DE102017202230A1 - Verfahren zum Betreiben einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage nach einem Lichtbogenfehler, Umrichtervorrichtung sowie Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage nach einem Lichtbogenfehler, Umrichtervorrichtung sowie Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (1), bei welchem bei einem Erkennen eines Lichtbogenfehlers an einer Leitung (2) der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (2), eine Zufuhr von elektrischer Energie zu der Leitung (2) unterbrochen wird und während eines Wiederanfahrens der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (1) nach einem Erlöschen des Lichtbogens eine an der Leitung (2) anliegende elektrische Spannung (U) in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Wiederverfestigungskennlinie (8) eingestellt wird, wobei während des Lichtbogenfehlers eine in dem Lichtbogen umgesetzte Lichtbogenenergie erfasst wird und die Wiederverfestigungskennlinie (8) anhand der Lichtbogenenergie bestimmt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage, bei welchem bei einem Erkennen eines Lichtbogenfehlers an einer Leitung der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage eine Zufuhr von elektrischer Energie zu der Leitung unterbrochen wird und während eines Wiederanfahrens der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage nach einem Erlöschen des Lichtbogens eine an der Leitung anliegende elektrische Spannung in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Wiederverfestigungskennlinie eingestellt wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Umrichtervorrichtung für eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage.
  • Vorliegend richtet sich das Interesse auf Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlagen. Bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) erfolgt die Energieübertragung über weite Entfernungen mit hoher Gleichspannung. Hierbei wird die elektrische Energie über entsprechende Leitungen übertragen, welche beispielsweise als Freileitungen ausgebildet sein können. Freileitungen von Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlagen sind im Vergleich zu Anlagen mit Kabelsystemen verstärkt atmosphärischen und anderen äußeren Einflüssen ausgesetzt, durch die es zu Kurzschlüssen oder Überschlägen gegen Erde kommen kann. Hierbei können Gleichstromfehler, insbesondere in Form eines Lichtbogenfehlers, auftreten. Ein Lichtbogen, welcher sich bei einem solchen Lichtbogenfehler ausbildet, ist nur stabil, solange dem Lichtbogen von der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage elektrische Energie zugeführt wird.
  • Um bei einem Lichtbogenfehler die Unterbrechung der Zufuhr der elektrischen Energie zu gewährleisten, können entsprechende Umrichtervorrichtung verwendet werden. Nachdem der Lichtbogen gelöscht wurde, kann die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage während eines Wiederanfahrens wieder mit elektrischer Energie versorgt werden. Bei dem Wiederanfahren kann eine bestimmte Wiederherstellungsstrategie verfolgt werden, um mit der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage wieder in die Energieübertragung übergehen zu können.
  • Während des Lichtbogenfehlers ist die Energieübertragung mittels der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage gestört. Dabei ist es wünschenswert, die Dauer der Störung möglichst kurz zu halten. Die Ziele bei der Klärung eines solchen Gleichstrom-Fehlers sind deshalb einerseits die zuverlässige Fehlererkennung und die Wiederherstellungsstrategie durch eine lange Deionisationszeit und andererseits die minimale Dauer der Störung der Energieübertragung.
  • Bei aktuellen Konzepten zur Klärung von Gleichstrom-Fehlern beziehungsweise Lichtbogenfehlern wird mit der Fehlererkennung die Energiezufuhr zum Lichtbogen unterbrochen und gleichzeitig eine diskrete Zeitstufe gestartet. Diese Zeitstufe entspricht der erwarteten Deionisationszeit unter Annahme von bestimmten und vorher festgelegten Vorbedingungen. Nach Ablauf der Zeitstufe wird die Gleichspannung wieder aufgebaut. Wenn dabei ein erneuter Lichtbogen auftritt, wird das Wiederanfahren unterbrochen und die Wiederherstellungsstrategie startet erneut, aber mit einer längeren Zeitstufe. Es kann auch mehrere Wiederherstellungsversuche mit voreingestellten, entsprechend zugeordneten und immer länger werdenden Zeitstufen geben.
