DE1588750A1 - Verfahren zur UEbertragung von Gleichstrom - Google Patents
Verfahren zur UEbertragung von GleichstromInfo
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Description
- Verführen zur Übertrugung von (gleichstrori Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren z@ir Gleichstromübertragung zwischen mehreren parallelarbei tenderl, stromgeregelten Gleich- und Wechselrichterstatiorjen. Es ist hierzu bekannt, einen über Fernwirkeinrichtungen mit den einzeLnen Stationen verbundenen zentralen Abgleicher für deren Stromsollwerte vorzusehen, welcher die im Gleichstromnetz physikalisch sich immer einstellende Bedingung, daß die Summe der von den Gleichrichterstationen abgegebenen Ströme stets der Summe der von den Wechselrichterstationen aufgenommenen Ströme ist, auch bei den Stromsollwerten der in den einzelnen Stationen vorgesehenen Stromreglern im Prinzip einhält, da. sonst mit ernsten Störungen der Gleichstromübertragungsanlage zu rechnen ist.
- Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ohne den erwähnten zentralen Sollwertabgleicher sowie die aufwendigelFernwirkeinrichtungen auszukommen, indem erfindungsgemäß eine einsteilbare spannungsabhängige Sollwertvorgabe-für die Ströme der einzelnen Stromrichterstationen nach Art ihrer natürlichen'Kennlinien vorgenommen wird. Die Vorgabewerte für die Stromregler sind also nicht mehr 1 abhängig von dem Steuersignal eines zentralen Abgleichers, sondern vom Wert der ,Spannung im Gleichspannungsnetz, welcher am Ort jeder Station zur Verfügung steht.
- Da durch das erfindungsgemäße Verfahren den einzelnen Stationen eine Strom-Spannungschärakteristik natürlicher Art verliehen wird, d.h. dem Gleichrichter als Stromquelle eine mit steigendem Strom fallende Kennlinie und dem Wechselrichter als Stromverbraucher eine mit steigendem Strom steigende Kennlinie, ergibt@sich bei paralleler Anordnung vori mit derartigen Kennlinien versehenen Stromrichterstationen immer selbsttätig ein stabiler Arbeitspunkt, wobei die Stromaufteilung unter den einzelnen Stationen.durch das Ausmaß der Spannungsabhängigkeit, d.h. durch eine mehr oder weniger große Neigung der den Stationen eingeprägten Stromspannungskennlinen :(Statik) festlegbar ist.
- Nach, einer. vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll die Regelabweichung zwischen Ist- und Sollwert des Stromes nicht. nur auf eine Zündwinkelsteuerung sondern auch noch zusätzlich auf eine Amplitudenregelung für die Wechselspeisespannungen der Stromrichterstationen wirken, womit die natürlichen Stromspannungskennlinien jeweils unter Einhaltung konstanter Steuerwinkel realisiert werden können. Da der Leistungsfaktor und damit die wechselstromseitig für das Übertragungssystem bereitzustellende Blindleistung von dem Steuerwinkel abhängt, ist es auf diese Weise möglich,. die Übertragung mit optimalem konstantem Leistungsfaktor zu .betreiben.
