. B. einen Halbleiterschalter, der ebenfalls von der Recheneinheit 23 gesteuert wird. Im letztgenannten Fall kann über den Schalter die Energieaufnahme und Energieabgabe des temporären Energiespeichers 21 nach vorgegebenen Verfahren durch die Recheneinheit 23 softwaremäßig gesteuert werden. Der Gleichspannungszwischenkreis 22 kann durch den Energiespeicher 21 somit dynamisch gestützt werden.
Die Spannung des gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreises 22 wird der Recheneinheit 23 über einen Messwandler 20 als Signal zugeführt, z. B. über einen Analog-Digital-Umsetzer der Recheneinheit 23.
Die innerhalb der Recheneinheit 23 in Form von Programmmodulen realisierten Funktionen sind innerhalb des in 1 gestrichelt dargestellten Blocks 23 symbolisch durch entsprechende Funktionssymbole realer elektrotechnischer bzw. mechanischer Bauteile wiedergegeben. Soweit es sich um in Form von Programmmodulen der Recheneinheit 23 realisierte Funktionen handelt, werden diese nachfolgend auch mit dem Adjektiv „virtuell“ bezeichnet, in Kombination mit den jeweiligen technischen Begriff für ein hardwaremäßiges Bauteil, das eine entsprechende Funktion erfüllt.
Vorgesehen sind innerhalb der Recheneinheit 23 drei virtuelle Synchronmaschinen 5, 6, 7, die elektrisch über virtuelle Anpassungsnetzwerke 8, 9, 10 mit den Umrichtern 11, 12, 13 verbunden sind. Hierbei ist die Synchronmaschine 5 und das Anpassungsnetzwerk 8 dem Umrichter 11 bzw. dem Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz 17 zugeordnet, die Synchronmaschine 6 und das Anpassungsnetzwerk 9 dem Umrichter 12 bzw. dem Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz 18 und die Synchronmaschine 7 und das Anpassungsnetzwerk 10 dem Umrichter 13 bzw. dem Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz 19 zugeordnet. Die virtuellen Synchronmaschinen 5, 6, 7 weisen jeweils eine virtuelle drehende Schwungmasse 50, 60, 70 auf, die mit einer virtuellen drehenden Welle 2, 3, 4 verbunden ist. Die virtuellen Wellen 2, 3, 4 sind mit einem virtuellen Differentialgetriebe 1 gekoppelt.
Die virtuellen Anpassungsnetzwerke 8, 9, 10 dienen als Leitungsabschlüsse. Sie können z. B. in Form elektrischer Vierpole implementiert sein. Das virtuelle Anpassungsnetzwerk 8, 9, 10 kann jeweils durch eine Kombination aus einer einstellbaren Induktivität und einstellbaren Kapazität gebildet sein.
Die errechneten Ausgangssignale der virtuellen Anpassungsnetzwerke 2, 3, 4 werden von der Recheneinheit 23 nach Digital-Analog-Umsetzung den Umrichtern 11, 12, 13 als Stromsollwerte zugeführt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 1 sieht beispielhaft die Kopplung dreier Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze 17, 18, 19 vor. Die HGÜ-Kupplungseinrichtung kann jedoch durch Vervielfachung der Anzahl virtueller Wellen, die an das virtuelle Differentialgetriebe 1 angeschlossen werden, sowie entsprechender Vervielfachung der virtuellen Synchronmaschinen, virtuellen Anpassungsnetzwerke und der Umrichter zur Kopplung einer größeren Zahl von Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen erweitert werden.
Die Recheneinheit 23 ist zur Ausführung der zuvor und in den Ansprüchen angegebenen Funktionen eingerichtet, insbesondere zur rechnerischen Nachbildung der drehenden Schwungmassen 50, 60, 70, der Synchronmaschinen 5, 6, 7, der Anpassungsnetzwerke 8, 9, 10 und einer rechnerischen Nachbildung einer mechanischen Kopplung zwischen den drehenden Schwungmassen, z. B. in Form des dargestellten virtuellen Differentialgetriebes oder anderer Arten der mechanischen Kopplung, die insbesondere die rechnerische Nachbildung einer flexiblen mechanischen Kopplung bzw. einer drehzahländerungsabhängigen mechanischen Kopplung umfassen.
