DE2410691A1

DE2410691A1 - Regelkreis fuer verbundnetz

Info

Publication number: DE2410691A1
Application number: DE2410691A
Authority: DE
Inventors: Hisao Amano; Akira Isono; Atsumi Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-03-12
Filing date: 1974-03-06
Publication date: 1974-09-26
Also published as: JPS5527534B2; JPS49116543A; DE2410691B2; US3906335A

Description

Patentanwälte

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81-22.27OP 6. 3. 1974

HITACHI , LTD., Tokio (Japan)

Regelkreis für Verbundnetz

Die Erfindung betrifft Verbundnetze und insbesondere einen Regelkreis für ein Verbundnetz, bei dem zwei Wechselstromnetze durch ein Gleichstromübertragungssystem so miteinander verbunden sind, daß vom einen zum anderen Wechselstromnetz eine gleichmäßige und zuverlässige Stromübertragung erfolgen kann und die Frequenz der einzelnen Wechselstromnetze vollständig stabilisierbar ist.

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Bekanntlich ergeben sich beim Parallelbetrieb elektrischer Netze in einem großräumigen Stromversorgungsnetz so große wirtschaftliche. Vorteile, daß ein Kraftwerk mit hoher Leistung so aufbaubar ist, daß es das gesamte-Netz versorgen kann und die Reserye-Kraftwerksleistung verminderbar ist. Diese Betriebsweise hat jedoch verschiedene Schwächen in bezug auf die Betriebszuverlässigkeit der Stromversorgung, weil Leistungsschalter hoher Schaltleistung erforderlich sind, die ungewöhnlich hohe Ströme infolge von Kurzschluß oder anderen Störungen schalten müssen; solche Störungen können zu einer weitreichenden Versorgungsunterbrechung im gesamten Verbundnetz führen.

Um diese Schwächen zu beseitigen, unterteilt man ein Stromversorgungsnetz in mehrere elektrische Netze kleinerer Leistung, und diese Teilnetze werden so miteinander verbunden, daß sie im wesentlichen als ein eigenständiges Stromversorgungsnetz arbeiten, so daß selbst im Störungsfall kein ungewöhnlich hoher S.trom auftreten kann. Dieser Verbund unterteilt sich grob in sog. Wechselstrom-Verbundnetze, wobei zwei Wechselstromnetze unmittelbar miteinander verbunden sind (vgl. z. B. die US-PS 3 657 728), und Gleichstromverbundnetze, wobei zwei Wechselstromnetze durch ein Gleichstromsystem miteinander verbunden sind. Die Erfindung bezieht sich auf die zweite Verbundart.

Dabei ist an jedem Verbindungspunkt zwischen zwei Wechselstromnetzen ein Stromrichter angeordnet, und diese beiden Stromrichter sind durch eine Gleichstromübertragungsleitung miteinander verbunden. Einer der beiden Stromrichter ist ein Gleichrichter zum Umsetzen von Wechselstrom in Gleichstrom, und der andere ist ein Wechselrichter zum Umsetzen von Gleichstrom in Wechselstrom. Diese beiden Stromrichter werden geregelt durch Erfassen der Differenz zwischen den

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Frequenzen der Wechselstromnetze, mit denen sie verbunden sind. Das heißt, die beiden Stromrichter werden so geregelt, daß von dem Wechselstromnetz höherer Frequenz Strom zum Wechselstromnetz niedrigerer Frequenz·übertragbar ist in Abhängigkeit von der Frequenzdifferenz. Wenn die Stromrichter in dieser Weise geregelt werden, können der erzeugte Strom und die Last in beiden Wechselstromnetzen abgeglichen werden, und die Verbindungseinrichtungen können die erwünschte Funktion ausführen. Selbst bei Auftreten von Störungen in einem der Wechselstromnetze wird dem anderen Wechselstromnetz kein sich daraus ergebender ungewöhnlich hoher Strom zugeführt, da das zweite Wechselstromnetz vom ersten durch das Gleichstromsystem getrennt ist.

