DE1933943C3

DE1933943C3 - Verfahren zur Regelung einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage für den Mehrpunktnetzbetrieb

Info

Publication number: DE1933943C3
Application number: DE1933943A
Authority: DE
Inventors: Karl-Werner 6806 Viernheim Kanngiesser; Hans Peter Dipl.-Ing. 6905 Schriesheim Lips
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1969-07-04
Filing date: 1969-07-04
Publication date: 1979-10-25
Also published as: CH512846A; FR2053963A5; JPS5140253B1; US3707669A; DE1933943A1; DE1933943B2; ZA704338B; GB1317642A; SE361566B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (HGÜ) mit mehr als zwei Stromrichterstationen für den Mehrpunktnetzbetrieb, wobei jeweils der eine Teil der Stromrichterstationen im Gleichrichterund der andere Teil im Wechselrichterbetrieb arbeitet und alle Stromrichterstationen mit Strom-, Spannungsund Löschwinkelreglern ausgerüstet sind, die Stromrtgler aller Stationen den Strom auf einen Maximalwert begrenzen, diejenige Station, die die Spannungsbestimmung übernimmt, eine gestufte Strom-Spannungs-Kennlinie (/-{/-Kennlinie) besitzt und somit die Anlagenspannung in einem bestimmten Bereich ±Δ1{ΔΙ = Sicherheitsbetrag) um den durch den Schnittpunkt der Summenkennlinien der Gleichrichterstationen einerseits und der Wechselrichterstationen andererseits bestimmten Arbeitspunkt der HGÜ herum vorgibt Das Verfahren soll zur Unterstützung des Abschaltvorganges von Gleichstromiüstschaltern in Störungsfällen herangezogen werden.
Um die wirtschaftlichen und betrieblichen Vorteile eines HGÜ-Mehrpunktnetzes gewährleisten zu können, muß eine Regelungseinrichtung geschaffen werden, die nicht nur im Normalbetrieb bei veränderlicher Lastverteilung, sondern auch im Störungsfall so eingreift, daß ein Ausfall des Netzes in jedem Fall vermieden wird.

Ähnlich wie in Drehstromnetzen wird man Schalter zum Abtrennen störungsbehafteter Leitungen oder Netzabschnitte verwenden. Die Abschaltbedingungen sind aber wegen des Fehlens eines natürlichen Stromnulldurchganges im Gleichstromsystem ungleich schwerer. Die Gesamtabschaltung führt leichter zu Instabilitäten in den angeschlossenen Drehstromnetzen, während beim Abschalten einer einzelnen Leitung zu beachten ist, daß diese eine gewisse Zeit zum Entladen braucht. Es ist also entweder der Strom zu erfassen und der Slromnullwert zu ermittein oder eine gewisse Zeitspannung abzuwarten, bis der Stromnullwert mit Sicherheit erreicht ist. Der erstere Fall erfordert einen höheren technischen Aufwand, der zweite Fall erhöht wegen der Wartezeit mit Sicherheitszuschlag die Gefahr von Instabilitäten.

Die Regelungseinrichtungen der Stromrichterstalionen können nun durch geeignete Ausgestaltung zur Erleichterung der Abschaltbedingungen wesentlich beitragen.

Die Erfindung geht aus von einem älteren Vorschlag, dem sogenannten »Grenzspannungsverfahren« (DE-PS 15 88 067). Die wesentlichen Gedanken dieses Verfahrens sind im folgenden noch einmal zusammenfassend erläutert:

Das Betriebsverhalten eines HGÜ-Mehrpunktsystems, das aus mehreren Stromrichterstationen besteht, wird ersichtlich, wenn man ihre einzelnen Strom-Spannungs-Kennlinien zu Summenkennlinien überlagert. Ein eindeutiger, möglichst rechtwinkliger Schnittpunkt der Summenkennlinien der Gleich-(GR-) und der Wechselrichter-(WR-)Stationen ist für die stabile Arbeitsweise des Systems von wesentlicher Bedeutung. Dieser Schnittpunkt der Summenkennlinien legt den Arbeitspunkt des Gesamtnetzes fest.

