DE1613527A1 - Elektrische Energieuebertragung mit MHD-Generatoren als Gleichspannungserzeuger - Google Patents

Description

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & CIe·, Baden (Schweiz)

Elektrische Energieübertragimg mit MHD-Generatoren als GIeichspannungserzeuger

Die Erfindung betrifft eine elektrische Energieübertragung mit MHD-Generatoren als Gleichspannungserzeuger und mit an Wechselrichter angeschlossenen Verbrauchern.

Energieübertragungen mit Gleichspannung haben den Vorteil, dass keine induktiven Spannungsabfalls auf der Leitung auftreten. Man hat daher insbesondere sehr lange Leitungen als Gleichspannungsleitungen für HSchstspannungen ausgebildet, welche aus einem Wechselstromgenerator oder über Hochspannungstransfprmatoren und Gleichrichtern gespeist werden. Am Ende solcher Leitungen sind dann wiederum Wechselrichter vorgesehen, welche die Spannungen für kleinere Verteilungsnetz© niedrigerer Wechselspannungen umwand®la. Der Vorteil eines geringen Spannungeabfallee in diesen Leitungen ist damit durch teuere Mittel zur ^raeugung der hohen Oleichspannung erkauft. Es ist ein grosser Aufwand an Gleichrichter«· und Wechselrichtereinrichtungen erforderlich. Diese müssen mit ihren zugehörigen

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Schaltanlagen für Höchstspannungen ausgelegt werden.

Eine unmittelbare Erzeugung hohen Oleichstromes ist bisher für grössere Leistungen nicht möglich gewesen.

Es sind nun die magnetohydrodynamischen Generatoren (MHD-Generatorer) bekannt geworden, in denen höhere Oleichspannungen erzeugt werden können, deren Höhe aber noch nicht genügt, um bei sehr langen Leitungen den dort auftretenden ohm'sehen Spannungsabfall bedeutungslos zu machen.

Es ist nun ferner bekannt geworden,zur Verringerung der Leitungsverluste,Supraleiter zu verwenden (siehe z.B. E 4 M, 1965, Heft 6, Seite 275). Diese haben einen praktisch völlig vernachlässigbaren Widerstand, sodass sie auch bei niedrigeren Spannungen für längere Entfernungen und grössere Leistungen verwendet werden können. Daher ist die Möglichkeit bereits erwogen worden, die Leistung von MHD-Generatoren über Supraleiter weiterzugeben, und damit Oleichstromanlagen zu speisen*

Die heutigen Versorgungsaniagen sind Konstantspannungsanlagen. Es wird im Kraftwerk die Spannung annähernd konstant gehalten und die Aenderung der Belastung durch Aenderung der Ströme ermöglicht.

Bei der Verwendung von MHD-Generatoren hat diese Art der Stromversorgung den Nachteil, dass #**s*»ps3B*ssfc4»sf IjiiiJi kl ii 1 ι ι■ ιl

die MHD-

Generatoren unabhängig von der Belastung mit gleicher Spannung arbeiten müssen. Dlee erfordert bei diesen eine Kennlinie, bei der die Spannung möglichst unabhängig vom ft rom

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konstant bleibt (Innenwiderstand sehr klein). Die Regelung ist bei Konstantspannungesystemen für MHD-Generatoren schwieriger als bei Konstantstromsystemen.

ErfindungsgemKss wird nun vorgeschlagen, dass die Wechselrichter ober Supraleiter engeschlossen sind, dass -mindestens ein MHD-Generator mit mehreren Wechselrichtern in Reihe geschaltet ist, dass für Jeden hintereinander geschalteten gleichen Anlageteil überbrückungsschalter vorgesehen sind, dass Leistungsregler vorgesehen sind, welche bei kleinerer Leistung nacheinander die ÜeberbrÜckungsschalter ein- und bei grösserer Leistung ausschalten, dass Strombegrenzungsregler vorgesehen sind, welche den Strom auf einen Konstantwert zu halten suchen.

Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass der MHD-Generator seine Spannung entsprechend seiner Kennlinie ändern kann und dass es möglich ist, an eine Konstantstromanlage ein übliches Nets mit Konstanzspannungsbetrieb anzuschliessen. Die Regelung der Leistuu_w erfolgt dann durch Aenderung der Spannung«, welche mit Hilfe der ÜeberbrÜckungsschalter und in gewissen Grenzen durch die Regelung der MHD-Oeneratoren auf die in Reihe liegenden Wechselrichter eingestellt werden kann. Die MHD-Generatoren können eine Kennlinie haben, bei der der Strom bei verschiedener Spannung konstant bleibt. Diese sind dann steil, damit sich bei allen Spannungswerten möglichst der gleiche Strom einstellen kann (Innenwiderstand sehr hoch).