Die Gleichstromverbindung ist für die Zusammenschaltung von zwei Wechselstromnetzen sehr nützlich. Allerdings ist die Stromübertragung zwischen den beiden Wechselstromnetzen bei Regelung der Stromrichter in Abhängigkeit der Frequenzdifferenz zwischen beiden Wechselstromnetzen insofern unzureichend, als im Regelkreis zwangsläufig eine Abweichung auftritt. Somit ist die bisher übliche Verbindungsweise insofern nachteilig, als die gewünschte Verbindungsfunktion nicht vollständig erreichbar ist, da starke Frequenzschwankungen eine nach der Regelung noch verbleibende hohe Frequenzdifferenz zur Folge haben.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Regelkreises für Verbundnetze aus zwei durch ein Gleichstromsystem miteinander verbundenen Wechselstromnetzen, wobei Mittel vorgesehen sind zum Beseitigen jeder nach der Regelung noch verbleibenden merklichen Frequenzdifferenz selbst beim Auftreten beträchtlicher Frequenzschwankurigen in den durch das Gleichstromsystem verbundenen Wechselstromnetzen.

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Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird von einem der Wechselstromnetze zum anderen übertragener Strom nichtlinear geregelt in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Frequenzen der beiden Wechselstromnetze, so daß die nach der .Regelung verbleibende Frequenzdifferenz minimiert wird.

Durch die Erfindung wird also ein Kegelkreis für ein aus zwei Wechselstromnetzen bestehendes Verbundnetz, bestehend aus zwei mit je einem der beiden Wechselstromnetze verbundenen Stromrichtern und einem Gleichstromübertragungssystem, angegeben, wobei einer der Stromrichter, der als Gleichrichter arbeitet, eine Konstantstromregelung und der andere Stromrichter oder Wechselrichter eine Kons tantsteuerwinkei- bzw. Konstantgrenzwinkel-Regelung erfährt. In diesem Regelkreis wird die Differenz zwischen den Frequenzen der Wechselstromnetze erfaßt zum Ändern des Sollwerts der Regelung. Je größer die Frequenzdifferenz, desto höher wird die Änderungsrate des Sollwerts, wodurch die nach der Regelung zwischen den Wechselstromnetzen verbleibende Frequenzdifferenz minimiert wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das vereinfachte Blockschaltbild eines bereits bestehenden Verbundnetzes, um das Bedürfnis an der Erfindung zu veranschaulichen;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Kennlinien der Regeleinrichtungen von Fig. 1;

Fig. 3 das Blockschaltbild des Verbundnetzes -von Fig. in bezug auf Übertragungsfunktionen;

Fig. 4 das Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung;

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Fig. 5 eine graphische Darstellung der Betriebsweise

der beiden in Fig. 4 dargestellten Stromrichter;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Betriebskennlinien von Teilen des Regelkreises gemäß Fig. 4;

Fig. 7, Blockschaltbilder von Teilen weiterer Ausge-

9 und staltungen des erfindungsgemäßen Regelkreises; 11

Fig. 8, graphische Darstellungen der Betriebskennlinien

10 und der Ausgestaltungen gemäß Fig. 7 bzw. 9 bzw. 12

Fig. 1 zeigt ein bereits entwickeltes Verbundnetz, bei dem zwei Wechselstromnetze A und B über einen Stromrichter C-, , eine Gleichstromübertragungsleitung L und einem zweiten Stromrichter Cp miteinander verbunden sind. Frequenzfühler FVA und FVB erfassen die Frequenzen der Wechselstromnetze A und B auf der Grundlage der von Spannungstransformatoren PTA und PTB zugeführten Spannungen und erzeugen positive Gleichspannungen, deren Pegel den jeweiligen erfaßten Frequenzen proportional sind. Eine Frequenzregelschaltung AF unterdrückt FrequenzSchwankungen in den Wechselstromsystemen A und B. Ein Addierer AD in der Frequenzregelschaltung AF erfaßt die Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Fühlers FVA und dem des Fühlers FVB, und das Ausgangssignal des Addierers AD wird von einem Operationsverstärker AM so verstärkt, daß die Einstellungen der Stromrichter C, und Cp in geeigneter Weise geändert werden. Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers-AM wird vom Verhältnis zwischen Widerständen R₂ und R₁ bestimmt. Daher sind A F und AP einander proportional (Fig. 2); AF ist die vom Addierer AD erfaßte Frequenzdifferenz zwischen den Wechselstromsystemen A und B, und A^{p ist die} sich aufgrund der Änderung des Ausgangssignals der Frequenzregelschaltung AF in bezug auf AF ergebende Änderung des durch

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das Gleichstromsystem übertragenen Stroms. In Fig. 2 wird angenommen, daß die Stromübertragung, vom Netz A zum Netz B erfolgt, und die .Frequenzdifferenz A.F ist positiv, wenn die Frequenz des Netzes A höher ist als diejenige des Netzes B.