Der folgenden Betrachtung liegt ein weit in die Zukunft vorgreifender hypothetischer Fall zugrunde. Das HGÜ-Mehrpunktnetz bestehe aus zehn Gleichrichter- und zehn Wechselrichterstalionen mit einer Nennleistung von je 1600 MW bei einer Netzspannung von ±400 kV und einem Stationsnennstrom von 2000 A. Um einen Energierichtungswechsel zu ermöglichen, sei jede Station mit einem Strom-, einem Spannungs- und einem Löschwinkelregler ausgerüstet und über Polwendeschalter an das Gleichstromsystem

angeschlossen.

Die Kennlinien der einzelnen Stromrichterstationen sind in F i g. 1 bis 4 noch einmal zusammengestellt

Fig.! zeigt die Kennlinie eines stromregelnden Gleichrichters, dessen Stromregler den Stationsstrom auf den Wert Id· begrenzt und dessen Spannungsregler auf den Sollwert von z. B. 1,05 UdN eingestellt ist, im Normalbetrieb, wenn die Systemspannung gleich UdN ist, also außer Eingriff ist;

Fi g. 2 zeigt die Kennlinie eines spannungsregelnden Gleichrichters, der bei Betrieb aller Stationen des Systems mit ihrem Sollstrom einen resultierenden Strom zwischen den Grenzen Id-max und td-mm führt und mittels seines Spannungsreglers, der in diesem Bereich den Sollwert UdN hat, die Anlagennennspannung bestimmt. Sein Stromregler, der die Funktion der Strombegrenzung in Störungsfällen übernimmt, hat den Sollwert /d-_ma»und ist außer Eingriff;

F i g. 3 zeigt die Kennlinie eines stromregelnden Wechselrichters, dessen Spannungsregler den Sollwert von z. B. 0,95 UdN hat, also im Normalbetrieb außer Eingriff ist und dessen Stromregler den Sollwert /</· hat;

Fig.4 zeigt die Kennlinie eines spannungsregelnden Wechselrichters, dem im Prinzip ebenfalls die Funktion der Spannungsbestimmung übertragen werden kann. Das Verhalten des Gesamtsystems ist jedoch unabhängig von der Betriebsart der spannungsbestimmenden Station, so daß dieser Betriebsfall der Wechselrichterstation im folgenden nicht betrachtet wird.

Die Summenkennlinien bei Mehrpunktnetzbetrieb zeigt F i g. 5. Die Netzspannung wird durch eine vorherbestimmte Stromrichterstation mittels ihres Spannungsreglers festgelegt, dessen Sollwert auf die Nennspannung eingestellt ist. Die Gleichrichterstation CR 10 hat eine Kennlinie gemäß Fig. 2, während die übrigen Gleichrichterstationen GR 1 bis CR 9 Kennlinien gemäß Fig. 1 haben. Die Summenkennlinie der Wechselrichterstationen WR 1 bis WR !0 gemäß Fi g. 3 schneidet die Summenkennlinie der Gleichrichterstationen CR1 bis GR10 im Arbeitspunkt A. Der Stromregler der spannungsbestimmenden Gleichrichterstation GR 10 ist außer Eingriff, da sein Sollwert um den Sicherheitsbetrag Σ k·™* - Σ h· höher liegt, als sich aus der Netzbedingung: Summe aller Ströme gleich Null ergibt. Die Sollwerte der Spannungsregler bei den als Gleichrichter arbeitenden Stationen sind auf z. B. 1,05 UdN, also höher eingestellt und die Sollwerte der Spannungsregler bei den als Wechselrichter arbeitenden Stationen auf z. B. 0,95 UdN. also niedriger eingestellt als der Sollwert der spannungsbestimmenden Station. Durch diese Maßnahme wird eine Änderung der Netzspannung, z. B. bei Ausfall einer Station über die eingestellten Grenzwerte hinaus, vermieden. Der Summenstrom, der z. B. im Kurzschlußfall in das Gleichstromnetz eingespeist wird, kann infolge der strombegrenzenden Kennlinien der Gleichrichterstationen nicht über den vorgegebenen Maximalwert ^/d·™* ansteigen. Bei Unterschreitung des aus dem Gleichstromnetz von den Wechselrichterstationeii entnommenen Stromes unter den Minimalstromwert Σ^'·"·" erfolgt eine Umschaltung des Spannungssollwertes der spannungsbestimmenden Gleichrichterstation GR10 auf den gleichen Sollwert der verbleibenden Stationen gleichartiger Betriebsart, also z. B. 1,05 · UdN- Die Station CR 10 verliert dadurch ihre spannungsregelnde Funktion und beteiligt sich zusammen mit den übrigen Gleichrichterstationen bis zur Wiederherstellung des Normalbetriebes gleichberechtigt an der Stromlieferung, wobei die Spannung bei \,05-UdN liegt Trotz gleicher Spannungssollwerte ist eine eindeutige Aufteilung der Stationsströme durch die Leitungswiderstände des Netzes gewährleistet.

