DE2405150C3

DE2405150C3 - Schutzeinrichtung für eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage

Info

Publication number: DE2405150C3
Application number: DE2405150A
Authority: DE
Inventors: Bertil Dipl.-Ing. Hammarlund; Lars-Erik Dipl-Ing. Ludvika Juhlin
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1973-02-14
Filing date: 1974-02-04
Publication date: 1983-12-22
Also published as: JPS49112140A; CA1017793A; FR2217842A1; US3883790A; CH564868A5; JPS5849087B2; FR2217842B1; GB1452698A; DE2405150B2; SE370596B; DE2405150A1; SU587888A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung für eine_ Hochspannungsgleichstromübertrdgungsanlage (HGÜ-Anlage) gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Anlage ist bekannt aus der DE-OS 21 01 081. Die Parallelschaltung von Stromrichtern hi 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 Stromrichterstationgn 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, um es in jeder Station Anordnungen für die Aufteilung der Strombefehle der Station geben, damit sich die Belastung gleichmäßig über die Stromrichter verteilt Mit der Erreichung einer solchen gleichmäßigen Belastungsverteilung auf die einzelnen Stromrichter befaßt sich die obengenannte DE-OS 21 01 081.

Wenn in einem Stromrichter einer Station der Betrieb zusammenbricht, so stell: 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 Überlastung dieses Wechselrichters führen.

Fällt in einer Gleichrichterstation ein Stromrichter •ms, 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 Gleichrichter festgelegten zu begrenzen, wird der verbliebene Gleichrichter seine innere Gleichspannung durch die Erhöhung seines Sieuerwinkels verkleinern mit dem Ergebnis, daß sowohl die Übertragungsgleichspannung als auch der Gleichstrom auf Null sinken.

Unter normalen Verhältnissen werden solche Folgen vermieden, indem der Obergeordneten 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. ·-..-, λ ; :

Sollte jedoch die f elekommunikationsaiilage fefilerhaft sein, so ist ein solcher Eingriff in die übergeordnete: Steuerung nicht möglich. Der Ausfall eines Stromrichters in der Gleichrichterstation hat — wie pben ausgeführt — zur Folge, daß die Wechseirichterstaäpn ihren Steuerwinkel und damit ihre innere Gleichspannung zur Erhöhung des Gesamtstromes der Station reduziert, und daß der verbliebene Gleichrichter sich gegen eine Überlastung .wehrt, indem er seine ίο Gleichspannung reduziert, so daß Spannung und Strom der Übertragiingsänlage auf Null sinken.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art bei gleichzeitigem Ausfall der Telekommunikationsverbindung und: eines der parallel arbeitenden Stromrichter gegen Ausfall der noch arbeitsfähigen, verbleibenden parallelen Stromrichter infolge Überlastung in der Wechselrichterstation bzw. Heruntersteuerung in der Gleichrichterstation zu schützen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Schutzeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

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. dem Strombefehl für den verbliebenen Gleichrichter mit Abzug für das StrommarginaL

Da der Ausfall eines Stromrichters in der Wechselrichterstation von der Gleichrichterstation nicht ohne weiteres erkannt wird, wird bei einem solchen Ausfall des einen Wechselrichters die innere Gleichspannung des verbliebepen Wechselrichters auf Null reduziert, beispielsweise durch Reduzierung des Steuerwinkels auf ungefähr 90°, 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 pyf ungefähr Null. Damit erhält man in der Gleichrichterstation dieselbe Anzeige wie in der Wechselrichterstation, und die Maßnahme ist die gleiche, nämlich Herabsetzung des Strcmbefehls in der fehlerfreien Station auf den für den verbliebenen Stromrichter in der anderen Station so zulässigen Wert

Der Spannungsabfall, 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 aufrechterhalten werden kann, ist nicht ohne weiteres vom Spannungsausfall aufgrund anderer Strömungen zu unterscheiden. Dies gilt vor allem für Leitungsfehler auf der Gleichstromlleitung und Störungen in den an die Stromrichterstatiorien angeschlossenen Wechselstromnetzen. Derartige Spnnnungsausfälle werden daher vom Leitungsschutz der Stationen als Leitungsfehler schlechthin aufgefaßt. Die Maßnahmen gemäß der Erfindung werden daher mit dem Leitungsschutz dir Stationen koordiniert, so daß ei 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 zeigt ■

F Ig: 1 das Prinzipschaltbild einer HGÜ-Anlage, - Fig.2 eine Stromrichterstation einer Übertragungsanlage 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 LR 2 bzw. VRl und VR 2. Die Gleichstromseiten der Stationen sind über eine Gleichstromleitung L 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 Regelsysteme sind über eine Telekommunikationsleitung T-T angedeutet-durch Antennen Tauf den Regelsystemen, zusammengekuppelt