Für die Fälle, in denen die Amr)l i tudenz#ei;ei iiiig irifo7 1;e der Träg- heit ihrer Stellglieder, welche meist als Stelltransformatoren üusgeführt sind, mit einer nicht mehr vernachlässigbaren Zeit- konstante behaftet, ist, kann es sich nach einer weiteren Ausge- s-tal tüng des. erfindungsgemäßen Verfahrens als zweckmäßig erweisen, eine auf diese Zeltkonstante abgestimmte Verzögerung gei der i influßnahme von Anderungen des Vort-at-ewertes vorzusehen, so daß - insbesondere bei einem iietzspannungseinbrach auf der Wechselrich- tergeite keine urizulässigen Erhöhungen des Ubertragungsgleich- stromes.gegenüber.dem zuvor vorhandenen Wert auftreten. Die Realisierung deg erfindunWsgemäläcn Verfahrens kann durch _einen Ströcrret--el.kres mit einem Dä.'i'ereiivverstfi.ri;er einstellbaren - Bei der Hochspannungsgleichstromübertragung wird in der Regel wegen der hohen auftretenden Sperrspannung eine Reihenschaltung von mehreren Gefäßgruppen erforderlich sein. Durch die sogenannte Bypass-Zündung kann es dann im Störungsfalle vorkommen, daß verschiedene Gefäßgruppen kurzgeschlossen werden. Man ist bei diesem Betriebsfäll daran interessiert, die Hochspannungsgleichstromübertragung bei reduzierter Spannung weiterzuführen. Dies läßt, sich in weiterer Ausgestaltung erreichen mittels Strom- oder. spannungsempfindlicher Schwellwertglieder zur entsprechend der bei teilweisem Kurzschluß einzelner Strömrichterelemente noch zulässigen Sperrspannungen abgestuften Verstellung der Bezugsspannung. Zur Vermeidung von Rückzündungen ist es vorteilhaft, jede Station mit einer an sich bekannten Löschwinkelregelung auszurüsten und diese über eine Ablöseschaltung, deren anderer Eingang mit dem Stromregler verbunden ist, auf den Steuersatz der Station einwirken zu lassen. Es kann sich dann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung als zweckmäßig erweisen, durch zusätzliche Aufschaltung einer konstanten, im Sinne des Stromistwertes wirkenden Einflußgröße auf die Zündwinkelsteuerung der als Wechselrichter betriebenen Stationen stets dem Löschwinkelregler zum Eingriff zu bringen,so daß die Station somit ständig mit konstantem-minimalem Löschwinkel betrieben wird, wodurch sich ein geringer ihr zur Verfügung zu stellender Blindleistungsbedarf ergibt, Die Erfindung samt ihren Ausgestaltungen soll im folgenden anhand der Figuren näher erläutert werden.
- Fig. 1 dient zur Veranschaulichung des Wirkungsprinzips der-Erfin-. Jung. Eine Gleichrichterstation 1 ist über einen Transformator an ein Drehstromnetz 3 angeschlossen und soll aus ihm Gleichstromenergie über eine mit 2 bezeichnete Wechselrichteratation in ein .anderes Drehstromnetz 4 übertragen. Die Aussteuerung jeder Station erfolgt durch von Stromreglern 5 bzw. 6 beaufschlagte- Steuersätze. 7 für die steuerbaren Stromrichterelemente jeder Station, 5 wobei den Eingängen der Stromregler die'Regelabweichungt#: als Differenz zwischen einem Vorgabesollwert bzw. I* v2 und den von Stromwandlern 13 gelieferten Stationsströmen zugeführt wird. Wie ganz allgemein bei jeder Art von Regelung, werden die Stromregler 5 bzw. 6 eine derartige Aussteuerung der Gleich- bzw. der Wechselrichterstation bewirken, daß die Regelabweichung.zu Null wird: Die Stromvorgabesollwerte I*vl und I* v2 werden nun.erfindungsgemäß Proportionalgliedern 1U bzw. 11 entnommen, welche die Differenz zwischen ihnen mit der angegebenen Wirküngarichtung zugeführten konstanten Bezugsspannungen U1* bzw. U2* und den Spannungswandlern 14 entnommenen Stationsgleichspannungen U1 bzw. U2 mit einstellbarem Verstärkungsgrad P1 bzw. P2 verstärken, so daß stets die Beziehungen gelten I* v1 - p1 (U1* - U1) und
