DE2405150A1

DE2405150A1 - Hochspannungsgleichstromuebertragungsanlage

Info

Publication number: DE2405150A1
Application number: DE19742405150
Authority: DE
Inventors: Bertil Dipl Ing Hammarlund; Lars-Erik Dipl Ing Juhlin
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1973-02-14
Filing date: 1974-02-04
Publication date: 1974-08-22
Also published as: JPS49112140A; DE2405150C3; CA1017793A; FR2217842A1; US3883790A; CH564868A5; JPS5849087B2; FR2217842B1; GB1452698A; DE2405150B2; SE370596B; SU587888A3

Description

Hochspnnnungssleichstromübertrazungsanlage Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage (HGÜ-Anlage) der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art. Die Parallelschaltung von Stromrichtern in den Stationen ist vor allem durch den Wunsch nach hohen Nennleistungen bestimmt.
Beim Betrieb einer HGÜ-Anlage hat man eine übergeordnete Stromregelung, welche Strombefehle derart an die Stromrichterstationen gibt, daß der Strombefehl der Gleichrichterseite den der Wechselrichterseite mit einem bestimmten Wert, dem sogenannten Strommarginal, übersteigt, um in der Anlage einen stabilen Betrieb zu erhalten. Wenn die einzelne Station mehrere parallelgeschaltete Stromrichter umfaßt, muß es in jeder Station Anordnungen für die Aufteilung der Strombefehle der Station geben, damit sich die Belastung gleichmäßig über die Stromrichter verteilt.
Wenn in einem Stromrichter einer Station der Betrieb zusammenbricht, so stellt dies normalerweise eine Störung der Übertragung dar, und der Charakter dieser Störung hängt davon ab, ob die Station mit dem ausgefallenen Stromrichter als Gleich- oder Wechselrichterstation arbeitet.
Wenn ein Stromrichter in einer Wechselrichterstation ausfällt, so fährt die Gleichrichterstation fort, entsprechend den normalen Steuerprinzipien Strom gemäß ihrem Befehl zu liefern, während der weiterarbeitende Stromrichter in der Wechselrichterstation diesen Strom allein aufnehmen muß. Dies kann zu einer Uberlastung dieses Wechselrichters führen.
Fällt in einer Gleichrichterstation ein Stromrichter aus, so wird der Stromrichter der Wechselrichterstation seinen Steuerwinkel und damit seine innere Gleichspannung verkleinern, um die Forderungen des Strombefehls zu erfüllen. Um den Gleichstrom auf den für einen Glechrichter festgestellten zu begrenzen, wird der verbliebene Gleichrichter seine innere Gleichspannung durch die Erhöhung seines Steuerwinkels verkleinern mit dem Ergebnis, daß sowohl die übertragungsgleichspannung als auch der Gleichstrom auf Null sinken.
Unter normalen Verhältnissen werden solche Folgen vermieden, indem der übergeordneten Stromregelung über Telekommunikation Signale zugeführt werden, u.a. über den Zustand der Stromrichter, so daß beim Ausfall eines Stromrichters in einer Station der übergeordnete Strombefehl auf den für den oder die verbliebenen Stromrichter zulässigen Wert reduziert werden kann.
Sollte jedoch die Telekommunikationsanlage fehlerhaft sein, so ist ein solcher Eingriff in die übergeordnete Steuerung nicht möglich. Der Ausfall eines Stromrichters in der Gleichrichterstation hat - wie oben ausgeführt - zur Folge, daß die Wechselrichterstation ihren Steuerwinkel und damit ihre innere Gleichspannung zur Erhöhung des Gesamtstromes der Station reduziert, und daß der verbliebene Gleichrichter sich gegen eine Uberlastung wehrt, indem er seine Gleichspannung reduziert, so daß Spannung und Strom der Ubertragungsanlage auf Null sinken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte HGU-Anlage derart weiter zu entwickeln, daß bei einem Ausfall der Telekommunikation jede Station imstande ist, selbst festzustellen, was geschehen ist und sich entsprechend zu verhalten.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine HGÜ-Anlage der eingangs genannten Art vorgeschlagen, welche die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist. Es wird also in der Wechselrichterstation der Ausfall der Spannung und des Stromes erfaßt und damit ein Signal zur Reduzierung des Strombefehls für die ganze Station auf einen Wert gegeben, der dem Strombefehl für einen Stromrichter entspricht, d.h. Strombefehl für den verbliebenen Gleichrichter mit Abzug für das Strommarginal.