Das virtuelle Differentialgetriebe 1 ist derart eingerichtet, dass es die Drehzahlunterschiede der virtuellen Wellen 2, 3, 4 und damit die Drehzahlunterschiede zwischen den virtuellen drehenden Schwungmassen 50, 60, 70 ausgleicht und dabei virtuelle Momente auf den virtuellen Wellen 2, 3, 4 hervorbringt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass

– die vorzeichenrichtige Summe der virtuellen mechanischen Teilleistungen aller virtuellen Wellen 2, 3, 4 zu jedem Zeitpunkt den Wert Null aufweist,
– virtuelle mechanische Energie einem oder mehreren angeschlossenen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen, die unterfrequent sind, über die virtuellen Synchronmaschinen 5, 6, 7 zugeführt und überfrequenten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen entzogen wird,
– die virtuelle mechanische Energie eines überfrequenten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes auf mehrere unterfrequente Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze bzw. für ein unterfrequentes Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz von mehreren überfrequenten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen jeweils in den Netzsollfrequenzabweichungen proportionalen Beträgen verteilt bzw. abgezogen wird,
– im Falle der Gleichheit der Frequenzen aller Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze kein virtueller mechanischer Energieaustausch stattfindet.

Gemäß den zuvor angegebenen Maßgaben kann eine leistungsinvariante Definition des virtuellen Differentialgetriebes 1 angegeben werden, die sicherstellt, dass kein stationärer Energieüberschuss- oder -fehlbetrag im Gleichspannungszwischenkreis 22 auftreten kann, so dass kein Mittel- oder Langzeitspeicher für die Speicherung von Energiemengen vorgesehen werden muss.
Die virtuellen Synchronmaschinen 5, 6, 7 sind so eingerichtet, dass an den Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen 17, 18, 19 jeweils ihre virtuellen Drehmassen 50, 60, 70 und virtuellen Dämpfungen wirksam werden. Der temporäre Energiespeicher 21 stellt die hierfür erforderlichen transienten Energiemengen bereit, während die Spannung des Gleichspannungszwischenkreises 22 anhand des Messwandlers 20 fortlaufend überwacht wird. Auf der elektrischen Anschlussseite der virtuellen Synchronmaschinen 5, 6, 7, die man auch als virtuelle Statorkreise bezeichnen kann, sind jeweils ein virtuelles elektrisches Anpassungsnetzwerk bzw. ein Kompensationsvierpol 8, 9, 10 für den Leitungsabschluss am Ende der Freileitung oder des Kabels des über den Umrichter 11, 12, 13 angeschlossenen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes 17, 18, 19 vorgesehen, um die Übertragungsleitung bzw. das angeschlossene Kabel dynamisch auf die natürliche Übertragungsleitung zu kompensieren.