Der Vorteil des beschriebenen Grenzspannungsverfahrens liegt darin, daß der Dauerbetrieb des Mehrpunktnetzes bei Ausfall einzelner Stationen aufrechterhalten werden kann, auch wenn die Stromsollwerte nicht sofort entsprechend den neuen Gegebenheiten umgeschaltet werden. Die der Netzbedingung entsprechende Forderung: Summe aller Ströme gleich Null, wird auch im Störungsfall erfüllt werden, derart, daß die aufgenommenen bzw. abgegebenen Ströme sich gemäß der anteiligen Netzwiderstände neu einstellen. Die Überlastung der einzelnen Stationen ist ausgeschlossen, da ihre Stromregler die Stationsströme auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzen.

Bei dem beschriebenen Regelverfahren wird jeder gleichstromseitige Kurzschluß, auch z. B. eine Wechselrichterkippung und -durchzündung, zu einem sofortigen Herabstsusrn der Gleichspannung bei den spcibcmJcn Gleichrichterstationen führen. Hierdurch wird der Kurzschlußstrom auf die Höhe der vorher fließenden Gleichrichterströme begrenzt. Um die fehlerbehafteten Teile des Netzes abtrennen zu können, kann z. B. das Gesamtnetz für eine kurze Zeit stromlos gemacht werden: Die in den Reaktanzen des Netzes gespeicherte Energie wird dabei über die in den Wechselrichterbetrieb umgesteuerten Gleichrichter an das Drehstromnetz zurückgegeben. Die Wechselsrichterstationen gehen hierbei entsprechend ihrer Kennlinie außer Betrieb, d. h„ die Wechselrichterstationen sind in dieser kurzen Zeit funktionslos und müssen es auch sein, weil ihre Minimalspannung höher ist als die dann vorliegende Netzspannung. In diesem stromlosen Zustand kann die Abschaltung, z. B. mittels Schnelltrennschaltern, vorgenommen werden, die kurzzeitige Abschaltung des gesamten HGÜ-Netzes bedingt allerdings eine Stoßbelastung für alle angeschlossenen Drehstromnetze, die zu Instabilitäten führen kann. Ferner ist die' zuverlässige Erfassung und Fernmeldung der Stromlosigkeit in den von den Trennschaltern in diesem Augenblick abzuschaltenden Le>tungszügen technisch aufwendig und risikoreich. Zur Beherrschung dieser Fehlerfälle als auch für Schalthandlungen im Normalbetrieb bringt daher der Einsatz eines HGÜ-Lastschalters Vorteile gegenüber der Abschaltung mittels Gittersteuerung in Verbindung mit Schnelltrennern mit sich.

Tritt in einem nach dem beschriebenen Grenzspannungsverfahren geregelten HGÜ-Mehrpunktnetz ein Kurzschluß auf, so wird die in den Kapazitäten enthaltene Energie augenblicklich an die Drehstromnetze zurückgegeben, weil die transient in den Wechselrichterbereich umgesteuerten Gleichrichter die kapazitive Energie abziehen. Anschließend halten die Gleichrichter jedoch gemäß dem vorgegebenen Stromsollwert und bei niedrigerer Spannung ihren Strom konstant, so daß die in den Induktivitäten enthaltene Energie zunächst nicht abgebaut werden kann. Man sollte sich hier vorstellen, daß es sich um ein HGÜ-Mehrpunktnetz handelt, mit einer Leitungsschleife mit Sammelschienen usw. beidseitig der Kurzschiußsteiie. Die Spannung an den Gleichrichterstationen wird bestimmt durch den Spannungsabfall an dem anteiligen Netzwiderstand zwischen Kurzschlußstelle und betrachteter Gleichrichterstation. Unter obigen Voraussetzungen, nach Abklingen der transienten Vorgänge (d. h. quasistationär), fließt folglich die Summe aller Gleichrichterströme