I* v2 V P2 (U2 - U2*)' U1* wird dabei kleiner als die maximal. von dem Gleichrichter 1 abgebbare Spannung und stets größer als die dem Proportionalglied 10 zugeführte Bezugsspannung U2* ge- wählt. An diesem Betriebsverhalten ändert sich prinzipiell nichts, wenn beispielsweise an dem Einspeisepunkt 12 beliebig viele andere Gleich- oder Wechse1richterstationen-mit den Strömen I1, I3, I4... Tla angeschlossen sind, sofern die Stromregler dieser Stationen spannungsabhängige Stromsollwerte der vorstehend beschrieben Art erhalten. Da die Spannungen sämtlicher dieser parallel arbeitenden Stationen auf einen gemeinsamen Punkt be- zogen sind, lassen sich im Diagramm entsprechend 1''ig. 3 stets die Kennlinien von n-1 Stationen in Richtung der Ströme additiv zu einer einzigen Kennlinie zusammenfassen; diese Summen-- kennlznie wirkt dann auf die r.-1 t;a j"2:t:oi.,wie die Kennlinie einer einzigen Gegenstation, so daß sich im Prinzip bezüglich der Stabilität des Arbeitspunktes dieselben Verhältnisse wie in Fig. 3 ergeben. Wesentlich ist nun, daß mit der über den Verstärkungs- grad einstellbaren Neigung (Statik) der Kennlinien der parallel- geschalteten Stationen deren Bereitschaft festgelegt werden kann, -ich boiAuagle i ch einot Leietun:gsändeung .z- betelligeü. r- Soll z@o der gt@ro2- einer unter mehreren G? eohrichters tannen. :'' erzin"ort oder'- bgezehaltet worden, @,as unter entspr 'eecahender.- ,- - ;a_ Ih?er Bezugoanng - (Ul*), rfcl eli ka1&iv dann hat ei1 21 0 'iieLl`ti üeJF! 'SESr._ii3@bd:..1-3.n.S@ mä1i e inad-8d tieferen Ausgangswert;- Q zu2 Pol ge p der Strom dieser Station verringert - sichg während sich . die anderen Staficnen an dem dadurch entstehenden Differenzbetrag entsprechend ihrer jeweiligen Statik beteiligen, ohne daß für diose Vorgänge Informationsübertragungen zwischen den Stationen oder einem zentralen °L eistungaverteiler notwendig wären. In Fig. 4 ist ein erweitertes Ausführungsbeispiel der-Erfindung t'.argestellt, wobei für Elemente gleicher Wirkungsweise die 33e- zugszeichen der Fig. 1 beibehalten wurden. Die in Fig._4 darge- stellte Anordnung besteht aus zwei Stationen 1 und 2, Welehe wahlweise als Gleich- und Wechselrichterstationen betrieben werden können; bei der gezeichneten Stellung der Kontakte arbeitet die Station 1 als Gleichrichter und die Station 2 als Wechselrich- tern so daß der Gleichstrom IL in der voll ausgezogenen Pfeil- richtung fließt. Den beiden Eingängen der Proportionalglieder 10 und 11 werden, wie bei der Anordnung nach Fig. 1, einstellbar konstante Bezugsspannungen Ul* und U2*, beispielsweise über gleich- apannungsgespeiste Potentiometer sowie die mittels Spannungs- wandler 14 gewonneenn Werte der Stationgsgleichspannung U über x die Polwendeschalter 16 und 17 zugeführt, deren Differenz mit einstellbarem Verstärkungsfaktor p bzw. p' verstärkt wird. Die-,' am Ausgang der Proportionalglieder 10 und 11 erscheinenden opannuxigeäbhttgigen Stromvorgabesrt - 1, werden nun aber abweichend Von 4Eir Anordnung nach Pig. 1 über yornögerungeglIeder 15 auf die dir Bildung der Regelabweichung (4- 1» 't* - 1 ) dienenden bIeB- glieder 8 und 9 gefUrtt so .da' niüt :j#l*taliche Änderung des Vorgabewertes l@ erst na=ch einer. ßeenüman Zeit in eine ent- sprechende Änderung des Stromsollwertes l*-umgeeetzt wird. Dadurch bleibt - wie noch epätsr näher ausgeführt wird - der übe:@rtragene Gleichstrom weitgehend unbeeinflußt von Spannungsschwankungen in den Drehatromnetzen 3 und 4. Es Ist hierzu erforderlich; die Zeitkonstante der Verzögerungeglieder 15 groß gegenüber der Zeitkonstanten der Amplitudensteuerung zu wählen. ,Die Amplitudensteuerung besteht im einzelnen aue einem Stelltrans- formator, der über ein motorisches Betätigungeglied 22 von einem Regelverstärker 20 bzw. 21 gesteuert wird und die Amplitude der den Stationen 1 und 2 zugeführten Wechselspa,inungen solange in der Richtung verstellt, bis die Differenz Bier den Regelverstärkern 21 und -20 zugeführten Eingangsgrößen den Wert Null erreicht. Je nachdem, ob die Station im Gleichrichter-oder im Wechselrichter- betrieb betrieben werden soll, werden den Regelverstärkern 20 bzw. 21 verschiedene Soll- und Is.twerte*über Umschalter 18 und 19 zugeführt, So wirkt bei der Station 't -die Ausgangegröße eines J - mit der Regelabweichung I beaufschlÄgten und eine Zündwinkel- 4 steuerung bewirkenden-Stromreglers 5 als Istwert auf den Regel- verstärker 21, dessen Sollwert in einer Gleichspannung besteht, welche einem bestimmten Aussteuerwinkelac,* entspricht. Das