Der Ausfall eines Stromrichters in der Wechselrichterstation wird von der Gleichrichterstation nicht ohne weiteres erkannt. Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, daß bei einem solchen Ausfall der verbliebene Wechselrichter seine innere Gleichspannung auf Null reduziert, beispielsweise durch Reduzierung des Steuerwinkels auf ungefähr 900, wobei dessen innere Gleichspannung auf ungefähr Null sinkt.
Dies führt zu einer Zunahme des Gleichstroms, weshalb die Gleichrichterstation ihre Gleichspannung gleichermaßen reduziert, d.h.
auch auf ungefähr Null. Damit erhält man in der Gleichrichterstation dieselbe Anzeige wie in der Wechselrichterstation, und die Maßnahme ist die gleiche, nämlich Herabsetzung des Strombefehls in der fehlerfreien Station auf den für den verbliebenen Stromrichter in der anderen Station zulässigen Wert.
Der Spannungsfall, genauer gesagt Spannungsausfall, der die Folge eines Ausfalls eines Stromrichters in einer Station ist und der gemäß der Erfindung zur Herabsetzung des Strombefehls ausgenutzt wird, so daß der Betrieb zumindest teilweise aufrechtgehalten werden kann, ist nicht ohne weiteres vom Spannungsausfall aufgrund anderer Störungen zu unterscheiden. Dies gilt vor allem für Leitungsfehler auf der Gleichstromleitung und Störungen in den an die Stromrichterstationen angeschlossenen Wechselstromnetzen. Derartige Spannungsausfälle werden daher vom Leitungsschutz der Stationen als Leitungsfehler schlechthin aufgefaßt.
Die Maßnahmen gemäß der Erfindung werden daher mit dem Leitung schutz der Stationen koordiniert, so daß die tatsächliche Natur des Fehlers durch eine Zusammenarbeit zwischen diesen verschiedenen Schutzeinrichtungen festgestellt werden kann.
Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigen Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer HGU-Anlage, Fig. 2 eine Stromrichterstation einer Ubertragungsanlage nach Fig. 1 mit einem Regelsystem gemäß der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine HGÜ-Anlage mit zwei Stromrichterstationen, und zwar einer Gleichrichterstation LR und einer Wechselrichterstation VR. Jede Station umfaßt zwei parallelgeschaltete Stromrichter LR1 und LR2 bzw. VRI und VR2. Die Gleichstromseiten der Stationen sind über eine Gleichstromleitung verbunden, und jede Station ist an ihr eigenes Wechselstromnetz V angeschlossen. Weiter ist der eine Pol der Stationen über individuelle Induktivitäten R für die Stromrichter geerdet. Jede Station ist mit einem Stromregelsystem S versehen, und diese zwei Regel systeme sind über eine Telekommunikationsleitung, angedeutet durch Antennen T auf den Regelsystemen, zusammengekuppelt.
Fig. 2 zeigt ausführlicher, wie eine Stromrichterstation nach Fig. 1 aufgebaut ist. Fig. 2 paßt sowohl für die Gleich- als auch für die Wechselrichterstation entsprechend Fig. 1, da es üblich ist, daß die Stationen derart aufgebaut sind, daß sie im Interesse einer hohen Leistungsreserve ihre Rollen vertauschen können. Dabei ist die Funktion bestimmter Bauelemente davon abhängig, ob die zugehörige Station als Gleich- oder Wechselrichter arbeitet. Dies wird im folgenden näher erläutert: Wie bereits erwähnt, hat jede Station zwei im Verhältnis zueinander und im Verhältnis zum Gleichstromleiter L parallel liegende Stromrichter 1 und 2, sowie in Reihe mit jedem Stromrichter geschaltete Induktivitäten R. Für die gesamte Übertragung ist ein übergeordnetes Steuersystem 9 vorhanden, das an beide Stationen stromsteuernde Befehle gibt in Abhängigkeit der Anforderungen, die an die übertragene Leistung oder eine andere Ubertragungsgröße gestellt werden. Das übergeordnete Steuersystem 9 kann entweder - wie in Fig. 2 durch die gestrichelte Verbindungslinie angedeutet - in einer der beiden Stationen oder an einer dritten Stelle angeordnet sein. Mindestens eine der Stationen erhält also ihren stromsteuernden Befehl über die Telekommunikationsleitung, symbolisiert durch die Antenne T.