  • In diesem Zusammenhang beschreibt die WO 2016/124215 A1 ein Verfahren zum Übertragen elektrischer Energie über eine elektrische Leitung, wobei im Falle eines Lichtbogenfehlers auf der Leitung eine Nothandlung zur Beendigung des Lichtbogenfehlers vorgenommen wird. Ferner wird nach Beendigung des Lichtbogenfehlers die Spannung einer Spannungsquelle zunächst auf eine Sollspannung, die kleiner als die Betriebsspannung ist, erhöht. Erst anschließend wird von der Sollspannung auf die vorgegebene Betriebsspannung erhöht. Dabei erfolgt das Erhöhen der Spannung bevorzugt derart, dass die Spannung der Spannungsquelle während des Erhöhens zu jedem Zeitpunkt stets kleiner ist als die jeweilige Durchschlagspannung, die zum Wiederzünden des Lichtbogens gemäß einer vorgegebenen Wiederverfestigungscharakteristik erforderlich wäre. Diese Wiederverfestigungscharakteristik wird vorzugsweise anhand des Fehlerstroms während des Lichtbogens und der Dauer des Lichtbogens ermittelt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage der eingangs genannten Art nach dem Erkennen eines Lichtbogenfehlers zuverlässiger betrieben werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Umrichtervorrichtung sowie durch eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage. Hierbei wird bei einem Erkennen eines Lichtbogenfehlers an der Leitung der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage eine Zufuhr von elektrischer Energie zu der Leitung unterbrochen. Ferner wird während eines Wiederanfahrens der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage nach einem Erlöschen des Lichtbogens eine an der Leitung anliegende elektrische Spannung in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Wiederverfestigungskennlinie eingestellt. Dabei ist es vorgesehen, dass während des Lichtbogenfehlers eine in dem Lichtbogen umgesetzte Lichtbogenenergie erfasst wird und die Wiederverfestigungskennlinie anhand der Lichtbogenenergie bestimmt wird.
  • Mithilfe des Verfahrens soll eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage betrieben werden. Diese Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage dient dazu, elektrische Energie mit einer hohen Gleichspannung über zumindest eine Leitung zu übertragen. Diese Leitung ist insbesondere als Freileitung ausgebildet. Im Betrieb der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage können aufgrund von äußeren Einflüssen Lichtbogenfehler auftreten. Dieser Lichtbogenfehler kann beispielsweise infolge eines Kurzschlusses oder infolge einer Überspannung entstehen. Bei dem Lichtbogenfehler bildet sich infolge der Ionisation der Luft der Lichtbogen aus. Sobald dieser Lichtbogenfehler erkannt wurde, wird die Energiezufuhr zu der Leitung unterbrochen. Auf diese Weise kann der Lichtbogen wieder gelöscht werden.
  • Wenn anschließend die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage wieder für die Energieübertragung verwendet werden soll, ist es vorgesehen, dass die während des Wiederanfahrens beziehungsweise der Wiederherstellung an der Leitung angelegt elektrische Spannung in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Wiederverfestigungskennlinie eingestellt wird. Insbesondere wird die Spannung derart angelegt, dass diese die vorbestimmte Wiederverfestigungskennlinie nicht überschreitet. Die Wiederverfestigungskennlinie kann insbesondere einen vorbestimmten Spannungsverlauf beschreiben. Die Wiederverfestigungskennlinie beschreibt insbesondere den zeitlichen Verlauf einer Spannung, ab welcher ein Zünden des Lichtbogens droht. Durch das Wiederanfahren kann die elektrische Spannung beziehungsweise die Gleichspannung an der Leitung kontinuierlich erhöht werden, da nach dem Löschen des Lichtbogens die Isolationsfestigkeit der Isolationsstrecke beziehungsweise der Luft herabgesetzt ist.
  • Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es nun vorgesehen, dass während des Lichtbogenfehlers eine in dem Lichtbogen umgesetzte Lichtbogenenergie erfasst wird und die Wiederverfestigungskennlinie anhand der Lichtbogenenergie bestimmt wird. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Wiederverfestigungskennlinie überwiegend von dem Energieeintrag in den Lichtbogen abhängig ist. Mit der Kenntnis dieser Lichtbogenenergie kann eine optimierte Wiederherstellungsstrategie abgeleitet werden und statt der aktuell üblichen zeitdiskreten Wiederherstellungsstrategie verwendet werden. Das Anlegen der elektrischen Spannung während des Wiederanfahrens kann insbesondere mittels einer Umrichtervorrichtung beziehungsweise eines Umrichters erfolgen. Durch die Kenntnis des Verhaltens des Störlichtbogens und der dazugehörigen Wiederverfestigung der Isolationsstrecke kann eine optimale Spannungswiederkehr für die Regelung der Umrichtervorrichtung bestimmt werden. Dadurch kann die Zeit bis zur vollen Wiederherstellung der Energieübertragung minimiert werden und die Zuverlässigkeit der Wiederherstellungsstrategie verbessert werden. Somit kann insgesamt eine Optimierung der konträren Ziele bei der Klärung von DC-Fehlern erreicht werden.