Auf- treten einer Regelabweichung a.I wiridzunächat durch die schnell ._ einsetzende Zündviinkelsteuerung beiseitigt, wonach unter Bei- behaltung dieses Zustandes durch entsprechende Veränderung der Amplitude vier Zündwinkel durch die trägere Ampitudensteuerung auf der gewUnschten Sollwertdj* eingestellt wird. Je kleiner dieser ZündwinkelsollwertcN* gewählt wird, desto günstiger werden die Blindleistungsverhältnisse, desto geringer wird auch die bei Stromeinbrücken bereitstehende Regelreserve. Ein Wert fürdj* in der Nähe von 10o dürfte sich als ausreichend erweisen. _ Bei der als Wechselrichter betriebenen Station 2 wirkt die von dem Meßglied 8 festgestellte- Regelabweichung 4I _ auf den Stromregler 6 als Sollwert und-auf den Hei:e,#verstärker 20 als Istwert. hn dein anderen Eingang des ReäelverstUrker 20 liegt eire px:i#Lur,fi, aer GrößeA-I* = 0 als -Sollwert. Auf einen "t,rsfitzlic-'"-1en EiriL_tsri; des Strom- regler2 ä wird eine .im Sinne des Istwerts wirKe:ide auf-eschaltet. I- kann dabei vo:i der Größetiordn-ri! des Le:_ _ier ::oc n- tr: spanriunösgleichs tror::-Iibertra_uri- Auf diese weise sind dein Stromregler t und deni hmll i tudenr er- i er -`" einander zuwiderlaufende Re-elziele vorgesciirieüe.r: "Jünrend der Amplitudenregler darauf hi:t:@.rceltet, daß die lte4,elaarieict@:i:-@r AI . zu Null wird, ist es das Ziel des Stromreglers, diese Regelab- weichung auf den Wert der zusätzlich aufgeschalteten Größe I, zu bringen, d.h. unter entsprechender Erhöhung der Wechselrichter- gegenspannung einen kleineren Stromistwert als der Amplituder- regler herbeizuführen. Es wird derjenige Regler sein Regelziel nicht erreichen, dessen Ausgangsgröße sich zuerst an einem An- schlag befindet bzw. zuerst keinen EinfluB mehr auf die Stations- an, os-Uten.Y@=.g Dies 21s15 aber L ,G to-.° C2em Strom- 6 a02 Pal l ß in- den 0? dry, Wenn, se.nf2 einon cinen maximalen Wert über- mi'`jG10 einer 4b1doü .chaltung 23 ne*h die Ausgangsgröße cJ@-aet@ üäe 02chero Soutioz'zg Gewährleistenden iöeelina'ir;e".reglers loGrapi elt bzw. a"gelüet @yird" 3o daß der Stromregler 6 keinerlei ' 'rergrögerung des Aussteuerwinkels mehr hervorrufen kann und durch Aia zusätzliche Aufschaltung des Wertes IIyt stets an seinem Anschlag gehalten wird. Selbstverständlich steht der Stromregler jederzeit °rt.t@.-bei Bedarf eine schnelle Verminderung des Aussteuerwinkels i.ä Sinne einer Erniedrigung der Wechselrichtergegenspannung herbei- zuführen. Diese Pinskti an wird jedoch auch bei diesem Betriebsfall der letztlich wieder von der trägeren Amplitudenregelung übernommen, da der Stromregler in der zuvor L:eschriebenen Weise von der höch-. Winkelregelung so-asagen außer t@etriAC, gesetzt wird.- te die Wechselrichterstation praktisch dauernd an der Iöschwinkel- grenze betrieben wird und in diesem reiluatand infolge der Trägheit der Amplitudenregelung keine schnelle Erhöhung der Wecheelrichter- golgenspannung möglich ist, wie dies aber im Falle eines Netzspan- nungseinbruchs auf der Wecheelrichterseite zur Vermeidung unzulässi- ger Stromüberhöhungen wünschenswert wäre, sollte - wie vorhergehend Q.-r-#7ähnt - die durch die Mieder 'B5 bewirkte Signalverzögerung -F3indestena so groß gegenüber der Zeitkonstante der Amplituden- . rQgelung sein, daß sich der Sollwert I* am Eingang des Meßgliedes 9 in'le.einem Fall schneller ändert als die von dem Amplitudenregler gegäteuerte Bekundärspung des dem Wechselrichter zugeordneten - Fig. 5 zeigt eine Ausführungsbeispiel für die in den Fig. 1 und 4 mit 1.0 und 11 bezeichneten Proportionalglieder. Ein Gleichstromverstärker 31 mit möglichst hohem Verstärkungsgrad ist über einen einstellbaren Widerstand R9 gegengekoppelt und über gleiche Eingangswiderstände R0 mit einer positiven Spannung U1* und einer entgegengesetzt gerichteten Spannung.U1 beaufschlagt. Die Ausgangsgröße Iv entspricht der mit dem Verstärkungsgrad P = Rg/R0 verstärkten Differenz zwischen den Eingangsgrößen U1* und U1. Anstelle der in.Fig. 5 dargestellten Verstärkeranordnung könnte auch ein Gegentaktverstärker Verwendung finden.