Der stromsteuernde Befehl vom Steuersystem 9 geht auf einen Empfänger 8, zu welchem in der Wechselrichterstation unter anderem eine Anordnung gehört, um vom stromsteuernden Befehl eine dem Strommarginal entsprechende bestimmte Größe zu subtrahieren.
Der stromsteuernde Befehl und das Strommarginal sind normal er weise gleichartige elektrische Größen, und das Strommarginal ist in der Regel ein fester Betrag, der mittels eines Schaltorgans in der Wechselrichterstation eingeschaltet wird, wahrend das Marginal in der Station, die als Gleichrichter arbeitet, ausgeschaltet ist.
Der Empfänger 8 verteilt den erhaltenen stromsteuernden Befehl, eventuell nach Abzug für das Strommarginal, an die Stromregler 6 und 7 für die Stromrichter 1 und 2, die dann vorzugsweise gleich große stromsteuernde Befehle erhalten, die der Hälfte des Gesamtbefehls an die Station entsprechen. Diesen Stromreglern wird außerdem der Istwert des Stromes in dem betreffenden Stromrichter zugeführt, und zwar über einen ersten Eingang 31 bzw.
41 von Strommessern, beispielsweise den Transduktoren 3 bzw. 4.
Die Regler 6 und 7 steuern dabei die Stromrichter 1 und 2, zum Beispiel entsprechend der DS-PS 970 623. Um auch bei einem Ausfall der Telekommunikationsleitung die Leistungsübertragung zwischen den Stationen fortsetzen zu können, wird der stromsteuernde Befehl vorzugsweise in den Empfängern 8 beider Stationen gespeichert und nur auf Befehl von dem übergeordneten Steuersystem 9 geändert. Die Steuerung der Übertragung kann z.B. in der in der DS-PS 1 043 489 beschriebenen Weise erfolgen.
Jede Station ist ferner mit einem Leitungsschutz 10 ausgerüstet, der an einem Spannungsteiler 5 die Übertragungsspannung auf der Leitung abtastet. Ein solcher Leitungsschutz kann entsprechend dem deutschen Patent 1 052 534 aufgebaut sein, was bedeutet, daß er die Spannungasenkung auf der Leitung abtastet, die die Stromregelung der Stromrichter als Folge eines Leitungsfehlers verursacht, wobei die Stromregelung 6-8 der Stromrichter über die Verbindung 101 vom Leitungsschutz auf Nullstrom heruntergesteuert wird. Eventuell kann der Leitungsschutz mit Anordnungen zur Wiedereinschaltung nach einem der deutschen Patente 1 231 791 oder 1 538 282 versehen werden, was eine bestimmte Anzahl von Wiedereinschaltungsversuchen und danach ein Signal für besondere Maßnahmen mit sich führt. Ein solches Signal kann über einen besonderen Ausgang 102 vom Leitungsschutz geliefert werden, wie später erklärt werden wird.
Die Erfindung bezweckt eine Sicherung der Energieübertragung bei Ausfall der Telekommunikationsleitung, auch wenn Störungen in Form des Ausfalls eines Stromrichters in einer Station eintreten.
Wenn einer der Stromrichter 1 oder 2 in der Gleichrichterstation ausfällt, wird der andere Stromrichter den Betrieb gemäß seinem eigenen stromsteuernden Befehl fortsetzen, d.h. mit der Hälfte des für die Übertragung eingestellten Stroms. Die zwei Stromrichter der Wechselrichterstation bekommen dabei beide nur halben Strom, was zur Folge hat, daß die Stromregelung die innere Gleichspannung des Wechselrichters senkt. Dies geht solange weiter, bis die untere Steuerwinkelgrenze im Wechselrichter, meistens auf ungefähr 900 eingestellt, und damit nahezu die Spannung Null auf der Leitung L erreicht wird.