  • Bevorzugt werden während des Lichtbogenfehlers eine an der Leitung anliegende elektrische Lichtbogenspannung und ein durch die Leitung fließender Lichtbogenstrom erfasst und die Lichtbogenenergie wird anhand der Lichtbogenspannung und des Lichtbogenstroms bestimmt. Während des Lichtbogenfehlers können an den Klemmen des Umrichters die elektrische Spannung beziehungsweise die Lichtbogenspannung gemessen werden. Zudem kann der elektrische Strom, der durch die Leitung fließt, beziehungsweise der Lichtbogenstrom gemessen werden. Anhand des Lichtbogenstroms und der Lichtbogenspannung kann dann auf einfache Weise die Lichtbogenenergie, die in den Lichtbogen eingebracht wurde, bestimmt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird während des Lichtbogenfehlers ein Lichtbogenwiderstand anhand einer Lichtbogenlänge bestimmt und die Lichtbogenenergie wird anhand des Lichtbogenwiderstands bestimmt. Der Lichtbogenwiderstand kann anhand der Länge des Lichtbogens beziehungsweise der Lichtbogenlänge und dem Lichtbogenstrom, der durch die Leitung fließt, bestimmt werden. Zudem kann der Lichtbogenwiderstand in Abhängigkeit von bestimmten Konstanten berechnet werden. Anhand des Lichtbogenwiderstands kann unter zusätzlicher Berücksichtigung der Lichtbogenspannung und/oder des Lichtbogenstroms die Lichtbogenenergie auf zuverlässige Weise bestimmt werden.
  • Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Lichtbogenlänge abhängig von einer baulichen Ausgestaltung der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage vorbestimmt wird. Die Lichtbogenlänge beschreibt die Länge des Lichtbogens. Dabei kann es einerseits der Fall sein, dass der Lichtbogen zwischen der Leitung und dem Erdboden auftritt. Häufiger tritt aber der Fall auf, dass sich der Lichtbogen zwischen der Leitung und einem Masten, an welchem die Leitung gehalten ist, ausgebildet. In Abhängigkeit von der baulichen Ausgestaltung der Hochspannungs-Leistung-Übertragungsanlage kann dann die Lichtbogenlänge vorbestimmt werden. Die bauliche Ausgestaltung kann die Masten und/oder entsprechende Isolatoren beschreiben. Die Lichtbogenlänge kann beispielsweise der minimal möglichen Lichtbogenlänge entsprechen. Innerhalb der Umrichtervorrichtung kann also ein anlagenspezifischer Wert für die Lichtbogenlänge hinterlegt sein und somit kann die Lichtbogenenergie auf einfache Weise berechnet werden.
  • Vorliegend wird also ein Lichtbogenmodell für die Fehlerstelle entwickelt, welches es erlaubt, die optimale Wiederherstellungsstrategie nach einer Fehlerklärung durch die Umrichtervorrichtung zu bestimmen. Dieses Lichtbogenmodell kann die Lichtbogenbrennspannung beziehungsweise die Lichtbogenspannung sowie die Löschbedingungen und/oder die Wiederverfestigungskennlinie beschreiben. Auf diese Weise kann der Lichtbogen näher charakterisiert werden. Anhand der Informationen zu dem Lichtbogen kann dann die Deionisationszeit der Luft bestimmt werden und die Wiederverfestigungskennlinie hieraus abgeleitet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird die Wiederverfestigungskennlinie nach folgender Formel bestimmt: U R = S F ⋅ 242 ⋅ ln ( 1,25 ⋅ L ) ⋅ ln ( t + 0,1 − ( 0,0528 ⋅ W + 75,6 ) / 1000 t 0 ) .
    Figure DE102017202230A1_0001
  • Dabei beschreibt SF einen Skalier-und Sicherheitsfaktor. L beschreibt die Lichtbogenlänge und W beschreibt die Lichtbogenenergie. Des Weiteren beschreibt t die Zeit und t0 eine Zeitkonstante. Hierbei haben Versuche gezeigt, dass bei einer derartigen Wiederverfestigungskennlinie ein zuverlässiges Wiederanfahren der Hochspannungs-Gleichstrom Übertragungsanlage erreicht werden kann. Insbesondere wird die Spannung während des Wiederanfahrens so eingestellt, dass diese die Wiederverfestigungskennlinie nicht überschreitet.