Die Inbetriebnahme und Überführung der HGÜ-Kupplungseinrichtung 30 in den stationären Zustand beginnt mit dem Start der einzelnen virtuellen Synchronmaschinen 5, 6, 7 bei zunächst inaktivem virtuellem Differentialgetriebe 1. Das jeweilige Anpassungsnetzwerk 8, 9, 10 stellt in Form eines Softwaremoduls eine statorseitige Modellerweiterung der virtuellen Synchronmaschine 5, 6, 7, wie in DE 10 2006 047 792 A1 beschrieben, dar, so dass die hinter dem virtuellen Anpassungsnetzwerk 8, 9, 10 auftretende virtuelle Spannung als virtuelle Statorspannung der jeweiligen virtuellen Synchronmaschine 5, 6, 7 wirksam wird. Die anhand des Modells der virtuellen Synchronmaschine 5, 6, 7 und des virtuellen Anpassungsnetzwerks 8, 9, 10 ermittelten Ausgangsströme des Anpassungsnetzwerks 8, 9, 10, die jene Statorströme der virtuellen Synchronmaschine 5, 6, 7 enthalten, werden in Gestalt von Strom-Zeit-Verläufen über die Digital-Analog-Umsetzer der Recheneinheit 23 den Umrichtern 11, 12, 13 als dreiphasige Strom-Sollwertsignale übertragen. Die Umrichter 11, 12, 13 sind so eingerichtet, dass die vorgegebenen Strom-Sollwertverläufe mit hoher Geschwindigkeit als identische Stromverläufe im jeweiligen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz 17, 18, 19 wirksam werden. Nach dem Start der virtuellen Synchronmaschinen 5, 6, 7 laufen diese zunächst leistungsneutral mit Drehzahlen, die sich aus den aktuellen Frequenzen der einzelnen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze 17, 18, 19 ergeben. Die Aktivierung des virtuellen Differentialgetriebes 1 hat die Entstehung virtueller Momente an den virtuellen Synchronmaschinen 5, 6, 7 zur Folge, die die Energieausgleichsprozesse zwischen den verschiedenen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen 17, 18, 19 gemäß der in dem Computerprogramm der Recheneinheit 23 vorgegebenen Definition des virtuellen Differentialgetriebes 1 einleiten. Solange der Grundsatz der Invarianz der Summe aller virtuellen mechanischen Teilleistungen am virtuellen Differentialgetriebe 1 erfüllt bleibt, kann die Momentenaufteilung und damit die Verteilung und der Austausch der Energie zwischen den Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen 17, 18, 19 frei festgelegt werden. Sofern der gemeinsame Gleichspannungszwischenkreis 22 mit einem Mittel- oder Langzeitenergiespeicher ausgerüstet wird, kann von der Festschreibung der Leistungsinvarianz des virtuellen Differentialgetriebes 1 für die sich aus der Speicherkapazität der Energiespeicher ergebende Überbrückungsdauer abgewichen werden. Die virtuellen Anpassungsnetzwerke 8, 9, 10 können scheinleistungsabhängige Veränderlichkeiten des Blindleistungsbedarfs der angeschlossenen Leitungen oder Kabel unmittelbar ausgleichen, um diese stets mit natürlicher Leistung betreiben zu können.
Wie man erkennt, unterscheidet sich die HGÜ-Kupplungseinrichtung von konventionellen Lösungen dadurch, dass die Kopplung von in ihrer Frequenz abweichenden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen durch wenigstens eine rechnerische Nachbildung von zumindest einer drehenden Schwungmasse vorgenommen werden kann. In einer Weiterbildung ist ein virtueller Umformersatz, bestehend aus virtuellen Synchronmaschinen 5, 6, 7 und einem virtuellen Differentialgetriebe 1, vorgesehen. Zusätzlich kann die virtuelle Synchronmaschine statorseitig erweitert werden, indem ein virtuelles Leitungsanpassungsnetzwerk vorgesehen wird. Hierdurch können die Netzabgänge zusätzlich automatisch kompensiert werden, ohne dass zusätzliche Schaltungsbauteile erforderlich sind.
Bereits das Vorsehen einer virtuellen Drehmasse in Form der rechnerisch nachgebildeten drehenden Schwungmasse hat große Vorteile. Durch die virtuelle Drehmasse kann die dynamische Frequenzstabilität im betreffenden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz erhöht werden, die transienten Eigenschaften der virtuellen Drehmasse verbessern die dynamische Kurzschlussleistung des Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes. Die virtuelle Dämpfungseigenschaft aufgrund der nachgebildeten Massenträgheit der virtuellen Drehmasse wirkt Schwingneigungen im Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz entgegen. Durch Ergänzung des virtuellen Differentialgetriebes oder der zuvor erläuterten anderen Arten der mechanischen Kopplung zwischen den virtuellen Drehmassen ist es möglich, der Kopplung zusätzliches dynamisches Verhalten zu verleihen. Werden nur dynamisch wirksame, kurze Übersetzungen zwischen den virtuellen Wellen 2, 3, 4 der virtuellen Synchronmaschinen 5, 6, 7 eingerichtet, tritt eine Kopplung dynamischer Prozesse, wie das Polradschwingen, über das virtuelle Differentialgetriebe 1 ein, so dass die übrigen virtuellen Synchronmaschinen 5, 6, 7 ebenfalls von der Schwingung erfasst werden. Dies hat zur Folge, dass aus der Richtung eines Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes hervorgerufene Störerscheinungen von allen virtuellen Synchronmaschinen 5, 6, 7 und den angebundenen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen bedämpft werden.
