DE2014375C3

DE2014375C3 - Anordnung zur richtungsgebundenen Beeinflussung der Stromverteilung in einem Hochspannungs-Gleichstrom-Maschennetz

Info

Publication number: DE2014375C3
Application number: DE2014375A
Authority: DE
Inventors: Karl-Werner 6806 Viernheim Kanngiesser; Dietrich Dipl.-Ing. 6800 Mannheim Kluge
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1970-03-25
Filing date: 1970-03-25
Publication date: 1978-11-30
Also published as: BR7101295D0; GB1335245A; DE2014375B2; DE2014375A1; FR2084971A5; JPS463367A; NO133640B; CH539969A; SE365355B; CA932391A; ZA711905B; US3694728A; JPS55970B2; NO133640C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Sie findei Anwendung beim Energieaustausch zwischen Drehstromnetzen, die über Gleichrichterstationen und Wechselrichterstationen mit dem Maschennetz einer Hochspannunes-Gleichstrom-Ühertragung (HGÜ) verbunden sind (sogenannter »Mehrpunktbetrieb«).

Bei einer derartigen bekannten Anordnung mit einem Zusatzstromrichter enthält eine Übertragungsleitung einen Trennschalter, dem eine Gleichrichterbrückenschaltung über einen Polumschalter parallel geschaltet ist (DE-OS 1513827). Die Stromrichterbrückenschaltung ist wechselstromseitig an eine in Stern geschaltete Wicklung eines Drehstromtransformators angeschlossen. Eine solche Anordnung ist mit einigen Nachteilen behaftet:

l.Bei HGÜ-Maschennetzen, die von mehreren Drehstromnetzen gespeist werden, sind häufige Energierichtungswechsel zu erwarten, die von dem Umpolschalter der in die Gleichstromleitung eingeschleiften Stromrichter bewältigt werden müssen. Derartige Schalter lassen jedoch nur eine begrenzte Zahl von Umschaltungen zu. In gewissen Zeitabständen müssen sie ausgetauscht werden. Nicht nur die Zahl der Umschaltungen ist von Bedeutung, sondern vor allem auch die für eine solche Umschaltung benötigte Zeit. Bekanntlich darf eine solche Umschaltung mittels Polwender erst vorgenommen werden, wenn der Leitungsstrom zu Null geregelt ist. Der Umschaltvorgang benötigt eine verhältnismäßig lange Zeit, während der der Leitungsstrom auf Null gehalten werden muß. Instabilitäten im Gleichstromnetz und in den angeschlossenen ίο Drehstromnetzen können die Folge sein. Einem

schnellen Energierichtungswechsel, wie er bei HGÜ-Maschennetzen häufig zu erwarten ist, ist ein solcher Umpolschalter nicht gewachsen.

2. Der Zusatzstromrichter wird im Störungsfall s-, nicht geschützt. Er muß den vollen Kurzschlußstrom der Leitung führen und in kritischen Fällen die volle Anlagenspannung übernehmen, so daß er gegen Zerstörung zu schützen ist.

3. Der Transformator, welcher den in die Gleichstrom Übertragungsleitung eingefügten Zusatzstromrichter speist, muß für das hohe Gleichspannisngspotential der Übertragungsleitung ausgelegt sein. Die Kosten für einen derartigen Transformator sind trotz dessen kleiner Leistung sehr hoch, so daß die Wirtschaftlichkeit der Anordnung beeinträchtigt wird.

4. Der Zusatzstromrichter zur Einfügung einer Längsspannung kann wahlweise unterstützend oder auch bremsend auf den jeweils fließenden Strom wirken, wobei im bekannten Fall zur ,Reduzierung von Verlustleistung eine Abstimmung mit der Steuerung in der Gleichrichterstation erfolgt. In der Praxis jedoch ist diese beliebige Änderung der Zweigströme nicht vorteilhaft, weil sich selbst mit diesem erhöhten Aufwand an regelungstechnischen Einrichtungen keine verlustminimale Stromaufteilung mehr ergeben kann.