Es wird nun die Wirkung der Unterdrückung von Frequenzschwankungen bei dieser Regelungsart untersucht. Angenommen, zwischen den beiden Wechselstromnetzen A und B besteht eine Frequenzdifferenz AF , so wird der über die Gleichstrom-Übertragungsleitung L übertragene Strom um APT geändert aufgrund entsprechender Regelung, und infolgedessen wird die Frequenzdifferenz auf Af erhöht. Diese Werte stehen miteinander in der in Fig. 3 gezeigten Weise in Beziehung. AF¹ ist die geregelte oder korrigierte Frequenzdifferenz, G, ist eine Übertragungsfunktion, bestimmt durch Teilen der Stromänderung in der Übertragungsleitung durch die Frequenzdifferenz, und G₀ ist eine Übertragungsfunktion,

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bestimmt durch ( + ), mit KA und KB = Systemkonstanten in MW/Hz der beiden Netze A und B.

Aus Fig. 3 ergibt sich folgende Gleichung:

Af »	^Gl	• ^G2
	^u	+ G₁-G₂;
Daher gilt:
Af		1
	(1	+ G₁-G₂)

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Gleichung (2) zeigt die durch die Gleichstromverbindung gemäß Fig. 1 erzielte frequenzerhöhende Wirkung. Somit ist die FrequenzSchwankung auf einen Bruchteil des Wertes unterdrückbar, der erhalten wird ohne eine solche Gleichstromverbindung; allerdings schwankt der Unterdrückungseffekt in Abhängigkeit der Werte von G, und Gp.

Aus Fig. 3 ist jedoch ersichtlich, daß sich bei dem in Fig. 1 dargestellten Regelkreis unweigerlich eine Abweichung ergibt, da der Regelkreis im wesentlichen nur aus Proportionalgliedern besteht. Wenn also die ursprüngliche Freqiienzschwankung ZS»F_Q ziemlich hoch ist, ist die sich ergebende Frequenzdifferenz Z^F ebenfalls hoch, und die gewünschte Regelwirkung ist nicht voll erzielbar.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Zunahme von G₁ in Gleichung (2) die nach der Regelung verbleibende Frequenzdifferenz vermindern kann, und anstatt einfach den Strom im Gleichstromsystem so einzustellen, daß er der Frequenzdifferenz proportional ist, wird die Zunahmegeschwindigkeit des zugeführten Gleichstroms mit zunehmender Frequenzdifferenz so gesteigert, daß G₁ in Gleichung (2) zunimmt, wodurch- die nach der Regelung verbleibende Frequenzdifferenz minimiert wird.

Fig. 4 ist das Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung. Der Regelkreis hat Transformatoren TA und TB, Gleichstromdrosseln DCLA und DCIiB, Leistungstransformatoren CTAl, CTA2, CTBl und CTB2 und Gleichstromtransformatoren DCCTA und DCCTB. Automatische Impulsphasenschieber APPSA und APPSB werden durch Signale gesteuert, die von Feststrom-Regeleinrichtungen CIA und CIB oder von noch zu erläuternden Konstantsteuerwinkel-Regeleinrichtungen Sa und £b zugeführt werden. Die Konstantsteuerwinkel-Regel-