Die Zahl der Netzanschlussstellen des virtuellen Umformersatzes kann ohne Begrenzung erweitert werden. Das virtuelle Differentialgetriebe 1, die virtuellen Synchronmaschinen 5, 6, 7 und die virtuellen Anpassungsnetzwerke 6, 7, 8 werden in Form von Programmmodulen realisiert und können in ihren Parametern frei und sogar während des Betriebes konfiguriert und verändert werden. Anhand der Beeinflussung der das virtuelle Differentialgetriebe 1 beschreibenden rechnerischen Zusammenhänge kann z. B. die Kopplung zu einem der Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze bedarfsweise softwaremäßig aufgehoben werden, ohne dass eine Betätigung physischer Schalteinrichtungen erforderlich ist. Je nach Ausstattung des Gleichspannungszwischenkreises 22 mit Energiespeichern 21 können die Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze unabhängig voneinander bei inaktivem virtuellem Differentialgetriebe 1 schwarz gestartet werden.
Statt des in 1 wiedergegebenen virtuellen Differentialgetriebes 1 kann die mechanische Kopplung zwischen den virtuellen Wellen 2, 3, 4 auch mittels anderer Arten von virtuellen Energieausgleichsgetrieben erfolgen.
Um die Funktion des Energieausgleichsbetriebes beispielhaft zu beschreiben, sei von einer HGÜ-Kupplungseinrichtung ausgegangen, die vier Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze K, L, M, N miteinander koppelt. Es sei angenommen, dass die aktuellen Netzfrequenzen wie folgt sind: f_K = 47 Hz, f_L = 49 Hz, f_M = 50 Hz, f_N = 52 Hz.
Als Netzsollfrequenz wird jeweils von 50 Hz ausgegangen. Das Softwaremodul, das das virtuelle Energieausgleichsgetriebe 1 realisiert, führt einen Energieausgleich zwischen den Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen iterativ nach einem Entscheidungsbaum durch, um letztendlich die Leistungsinvarianz zu erfüllen und damit die Gleichung M_K·ω_K + M_L·ω_L + M_M·ω_M + M_N·ω_N = 0 zu erfüllen. Durch die Recheneinheit 23 wird dabei erkannt, dass es aufgrund der aktuellen Netzfrequenzen nicht sinnvoll ist, Energie mit dem Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz M auszutauschen, da es aktuell eine Frequenz entsprechend der Netzsollfrequenz hat. Weiterhin erkennt die Recheneinheit 23, dass die Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze K und L ein Wirkleistungsdefizit haben und das Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz N einen Wirkleistungsüberschuss hat. Es wird damit eine virtuelle Synchronmaschine, nämlich die des Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes N, mit einem Überschuss an Energie betrieben, d. h. diese virtuelle Synchronmaschine wird mit maximaler Leistung betrieben. Dieser virtuelle mechanische Leistungsüberschuss kann über das Energieausgleichsgetriebe 1 den unterfrequenten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen K und L zugeführt werden. Um die leistungsmäßige Null-Bilanz, d. h. die Erfüllung der o. g. Gleichung, im gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis 22 einzuhalten, kann an den beiden wirkleistungsdefizitären Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzen 1 und 2 in Summe nur die aus dem mit 52 Hz laufenden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz N entnommene Leistung abgegeben werden. Diese wird gemäß der jeweiligen Größe der Abweichung von der Nennfrequenz gewichtet. Dem Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz L fehlt sozusagen 1 Hz bis zur Netzsollfrequenz, dem Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz K fehlen 3 Hz, so dass in Summe 4 Hz fehlen. Entsprechend wird die aus dem Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz N abgezogene Leistung anteilmäßig aufgeteilt, so dass ein Viertel von dessen überschüssiger Leistung an das Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz L und drei Viertel an das Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz K abgegeben werden. Entsprechend werden die virtuellen Momente der virtuellen Synchronmaschine gemäß der Beziehung
konfiguriert.
