DE1905296B2

DE1905296B2 - Gleichstromuebertragungsanlage mit regelkreis

Info

Publication number: DE1905296B2
Application number: DE19691905296
Authority: DE
Inventors: Erich Dr. Ludvika Uhlmann (Schwe den)
Original assignee: Allmänna Svenska Elektriska AB, Västeraas (Schweden)
Priority date: 1968-02-15
Filing date: 1969-02-04
Publication date: 1972-03-23
Also published as: SE338102B; SU376978A3; GB1247483A; JPS4912532B1; CH503405A; DE1905296A1; US3526779A

Description

bzw.

PFP
in welchen Funktionen p einen Operator und α, und /), usw. bzw. U₁ und />.> uüw. Konstanten bedeuten, die folgenden Bedingungen genügen:

«, 4= 0, ü, + a, 4= 0, /'1 t '»2 = 0,

C, + f: = 0, (I_{1 +} (I₁ = 0

usw. und wenigstens eine der dn;i Konstanten U₁, t, oder hi verschieden von Null ist.

2. Anlage nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstanten »t·, d« usw. bei beiden Verstärkern (H₁, H₂) Null sind.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante »b« bei beiden Verstärkern (H_x , H₂) Null ist.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn-7-eichnet, daß die Konstante »α« beim Verstärker (H₂) Tür den zweiten Punkt (20) Null ist.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung für die Begrenzung der Größe der Zusatzsteuerorder im Verhältnis zu einer gewissen Betriebsgröße des anderen der genannten Wechselstromnetze vorhanden ist.

6. Anlage nach Anspruch 1, bei der am ersten Netz Gleichstromübertragungen in mehreren Punkten angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem solchen Anschlüßpunkt eine entsprechende Zusatzsteuerorder für die entsprechende Gleichstromübertragung herleitbar ist.

7. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßpunkte (10, 20) rotierende Maschinen im ersten Netz gewählt sind, wobei die Messung der Frequenzabweichungen durch Messung der Drchzahlabweichungen der rotierenden Maschinen geschieht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstromübertragungsanlage mit hoher Spannung zur Verbindung mehrerer Wechselstromnetze mit einem Regelkreis, dessen Regler nach Maßgabe einer jeweils ausgewählten und in ihrem jeweiligen Wert durch eine Steuerorder festgelegten Betriebsgröße, z. B den zu übertragenden Strom oder die zu übertragende Leistung, arbeitet.

Es ist bereits bekannt, mit Hilfe einer Gleichstromübertragung Schwingungen zwischen Teilen eines Wechselstromnetzes oder zwischen zwei durch ein Glcichstromglied asynchron verbundenen Wechselitromnetzen zu dämpfen Die dabei angewendeten Prinzipien sind z. B. in den schwedischen Patentschriften 188 938 und 221 104 und in den Zeitschriften »Direct Current«, Vol. 9, Nr. 3 vom August 1964, S. 89 bis 94, und »F.lektrizitätswirtschaft«. Heft 11 vom 5. Juni 1960, S. 354 bis 357, beschrieben. Man geht hier von etwaigen Frequenzabweichungen an den Enden des Übertragungsgliedes aus, und gemein' sam für diese bekannten Lösungen ist, daß eine gegenseitige Dämpfung von Schwingungen zwischen den verbundenen Teilen bezweckt wird, auch wenn dabei der eine Teil oder das eine Net? im Verhältnis zu dem anderen in Stabilitätshinsicht bevorzugt werden kann.

Die zu dämpfenden Schwingungen entstehen in der Regel durch Störungen, die einen kurzzeitigen oder dauernden Wegfall von Belastungen oder Er* zeugermaschincn in dem betreffenden Netz verursachen, es handelt sich dabei um Schwingungen der Drehzahl der verschiedenen rotierenden Maschinen und der durch diese gegebenen Frequenzen.

Es ist selbstverständlich, daß die Regler der verschiedenen Maschinen danach streben, die Drehzahlen zu stabilisieren, aber man muß dabei beachten, daß diese Regler, z. B. die für Wasserkraftturbinen, oft so langsam im Verhältnis zur Schwingirngsfrequen/ sind, daß sie in ernsteren Fällen gar nicht imstande sind, den Schwingungen entgegenzuwirken, so daß der Synchronismus zwischen den verschiedenen Teilen des Netzes verlorengehen kann.