Die Figur 1 zeigt die Anordnung genauer. Ein MHD-Generator 1

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speist über den Leistungsschalter 2 und das supraleitende Kabel 3 die wechselrichter 4, die mit Ueberbrückungsschalter 5 versehen sind. Die Wechselrichter liefern Leistung in ein Wechselstromnetz 6. Ein Gleichstromwandler 7 im Abzweig des Generators speist den Regler 8, welcher als Leistungsregler wirkt und bei Aenderungen der Spannung und des Stromes die Leistung auf einen taostaiten V.'ert zu halten sucht. Die Spannung erhält er aus dem Spannungsteiler 9. Ferner ist der Strombegrenzungsregler 10 vorgesehen. 11 sind Steuerglieder, welche die Wechselrichter 4 je nach der anfallenden Leistung steuern. Bei starken Leistungsschwankungen wirken die Steuerglieder 11 auf die Ueberbrückungsschalter 5. FMlIt die Leistung um einen bestimmten grösseren Betrag, so wird ein Ueberbrückungsschalter 5 eingeschaltet. Dann sind nur noch zwei Wechselrichter 4 in Betrieb.Fällt die Leistung etwa um den gleichen Betrag weiter, so wird auch der zweite Ueberbrückungsschalter 5 eingeschaltet, sodass die Speisung nur noch durch einen einzigen Wechselrichter 4 aufrechterhalten wird. Umgekehrt werden die Schalter 5 geöffnet, wenn die Belastung ansteigt. In bekannter Weise können an den Wechsel richtern ein Rückzündungssehutz und Kurzschlussschutz vorgesehen werden. Diese können ebenfalls die UeberbrUokung der Schalter 5 veranlassen (nicht gezeichnet).

Der MHD-Generator 1 kann in verschiedener Weise Je nach seiner Kennlinie geregelt werden. Int, wie in der Figur 1, ein tinitlger Generator vorhanden, so miss die Kennlinie so gewählt sein« dass mit sich ändernder Belastung atm Spannung höher oder niedriger wird* Dies erfordert eine steile Kennlinie, ;elao

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einen verhältnismässig hohen Innenwiderstand des Generators. Je höher die Belastung ist, umso höher muss die erzeugte Spannung am Generator sein* Diese Spannung teilt sieh dann auf die einzelnen Wechselrichter auf. Die Teilspannungen brauchen hierbei nicht gleich zu sein, sondern werden jeweils durch die Belastung bestimmt. Die Jeweiligen Steuerglieder 11 regeln* dann die am Wechselrichter liegende* Spannung entsprechend ihrer anteiligen Belastung, während die Regelung des Generators durch die Gesamtleistung bestimmt wird.

Beide Regelungen müssen nun zusammenarbeiten, um Jeweils einen stabilen Zustand zu erreichen. Dies geschieht auf folgende Weises sinkt beispielsweise die Leistung im Wechselstromnetz ab, so hat dies eine Verkleinerung des Stromes zur Folge das Wechselstromnetz ist Ja, wie bei den bekannten Anlagen, eine Konstantspannungsanlage - es versucht sich also die Spannung zu halten. Die Verringerung des Stromes ist aber zunächst nicht möglieh* da die Konstantstromübertragung den Strom konstant hält. Es liegen daher ein oder mehrere Blindstronsgeneratoren IS (Phasenschieber) der Last parallel. Dieser übernimmt den Strom als Blindstrom, wenn der Strom in der Belastung kleiner wird. Umgekehrt kommutiert er Strom auf die Belastung, wenn die Last vergrössert wird. Die Strorahöhe bleibt hierbei im weoheelrichter konstant, es wird aber Wirketrom in Blindstrom umgewandelt. Die« £«ht nur* wenn ■· gleichzeitig mit der Kommutierung des Stromes der Zundwinkel

beispielsweise an den Wechselrichtern verschoben wird. Dies geschieht/durch den Strom aus dem Stromwandler 12, welcher hinter den Phasen-

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1 R 1 Q R 9 7 Schiebern angeordnet ist, also nur den Belastungsstrom führt. Die