1 Q 33 Q4.3

in die Kurzschlußstelle. Der HGÜ-Lastschalter muß für diesen Summenstrom bemessen sein. Die Spannungsbeanspruchung des Schalters ist zunächst gering, da die abzuschaltende Spannung in der Größenordnung von 10% der Nennspannung liegt. Der angegebene Wert von 10% der Nennspannung ist ein Schätzwert, der genaue Wert hängt von Netzdaten und Kurzschlußart ab. Wie bereits erläutert, wird dabei davon ausgegangen, daß der Strom über die Sammelschienen und die äußere Leitungsschleife weiterfließt. Beginnt der Schalter seinen Schaltvorgang, so baut er eine Gegenspannung auf, um einen Stromnulldurchgang zu erzeugen. Betrieblich besonders günstig ist dabei ein Schalter, der eine Gegenspannung erzeugt, die weitgehend unabhängig vom Strom ist Die Gegenspannung des HGÜ-Schalters bewirkt eine Reduzierung der von den stromgeregelten Gleichrichtern gelieferten Ströme. Ohne zusätzliche Maßnahmen in den Regelungseinrichtungen wird die Gittersteuerung so eingreifen, daß die Spannung an den Gleichrichterstationen stetig erhöht wird, um den vorgegebenen Stromsollwert aufrechterhalten zu können.

Dies gilt auch für das bei einer bekannten Mehrpunkt-HGÜ angewandte Marginalstromverfahren (CH-PS 4 22 144), solange in Störungsfällen keine besonderen Eingriffe in das Regelsystem erfolgen. Im bekannten Fall wird im übrigen mit Trennschaltern gearbeitet, die ihre Schaltaufgabe nur im strom- und spannungslosen Zustand erfüllen können. Bei Kurzschluß im Gleichstromnetz werden durch die Stationsregler die Spannungsistwerte herabgesteuert, um den gewünschten Strom aufrechtzuerhalten. Der Vorgang setzt sich automatisch fort, bis der Strom in der Fehlerstelle gleich dem Strommarginal ist. Um den Strom in der Fehlerstelle auf Null herabzusetzen, wird im Extremfall die Umsteuerung aller Stationen auf den Wechselrichterbetrieb vorgenommen. Dies führt schließlich, wie bereits vorstehend im 2^usammenhang mit dem Grenzspannungsverfahren beschrieben wurde, auch zu einer Außerbetriebnahme fehlerfreier Stromrichter.

Die nachteilige Folge dieses oben auch für das Grenzspannungsverfahren beschriebenen natürlichen Regelverhaltens für den HGÜ-Lastschalter ist, daß er endlich doch gegen die volle Netzspannung als wiederkehrende Spannung abschalten muß. Nach dem augenblicklichen Stand der Technik ist ein Schalter mit einer solchen Spannungsbeanspruchung jedoch nicht verfügbar und wird auch viel kostspieliger sein als ein Schalter, der nur bei reduzierter Spannung abschalten kann.

Der Erfindung liegt, ausgehend vom vorbeschriebenen älteren Vorschlag (DE-PS 15 88 067), die Aufgabe zugrunde, auch bei ausgedehnten Gleichstromnetzen mit einem Gleichstromschalter auszukommen, dessen Abschaltstrom in der Größe des Nennstromes liegt bei einer Wiederkehrspannung, die weit unterhalb der Netzspannung liegt (HGÜ-Lastschalter).

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Stationsregler im Falle eines Kurzschlusses in dem Gleichstromnetz auf eine Kennliniencharakteristik mit gegenüber den im Normalbetrieb vorgegebenen Strom- und Spannungssollwerten fdNbzw. UdNherabgesetzten Werten zur Unterstützung des Abschaltvorganges von HGÜ-Lastschaltern umgeschaltet werden. Diese Lösung ist besonders vorteilhaft wenn die Strom- und Spannungsregler für eine Regelung nach dem Grenzspannungsverfahren ausgelegt sind.