5. Wird der Zusatzstromrichter zur Maximalstrombegrenzung verwendet, so benötigt er während

μ des normalen Betriebszustandes eine hohe Blindleistung, weil er mit Nullaussteuerung fährt. Deshalb ist es zweckmäßig, geeignete Maßnahmen zu treffen, um den Blindleistungsbedarf des Zusatzstromrichters zu erniedrigen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von uer vorbeschriebenen Anordnung, für einen raschen und sicheren Encrgierichtungswechsel zu sorgen und den Schutz des Zusatzstromrichters in Störungsfällen zu

gewährleisten. Die Lösung besteht erfindungsgemäß in den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Die Anordnung erlaubt vorteilhaft die Festlegung bzw. Änderung der Stromverteilung innerhalb des HGÜ-Maschennetzes, so daß selbst bei Energierichtungswechsel in den einzelnen Zweigen ein gewünschter Strom eingestellt werden kann oder die Überschreitung eines bestimmten Stromwertes vermieden wird. Zu diesem Zweck liefern die jeweils in eine Zweigleitung eingefügten antiparallelen, mit steuerbaren Ventiien ausgerüsteten Zusatzstromrichter in Betrag und Polarität derart durch das Regelsystem veränderliche Zusatzspannungen, daß die Spannungsdifferenzen zwischen den Endpunkten der Zweigleitungen zum Zweck der Einstellung gewünschter Zweigströme geändert werden.

Beide antiparallel geschalteten Stromrichter können kostensparend an die gleiche Transformator-Sekundärwicklung angeschlossen sein.

Zur Vermeidung des Umschaltens mittels Polwender bei schnellem Energierichtungswechsel führt vorteilhaft ein Zusatzstromrichter bei einer bestimmten Stromrichtung den Strom, und der andere, dessen Ventile entgegen der Stromrichtung geschaltet sind, bleibt durch die Gittersteuerung beeinflussende Schalteinrichtungen gesperrt.

Für den Störungsfall ist vorzugsweise das Rl nclsystem derart gestaltet, daß als Sofortmaßnahme n. ittels des einen antiparallelen Zusatzstromrichters der gerade stromführende Zusatzstromrichter kurzgeschlossen wird.

Für den Überspannungs- und Überstromschutz der Zusatzstromrichter werden vorzugsweise schnellansprechende Schalter angewandt, die im Störungsfall eingreifen und die Zusatzstromrichter kurzschließen. Da der Kurzschlußstrom jetzt an den Ventilen vorbeigeleitet wird, besteht für sie keine Gefahr. Als Schalter kann ein üblicher Überstromableiter mit einer Ansprechzeit von etwa 5 ms eingesetzt werden. Seinen Auslösebefehl kann er bei Leitungskurzschlüssen vom . Leitungsschutz oder bei inneren Brückenkurzschlüssen vom Diffcrentialschutzerhalten. In der Ansprechzeit ist die oben beschriebene Sofortmaßnahme sehr wichtig und vorteilhaft.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in a der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein bekanntes HGÜ-Maschennetz mit in die Zweigleitungen eingefügten Zusatzstromrichtern, und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit < antiparallel geschalteten Zusatzstromrichtern und den entsprechenden Regeleinrichtungen für eine Zweigleitung.

In dem in Fig. 1 dargestellten Teil eines HGÜ-Maschennetzes können z. B. eine Station, eine Wechsel- « richterstation 1 und zwei weitere Stationen Gleichrichterstationen 2 und 3 sein. Die Wechselrichterstation 1 arbeitet auf eine Sammelschiene 4, die Gleichrichterstation 2 auf eine Sammelschiene S und die Gleichrichterstation 3 auf eine Sammelschiene 6. _t In die Zweigleitungen sind Zusatzstromrichter 7, 8, 9 mit Überstromableitern 10. 11, 12 eingefügt.

Im Störuni>sfail. lokalisiert durch Symbol 13. wird der /usatzstromrichter 7 mit der vollen Anlagenspannung beansprucht. Die Spannung an der Sani , melschiene 4 des Wechselrichters der Wechselrichterstation 1 bleibt zunächst konstant, weil sie von anderen (ileichrichterstationen des Maschennetzes.

zum Beispiel der Gleichrichterstation 3 gehalten wird. Der Kurzschlußstrom wird ausschließlich von der Gleichrichterstation 2 gespeist, solange der Zusatzstromrichter 7 gesperrt ist. Da der Überstromableiter "j 10 erst nach etwa 5 ms anspricht, kann damit die spannungsmäßige Überbeanspruchung durch die volle Anlagenspannung nicht verhindert werden.