  • In einer Ausführungsform wird, falls während des Wiederanfahrens ein weiterer Lichtbogenfehler erkannt wird, bei einem erneuten Wiederanfahren die an der Leitung anliegende elektrische Spannung in Abhängigkeit von der vorbestimmten Wiederverfestigungskennlinie eingestellt. Beim Wiederanfahren kann es der Fall sein, dass sich erneut ein Lichtbogen ausbildet beziehungsweise der Lichtbogen wieder zündet. Dies kann beispielsweise dann auftreten, wenn die an der Leitung angelegte Spannung die Wiederverfestigungskennlinie überschreitet. In diesem Fall kann erneut die Energiezufuhr der Leitung unterbrochen werden. Im Anschluss daran kann das Wiederanfahren erneut gestartet werden. Dabei kann die gleiche Wiederverfestigungskennlinie wie bei dem ersten Versuch des Wiederanfahrens verwendet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Lichtbogenenergie des erneut aufgetretenen Lichtbogens bestimmt wird und die Wiederverfestigungskennlinie anhand dieser Lichtbogenenergie bestimmt wird. Dies ermöglicht ein zuverlässiges Wiederanfahren auch bei einem erneuten Lichtbogenfehler.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird, falls während des Wiederanfahrens ein weiterer Lichtbogenfehler erkannt wird, ein erneutes Wiederanfahren nach einer vorbestimmten Zeitdauer durchgeführt. Die Zeitdauer kann beispielsweise mehrere Hundert Millisekunden betragen. Nach dem Verstreichen der Zeitdauer kann die elektrische Spannung in Abhängigkeit von der Wiederverfestigungskennlinie an der Leitung angelegt werden. Es kann also eine Kombination aus der zeitdiskreten und der mittels des Lichtbogenmodells optimierten Wiederherstellungsstrategie erfolgen.
  • Eine erfindungsgemäße Umrichtervorrichtung für eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgelegt. Die Umrichtervorrichtung kann zumindest einen Umrichter aufweisen, welcher elektrisch mit der Leitung verbunden ist. Mithilfe der Umrichtervorrichtung kann bei dem Lichtbogenfehler die Energiezufuhr zu der Leitung unterbrochen werden. Beispielsweise kann die Umrichtervorrichtung einen spannungsgeführten Stromrichter umfassen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Umrichtervorrichtung einen sogenannten Line-Commutated Converter (LCC) umfasst. Ferner kann die Umrichtervorrichtung zumindest eine Messeinrichtung aufweisen, mittels welcher während des Lichtbogenfehlers die Lichtbogenspannung und/oder der Lichtbogenstrom gemessen werden können. Zudem kann die Umrichtervorrichtung eine Recheneinrichtung aufweisen, mittels welcher die Wiederverfestigungskennlinie bestimmt werden kann. Ferner dient die Umrichtervorrichtung dazu, während des Wiederanfahrens die elektrische Spannung an der Leitung in Abhängigkeit von der Wiederverfestigungskennlinie einzustellen.
  • Eine erfindungsgemäße Hochspannungs-Gleichstrom Übertragungsanlage umfasst eine erfindungsgemäße Umrichtervorrichtung.
  • Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Umrichtervorrichtung sowie die erfindungsgemäße Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage, welche eine Umrichtervorrichtung aufweist; und
    • 2 einen zeitlichen Verlauf einer elektrischen Spannung an einer Leitung der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage nach einem Lichtbogenfehler.
  • In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 1. Mit einer derartigen Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 1 kann elektrische Energie beziehungsweise eine Gleichspannung übertragen werden. Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 1 umfasst eine Leitung 2, welche vorliegend als Freileitung ausgebildet ist. Im Betrieb der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage können DC-Fehler in Form eines Lichtbogenfehlers auftreten. Beispielsweise kann sich ein Lichtbogen zwischen der Leitung 2 und dem Erdboden oder zwischen der Leitung 2 und einem Masten der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 1 ausbilden. Dies ist vorliegend beispielhaft durch den Pfeil 3 verdeutlicht.