Dynamisch müssen die virtuellen Wellen auf zusätzliche Weise gekoppelt werden, damit die kumulierte Massenträgheit und Dämpfung für alle Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze gleichermaßen wirksam wird. Zwischen den Drehmassen aller virtuellen Synchronmaschinen werden in einer vorteilhaften Ausgestaltung virtuelle dynamische Kupplungen mit dem Kupplungsfaktor F eingesetzt. Dieser wird proportional zur Winkelbeschleunigung beider über die virtuelle dynamische Kupplung gekoppelten Drehmassen geführt. Es werden jeweils zwei virtuelle dynamische Kupplungen zwischen zwei virtuellen Synchronmaschinen platziert, um Anregungen in beiden Richtungen auf die weiteren Drehmassen übertragen zu können. Befinden sich zwischen den virtuellen Synchronmaschinen A und B z. B. die Kupplungen a und b, so können die Kupplungsfaktoren F_a mit dω_A/dt und F_b mit dω_B/dt festgelegt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0197352 A1 [0002]
DE 102006047792 A1 [0020, 0043]

Claims

HGÜ-Kupplungseinrichtung (30) zur Kopplung wenigstens zweier Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze (17, 18, 19) miteinander, wobei die HGÜ-Kupplungseinrichtung (30) einen Gleichspannungszwischenkreis (22) und für jedes zu koppelnde Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz (17, 18, 19) jeweils wenigstens einen steuerbaren Umrichter (11, 12, 13) aufweist, dessen Gleichspannungsseite mit dem Gleichspannungszwischenkreis (22) verbunden ist und dessen Wechselspannungsseite zum Anschluss eines jeweiligen Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes (17, 18, 19) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die HGÜ-Kupplungseinrichtung (30) wenigstens eine Recheneinheit (23) und wenigstens eine Messeinheit (14, 15, 16), die zur Erfassung von Betriebsgrößen der zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze (17, 18, 19) eingerichtet ist, aufweist, wobei die Recheneinheit (23) für jedes zu koppelnde Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz (17, 18, 19) jeweils zur rechnerischen Nachbildung von zumindest einer drehenden Schwungmasse (50, 60, 70) eingerichtet ist, derart, dass die Drehzahl der Schwungmasse (50, 60, 70) der als Betriebsgröße von der Messeinheit (14, 15, 16) erfassten und der Recheneinheit (23) zugeführten aktuellen Frequenz des jeweiligen angekoppelten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes (17, 18, 19) proportional ist, und die Recheneinheit (23) zur Steuerung der steuerbaren Umrichter (11, 12, 13) derart eingerichtet ist, dass Änderungen der Frequenz eines angekoppelten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes (17, 18, 19) durch eine durch die Recheneinheit (23) rechnerisch nachgebildete Trägheit der dem Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz (17, 18, 19) zugeordneten, drehenden Schwungmasse (50, 60, 70) gedämpft sind.
HGÜ-Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (23) zur rechnerischen Nachbildung einer mechanischen Kopplung zwischen wenigstens zwei drehenden Schwungmassen (50, 60, 70) und zur Steuerung der steuerbaren Umrichter (11, 12, 13) derart eingerichtet ist, dass Änderungen der Frequenz eines angekoppelten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes (17, 18, 19) durch die durch die Recheneinheit (23) rechnerisch nachgebildete Trägheit der gekoppelten, drehenden Schwungmassen (50, 60, 70) gedämpft sind.