Um die Zusatzstromrichter 7, 8, 9 auch gegen diese Überspannungen zu schützen, ist es erforderlich, sie lu im Störungsfall unverzögert kurzzuschließen.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung führt ein Regelsystem einen Kurzschluß über einen betriebenen ersten Zusatzstromrichter herbei, indem sie den Stromfluß für einen zweiten Zusatzstromrichter frei- !5 gibt. Ein Ausführungsbeispiel dieser Anordnung zeigt die Fig. 2. Die beiden antiparallel geschalteten Zusatzstromrichter sind mit 7 bzw. mit 71 bezeichnet. Die Zusatzstromrichter 7, 71 befinden sich in der Zweigleitung, die die Sammelschienen 4 und 5 der Stationen 1 und 2 verbindet. Über einen Gleichstromwandler 14 wird der Strom in der Zweigleitung richtungsabhängig gemessen und davon im Block 15 der Betrag gebildet. Der ermittelte Wert wird mit dem Sollwert, der gleich dem höchstzulässigen Zweigleitungsstrom I_11111x ist, verglichen. Auf einen Regler 16 gelangt nur die positive Regelabweichung + Al; denn er soll nur eingreifen, wenn der Maximalwert des Stromes überschritten wird. Die negative Regelabweichung wird mittels der Sperrvorrichtung 161 vom jo Regler 16 ferngehalten. Der Regler 16 hat zwei Ausgänge. Dereine Ausgang gibt der Gittersteuerung 17 den Steuerwinkel α vor, während der andere Ausgang der Gittersteuerung 171 den Winkel 180" - α vorgibt. Bei Fehlen einer Regelabweichung +Al gibt der Regler 16 einer der Gittersteuerungen 17 bzw. 171 einen Steuerwinkei α = 90° vor, d. h. daß die Spannung der Zusatzstromrichter den Wert Null hat.

Bei einer Antiparallelschaltung zweier Zusatzstromrichter fließt im Normalbetrieb., wenn beide Zuo Satzstromrichter gesteuert werden, bekanntermaßen ein Kreisstrom, der sich dem Gleichstrom des im Augenblick stromführenden Ventils überlagert. Durch Drosseln kann er auf einen Bruchteil des Nennstromes begrenzt werden, so daß die Verluste klein -> bleiben. -

Um den Kreisstrom zu vermeiden, erhält nur der Zusatzstromrichter Zündimpulse, dessen Ventile in Durchlaßrichtung gepolt sind. Zu diesem Zweck sind die Ruhekontakte zweier Schalteinrichtungen 18 bzw. ο 181 vorgesehen. In Fig. 2 ist für dieses Teilproblem eine durch den Pfeil unter + /angedeutete Stromrichtung angenommen. - Energierichtungswechsel zwischen den Stationen 1 und 2 sind ja vorausgesetzt. Bei dieser Stromrichtung ist der Zusatzstrornrichter 71 auf Durchlaß gesteuert. Das Relais der Schalteinrichtung 18 kann öffnen, weil sich der positive Stromistwert + über eine Diode 19 (— / über eine Diode 191) ausbilden kann und eine Auslösespule 20 bzw. 201 anregt. - Bei Änderung der Stromrichtung η vertauschen die beiden Systeme ihre Rollen, wie in den vorstehenden Klammern angedeutet ist.

Zur gänzlichen Vermeidung des Kieisstromcs wird also derjenige Stromrichter, der gerade keinen Strom führt, "allig gesperrt und erst dann freigegeben, wenn , der Strom des anderen Strom: ichters g-gen Null geht. Die Wirkung dieser Maßnahme kann vorteilhaft verbessert werden, wenn man Hen Regler 16 mn einer zusätzlichen Aufschaltung 2* zur !Viessune des Strom-

ansticgcs dt ill beaufschlagt. Überseht eitel (iie Steilheit des Stromanstieges einen bestimmten Wert, so erhält der andere Zusatzslromrichter unverzüglich Steuerimpulse. Diese Maßnahme gewährleistet, daß der gefährdete, stromführende Zusatzstromrichter auch bei schneller Stromumkehr in der I .eitung in kürzester Zeit überbrückt wird und damit Überspannungen von ihm ferngehalten werden.

Zur Einsparung der eigens für die Zusatzstromrichter 7, 71 vorgesehenen Transformatoren werden vorzugsweise die Zusatzstromrichter 7. 71 über Sekundärwicklungen der auf höchstem Gleichspannungspotential stehenden Stationstransformatoren gespeist (nicht dargestellt). Werden die Zusatzstromrichter 7, 71 nicht von zusätzlichen Sekundärwicklungen der Hauptstromrichtertransformatoren gespeist, sondern aus eigens dafür vorgesehenen Zusatztransformatoren, so kann man ihre Auslegung für die volle Anlagenspannung dadurch vermeiden, daß man sie isoliert aufstellt und an die Sekundärwicklung der auf dem höchsten Gleichspannungspotential stehenden Hauptstromrichtertransformatoren anschließt.