Diese niedrige Leitungsspannung wird von einem spannungsabtastenden Glied 11 abgetastet, an dessen Eingangsseite auch ein Summierungsglied 12 angeschlossen ist, das den Unterschied zwischen den gesamten stromsteuernden Befehlen am in Fig. 2 linken Eingang des Empfängers 8 der Station und dem Iststrom anzeigt. Der Iststrom wird von dem Summierungsglied 13 geliefert, das an die Transduktoren 3 und 4 angeschlossen ist. Dadurch, daß das Glied 11 eine sehr niedrige Leitungsspannung mißt und daß eine große Abweichung zwischen dem Sollwert und Istwert des Stromes in der Wechselrichterstation besteht, wird erkannt, daß die Gleichrichterstation nicht das zu liefern vermag, wofür die Wechselrichterstation eingestellt ist. Das Glied 11 gibt daher in der Wechselrichterstation ein Signal an den Empfänger ab zwecks Herabsetzung des stromsteuernden Befehls in dieser Station auf den halben Wert.
Auch der Leitungsschutz 10 wird in den beiden Stationen infolge der niedrigen Leitungsspannung reagieren. Dies spielt in der Wechselrichterstation keine größere Rolle, da dort der Eingriff des Leitungsschutzes recht unbedeutend ist. In der Gleichrichterstation, wo man bereits eine Anzeige über die Art des Fehlers hat, ist ein Eingriff vom Leitungsschutz mit wiederholten Ein- und Ausschaltungen unnötig störend.
Aus diesem Grunde können die Transduktoren 3 und 4 mit einem zusätzlichen Ausgang 32 bzw. 42 versehen sein, der ein Signal gibt, wenn der Strom im zugehörigen Stromrichter Null wird. Dadurch wird angezeigt, daß dieser Stromrichter ausgefallen ist. Mit Hilfe dieses Signals wird eine Schaltvorrichtung 103, das über die Leitung 101 an den Empfänger 8 angeschlossen ist, vorübergehend blockiert, so daß der Leitungsschutz 10 in der Gleichrichterstation solange ausgeschaltet ist, wie die Wechselrichterstation zur Änderung ihres stromsteuernden Befehls benötigt. Die Glieder 32 und 42 können - statt an die Transduktoren 3 und 4 - auch in anderer Weise angeschlossen werden, beispielsweise an den Stromregler 6 und 7, um einen Ausfall eines Stromrichters anzuzeigen.
Wenn in der Wechselrichterstation ein Stromrichter ausfällt, wird der andere Stromrichter dieser Station mit dem gesamten Strom der Gleichrichterstation belastet, was zu einer Überlastung dieses Stromrichters führen kann. In der Gleichrichterstation wird dies solange nicht bemerkt, wie der überlastete Stromrichter in der Wechselrichterstation weiterarbeitet.
Um trotz der mangelnden Telekommunikation zwischen den Stationen signalisieren zu können, wird das Signal, das von dem Glied 32 bzw. 42 des ausgefallenen Wechselrichters geliefert wird, dem Stromregler 7 bzw. 6 des weiterarbeitenden Wechselrichters zugeführt und bewirkt, daß die innere Gleichspannung des Wechselrichters auf etwa Null heruntergesteuert wird. Bei einem Regelsystem nach dem bereits erwähnten deutschen Patent 970 613 kann die Heruntersteuerung in der Weise geschehen, daß man in der Anordnung zur Begrenzung des Steuerwinkels $ auf den Wert gmax den Wert von das auf 900 reduziert. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß das von dem Glied 32 bzw. 42 gelieferte Signal den stromsteuernden Befehl des Stromreglers 7 bzw. 6 kräftig erhöht.
In beiden Fällen ergibt sich ein schneller Spannungsabfall auf der Gleichstromleitung L, die von dem spannungsabtastenden Glied 11 abgetastet wird.
In einer Gleichrichterstation bekommt man dagegen kein direktes Stromfehlersignal vom Glied 11, wie es in der oben beschriebenen fehlerfreien Wechselrichterstation der Fall ist. Es spricht jedoch der Leitungsschutz 10 an, und man koordiniert in diesen Fall zweckmäßigerweise das Glied 11 mit dem Leitungsschutz 10 üb.r die Verbindung 102.
Dies bedeutet, daß der Leitungsschutz 10 zunächst eine Anzahl Aus- und Einschaltungen bewirken muß, bevor er ein Signal an das Glied 11 gibt, das dann den stromsteuernden Befehl im Empfänger 8 auf den für einen Stromrichter zulässigen Wert herabsetzt.
Wenn dabei der von den Gliedern 10 und 11 angenommene Fall zutrifft, d.h. die Spannungssenkung auf dem Ausfall eines Wechselrichters beruht, wird die Energieübertragung mit reduzierter Leistung fortgesetzt.