/■ty .Si/z/V Zündwinkel können auch durch ein SignalaagedehAoee«*i werden, welches aus einer Summe von Netzinformationen im Informationsauswerter 13.1 abgeleitet wird. Dieser Strom oder dieses Signal beeinflusst die Gittersteuereinrichtung 11 der Wechselrichter 4 und verschiebt in an sich bekannter Weise die Impulse zur Zündung der Wechselrichterelemente. Es muss nun aber versucht werden, diesen vermehrten Blindstromverbrauch wieder rückgängig zu machen. Dies kann nun auf folgende Weise geschehen: die Bedingung, dass der Strom sun MHD-Generator und in der Supraleitung konstant bleibt und trotzdem der Strom auf der Wechselstromselte der Wechselrichter kleiner oder grosser wird, ist nur durch Aenderung· der Uebersetzung des zugehörigen Transformators 14 zu erfüllen. Gleichzeitig mit der Verschiebung des Zündwinkels muss also die Anzapfung des Transformators 14 umgeschaltet werden* U.2V7. so, dass bei Verringerung des Stromes eine Erhöhung der Uebersetzung entsteht. Dann wird die an der Primärseite liegende Spannund und damit die Leistung verringert, wenn der Strom auf der Sekundärseite kleiner wird, ohne, dass der Primärstrom sich ändert.

Diese Regelung kann durch Anzepfungen an den Transformatoren 14 ermöglicht werden, die durch den Steuersatz 11 bewirkt wird. Diese Anzapfungen sind mit gesteuerten Thyristoren 15 und 16 verbunden, wie Figur 2 zeigt. Die Wechselrichter 4 sind über den Transformator 14 mit dem einphasig gezeichneten Wechselstromnetz 6 verbunden. Die Primärwicklung besteht »us zwei Teilen, der Hauptwicklung 17 und der Zusatzwicklung 18. Die Sekundärwicklung 19 ist mit dem Netz 6 verbunden. An jeder Anzapfung liegt ein elektronischer Schalter 15 und 16. Dieser

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kann aus zwei antiparallelgeschalteten Thyristoren bestehen. Je nach der Höhe des Stromes Im Wechselstromnetz werden diese Schalter 15 und 16 ein- oder ausgeschaltet. Die Schalter 15 sind für grosse Stufen, die Schalter 16 für feine Stufen vorgesehen. Auf diese Welse kann die Spannung Über die ganze Primärwicklung 1? und l8 geregelt werden. Die Wicklung 18 ist gleich gross wie eine Stufe der Wicklung 17. Es sind bei jeder Stellung immer jeweils ein Schalter 15 und ein Schalter eingeschaltet. Die Übrigen bleiben offen. Damit ist ein weiter Bereich in kleinen Stufen regelbar.

Die Schalter 15 und 16 werden nun durch die Steuereinrichtung die ausser auf die Wechselrichterelemente 4 auf ein Zählwerk über einen Punktionsbildner 20 einwirken, betätigte Der Funk-

die zur verlangten Leistung . tlonsbildner wählt/äfcBBasHK£ftanBr gehörende Spannung aus, mit der das Zählwerk beeinflusst werden soll. Das Signal aus der Steuereinrichtung 11 bleibt solange bestehen, bis eine Anzapfung erreicht wird, bei der die gewünschte Spannung auf der Wechselstroraseite entsteht. Solche Regeleinrichtungen sind in ihrer Wirkungsweise an sich bekannt und daher nicht genauer beschrieben.

Durch diese Regelung wird ein Zustand erreicht, der bei gleichem Primßretrosi eine Verringerung des Sekundärstromes bei gleicher Sekund&rspannung ermöglicht. Mit dieser Regelung ist aber in diesem F^l1« auch eine Verkleinerung der PrImSrepannimg verbunden« da ja dl© Leistung geringer gewoz*den ißt. B@r BüD-ß©a©r&tor 1 darf also nicht mehr die gleiche Leistung* hergeben.. Daher rau©» &ueh diese in die B©gelmg ein&ssogen werden*,

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IbUbZ/

tf geschieht aef feigende Weiser Äunliefist gleicht die natürliche S0roffifspaßnung«keiinlinie des MHD-Generator« die verringerte Leistung aus», indem er die Spannung senkte Dabei erhöht sieh, aber der Strom je~ nach der steilheit der-Kennlinie raehr oder wenigerstark». Eine obere Grenze der Stromerhöhung wird durch den> Strombegrenzer 10^ gesetzt. Dieser greift dan» ein_K werm die bereits erfolgte Stroraerböhung blak zum; eingestellten Qreaawert nicht aue-

um der-, verlangte». Leisfeungsverminderung nachzukommen^ Djtr, 10 veranlass* nun eine Leistungsvermincterung. durch eine Aenderamif der Kennlinie des- MHD-Qenerators entweder- unmittei^i oder/durch üeberbröeteöig «ia^elner Generatoren bei in Reihe itegenden MHD-Generat&ren:^ sodass di* abgegebene Leistung^ geringer wird. Dies ermöglicht, auft den Rückgang des Stromes auf den ursprünglichen Wert. Dadurch stellt sieh nun der neue Zustand mit gleichem Strom bei verringerter Leistung und verringerter Spannung em KHDrCenerator ein.