Zur Vermeidung der durch die Beeinflussung der Zweigströme bedingten Verluste wird der Zusatz-Stromrichter 7 bzw. 71 so gesteuert, daß er erst eingreift, wenn die höchstzulässigen BelastunghStröme der Zweigleitungen überschritten werden. Tritt eine solche Überlastung auf, so fällt den Zusatzstromrichtern 7, 71 die Aufgabe zu. die Zweigströme auf ihre Maximalwerte/u begrenzen. Dadurch ist bei Normalbelastung stets ein Betrieb mit minimalen Verlusten möglich.

Um den erhöhten Blindleistungsbcdarf des Zusatz-Stromrichters 7 bzw. 71 während des Betriebes bei Niillaussteiicrung zu vermindern, kann er in an sich bekannter Weise (Buch von Heumann/Stuni pe. »Thyristoren« 1. Aufl. (1<>69] Teubncr Verlag Stuttgart, S. 110/111) in zwei oder mehrere in Serie gcschaltete 'rollstromrichter unterteilt werden, von denen jeweils die Hälfte mit maximaler Aussteuerung im Gleichrichter- und die andere Hälfte im Wechselrichter-Betrieb arbeitet. Bei erforderlicher Snannungsänderung arbeitet nur einer mit Teilaussteuerung, die anderen werden jedoch mit Vollaussteuerung im Gleichrichter- oder Wechselrichter-Bereich betrieben. Der erhöhte Transformatoraufwand wird herabgesetzt, wenn man die Teils'tromrichter nicht von je einem eigenen Transformator, sondern von einem einzigen mit mehreren Sekundärwicklungen ausgerüsteten Transformator speist.

In vorteilhafter Weise sichert die erfindungsgemäße Anordnung einen raschen Energierichtungswechsel, die Zusatzstromrichter sind im Störungsfalle geschützt, ein Kreisstrom wird vermieden, es wird Transformatoraufwand eingespart, Zweigströme werden verlustminimal geregelt und der Blindleistungsbedarf der Zusatzstromrichter kann gering gehalten werden.

Hierzu ! Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur richtungsgebunden,en Beeinflussung der Stromverteilung in einem Hochspannungs-Gleichstrom-Maschennetz mit einem eine Spannung in Zweigleitungen einspeisenden wechsel- bzw. drehstromseitig gespeisten ersten steuerbaren Zusatzstromrichter, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten steuerbaren Zusatzstromrichter (7) ein zweiter steuerbarer Zusatzstromrichter (71) antiparallel geschaltet ist und daß beiden ein Regelsystem (14-20) für den Polaritätswechsel und die Betragseinstellung der einzuspeisenden Spannung und/oder für «Jen Überlastschutz zugeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der antiparallel geschalteten Zusatzstromrichter (7,71) in eimer Richtung Strom führt, während der andere Zusatzstromrichter (7, 71), Kreisströme vermeidend, mittels einer Schalteinrichtung (18,181) und seiner Gitlersteuerung (17, 171) gesperrt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein stromführender Zusatzstromrichter (7, 71) durch den anderen Zusatzstromrichter (7, 71) mittels des Rej'elsystems (14-20) kurzschließbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Stromanütieg dildt erfassende Aufschaltung (21) zur Ansteuerung des nicht auf Durchfluß geschalteten Zusatzstromrichters vorgesehen ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß gegen Überstrombelastungen Überstromableiter zusätzlich parallel zu den Zusatzstromrichtern (7,71) gleichstromseitig vorgesehen sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung der Zusatzstromrichter (7, 71) über zusätzliche Sekundärwicklungen von Transformatoren der Hauptstromrichter in den Stationen (1, 2, 3) entsprechend dem höchsten Gleichspannungspotential vorgesehen ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung der Zusatzstromrichter (7, 71) über Transformatoren vorgesehen ist, die an die Sekundärwicklungen der Transformatoren der Hauptstromriditsr in den Stationen (1, 2, 3) entsprechend dem höchsten Gleichspannungspotential geschaltei: sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzstromrichter (7,71) in mehrere in Serie geschaltete Teilstromrichter in Brückenfolgesteueruing unterteilt sind.