  • Darüber hinaus umfasst die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 1 eine Umrichtervorrichtung 4. Die Umrichtervorrichtung 4 kann zumindest einen Umrichter umfassen. Die Umrichtervorrichtung 4 umfasst ferner eine Messeinrichtung 5, mittels welcher eine an der Leitung 2 anliegende elektrische Spannung U und ein durch die Leitung 4 fließende elektrischer Strom I erfasst werden können. Zudem umfasst die Umrichtervorrichtung 4 eine Steuereinrichtung 6, mittels welcher die elektrische Spannung U an der Leitung 4 eingestellt werden kann. Schließlich umfasst die Umrichtervorrichtung 4 eine Recheneinrichtung 7.
  • Falls der Lichtbogenfehler auftritt, kann mittels der Messeinrichtung 5 eine Lichtbogenspannung, welche während des Lichtbogenfehlers an der Leitung 2 anliegt, und ein Lichtbogenstrom, welcher während des Lichtbogenfehlers durch die Leitung 2 fließt, erfasst werden. Anhand der Lichtbogenspannung und des Lichtbogenstroms kann dann eine Lichtbogenenergie bestimmt werden. Die Lichtbogenenergie beschreibt diejenige elektrische Energie, die während des Lichtbogenfehlers im Lichtbogen umgesetzt wird.
  • Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass mittels der Recheneinrichtung 7 der Lichtbogenwiderstand bestimmt wird. Der zeitlich abhängige Lichtbogenwiderstand R(t) kann nach folgender Gleichung bestimmt werden: R ( t ) = E ( t ) ⋅ L I ( t ) = L ⋅ I − ( E + 1 ) ⋅ ( A ⋅ t − B + C ⋅ t D ) .
    Figure DE102017202230A1_0002
  • Dabei beschreibt L die Lichtbogenlänge in Metern, I(t) den Lichtbogenstrom in Ampere und t die Zeit in Sekunden. A, B, C, D und E sind entsprechende Parameter beziehungsweise Fitting-Konstanten. Auf Grundlage des Lichtbogenwiderstands kann mithilfe der Recheneinrichtung 7 die Lichtbogenenergie bestimmt werden. Hier kann von der Recheneinrichtung 7 zusätzlich die Lichtbogenspannung berücksichtigt werden.
  • Des Weiteren ist es vorgesehen, dass mittels der Recheneinrichtung 7 eine Wiederverfestigungskennlinie 8 bestimmt wird. In Abhängigkeit von dieser Wiederverfestigungskennlinie 8 kann die elektrische Spannung U, die nach dem Erlöschen des Lichtbogens an der Leitung 2 mittels der Steuereinrichtung 6 angelegt wird, gesteuert werden. Die Wiederverfestigungskennlinie 8 beschreibt einen zeitlichen Verlauf einer Spannung UR, welche nach folgender Formel berechnet werden kann: U R = S F ⋅ 242 ⋅ ln ( 1,25 ⋅ L ) ⋅ ln ( t + 0,1 − ( 0,0528 ⋅ W + 75,6 ) / 1000 t 0 ) .
    Figure DE102017202230A1_0003
  • Dabei beschreibt W die im Lichtbogen umgesetzte Energie beziehungsweise die Lichtbogenenergie in Kilojoule. SF ist ein Skalier- und Sicherheitsfaktor, t0 beschreibt eine Zeitkonstante in Sekunden.
  • Vorliegend wird also ein Lichtbogenmodell verwendet, um die Wiederverfestigungskennlinie 8 zu bestimmen. Da die Wiederverfestigungskennlinie 8 der Fehlerstelle überwiegend von dem Energieeintrag in den Lichtbogen und der Länge der Isolationsstrecke abhängig ist, kann diese mit Kenntnis der in der Leitung 2 gespeicherten Energie und der den Fehler speisenden Strömen bestimmt werden.
  • 2 zeigt einen Verlauf der Spannung U, welche an der Leitung 2 anliegt, in Abhängigkeit von der Zeit t. Dabei beschreibt der Messschrieb 9 den Verlauf der elektrischen Spannung U an der Leitung 2. Zu dem Zeitpunkt t1 tritt der Lichtbogenfehler auf. Hier bricht die elektrische Spannung U, welche an der Leitung 2 anliegt, zusammen. Des Weiteren ist die Wiederverfestigungskennlinie 8 gezeigt, in Abhängigkeit von der die elektrische Spannung U mittels der Steuereinrichtung 6 während eines Wiederanfahrens erhöht wird. Dabei sollte die elektrische Spannung U mittels der Steuereinrichtung 6 so eingestellt werden, dass die Wiederverfestigungskennlinie 8 nicht überschritten wird.