Bei starken Leistungsänderungen können Teile der Wechselrichter 4 durch die Ue berbrückungsschalter 5 überbrückt werden. Diese Schalter werden ebenfalls durch die Steuereinrichtimg 11 betätigt.

Die Figur 3 zeigt noch eine Schaltung, bei der mehrere MHD-Oeneratoren 1 In Heine liegen« Diese besitzen dann ebenfalls üeberbrückungsschalter, die mit 21 bezeichnet sind. Mehrere solcher in Beihe geschaltete Gruppen iron oeneratoren können ^N auch parallelgeschältet werden» wie die Figur ebenfalls xeigt. Sie müssen dann durch Entkupplungsdrosselspulen 22 entkuppelt werden» damit die Stromaufteilung auf die parallelen Zweig« eindeutig ist«

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Zur iperhinderung von Uetjerlastungen erhalten die

einen üefcerlajgtsangssöhuts! 23 In F©rm von da der .Strom Ja konstant bleibt.. Dieser «etjgt die Spannung hera^ ^and vermindert dadurch die Leistung,. J)Ie Herabsetziang der Spannung wiriet darm auch auf die Wechselrichter 4 und überträgt sich auf das Wechselstromnetz 6, Die Spannungsbegrenzer in der Schaltung nach F1&. 3 können hierbei veranlassen, dass^durch Qeffnen von iJebeÄrfekungssehslfcem'2t,w@ifc€r<^ MHD- . Generatoren in Heine gescfielt&t werdexr. Sind alle üen©ratoren eingesehalfcwtr^ so erniedrigt er die abgeggfeene Spannung bei sEllen. Gene rat&σ?6ιϊ.~

Claims (7)

1. P a t e η t a η s ρ r Ü ο h et

   /l.\ Elektrische Energieübertragung mit MHD-Generatoren als GIe i chspannungs erzeuger und mit an Wechselrichtern angeschlossenen Verbrauchern, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter (4) über Supraleiter (Jt) angeschlossen sind, dass mindestens ein MHD-Generator (1) mit mehreren Wechselrichtern (4) in Beihe geschaltet ist, dass für jedes hintereinander geschaltete Anlageteil Ueberbrückungsschalter (5 und 21) vorgesehen sind, dass ein Leistungsregler (8 und 11) vorgesehen ist, welcher bei kleinerer Leistung nacheinander die Ueberbrückungsschalter (5 und 21) ein- bei grösserer Leistung ausschaltet," dass Strombegrenzungsregler (10) vorgesehen sind, welche den Strom auf einen Konstantwert zu erhalten suchen.
2. 2. Elektrische Energieübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in Reihe geschaltete Generatoren (1) vorgesehen sind, dass Jeder MHD-Generator (1) einen Ueberbrückungsschalter (i?l) besitzt.
3. 3. Elektrische Energieübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung der Stromrichter (k) in bekannter Weise durch Oittersteuerung (11) gesteuert wird und die Spannung des MHD-Generators durch Strombegrenzungsregler (10) geändert wird.
4. 4. Elektrische Energitübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, .,dass die MHD-Generatoren (l) eine Kennlinie besitzen, be*, der in Abhängigkeit von der Belastung die Spannung ansteigt und ©inen Leistungsregler (8) besitzen, der die

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   Spannung des Generators ändert..
5. 5. Elektrische Energieübertragung nach Anspruch k± dadurch gekennzeichnet* dass die MHD-Generatoren (l) eine Spannung»- be^ensungseinrlchtung (ZJ) besitzen* welche bei z\x hoher Belastung die Spannung- begrenzen und tTeberdrückUDgÄsciMttter/ (21J der VMD-Generatoren ein- und ausschalten.
6. 6. Elektrische Energieübertragung nach Anspruch I* dadurch gekennzeichnet> dass mehrea?e in Reihe geschaltete MHD-Generatoren (1} parallelgesehaltet siruJL
7. 7. Elektrische Energieübertragung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Jede parallele Gruppe von in Reibe geschalteten MHD-Generatoren (1) eine Entfcopplungsdro3seispule (22) besitzt..

   ■Akti engesellschaf t WN,- BOVERT H CIE.

   0Bi61NAt INSPECTED 009848/0377

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