Es ist wie erwähnt im Zusammenhang mit der nach dem Marginalstromverfahren arbeitenden HGÜ-Anlage mit mehr als zwei Stromrichterstationen für den Mehrpunktnetzbetrieb, die mit Strom-Spannungs- und Löschwinkelreglern ausgerüstet sind, lediglich bekannt, im Falle eines Kurzschlusses im Gleichstromnetz die Strom- und Spannungs-Istwerte herabzufahren, um das Wegschalten des gestörten Netzteiles zu erleichtern (CH-PS 4 22 144). Eine Kennlinienumschaltung erfolgt nicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt im Kurzschlußfall vorteilhaft zu einem niedrigen quasistationären Fehlerstrom, der den Einsatz eines HGÜ-Lastschalters ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In den folgenden Ausführungen wird das erfindungsgemäße Verfahren im einzelnen anhand eines Ausführungsbeispieles mit gleichzeitiger Erläuterung der Fig. 6 bis 10 unter Rückgriff auf das Grenzspannungsverfahren besehrieben.

Die Stromsollwerte der Gleichrichterstationen werden zweckmäßigerweise auf z. B. 0,2 Ij_n umgeschaltet, und die Spannungssollwerte der Gleichrichterstationen werden vorzugsweise auf z. B. 0,1 UdN umgeschaltet (F ig. 6).

Eine Verbesserung des Verhaltens nach der Störungsabschaltung wird nach einer weiterführenden Ausbildung der Erfindung erreicht, indem die Stromregler der Wechselrichterstationen eine Stromsollwertumschaltung erhalten mit einem Sollwert von z. B. 0,1 IdN, während ihr Spannungsregler gleichzeitig auf einen Sollwert von Ud- = 0 umgeschaltet wird (F i g. 7).

Um eine gute Anpassung der erfindungsgemäßen Umschaltung der Reglerkennlinien an die jeweiligen Netzbedingungen zu erreichen, können die im Störungsfall veränderten Spannungs- und Stromsollwerte sowie die Sollwerte der Minimalstromaufschaltung den Nenndaten der verfügbaren HGÜ-Lastschalter angepaßt werden.

Als Beispiel eines Mehrpunktnetzes wird wieder die eingangs behandelte Anlage mit zehn Gleichrichterund zehn Wechselrichterstationen mit je 1600 MW Leistung herangezogen. Die Nennspannung betrage ±400 kV, der Stationsnennstrom 2000 A. Alle Stationen seien wiederum mit je einem Strom-, Spannungs- und Löschwinkelregler ausgerüstet Es wird vorausgesetzt, daß die Stationsregler einwandfrei arbeiten. Außerdem wird angenommen, daß die angeschlossenen Dreh-Stromnetze die Vorgänge auf der Gleichstromseite nicht uccirii lüssen und umgekehrt. Weiterhin sei vorausgesetzt, daß die Meßeinrichtung zur Erfassung der Störung und die erfindungsgemäße Umschaltung der Kennlinien im Störungsfall einwandfrei arbeitet

Die Ausgleichsvorgänge im Gleichstromnetz, insbesondere unter Berücksichtigung der Umschaltung der Reglerkennlinien, sollen hier nicht betrachtet werden, da es sich um schnell ablaufende Vorgänge handelt, die durch den HGÜ-Lastschalter ohnehin nicht mehr erfaßt werden können. Zur Beurteilung der Störungsfälle genügt also die Untersuchung des eingeschwungenen, des quasistationären Zustandes.

Es soll nun der Störungsfall betrachtet werden, bei dem aus irgendeinem Grunde ein Kurzschluß an einer Wechselrichterstation auftritt. Alle Wechselrichterstationen gehen entsprechend ihrer Kennlinie außer Betrieb, und alle Gleichrichterstationen speisen mit ihrem Nennstrom auf die Fehlerstelle ein, weil sie ihren

Strom gemäß des vorgegebenen Sollwertes konstant halten. Dieser Strornbelastung von 10-2000 A = 20 000 A seien die HGÜ-Lastschalter nicht gewachsen.

Erfindungsgemäß erfolgt nach meßtechnischer Erfassung des Kurzschlusses eine Umschaltung der Stromsollwerte der Gleichrichterstationen auf z. B. 0,2 IdN, und der sich jetzt einstellende Summenstrom von 10· 0,2 ·2000 = 4000 A kann von dem Schalter bewältigt werden.