Fig.2 zeigt ausführlicher, wie eine Stramrichterstation nach F i g. 1 aufgebaut ist F i g. 2 paßt sowohl für die Gleich- als auch für die Wechselrichterstation entsprechend Fig. 1, da es üblich ist, daß die Stationen derart angebaut sind, daß sie im Interesse einer hohen Leistungsreserve ihre Rolle 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 zur Gleichstromleitung 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 zu übertragende Lektung oder eine andere Übertragungsgröße gestellt werden. Das übergeordnete Steuersystem 9 kann entweder — wie in F i g. 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 T-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 normalerweise gleichartige elektrische Größen, und das Stromüiarginal ist in der Regel ein fester Betrag, der mittels eines Schaltorgans in der Wechselirichterstation eingeschaltet wird, wihrend 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 Stromregler 6 und 7 steuern dabei die Stromrichter 1 und 2. Um auch bei einem Ausfall der Telekommunika-

tionsleitung die Leistungsübertragung zwischen den Stationen fortsetzen zu körnen, wird der stromsteuernde Befehl vorzugsweise in den Empfängern 8 beider Stationen gespeichert und nur auf Befehl von dem übergeordneten Steuersystem 9 geändert. Die Steue- ■■> rung der Übertragung erfolgt in bekannter Weise.

Jede Station ist ferner mit einem Leitungsschutz 10 ausgerüstet, der an einem Spannungsteiler S die Übertragungsspannung auf der Leitung abtastet. Ein solcher Leitungsschutz, der in bekannter Art aufgebaut ist, arbeitet in der Weise, daß er die Spannungsabsenkung auf der Leitung abtastet, die die Stromregelung der Stromrichter als Folge eines Leitungsfehlers verursacht, wobei die Stromregelung 6 bis 8 der Stromrichter über die Leitung 101 vom Leitungsschutz r> auf Nullstrom heruntergesteuert wird. Eventuell kann der Leitungsschutz mit bekannten Anordnungen zur Wiedereinschaltung versehen werden, was eine bestimmte Anzahl von Wiedereinschaltversuchen und danach ein Signal für besondere Maßnahmen mit sich führt. Ein solches Signal kann über einen besonderen Ausgang über die Leitung 102 vom Leitungsschutz geliefert werden, wie später erklärt werden wird.

Die Erfindung bezweckt eine Sicherung der Energieübertragung bei Ausfall der Telekommunikationslei- ϋϊ tung, 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 stromsteu- jo ernden Befehl fortsetzen, d. h. mit der Hälfte des für die Übertragung eingestellten Stroms. Die zwei Stromrichter der Wechseirichterstation bekommen dabei beide nur halben Strom, was zur Folge hat, daß die Stromregelung die innere Gleichspannung des Wechsel- κ richters senkt Dies geht solange weiter, bis die untere Stcüe-winkeigrenze im Wechselrichter, meistens auf ungefähr 90° eingestellt, und damit nahezu die Spannung Null auf der Gleichstromleitung L erreicht wird.

Diese niedrige Leitungsspannung wird von einem spannungsabtastenden Glied 11 abgetastet an dessen Eingangsseite auch ein Summierglied 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 Summierglied 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 Abwei- w chung zwischen dem Sollwert und Istwert des Stromes in der Wechseirichterstation besteht, wird erkannt, daß die Gleichrichterstation nicht das zu liefern vermag, wofür die Wechseirichterstation eingestellt ist Das Glied 11 gibt daher in der Wechseirichterstation ein Signal an den Empfänger 8 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 eo reagieren. Dies spielt in der Wechseirichterstation 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 vorn Leitungsschutz niit wiederholten Ein-und Ausschaltungen unnötig störend.

Aus diesem Grunde können die Transduktoren 3 und mit je einem zusätzlichen Ausgangsglied 32 bzw. 42 versehen sein, das 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, die über die Leitung 101 an den Empfänger 8 angeschlossen ist, vorübergehend blockiert, so daß der Leitungsschutz 10 in der Gleichrtchterstation solange ausgeschaltet ist, wie die Wechseirichterstation zur Änderung ihres stromsteuernden Befehls benötigt. Die Ausgangsglieder 32 und 42 können — statt an die Transduktoren 3 und 4 — auch in anderer Weise angeschlossen werden, beispielsweise an die Stromregler 6 und 7, um einen Ausfall eines Stromrichters anzuzeigen.

Wenn in der Wechseirichterstation 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 Wechseirichterstation weiterarbeitet.