- In-Fig.-6 ist ein Ausführungsbeispiel für das in Fig. 4 mit 15 bezeichnete Verzögerungsglied dargestellt. Es besteht aus einer infolge eines Tviitkopplungswiderstandes 33 schon bei sehr kleinen, praktisch von Null verschiedenen Eingangssignalen-Iv übersteuerten Kippverstärkeranordnung 32, deren Ausgangssignal auf den Eingang eines kapazitiv gegengekoppelten Verstärkers 34 geführt ist, dessen Ausgang =- über einen Gegenkopplungswiderstand 35 auf den Eingang des Kippverstärkers 32 gegengekoppelt ist. Bei sprunghafter Ver-. änderung des Eingangssignales Iv wird sich das Ausgangssignal I* des Verstärkers 34. in zeitlinearem Verlauf bis zu.dem-Wert der Eingangsgröße Iv verändern. Bei anders gearteten Eingangssignalen folgt diesen das Ausgangssignal I* mit einer entsprechenden Verzögerung. Durch entsprechend große Wahl des Integrierkondensators 36 kann erfindungsgemäß erreicht werden, daß die durch das Verzögerunge glied 15 bedingte Signalverzögerung mindestens von der gleichen Größenordnung wie die Zeitkonstante der Amplitudensteuerung ist.-Die Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es sind vielmehr mancherlei Abwandlungen denkbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So können insbesondere die Polwendeschalter 16 bis 18 sowie das den Stromreglern 6 bzw. 5 die zusätzliche Größe IM zuschaltende Schaltglied elektronisch realisiert Werden, um damit zu e-ner wartungsfreien und nicht verschleißbehafteten kontaktlosen Anordriuiiz, zu gelangen.
Claims (3)
- Patentansprüche Verfahren zur Gleichstromübertragung zwischen mehreren parallel arbeitenden,_stromgeregelten Gleich- und wechselrichterstationen, gekennzeichnet durch einstellbare spannungsabhängige Sollwertvorgabe für die Ströme der einzelnen Stromrichterstatiönen nach @Ärtsnrer natürlichen Kennlinien.
- 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei `jeder S'eromri-cilterstation neben einer Zündwinkelsteuerung noch -usätzlich eine Amplitudenregelung zur Einhaltung konstanter Steuerwinkel erfolgt.
- 3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dVf die Zeitkonstante der Amplitudenregel ung abKesti;nrrite Verzögerung bei der Einflußnahme von Änderungen des Vorgabewertes erfolgt. 4)-Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Stromregelkreis mit@einem Differenzverstärker einstellbaren Verstärkungsgrades zur Stromsollwertvorgabe, dem eingangsseitig eine konstant einstellbare Bezugsspannung und die Stations-Bleichspannung -zugeführt sind. 5) Einrichtung nach Anspruch 4 bei in Reihe geschalteten Stromrichterelementen, gekennzeichnet durch Strom- oder spanliungsempfindliche Sehwellwertglieder zur entsprechend den bei teilweisem Kurzschluß einzelner Stromrichterelemente noch zulässigen Sperrspannungen abgestuften Verstellung der Bezugsspannung. 6) Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dafl der Vorgabewert überein Verzögerungsglied geführt ist, das aus einem einen Integrator beaufschlagenden, bei von Null verschiedenen Eingangssignalen übersteuerten Kippverstärker besteht, an dessen Eingang die Differenz zwischen dem Vorgabesignal und dem Ausgangesignal des Integrators wirkt 7) Einrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch.gekennzeichnet, daß der Steuersatz jeder Stromrichterstation über eine Ablöseschaltung sowohl mit einem Löschwinkelregler als auch mit dem Stromregler verbunden ist, Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch zusätzliche Aufschaltung einer konstanten, im Sinne des Stromistwertes wirkenden Einflußgröße auf die Zündwinkelsteuerung der Wechselrichteratationen.
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