Es ist berechtigt, den Leitungsschutz, in der Annahme daß es sich um einen Leitungsfehler handelt, zuerst reagieren zu lassen, denn die Wahrscheinlichkeit eines Leitungsfehlers ist bedeutend größer als die Wahrscheinlichkeit des Ausfalls eines Stromrichters.
Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die zufällige Heruntersteuerung eines verbliebenen Wechselrichters nur dann notwendig ist, wenn der gesamte stromsteuernde Befehl für die Übertragung einem Wert entspricht, der den zulässigen Strom für einen Stromrichter übersteigt. Die Beeinflussung eines Stromreglers 6 bzw. 7 durch das Glied 42 bzw. 32 erfolgt daher vorzugsweise stromabhängig.
Die Störung beim Ausfall eines Gleichrichters kann ferner begrenzt werden, wenn man eine Anzeige über den Ausfall der Telekommunikationsleitung hat, wobei das Strommarginal in der Wechselrichterstation zunimmt. Wenn dabei das Strommarginal auf ungefähr die Hälfte des totalen Strombefehls erhöht wird, wird der Strombefehl der Wechselrichterstation bei Ausfall eines Gleichrichters den von dem verbliebenen Gleichrichter gelieferten Strom unterschreiten, wobei keine weiteren Maßnahmen erforderlich sind. Hierbei erfolgt also keine Herabsetzung der Leitungsspannung der Wechselrichterseite, und weder das Glied 11 noch das Glied 12 spricht an.

Claims

Patentansortiche:

< ochapannungsgleichstromübertragungsanlage mit einer Gleichstromleitung und daran angeschlossenen, mit ihren Wechselstromnetzen verbundenen Stromrichterstationen, von denen jede mindestens zwei parallel arbeitende Stromrichter und ein Stromregelsystem hat, welches letztere sowohl den gesamten Strom der Station als auch den Strom jedes einzelnen Stromrichters gemäß eines gegebenen Strombefehls einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Station mit einem Glied (11) zur Messung von Strom und/oder Spannung auf der Gleichstromleitung versehen ist, welches derart an das Stromregelsystem der Station angeschlossen ist, daß bei plötzlichen Störungen in dem gemessenen Strom und/oder der gemessenen Spannung der gegebene Strombefehl der Station reduzierbar ist, und daß die als Wechselrichter arbeitende Station mit einer Anordnung (32, 42) versehen ist, die beim Ausfall des einen Wechselrichters der Station die innere Gleichspannung des anderen Wechselrichters vorübergehend auf ungefähr Null herabsetzt.
2. HGtJ-Anlage nach Anspruch 1 mit einem Leitungsschutz, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Leitungsschutz (10) in der Gleichrichterstation (LR) bei Ausfall eines Gleichrichters in der Station so lange ausgeschaltet wird, wie die Wechselrichterstation (VR) benötigt, um ihren Strombefehl zu ändern.
3. HG0-Anlage nach Anspruch 1 mit einem Leitungsschutz, der bei Feststellung eines Leitungsfehlers eine Anzahl von Aus- und Einschaltversuchen veranlaßt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gleichrichterstation (LR) der Strombefehl des Stromregelsystems (8) erst nach einer Anzahl von Aus- und Einschaltversuchen durch den Leitungsschutz reduziert wird.
4. HGU-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wechselrichterstation (VR) die genannte Anordnung (32, 42) für vorübergehende Heruntersteuerung des einen oder der mehreren fehlerfreien Wechselrichter nur dann aktiviert wird, wenn der Gesamtstrom der Station den für den/die verbliebenen Stromrichter zulässigen Strom übersteigt.
5. HGU-Anlage nach Anspruch 4 mit einer Telekommunikationsleitung zwischen den Stromregelsystemen der Stationen, dadurch gokennzeichnet, daß bei Ausfall der Telekommunikationsleitung (T) das auf der Wechselrichterseite eingestellte Strommarginal erhöht wird.
6. HGU-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall eines Stromrichters in einer Gleichrichterstation (LR) der Strombefehl des verbliebenen Stromrichters auf den für diesen zulässigen Strom ansteigt.
7. HGtJ-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingestellte Strombefehl in genanntem Fall auf den für den oder die verbliebenen Stromrichter maximal zulässigen Wert reduziert wird.