Wie bei den bekannten Prinzipien geht die Erfindung von etwaigen Frequenzabweichungen im betreffenden Netz aus. und man wählt für einen gegebenen Anschluß dner Gleichstromübertragung zwei Punkte, in denen man die Frequenzabweichungen mißt, wobei man als ersten Punkt immer einen Punkt in der Nähe des Anschlusses der Gleichstromleitung wählt, während der andere Punkt in der Regel möglichst weit entfernt vom ersten gewählt wird. Um in einer einigermaßen einfachen Weise ein sicheres Maß für eine Frequenzabweichung zu erhalten, wählt man als Meßpunkt rotierende Maschinen im Netz und mißt dabei zweckmäßig die jeweilige Drehzahl der Maschine, die mit dem Sollwert der Drehzahl verglichen wird. Der Unterschied zwischen diesen beiden Drehzahlwerten wird durch

tlie halne Polztthl der Maschine dividiert und ergibt hierbei ein Muß der Frequenzabweichung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleichstromi'ibertragungsanlage zu schaffen, die es ermöglicht, durch einen Eingriff in die Steuerung Schwingungen /u dämpfen, die in einem oder in mehreren der Netze etwa auftreten.

Diese Aufgabe wird bei einer Gleichstromüberiragungsanlage der eingangs genannten Art crfindungsgeiTiäß dadurch gelöst, daß an zwei Punkten eines der Wechselstromnetze Meßglieder zur Messung einer etwaigen Frequenzabweichung vom Sollwert vorgesehen sind, wobei der erste der beiden Punkte in der Nähe des Abschlusses der Gleichstromverbindung dieses Netzes liegt, daß einer Frequenzabweichung entsprechende Signale übet je einen Verstärker L-inem Summierungsgerät und von diesem dem Regler der Gleichstromübertragungsanlage als zusätzliche Steuerorder zugeführt werden und daß jeder der beiden Verstärker mit einer übertragungsfunktion ausgebildet ist, die folgender Beziehung folgt:

F₁ = U₁

bzw.

ft.

Hierin bedeutet ρ einen Operator, während α,, ö, usw. bzw. O₂, b₂ usw. Konstanten sind, die gemäß der Erfindung folgende Bedingungen erfüllen sollen:

ti, 4= O,ti, +«₂4=O,b, + b₂ =0,c, +C₂ = 0,</, +(I₁ = 0

usw. und wenigstens eine der drei Konstanten a₂, fr, oder b₂ verschieden von Null ist.

In der Praxis läßt man zweckmäßig die Konstanten i, d usw. Null sein, so daß die beiden Regelfunktionen die folgende Form bekommen:

F₁ = α, + J

d h., das übertragene Signal wird aus der wirklichen Frequenzabweichung und ihrem Integral zusammengesetzt, wobei />, und b₂ immer numerisch gleich grv IJ sind, aber entgegengesetzte Vorzeichen haben.

Von den vier Konstanten muß α, immer ungleich Null sein, während a₂ oder b, und />₂ Null sein können. Als Spezialfall kann genannt werden, daß ,/, = fr, = /r, = ο ist, was dem bekannten Prinzip entspricht, das Gleichstromglicd im Hinblick auf die Frequenz im Anschlußpunkt zu steuern. Der andere Meßpunkt ist somit weggefallen.

Daß a, verschieden von Null sein muß, beruht darauf, daß man immer in erster Linie eine Frequenzabweichung im Anschlußpunkt des Gleichstromgliedes berücksichtigen muß.

a_x + Ci₂ darf nicht Null sein, um zu gewährleisten, daß die Zusatzstcuerorder aufrechterhalten wird, bis eine vollstärdige Dämpfung erhalten wird. Wenn ei, + U₁ Null wäre, würde auch die Zusatzsteuerorder Null werden, wenn die Frequenzabweichung in den beiden Punkten gleich groß wird;. Das bedeutet, dull das erste Netz sich selbst überlassen wird, obwohl seine Frequenz nicht auf den Normalwert zurückgeführt worden ist.

Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen beruht die Erfindung auf dem Prinzip der Unterstützung der Stabilität eines ersten Wechselstromnetzes, in dem Schwingungen zwischen Teilen dieses Netzes auftauen,

ίο durch Beeinflussen der Steuerung einer Gleichstromübertragung zwischen diesem Netz und einem zweiten Netz, gegebenenfalls mehreren anderen Netzen und mehreren Gleichstromübertragungen. Nach der Erfindung wird man also nur in begrenztem Umfange berücksichtigen, was in dem anderen Netz geschehen kann.