An den Stationsklemmen liegt jetzt eine entsprechend kleine Spannung, wie aus der Summenkennlinie nach Fig.8 hervorgeht. Es stellt sich der Arbeitspunkt A ein. In diesem Augenblick öffnen die HGÜ-Lastschalter am fehlerhaften Leitungsstück. Die Erhöhung der Klemmenspannung an den Gleichrichterstationen als Reaktion auf die zunehmende Gegenspannung des Schalters wird unterbunden, sobald die erfindungsgemäß auf z. B. 0,1 UdNumgeschalteten Spannungssollwerte erreicht werden. Die wiederkehrende Spannung am Schalter kann nicht größer als 0,1-40OkV = 40 kV werden, d. h., die Grenze der Spannungsbeanspruchung des Schalters ist eindeutig festgelegt. Er kann nun bei konstant gehaltener Spannung den Abschaltvorgang beenden.

Im Verlauf dieses Abschaltvorganges wird der Summenkurzschlußstrom auf den durch die Wechselrichterstationen vorgegebenen Minimalstrom Id-wRmm absinken. Die Stromregler aller Wechselrichterstationen sind nämlich im Eingriff, wodurch ein Leistungsaustausch bei vermindertem Strom (0,1 IdN) und verminderter Spannung (0,1 UdN) zustande kommt, während die kurzschlußbehaftete Leitung oder Station abgeschaltet wird.

Es ergibt sich der Arbeitspunkt B in Fig.8. Nach Erreichen dieses Arbeitspunktes ist eine Abschaltung bzw. eine Abtrennung des fehlerbehafteten Leitungszweiges durch den Lasts :halter selbstverständlich unproblematisch. Nach endgültiger Abtrennung — eventuell durch einen zusätzlichen Trennkontakt — kann die Umschaltung der Regler auf ihre ursprüngliche Kennlinien erfolgen, und das Mehrpunktnetz nimmt seinen Normalbetrieb, natürlich ohne den fehlerhaften Wechselrichter, wieder auf.

Tritt der Kurzschluß an einem Gleichrichter oder in irgendeinem Leitungsabschnitt eines vermaschten HGÜ-Netzes auf, so wird der Ablauf der Störung und die Wiederherstellung des Normalbetriebes wie oben beschrieben sein; lediglich die Lastverteilung nach Wiederaufnahme des Betriebes wird abweichend sein.

Als weiterer Fehlerfall soll nun der Ausfall einer Wechselrichterbrücke betrachtet werden. Besteht eine Siatiönshälfie aus zwei Brücken, so sinki die Spannung am Wechselrichter auf die Hälfte, in unserem Beispiel auf + 200 kV ab. Die übrigen Wechselrichter gehen außer Betrieb, während die Gleichrichter ihre Spannung absenken, ihren Nennstrom gemäß des Stromsollwertes aber aufrechterhalten. Die verbleibende Wechselrichterbrücke würde überlastet werden und muß abgeschaltet werden. Das geschieht durch Nullaussteuerung des Wechselrichters oder durch die Folgezündung von Ventilen, wodurch eine Stromführung zweier an eine gemeinsame Phase angeschlossener Ventile herbeigeführt und damit praktisch ein Kurzschluß eingeleitet wird. Damit ist dieser Fehlerfall zurückgeführt auf einen Kurzschluß am Wechselrichter, und die Abschaltung des Zweiges mit Hilfe des HGÜ-Lastschalters geschieht wie oben beschrieben.

Die Folgezündung zweier Ventile des Wechselrichters ist an sich bekannt (BE-PS 7 03 738).

Entgegen der für die oben beschriebenen Fehlerfälle getroffenen Voraussetzung, daß die erfindungsgemäße Umschaltung der Kennlinien im Störungsfall einwandfrei arbeitet, soll nun einmal ein Fehler in der Umschaltautomatik eines Gleichrichters angenommen werden, dl. h., ein Gleichrichter behält im Falle eines Kurzschlusses im Gleichstromnetz seine ursprüngliche Regelkennlinie (F i g. 6, strichpunktiert) bei. Der Fehlerfall, daß nur einer der beiden Sollwerte von Spannung oder Strom nicht ordnungsgemäß umgeschaltet wird, braucht nicht betrachtet zu werden, da es schaltungstechnisch einfach möglich ist, in einem solchen Fall die Umschaltung völlig zu verhindern oder die fehlerhafte Station außer Betrieb zu nehmen. Die sich ergebenden Summenkennlinien der Gleich- und Wechselrichter zeigt Fig.9. Der Gleichrichter GR 1 sei gestört, habe also weiterhin die Sollwerte 1,05 UdN und Id'CRu die übrigen 9 Gleichrichter fahren voraussetzungsgemäß