Um trotz der mangelnden Telekommunikation zwischen den Stationen signalisieren zu können, wird das Signal, das von dem Ausgangsglied 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 herutjiergesteuert wird. Bei einem Regelsystem bekannter Art kann die Heruntersteuerung in der Weise geschehen, daß man in der Anordnung zur Begrenzung des Steuerwinkels α auf den Wert <x_mi% den Wert oc,_M, auf 90° reduziert. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß das von dem Ausgangsglied 32 bzw. 42 gelieferte Signal den stromsteuernden Befehl des Stromreglers 7 b::w. 6 kräftig erhöht. In beiden Fällen ergibt sich ein schneller Spannungsabfall auf der GleichsiromleituRg U 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 Wechseirichterstation der Fall ist Es spricht jedoch der Leitungsschutz 10 an, und man koordiniert in diesem Fall zweckmäßigerweise das Glied 11 mit dem Leitungsschutz 10 über die Leitung 1OZ

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 herabsetz« Wenn dabei der von dem Leitungsschutz 10 und dem Glied 11 angenommene Fall zutrifft, d.h. die Spannungsabsenkung 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 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 Ausgangsglied 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 Summierglied 12 spricht an.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

■■-■-"■■ Patentansprüche: -

-. 1. Schutzeinrichtung für eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage mit einer Gleichstromleitnng und daran angeschlossenen, mit ihren Wechselstromnetzen .Verbundenen Gieichricbter- bzw.'Wechselrichter-Strbmrichterstationen, von denen jede mindestens zwei parallel arbeitende Stromrichter und ein erstes Stromregelsystem für eine, gleichmäßige Leistungsaufteilung, hat und mit einem zweiten Stromregelsystem, das dem etsteren überlagert ist und über eine Telekommünikationsverbindung den gesamten Strom der beiden Stationen unter Beachtung eines Strommarginals für die Wechselrichterstation gemäß einem gegebenen -5 Strombefehl einstellt, wobei jede Station mit einem Glied zur Messung von Strom und/oder Spannung auf der Gleichstromleitung versehen ist, welches an das erste Stromregelsystem der Station angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Ac^fall der Telekommunikationsverbindung (T-T) ja de'E! Wechselrichterstaiionen die Abweichung des Gesamtiststromes von dem Gesamtstrombefehl gemessen wird (Summierungsglied 12), daß von einem Glied (Ii) ein den Gesamtstrombefehl herabsetzendes Signal auf den Empfänger (8) des zweiten Stromregelsystems gegeben wird, wenn gleichzeitig eine sehr niedrige Leitungsspannung und ein großer Wert der genannten Abweichung von Stromsoll· und Stromistwert auftreten, daß in den Wechselrichterstationen für jeden parallelgeschalteten Stromrichter (1, 2) je ein Ausgangsglied (32 bzw. 42) vorhanden ist, welches ein Ausgangssignal liefert, wenn der zugeordnete Stromrichter ausfällt, daß das Ausgangssigna! der Ausgangsglieder (32 bzw. 42) eine vorübergehende Herabsteuerung der Spannung der Wechselrichterstation auf annähernd Null bewirkt und daß in den Gleichrichterstationen infolge der Absenkung der Leitungsspannung der Gesamtstrombefehl herabgesetzt wird,
2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die ■ HGÜ-Anlage mit einem Leitungsschutz in den Stationen ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auch in den Gleichrichterstationen Ausgangsglieder (32 und 42) vorhanden sind, welche den Ausfall eines Stromrichters erfassen, und daß der Leitungsschutz (10) in den Gleichrichterstationen (LR) durch ein von einem der Ausgangsglieder (32, 42) geliefertes Signal so lange über eine Schaltvorrichtung (103) blockiert wird, wie die Wechselrichterstation (VR) benötigt, um ihren Strombefehl herabzusetzen.
3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die HGÜ-Anlage mit einem Leitungsschutz in den Stationen ausgerüstet ist, der bei Feststellung eines Leitungsfehlers; eine Anzahl von Aus- und Einschaltversuchen veranlaßt, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gleichrichterstationen der Strombefehl für das zweite Stromregelsystem (6 bis 8) erst w nach einer Anzahl von Aus- und Einschaltversuchen durch den Leitungsschutz (10) herabgesetzt wird.
4. Schutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wechselrichterstationen (VR) das genannte Ausgangsglied (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 Stromrichterzulässigen Str'omübersteigt
5^Schutzemrichtuhg nach emerii der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall der Telekommunikationsleitung (T-T) das auf der-Wechseirichterseite eingestellte Strqmmargmäl erhöht wird.
6. Schutzeinrichtung nach euicm der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Herabsetzung des Strombefehls auf einen solchen Wert erfolgt; daß die in der gestörten Station intakt gebliebenen Stromrichter mit ihren maximal zulässigen Strömen belastet werden.