Durch die Erfindung wird es möglich, die eigentliche Schwingung zu dämpfen, so daß die Maschinenrcgler nur die stationären Verhältnisse zu berücksichtigen brauchen, was bei kurzzeitigen Unterbrechungen bedeutet, daß d' Maschinenregler im großen und ganzen nicht ihre Einsie'lung zu ändern brauchen. Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert, in denen die Fig. 1 bis 3 ver-

2S schiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen. Fig. 1 zeigt zwei Wechselstromnetze I und II, die durch sine Gleichstromleitung i. mit zwei Stromrichtern S₁ und S₂ asynchron verbunden sind. Der eine Stromrichter ist ein Gleichrichter und der andere ein Wechselrichter, aber es ist hervorzuheben, daß es ohne Bedeutung lur die Erfindung ist. welcher von beiden Gleichrichter oder Wechselrichter ist, d. h. mit anderen Worten, welches der Netze I und II speisend und welches gespeist ist. S₁ und S₂ werden in bekannter Weise von einem gemeinsamen Regler R in Hinsicht auf eine Betriebsgröße gesteuert, ζ. Β auf den zu übertragenden Strom, die zu übertragende Leistung usw. Der Sollwert der betreffenden Größe wird an einem Potentiometer P eingestellt, das über ein Summierungsgerät E an der Eingangsseite des Reglers angeschlossen ist.

Das zu stabilisierende Netz I ist in diesem Beispiel als aus zwei Teilen 1 und 2 aufgebaut gedacht, die über eine Wechselstrom'eitung V verbunden sind.

Als Meßpunkte 10 bzw. 20 nach der Erfindung werden je eine Maschine innerhalb jedes dieser Teile gewählt. Als erster Meßpunkt 10 muß die Maschine im Netz I gewählt werden, die am nächsten zum Anschlußpunkt des Stromrichters S₂ liegt. In den genannten Punkten wird die Frequenz z. B. durch Messen der Drehzahl der betreffenden Maschine mit Meßgliedern TG_x. TG₂, ι B. Tachometergencratoren, gemessen. Die Abweichung der Drehzahl von der s\nchioncn dividiert durch die halbe Polzahl ergibt die Frequenzabweichung I I im betreffenden Punkt. Der Frequenzunterschied in jedem Punkt 10 bzw. 20 wirJ einem entsprechenden Verstärker H₁ b/w. H₂ zugeführt, deren Hbertragungsfunktionen zuvor angegeben sind. Die Signale von diesen Verstärkern werden dem Summierungsgerät E zugeführt und zum Signal vom Potentiometer P addiert Hierbei verändert sich die übertragene Leistung der Gleichstromleitung in Abhängigkeit von den Frequenzabweichungen in den beiden Meßpunkten. Eine mathematische Analyse sowie Experimente zeigen, daß die beabsichtigte Dämpfung von etwa entstehenden Schwingungen erhalten wird.
Zur Wahl der verschiedenen Konstanten α und b

ist zu sagen, daß dies in Hinsicht auf das Verhältnis zwischen den Leistungen oder vielmehr der Rotationsenergie in den beiden Netzen I und II geschehen soll. Wenn das Netz II groß im Verhältnis zum Netz I ist, hat der Wert der Frequenzabweichung im Netz 1 vermutlich die Tendenz, größer als die im Netz Il zu werden. Dagegen wird es verhältnismäßig leicht, die Schwingungen im Netz I zu dämpfen, weil es direkt an der Gleichstromleitung angeschlossen ist. Es ist deshalb wünschenswert, daß F₁ größer als F₁ ist, d. h., daß die Konstanten α, und />, numerisch größer als a₂ und h₂ sind.

Weiter kann gesagt werden, daß //,, E. R und /' zweckmäßig in Verbindung mit dem Stromrichter S, angeordnet werden, der in der Niihe des Netzes Ϊ angebracht ist. Von hier wird das Regelsignal zum Stromrichter S, über eine Televerbindung übertragen. Das Signal von //, wird auch über eine Televerbindung zu E übertragen. Hierbei ist zu beachten, daß es sicherer ist. ein Signal zu übertragen, das dem Integral einer Größe, in diesem Fall der Größe I f₂. entspricht, als ein Signal, das dem Momentanwert der Größe entspricht. Fs ist deshalb oft vorteilhaft. u_: = 0 zu wählen, wobei h₂ - b_t verschieden von Null sein muß.

Da die Dämpfung etwaiger Schwingungen schnell erfolgen muß. wenn der Synchronismus im Netz nicht gefährdet werden soll, muß die stabilisierende Leistung vom Netz II vorzugsweise den rotierenden Massen in diesem Netz entnommen werden. In Abhängigkeit von der Steifheit des Netzes II ist deshalb die /ur Verfügung stehende stabilisierende Leistung begrenzt. Wenn der Bedarf nach stabilisierender Leistung die Mittel des Netzes Π übersteigt, kann es zweckmäßig sein, den Eingriff der Verstärker H₁ und H₂ zu begrenzen, was gemäß Fig. la geschehen kann, die einen Teil der F i g. 1 zeigt. Am Sumtnierungsgerät E ist ein Begrenzungsgerät in der Form eines Verstärkers ß angeschlossen, an dessen Eingangsseite eine Größe vom Netz II angeschlossen ist. z. D. die Abweichung von der Normalfrequenz oder ein gewisser Prozentsatz der jeweiligen Leistung in diesem Netz. Wenn diese Abweichung oder Summenorder zum Summierungsgerät E das Netz II unzulässig übersteigt, wird die Änderung der Steuerorder zum Regler R begrenzt. Mit anderen Worten, das Netz II wird eine so große stabilisierende Leistung abgeben, wie seine Mitte' zulassen. Es ist zu beachten, daß die stabilisierende Leistung vom Netz II sowohl positiv als auch negativ sein kann, d. h.. sie kann aus einer Erhöhung oder einer Verminderung der übertragenden Leistung der Gleichstromleitung bestehen.