mit veränderter Kennlinie. Beginnt der HGÜ-Schalter nun seinen Abschaltvorgang, so kann die Spannung am Gleichrichter GR 1 ungehindert ansteigen, während die Spannung an den Gleichrichtern GR i bis GR 9 erfindungsgemäß bei Erreichen der kleineren Spannung von z. B. 0,1 ίΛ/w konstant bleibt. Die Folge wäre, daß die neun Gleichrichter außer Betrieb gehen und daß der Schalter gegen die volle Netzspannung als wiederkehrende Spannung ausschalten müßte. Der gewünschte Betriebspunkt B in F i g. 8 könnte also nicht zustande

kommen, und die Abschaltung mittels HGÜ-Lastschalter darf nicht erfolgen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung soll eine Überlastung der HGÜ-Lastschalter auch in diesem Fehlerfall verhindert werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein zusätzlicher Maximalspannungsregler eingeschaltet wird, der einen Spannungsanstieg über einen bestimmten Wert, z. B. 0,15 UdNhinaus verhindert (Fig. 10). Die wiederkehrende Spannung am Schalter kann jetzt nicht größer werden als z. B. 0,15 UdN, und die einwandfreie

■»ο Abschaltung ist gesichert. Der Gleichrichter GP. 1 und die zehn Wechselrichter können ihren Betrieb bei verminderter Leistung wieder aufnehmen (Betriebspunkt Cin Fig. 10).
Tritt ein Fehler in der Umschaltautomatik eines Wechselrichters auf, kann der Abschaltvorgang des HGÜ-Lastschalters ohne zusätzliche Maßnahmen beendet werden. Bleibt die Umschaltung eines Wechselrichter-Spannungssollwertes bei Unterschreitung des Minimalstromes 0,1 Id' von UdN auf UdN = 0 aus, so beteiligt sich dieser nicht mehr an der Stromlieferung, und es verschiebt sich der Schnittpunkt B in F i g. 8 um den beireffenden Beirag G₁I /V des einen Wechselrichter-Minimalstromsollwertes, also nur geringfügig nach links. Bleibt die Aufschaltung eines Wechselrichterspannungsmaximalreglers mit Sollwert 0,15 UdN aus, so verändert sich die Kennlinie der Wechselrichter in F i g. 8 und damit auch der angestrebte Betriebspunkt B nicht. Erst beim Zusammentreffen einer fehlerhaften Umschaltung der Kennlinie eines Gleichrichters und Ausbleiben der Aufschaltung eines Wechselrichterspannungsmaximalreglers mit Sollwert 0,15 UdN wird der angestrebte Betriebspunkt nicht erreicht.

Die erfindungsgemäße Umschaltung des Wechselrichter-Spannungssollwertes nach Fig. 10 wird überflüssig, sofern £ 0,1 Id'WR stets um einen bestimmten Sicherheitsbetrag größer ist als der maximal mögliche Stromsollwert jedes einzelnen Gleichrichters Id-GR des HGÜ-Netzes. Diese Bedingung wird aber nur bei

1 Q ^ 3 QzL"

Mehrpunktnetzen mit einer großen Anzahl von Stromrichterstationen, die etwa die gleichen Stationsleistungen haben, erfüllt sein. Bei wenigen Stationen unterschiedlicher Leistung bietet die erfindungsgemäße Umschaltung des Wechselrichter-Spannungs-Sollwertes die notwendige Sicherheit gegen Überbeanspruchung der HGÜ-Lastschalter.

Die erfindungsgemäße Umschaltung der Regler-Kennlinien im Kurzschlußfall ergibt somit folgende Vorteile:

1. Bei einer Vielzahl von einspeisenden Gleichrichter-Stationen kann der quasistationäre Fehlerstrom so niedrig gehalten werden, daß die zulässige Belastbarkeit eines HGÜ-Lastschalters nicht überschritten wird. Bei den zehn Gleichrichterstationen des Beispiels würde der Fehlerstrom nur auf den 0,2 · 10 = 2fachen Stationsnennstrom anwachsen.