  • Vorliegend ist zu erkennen, dass der Wiederanfahrversuch nicht erfolgreich war, da die Spannungsrampe der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage 1 die Wiederverfestigungskennlinie 8 geschnitten hat. Hier ist zu dem Zeitpunkt t2 ein weiterer Lichtbogenfehler aufgetreten. Ferner ist ein Spannungsverlauf 10 für den Fall gezeigt, dass die Isolationsstrecke nicht wieder durchgezündet hätte. Dabei war der zweite Wiederanfahrversuch beziehungsweise Wiederherstellungsversuch erfolgreich, da kein weiterer Lichtbogenfehler aufgetreten ist.
  • Vorliegend wird eine Wiederherstellungsstrategie bereitgestellt, bei welcher die Wiederverfestigungskennlinie 8 ausschließlich anhand von Parametern bestimmt wird, die anhand eines Lichtbogenmodells abgeleitet wurden. Dieses Lichtbogenmodell beschreibt insbesondere die Lichtbogenenergie, die während des Lichtbogenfehlers in den Lichtbogen eingebracht wurde.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2016/124215 A1 [0006]

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (1), bei welchem bei einem Erkennen eines Lichtbogenfehlers an einer Leitung (2) der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (1), eine Zufuhr von elektrischer Energie zu der Leitung (2) unterbrochen wird und während eines Wiederanfahrens der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (1) nach einem Erlöschen des Lichtbogens eine an der Leitung (2) anliegende elektrische Spannung (U) in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Wiederverfestigungskennlinie (8) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Lichtbogenfehlers eine in dem Lichtbogen umgesetzte Lichtbogenenergie erfasst wird und die Wiederverfestigungskennlinie (8) anhand der Lichtbogenenergie bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Lichtbogenfehlers eine an der Leitung (2) anliegende elektrische Lichtbogenspannung und ein durch die Leitung (2) fließender Lichtbogenstrom erfasst werden und die Lichtbogenenergie anhand der Lichtbogenspannung und des Lichtbogenstroms bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Lichtbogenfehlers ein Lichtbogenwiderstand anhand einer Lichtbogenlänge bestimmt wird und die Lichtbogenenergie anhand des Lichtbogenwiderstands bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogenlänge in Abhängigkeit von einer baulichen Ausgestaltung der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (1) vorbestimmt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederverfestigungskennlinie (8) nach folgender Formel bestimmt wird: U R = S F ⋅ 242 ⋅ ln ( 1,25 ⋅ L ) ⋅ ln ( t + 0,1 − ( 0,0528 ⋅ W + 75,6 ) / 1000 t 0 ) ,
    Figure DE102017202230A1_0004
    wobei SF ein Skalier- und Sicherheitsfaktor, L die Lichtbogenlänge, W die Lichtbogenenergie, t die Zeit und t0 eine Zeitkonstante ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass falls während des Wiederanfahrens ein weiterer Lichtbogenfehler erkannt wird, bei einem erneuten Wiederanfahren die an der Leitung anliegende elektrische Spannung (U) in Abhängigkeit von der vorbestimmten Wiederverfestigungskennlinie (8) eingestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass falls während des Wiederanfahrens ein weiterer Lichtbogenfehler erkannt wird, ein erneutes Wiederanfahren nach einer vorbestimmten Zeitdauer durchgeführt wird.
  8. Umrichtervorrichtung (4) für eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (1), welche zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
  9. Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (1) mit einer Umrichtervorrichtung (4) nach Anspruch 8.
DE102017202230.2A 2017-02-13 2017-02-13 Verfahren zum Betreiben einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage nach einem Lichtbogenfehler, Umrichtervorrichtung sowie Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage Pending DE102017202230A1 (de)

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AMMERMANN, R.F. [et al.]: DC-Arc Models and Incident-Energy Calculations. In: IEEE Transactions on industry applications, Vol. 46, No. 5, 2010, S. 1810-1819.
SUNABE, K.Y. [et al.]: Influence of Starting Voltage Waveform on Time Sequence to Restart DC Transmission Lines. In: Electrical Engineering Japan, Vol. 130, No. 4, 2000, S. 63-70.

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