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einrichtungen <£a und OB erfassen den Steuerwinkel von Stromrichtern C, und C_ auf der Grundlage der Primärspannung und des SekundärStroms der Transformatoren TA bzw. TB und vergleichen die erfaßten oder Ist-Werte mit einem an Anschlüsse tAl und tBl angelegten Führungs- oder Sollwert /C^ zum Erzeugen einer Spannung, die zum Erhalt der Gleichheit zwischen diesen erforderlich ist. Die Feststrom-Regeleinrichtungen CIA und CIB erzeugen eine Spannung, die erforderlich ist zum Erreichen der Gleichheit zwischen dem Strom in der Übertragungsleitung L und einem Soll- oder Führungswert. Die automatischen Impulsphasenschieber APPSA und APPSB wählen eines der Ausgangssignale der Konstantsteuerwinkel-Regeleinrichtungen und der Feststrom-Regeleinrichtungen aus und geben den Stromrichtern C-, und C₂ eine geeignet bemessene Zündphase; die Phasenschieber können von irgendeinem bereits entwickelten Typ sein. Die Erfindung ist bei einer bereits entwickelten Regelart anwendbar, wobei ein Gleichrichter einer Feststromregelung und ein Wechselrichter einer Konstantsteuerwinkel-Regelung unterliegt; ein derartiger Fall wird jetzt unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert. Die bei der Erfindung für die Stromübertragungs-Regelung benutzten Konstantsteuerwinkel-Regeleinrichtungen und Feststrom-Regeleinrichtungen können von bekanntem Aufbau sein und werden im folgenden nicht gesondert erläutert.

Leistungsfühler PDA und PDB erzeugen eine positive Spannung, deren Pegel der übertragenen Leistung proportional ist. Gleichstromfühler IDA und IDB erzeugen eine Spannung, deren Pegel dem Gleichstrom proportional ist. Diese Fühler können von bekanntem Aufbau sein und haben zweckmäßige Mittel zum Glätten von Welligkeitsanteilen im Ausgangssignal. Verschiedene Führungssignale werden an Anschlüsse tAl, tA2, tA3, tBl angelegt. Addierer AD_r ADAl, ADA2, ..., ADBl,

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ADB2, ... subtrahieren das über die Leitung mit negativem Vorzeichen zugeführte Eingangssignal von dem über die Leitung mit positivem Vorzeichen zugeführten Eingangssignal. Mehreren Operationsverstärkern AAl, AA2, ..., ABl und AB2 sind mehrere Widerstände EAl, RA2, ..., RBl, RB2, ... sowie mehrere Dioden D,, Dp, ... zugeordnet. Ein Schalter SW ist von Hand umschaltbar zum Verbinden des Anschlusses tA3 mit einem von Kontakten a und b. Verzögerungsglieder TDA und TDB sind zwischen den Operationsverstärker AAl und den Addierer ADA 3 und zwischen den Operationsverstärker ABl und den Addierer ADB3 geschaltet.

Vor Erläuterung der Änderung des durch das Gleichstromsystem übertragenen Stroms auf der Grundlage der Frequenzdifferenz zwischen den beiden Wechselstromnetzen A und B, was die Erfindung bezweckt, wird zuerst eine Gemeinschaftsregelung erläutert, bei der der Gleichrichter C₁ und der Wechselrichter C₂ mit Feststrom-Regelung und Konstantsteuer-' winkel-Regelung arbeiten. Die Stromfühler PDA und PDB sind so aufgebaut, daß sie ein Gleichspannungs-Ausgangssignal von z. B. 10 V erzeugen, wenn der Gleichrichter C-, und der Wechselrichter C₀ eine Nennleistung von z. B. 300 MW erzeugen, und die Stromfühler erzeugen ein Spannungssignal Null, wenn die Ausgangssignale des Gleichrichters und des Wechselrichters Null sind. Eine dem Sollwert des übertragenen Stroms entsprechende Spannung PD wird an den Anschluß tA2 angelegt. Diese Spannung PD ist eine Gleichspannung von z. B. 10 V, wenn der Gleichrichter und der Wechselrichter die Nennleistung erzeugen. Die Stromfühler IDA und IDB sind so ausgelegt, daß sie, wenn der Gleichrichter C, und der Wechselrichter C« mit der Nennleistung von z. B. 300 MW arbeiten und die Nennspannung vpn z. B. 125 kV und ein Strom von z. B. 1200 A erfaßt werden, eine Gleichspannung von z. B. 10 V erzeugen, während sie ein

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Spannungssignal Null erzeugen, wenn ein Strom Null erfaßt wird. Eine einem Grenzstrom entsprechende Spannung Al wird an den Anschlußpunkt tA3 angelegt, so daß einer der Strom- richter C₁ oder C₂ als Wechselrichter arbeiten kann. Dieser Grenzstrom wird üblicherweise gleich 10 % des Nennstroms gewählt, und daher wird an den Anschluß tA3 normalerweise eine Gleichspannung von 1 V angelegt. Die verschiedenen Teilen zugeordneten Vorzeichen + und - bedeuten, daß die an diesen Teilen auftretenden Signale in bezug aufeinander positiv bzw. negativ sind.