Wenn das Netz I groß ist. kann es wünschenswert sein, dieses in zwei oder mehreren Punkten zu stützen. Ein Beispiel dafür ist in F i g. 2 gezeigt, in der das Netz I aus drei Teilen I. 2 und 3 besteht. Die Gleichstromverbindung ist in zwei Zweige aufgeteilt, von denen der eine über den Stromrichter 5, am Teil I angeschlossen ist, während der andere über den

ίο Stromrichter S₃ am Teil 3 angeschlossen ist. Die Stromrichter S₂ und S_} werden von Reglern R₂ und R, mit Sollwertgebern P₂ und P₁ gesteuert, die über Summierungsgeräte E₁ und E₃ angeschlossen sind. Die Ausgangssignale von E₂ und E, werden dem Summierungsgerät E, des Reglers R, für den Stromrichter S₁ zugeführt, dessen resultierende Leistung gleich der Summe der Leistungen von S, und S₁ sein muß.

Für jeden Glcichstromanschluß werden zwei Punkle gewählt, von denen der erste immer innerhalb des Netzteils gewählt wird. d. h. I bzw. 3. an dem die Gleichstromverbindung angeschlossen ist, während der andere Punkt gemeinsam innerhalb des Teils 2 gewählt werden kann. An das Summierungsgerät E₁ werden also zwei Verstärker H_x und H₂ angeschlossen.

deren I ingangssignale aus der Frequenzabweichung I f, bzw. I f₂ in den Teilen 1 bzw. 2 bestehen, während an das Summierungsgerät E₃ Verstärker H₁ und H₂ angeschlossen werden, die mit den Frequenzabweichungen I /, bzw. \f₂ gespeist sind. Die Verstärker H₂. H₂ bekommen somit das gleiche Eingangssignal, was jedoch nicht zu bedeuten braucht, daß ihre Ubertragungsfunktionen die gleichen Konstanten erhalten.

F i g. 3 zeigt ein drittes Beispiel, in dem das Netz I an zwei anderen Wechselstromnetzen II und III über Gleichstromvcrbindungen L_x und L₁ angeschlossen ist. Wie in F i g. 2 sind an jedem der Summierungsgeräte E₁ und E₃ zwei Verstärker H₁. H₂ bzw. H₁. H₂ angeschlossen, wodurch jede Gleichstromverbindung eine Zusatzorder in Abhängigkeit von Frequenzabweichungen in zwei Punkten im Netz I bekommt. Der Sollwert des Reglers R₁ für die Stromrichter S_x und S₂ wird dabei an einem Potentiometer P₁. der des Reglers R₃ für die Stromrichter S₃ und S_A am Potentiometer P₁ eingestellt.

Es ist eventuell denkbar, daß die Netze II und III über eine Wechselstromleitung synchron verbunden sind und ein gemeinsames Netz bilden, wobei eine Abänderung von F i g. 2 erhalten wird u A man zwei separate Gleichstromverbindungen statt einer verzweigten Verbindung nach Fi.g. 2 erhält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

2153

Claims

905

Patentansprüche:

I. Gleichslroniübertragungsanlage mit hoher Spannung zur Verbindung mehrerer Wechsel-Stromnetze mit einem Regelkreis, dessen Regler mich Maßgabe einer jeweils ausgewählten und in ihrem jeweiligen Wert durch eine Steuerorder festgelegten Betriebsgröße, z. B. den zu übertragenden Strom oder die zu übertragende Leistung, arbeitet, dadurch gek en nzei ch η e t, daß an zwei Punkten eines der Wechselstromnetze (I, II) Meßglieder (TG₁, TG₁) zur Messung einer etwaigen Frequenzabweichung vom Sollwert vor gesehen sind, wobei der erste der beiden Punkte (10, 20) in der Nähe des Anschlusses der Gleichstromverbindung dieses Netzes liegt, daß einer Frequenzabweichung entsprechende Signale über je eines Verstärker (H₁, H_x) einem Summierungsgerät (£) und von diesem dem Regler (R) der Gleichstromübertragungsanlage als zusätzliche Steuerorder zufuhrbar sind und daß jeder der beiden Verstärker (H₁. H, | mit einer übertragungsfunktion [Fi bzw. F₂) ausgebildet ist, die folgender Beziehung folgt: