DE2109763C3 - Einrichtung zur Spannungsregelung in Stromrichterstattonen einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage - Google Patents

Description

— ein Istwertglied (4) vorgesehen ist, das aus der Spannung (Ut) des an die Stromrichterstation angeschlossenen Wechselstromnetzes unter Berücksichtigung des Obersetzungsverhältnisses (0) des Stufentransformators (3) und eines Korrekturfakt&rs (k) für die jeweilige Schaltung des Stromricfturs (2) einen der ideellen Leerlaufgleichspannung (Uj) entsprechenden Wert bildet und diesen Wert als Regelgröße (U₁,) bereitstellt,

— ein Sollwertglied (5) vorgesehen ist, das einen der ideellen Leerlaufgleichspannung im Nennbetrieb (Udis) entsprechenden Wert als Führungsgröße (ίΛ,,,/) bereitstellt,

— ein Vergieichsglied vorgesehen ist, das die Regelabweichung zwischen Führungsfi/«,//)- und Regelgröße (U_n) bildet und

— die Vorstellung des Stufentransformators (3) in Abhängigkeit von dieser Regelabweichung vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch \, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße (U_5Oi) vom Sollwertglied (5) als lastunabhängiger, konstanter Wert vorgebbar ist, so daß sich bei Nennlast und Nennsteuerwinkel (tx_N) des als Gleichrichter betriebenen Stromrichters (2) bzw. Nennlast und Nennlöschwinkel (y,v) des als Wechselrichter betriebenen Stromrichters (2) unabhängig von Netzspannungsänderungen die Nenngleichspannung (U,in) ergibt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße (U_u,i) stromproportional vom Sollwertglied (5) so verstellbar ist, daß sich am gesamten Laslbereich unabhängig von Netzspannungsschwankungen bei dem Nennsteuerwinkel (xn) des als Gleichrichter betriebenen Stromrichters (2) bzw. dem Nennlöschwinkel (y,\) des als Wechselrichter betriebenen Stromrichters die Nenngleichspannung (Ujn) ergibt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sollwertglied (5) die Führungsgröße (U_t„u) in Abhängigkeit von der jeweiligen Verstellung des Stufentransformators (3) in dem Sinne verändert, daß die Höhe der eingestellten Gleichspannung hiervon abhängig ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die stromproportionale Verstellung der Fiihriingsgröße (U<„i!) durch das Sollwertglied (5) auf der Wechselrichter-Seite der Hochspannungs-Glcichstrom-Übertragungsanlage bei Löschwinkel-Regelung zum Konstanthalten der Leitungsspannung an einem bestimmten Punkt der Gleichslromübcrtragungsleitung nur die Differenz zwischen dem induktiven Gleichspannungsabfall und dem ohmschen Verlust einzugeben ist.

fi. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 5,

κι

dadurch gekennzeichnet, daß auf der Gleichrichter-Seite der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage eine überlagerte Steuerwinkel-Regelung vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Wechselrichterseite der Hochspannungs-Gleichstrom-Übf.T-tragungsanlage eine überlagerte Gleichspamnungsregelung vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet. daO sie nur auf der Gleichrichterseite der Hochspannungs-Gleichs,trom-ÜbertragungS:iniage vorgesehen ist und auf der Wechselrichterscite der Stufentransformator die Gleichspannung des Wechselrichters unmittelbar an den Wechselrichterklemmen oder an einem anderen Punkt der Leitung unabhängig von Netzspannungsund Laständerungen konstant halt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße (U_u,u) lastunabhängig vorzugeben ist und die gesamte Laständerung ohne Verstellung des Stufen transformator durch die Anschnittsteuerung des Gleichrichters erfolgt.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche ! bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der ideeilen Leerlaufgleichspannung die ihr proportionale stromrichterseitige Transformatorleerlaufspannung zur Bildung von Regel- und Führungsgröße herangezogen ist.

j-, Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Spannungsregelung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Eine solche Einrichtung ist aus der DE-OS 15 88 750 bekannt. Dort werden die Spannutig.skennlinien in den

in einzelnen Stromrichterstationen derart in ihrer Neigung eingestellt, daß sich ein gemeinsamer Arbeitspunkt ergibt. Dabei wird die Transformatorspannung so gev/ählt, daß der Steucrwinkcl für den im Gleichrichterbetneb arbeitenden Stromrichter konstant bleibt. Zu

η diesem Zweck wird die Stromrichter-Stationsgleichspannung als Regelgröße verwendet.

Als Führungsgröße könnte dabei eine konstante lastunabhängige Spannung von einem Sollwertgeber abgegeben werden, wie es aus der DE-AS 10 43 490 an

-,(ι sich für eine Regeleinrichtung bei einer Kraftübertragungsanlage mit hochgespanntem Gleichstrom bekannt

Durch die Verwendung der Stromrichter-Stationsgleichspannung als Regelgröße tritt bei vorübergehend

,ι auftretenden Netzspannungsänderungen eine gegenseitige Beeinflussung der Spannungsregelungen in den einzelnen Stromrichterstationen auf, was zu unnötigen Verstellungen der Stufentransformatoren und zu erhöhten Spannungsbeanspruchungen der Stromrichterventi-

w) Ie während des Schaltvorganges führt, Im Hinblick auf den Ventilaufwand, der durch die erhöhte Spannungsbeanspruchung der Ventile bedingt ist, ist zu fordern, daß die ideelle L.eerlaufgleichspannung bei langsamen Netzspannungsänderiingcn auf den Nennwert des

ι,-, ungestörten Retriebes begrenzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die eine allgemeine Beruhigung des Betriebes und eine

seltenere Bstätigung und damit geringere Beanspruchung der Lastschalter, über die die Stufentransformatoren verstellt werden, zur Folge hat und die unerwünschte Spannungszunahmen, die zu einer erhöhten Ventilbeanspruchung und demgemäß größerem Ventilaufwand führen, verhindert.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Dadurch, duB die Spannung der Stromrichterstation auf den Nennwert der ideellen Leerlaufgleichspannung geregelt wird, werden durch den Regelvorgang unnötige Verstellungen der Stufentransformatoren und Änderungen des Betriebszustandes in der anderen Stromrichterstation vermieden, weil nur die Zustandsände:rungen in der der Regeleinrichtung zugeordneten Stromrichterstation erfaßt werden. Diese Änderungen beziehen sich insbesondere auf die Spannung des an die Stromrichterstation angeschlossenen Wechselstromnetzes und die Spannungsabläufe im Stromrichter. Mit der Regeleinrichtung wird mithin eine allgemeine Beruhigung des Betriebes erreicht, und es werden unerwünschte Spannungszunahmen, die zu einer erhöhten Beanspruchung der Stromrichterventile und dementsprechend größerem Ventilaufwand führen, verhindert.

Die ideelle Leerlaufgleichspannung ist ein reiner Rechenwert, der als Regelgröße mittels des Istwertgüedes bzw. als Nennwert für die Führungsgröße durch das Sollwertglied erst gebildet werden muß. Das wird im Zug« der unten folgenden Zeichnungsbeschreibung noch näher erläutert werden. Die angegebene Erstellung der Regelgröße erfolgt zweckmäßigerweise unter Verwendung der Spannung des Wechselstromnetzes, da die stromrichterseitige Transformatorspannung, die sich als nächstliegende anbietet, einen unsteten Verlauf hat. Die Verwendung der Spannung des Wechselstromnetzes in der beanspruchten Form setzt ein starres Netz voraus. Sollte das Netz nicht starr sein, müssen die Spannungseinbrüche infolge der Kommutierung beim Stromrichter bei der Bildung der Regelgröße mit berücksichtigt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeiclhnungsfigur dargestellten AusfOhrungsbeispiels erläutert.

Die Zeichnungsfigur zeigt den Leistungsteil 1 und den Regelungsteil 6 einer Stromrichterstation, die sowohl als Gleichrichter als auch als Wechselrichter in einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage betrieben werden kann. Der Leistungsteil 1 weist einen steuerbaren Stromrichter 2 auf, der über einen verstellbaren Stufentransformator 3 an ein Wechselstromnetz ~ angeschlossen ist.

Im Regelungsteil 6 sind zur Spannungsregelung ein Istwertglied 4 und ein Sollwertglied 5 gezeigt. Die vom Istwertglied 4 abgegebene Regelgröße Um und die vom Sollwertglied 5 abgegebene Führungsgröße U_soii werden einem nicht näher bezeichneten Vergleichsglied zugeführt. Die dort gebildete Regelabweichung bewirkt über einen (ebenfalls nicht näher bezeichneten) Regelverstärker eine Verstellung des Stufentransformators 3.

Die Bildung der Führungsgiöße U,„u und der Regelgröße U_ls, wird nach folgenden Überlegungen vorgenommen:

Vernachlässigt man die bei Stromrichtern in HochspannungsGleichMrom-Ubertragungsarilagen relativ geringen ohmschen Spannungsabfälle, so ergibt sich die Nennglebhspannung Um einer Gleichrichter-Brückenschaltung aus der ideellen Leerlaufgleichspannung im Nennbetrieb U^s, dem Nennsteuerwinkel «κ und dem induktiven Gleichspannungsabfall D₁* im Nennbetrieb durch die Reaktanzen im Kommutierungskreis des Stromrichters 2 zu:

X COS X_n - /),_s

LOS X ,

Da, wie mit einem Kondensator und einer Induktivität ι > angedeutet, am Wechselstromnetz Filterkreise angeschlossen sind, handelt es sich praktisch nur um Reaktanzen des Stufentransformators 3 und des Stromrichters 2.

Der Wert Uj,\ (ideelle Lcerlaufgleichspannung im Jn Nennbetrieb) wird im Sollwertglied s entsprechend der Gleichung (1) gebildet und als HünrungsgröUe IK...; abgegeben.

Die tatsächliche ideelle Leerlaufgleichspannung U,,, ergibt sich aus der Spannung Ui. des Wechselstromnetji zes miM.ipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis ü des Stufentransformator 3 und einem konstanten Kürrekturfaktor k für die jeweilige Schaltung des Stromrichters 2 zu

I·',,,· = k χ U₁ χ ii (2)

in " '-

Der Wert Uu, (tatsächliche Leerlaufgleichspannung) wird im Istwertglied 4 entsprechend der Gleichung (2) gebildet und als Regelgröße U_m abgegeben.

r, Da in Gleichung (1) die Nennwerte eingesetzt sind, ist die Führungsgröße ίΛ,,;/ konstant. Mittels der Regelabweichung von dieser Führungsgröße wird der über Lastschalter verstellbare Stufentransformator 3 so eingestellt, daß unabhängig von Netzspannungsände-

w rungen bei Nennlast mit dem Nennsteuerwinkel i_N die N<_nngleichspannung Uj\erreicht wird.

Da der induktive Gleichspannungsabfall von der Stufenstdlung des Stufentransformator 3 abhängt, ist es von Vorteil, diesen Einfluß bei der Bildung der

4-, Führungsgröße L/,,,;/ durch das Sollwertglied 5 nach Gleichung (1) zu berücksichtigen, indem der zweite Summand in dieser Gleichung entsprechend abhängig vom Übersetzungsverhältnis ü des Stufentransformators 3 verändert wird.

-,ti Bei dieser Vorgabe der Führungsgröße ίΛ,,// werden Laständerungen nicht ausgeregelt, d. h. z. B. bei einem Gleichstrom Ij durch die übertragungsleitung, der kleiriir als der Nenngleichstrom /j,v ist (lj< /_l/s), ist der Steuerwinkel α größer als der Nennsteuerwinkel

>■> (Xh((*>&,\i) bei jiner Gleichspannung £.',, am als Gleichrichter betriebenen Stromrichter 2, die der (konstanten) Nenngleichspannung ίΛ/,ν entspricht (Ud = UjN = konst). Somit wird der gesamte Bereich der Laständerung allein mittels der Gittersteuerung des

w) als Gleichrichter betriebenen Stromrichters ohne Verstellung des Stufentransformators bei spani.uugsbestimmender, im Wechselrichterbetrieb arbeitender Stromrichterstation am anderen Ende der Übertragungsleitung durchfahren. Zwar wird bei der Regelung

hi auf konstante Führungsgröße die erforderliche Blindleistung bei Teillast etwas größer als bei der bekannten Steuerwinkel-Regelung, dennoch fällt diesel Punkt nicht ins Gewicht, da die Blindleistung für den Nennbetrieb

Im rcit/iistellcii ist. Fin im lieblicher Vm teil dei l.innrh iiinj· niii'li der l'rfiiidung ist d.igcgcn — wie bereils enviilml - darm zu sehen, daß es hei Lastcrliöliiingcn nit hl zu einer Änderung dei lielriebsweise hcidei Stationen clinch Iingiiff der Stromregelung des als Wccliseliiclilei arbeitenden Slromriclilers kommt. Reicht nämlich die geringe Sp.innungsrcserve des Gleichrichter vmn Nennslenerwinkel \\ his /um Stellet v> inki'l λ - 0 nicht zur Stromcihöhiiiig it us. sei kcinint bei den bisher bekannten Anordnungen die Slminrcgcliinj! des Wechselrichters /um Eingriff, bis iibei die Sleiierwinkcl-Regelung durch Verstellung des Sliilenttiinslomiators des Gleichrichters die Spannung entsprechend erhöht worden ist und der Gleichrichter wieder die .Sliomregelimg übernimm. Die Einrichtung nach der Erfindung verhindert diese unnötigen Verstellungen der Stufenlransfnrmatoren. Der Kingriff der Stromregelung des Wechselrichters findet nicht statt. Hierdurch ist eine wesentliche Beruhigung des Betriebes gegeben

Anstelle der bisher beschriebenen lastunabhängigen Voigabe der I'iilirungsgröDe für die Spannung ist der l.astcinfluU durch Aufschaltung eines Faktors für den lastabhängigen induktiven Glcichspannungsabfall wahrzunehmen. Das ist dadurch zu erreichen, daß das Sollwcrtglied 5 bei der Hildung des zweiten Summanden gemäß Gleichung (I) einen zusätzlichen Faktor entsprechend dem Verhältnis des Gleichstromes /,, durch die übertragungsleitung zum Nennglcichstroni

berücksichtigt, Es. wird dann bei allen Netzspannungsänderungen und allen Belastungen die Nenngleichspan nung (/,/sbeim NennstcuerwinkeliVv erreicht.

Obwohl bei der [einrichtung nach der Erfindung (ine Sleucrwinkel-Re.eclung entfällt, ist es dennoch möglich, in erweiterung der Einrichtung eine zu&ätzlii lir Überwachung und ggf. langsame Korrcktui der Regelung auf die ideelle Leerlauf.zlciehspannung durch

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l'.iiiricliiiing nach der l'rfindiing mit liistiiiiiibhiingige I iihrungsgrölie zu einer Vei ringet iing der Hlimllcistuni bei Teilliist.

Die /uniichst beispielsweise füi den I insal/ Hilf de Gleicht ichleiseile einet I luchspiinnungvGlciclistiom IJberlragiingsanlage besclnielMTie Finrichlung niicli de FiTindung kiiiin grundsätzlich mich für die Wechsel richtcrseite verwendet weiden. Im I alle der liisiuiKib hängigen Vorgabe der FühriingsgröOc wird dam ebenfalls iinabliängig von Ncl/spanniingsändeiungei bei Nennlast mit dem Nenn I.öschwinkcl ;\ du Ncnnglcichspanniing U,<\ erreicht. Hei Teillast steif wegen des konstanten Löschwinkcls γ ^ ;·\ -■ koiisi die Wechselrichter-Gegcnspanniing an ι Im Jic-ei unerwünschten Ilffckt zu beseitigen, muß man auch hiei wie auf der Gleichrichter-Seite den l.aMcinflul berücksichtigen.

i'alls die Gleichspannung nicht an den Klemmen de¹ ais Wechselrichter arueiienueii Siromrichieis mimucii an einer anderen Stelle der Leitung, z. H. an Leitungsanfang auf der Gleichrichter-Seite konstan gehallen werden soll, ist vom induktiven Glcichspan nungsabfall D.w bei Nennbetrieb der entsprechend! ohmschc Spannungsabfall der Übertragungsleitung zt subtrahieren. Fine Begrenzung des I^öschwinkels be der Stromregelung des Wechselrichter entfällt, d; erfindungsgemäß langsame Nctzspaiinungsschwankun gen des Si. Umrichters 2 durch die jeu eilige Spannungs regelung in den Stromrichtcrslationen abgefangci weiden. Fine vorübergehende [erhöhung der Wechsel tichter-Blindleistung bei einem plüizlichen Übergang auf Stromregelung des WechscIiiL-hters kann jedocl auch mi", der Einrichtung nach der Erfindung ebenso wi( bei den bekannten Verfahren der Ixischwinkel-Begren zung wegen der verhältnismäßig langsamen Verstell möglichkeiten der Stufentiansformatoren nicht verhin dert werden.

Ebenso wie auf drr Gleichrichter-Seite ist auch beirr Wechselrichter eine zusätzliche Überwachung unc gegebenenfalls langsame Korrektur der Spannungsrc gelung möglich, und zwar durch F.rfassen der Abwei rhiinp rirr Wrchsr-Irichtpr-Gpppn^nanniinu vnm NJpnn

winkcls vi)in Nennwert vorzunehmen. Das führt bei der wert.

Ilici/u I Blatt Zeichnuiiücn

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Spannungsregelung in Stromrichterstationen, die in einer Hochspannungs-Gleichstrom-Obertragungsanlage jeweils über einen verstellbaren Stufentransformator mit einem Wechselstromnetz verbunden sind, wobei jede Stromrichterstation eine Spannungs-Istwerterfassung aufweist und die Abweichung des Istwerts von einem durch ein Sollwertglied bereitgestellten Spannungs-Sollwert Grundlage der Spannungsregelung ist, dadurch gekennzeichnet, daß