HGÜ-Kupplungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rechnerische Nachbildung der mechanischen Kopplung die rechnerische Nachbildung einer flexiblen mechanischen Kopplung ist, die vorübergehende Drehzahlunterschiede zwischen den gekoppelten, drehenden Schwungmassen (50, 60, 70) und damit vorübergehende Frequenzunterschiede der zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze (17, 18, 19) zulässt.
HGÜ-Kupplungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die rechnerische Nachbildung der mechanischen Kopplung die rechnerische Nachbildung einer drehzahländerungsabhängigen mechanischen Kopplung ist, die dauerhafte oder langsam veränderliche Drehzahlunterschiede zwischen den gekoppelten, drehenden Schwungmassen (50, 60, 70) und damit dauerhafte oder langsam veränderliche Frequenzunterschiede der zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze (17, 18, 19) zulässt, aber schnell veränderliche Drehzahlunterschiede mindestens einer drehenden Schwungmasse (50, 60, 70) an die übrigen drehenden Schwungmassen (50, 60, 70) und damit schnell veränderliche Frequenzunterschiede mindestens eines der zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze (17, 18, 19) an die übrigen zu koppelnden Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze (17, 18, 19) starr weitervermittelt.
HGÜ-Kupplungseinrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die rechnerische Nachbildung der Kopplung zwischen den Schwungmassen (50, 60, 70) die rechnerische Nachbildung eines Getriebes (1) zwischen den Schwungmassen (50, 60, 70) aufweist.
HGÜ-Kupplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (23) für eine, mehrere oder jede der rechnerisch nachgebildeten Schwungmassen (50, 60, 70) zur rechnerischen Nachbildung einer Synchronmaschine (5, 6, 7) eingerichtet ist, die die rechnerisch nachgebildete Schwungmasse (50, 60, 70) enthält.
HGÜ-Kupplungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (23) für eine, mehrere oder jede der rechnerisch nachgebildeten Synchronmaschinen (5, 6, 7) zur rechnerischen Nachbildung einer elektrisch an ein jeweiliges Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz (17, 18, 19) angeschlossenen Synchronmaschine ist.
HGÜ-Kupplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die HGÜ-Kupplungseinrichtung (39) einen temporären Energiespeicher (21) aufweist, der mit dem Gleichspannungszwischenkreis (22) verbunden oder verbindbar ist.
HGÜ-Kupplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (23) dazu eingerichtet ist, mechanische Teilleistungen der rechnerisch nachgebildeten Schwungmassen (50, 60, 70) rechnerisch nachzubilden und die steuerbaren Umrichter (11, 12, 13) derart zu steuern, dass die Summe der rechnerisch nachgebildeten mechanischen Teilleistungen, gegebenenfalls einschließlich einer temporären Leistungsaufnahme und -abgabe eines temporären Energiespeichers (21), auf den Wert Null geregelt ist.
Recheneinheit (23) einer HGÜ-Kupplungseinrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
HGÜ-Kupplungsverfahren zur Kopplung wenigstens zweier Wechselspannungs-Energieversorgungsnetze (17, 18, 19) miteinander unter Verwendung einer HGÜ-Kupplungseinrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei durch die Recheneinheit (23) folgendes ausgeführt wird: a) für jedes zu koppelnde Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz (17, 18, 19) wird jeweils zumindest eine drehende Schwungmasse (50, 60, 70) rechnerisch derart nachgebildet, dass die Drehzahl der Schwungmasse (50, 60, 70) der aktuellen Frequenz des jeweiligen angekoppelten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes (17, 18, 19) proportional ist, b) die steuerbaren Umrichter (11, 12, 13) werden derart gesteuert, dass Änderungen der Frequenz eines angekoppelten Wechselspannungs-Energieversorgungsnetzes (17, 18, 19) durch die rechnerisch nachgebildete Trägheit der dem Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz (17, 18, 19) zugeordneten, drehenden Schwungmasse (50, 60, 70) gedämpft sind.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, insbesondere auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichertes Computerprogramm, eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner (23) ausgeführt wird.