2. Die wiederkehrende Spannung des Schalters wird auf einen genau definierten Wert begrenzt. Ein Wert von 0,1 UdN = 40 kV entspricht den Annahmen des Beispiels. Wenn auf einen stromlosen Wechselrichter plötzlich eine Gleichspannung

aufgeschaltet würde, so könnten hierbei Stromstöße- bzw. Schwingungen entstehen, die sich in unerwünschter Weise auf das angeschlossene Drehstromnetz übertragen.

3. Aufgrund der Minimalstromaufschaltung der Wechselrichter-Stromregler nehmen alle Stationen noch vor dem Wiederhochfahren Leistung auf, so daß Einschaltvorgänge, die zu Instabilitäten der Drehstromnetze führen können, unterbunden werden.

4. Gegenüber dem Verfahren der völligen Sperrung der Gleichrichter und dem Schalten mittels Trennschalter können die Zeiten, bis die in den Induktivitäten gespeicherte Energie völlig abgebaut und die Stromlosigkeit im abzuschaltenden Leitungszug meßtechnisch erfaßt und ausgewertet ist, eingespart werden.

5. Die Zeit bis zum Wiederhochfahren der Netzspannung kann entsprechend den Anforderungen, die sich z. B. aus der Öffnungszeit von Trennkontakten ergeben, frei gewählt werden, wodurch sich eine hohe Sicherheit bei kleinstmöglicher Unterbrechungszeit der Energieübertragung ergibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Regelung einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (HGO) mil mehr als zwei Stromrichterstationen für den Mehrpunktnetzbetrieb, wobei jeweils der eine Teil der Stromrichterstationen im Gleichrichter- und der andere Teil im Wechselrichterbetrieb arbeitet und alle Stromrichterstationen mit Strom-, Spanraungs- und Löschwinkelreglern ausgerüstet sind, die Stromregler aller Stationen den Strom auf einen Maximalwert begrenzen, diejenige Station, die die Spannungsbestimmung übernimmt, eine gestufte Strom-Spannungs-Kennlinie (/-U-Kennlinie) besitzt und somit die Anlagenspannung in einem bestimmten Bereich ±ΔΙ (ΔΙ = Sicherheitsbetrag) um den durch den Schnittpunkt der Summenkennlinien der Gleichrichterstationen einerseits und der Wechselrichterstationen andererseits bestimmten Arbeitspunkt der HGÜ herum vorgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stationsregler im Falle eines Kurzschlusses in dem Gleichstromnetz auf eine Kennliniencharakteristik mit gegenüber den im Normalbetrieb vorgegebenen Strom- und Spannungssollwerten IdN bzw. UdN herabgesetzten Werten zur Unterstützung des Abschaltvorganges von HGÜ-Lastschaltern umgeschaltet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kurzschlußfall die Stromsollwerte aller Gleichrichterstromregler auf einen kleineren, entsprechend dem Abschaltvermögen des HGtJ-Lastschalters zulässigen Wert oberhalb Null umgeschaltet und die Sollwerte aller Gleichrichter-Spannungsregler auf einen kleineren, entsprechend dem Abschaltvermögen des HGÜ-Lastschalters zulässigen Wert umgeschaltet werden, sowie die Wechselrichter-Stromregler der Wechselrichterstationen auf einen Stromsollwert entsprechend dem der Gleichrichterstationen, vermindert um den Marginalstrom und die Sollwerte der Wechselrichter-Spannungsregler auf einen kleineren Wert, entsprechend dem der Gleichrichterstationen umgeschaltet werden und bereits während des Abschaltvorganges ihren Betrieb bei verminderter Leistung wieder aufnehmen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall einer Wechselrichterbrücke und zum Schutz der verbleibenden Wechselrichterbrücken derselben Station vor Überlastung am fehlerhaften Wechselrichter durch Nullaussteuerung des Wechselrichters oder durch die Folgezündung zweier Ventile, die an eine gemeinsame Phase angeschlossen sind, ein Kurzschluß herbeigeführt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung der Überlastung eines HGÜ-Lastschalters bei einem Fehler in der UmschaltautornatiL eines Gleichrichters die Kennlinie der Wechselrichter im Kurzschlußfall verändert wird, derart, daß ein zusätzlicher Maximalspannungsregler eingeschaltet wird, der einen Spannungsanstieg über einen bestimmten Wert von etwa 0,15 LWhinaus verhindert.