Es sei angenommen, daß Strom vom Wechselstromnetz A zum Wechselstromnetz B übertragen wird und der Regelkreis die Übertragung eines vorgegebenen Stroms zwischen diesen beiden Netzen A und B regelt, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert wurde. Es sei ferner angenommen, daß das Ausgangssignal Ap einer Frequenzregelschaltung AF, die im folgenden noch erläutert wird, Null ist. Mit ΔΡ = erscheint die an den Anschluß tA2 angelegte Spannung PD an den Ausgängen der Addierer ADAl und ADBl. Diese Ausgangssignale werden den Addierern ADA2 und ADB2 und gleichzeitig den Addierern ADA3 und ADB3 zugeführt. Die Ausgangssignale der Stromfühler PDA und PDB werden ebenfalls den Addierern ADA2 und ADB2 zugeführt. Da das System unter Nennleistungsbedingungen arbeitet, sind die Ausgangssignale der Addierer ADA2 und ADB2 Null, und die Ausgangssignale der Operationsverstärker AAl und ABl und der Verzögerungsglieder TDA und TDB sind ebenfalls Null. Da der Strom vom Netz A zum Netz B übertragen wird, müssen die Stromrichter C₁ und C₂ als Gleichrichter bzw. als Wechselrichter arbeiten. Der Schalter SW ist mit dem Kontakt b verbunden, und die an den Anschluß tA3 angelegte Spannung ^\l wird dem Addierer ADB3 zugeführt. Daher erscheint die Spannung PD als Ausgangssignal des Addierers ADA3 und wird dem Addierer ADA4 zugeführt, und die Spannung PD - Λ.Ί. erscheint als Ausgangs-

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signal des Addierers ADB3 und wird dem Addierer ADB4 zugeführt zum Erzeugen der Sollwerte für die Feststrom-Regeleinrichtungen CIA und CIB. Wie bereits erläutert wurde, werden die Ausgangssignale der einzelnen Fühler und die an die einzelnen Anschlüsse angelegten Sollwerte so gewählt, daß sie unter Nennleistungsbedingungen entsprechende Gleichspannungspegel haben. So ergibt sich selbst dann kein besonderes Problem, wenn der Stromführungswert als Sollwert für die Feststrom-Regeleinrichtungen gewählt wird. Die Ausgangssignale der Gleichstromfühler IDA und IDB werden mit der in der Figur dargestellten Polarität den Addierern ADA4 bzw. ADB4 zugeführt. -Somit äst das Ausgangssignal des Addierers ADA4 annähernd Null, während das Ausgangssignal des Addierers ADB4^il ist, und das Ausgangssignal des Addierers ADB4 ist um Δ.Ι größer als das des Addierers ADA4. Es ist bekannt, daß bei Zuführen des Grenzstroms A. I zu nur einer der beiden Feststrom-Regeleinrichtungen und Wahl der Ausgangssignale der Konstantsteuerwinkel-Regeleinrichtungen und Feststrom-Regeleinrichtungen durch die automatischen Impulsphasenschieber APPSA und APPSB zum Regeln der Stromrichter C₁ und C₂ in der vorstehend erläuterten Weise einer der Stromrichter, denen ^Δ Ι zugeführt wird, als Wechselrichter und der andere als Gleichrichter arbeitet. Im vorliegenden Fall wird daher der Gleichrichter C-, durch die Feststrom-Regeleinrichtung CIA geregelt, während der Wechselrichter C₂ durch die Konstantsteuerwinkel-Regeleinrichtung <£b geregelt wird. Die Betriebskennlinien dieser Stromrichter sind in Fig. 5 veranschaulicht, wobei die Ordinate die Gleichspannung der Übertragungsleitung und die Abszisse den Strom darstellen. Die Stromrichter arbeiten mit den durch die Strichlinien, dargestellten Spannungs- und Stromwerten.

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Wenn der übertragene Strom aus irgendeinem Grund verringert wird, verringert sich das Ausgangssignal des Stromfühlers PDA, und das Ausgangssignal des Addierers ADA2 ändert sich auf einen positiven Wert. Das Ausgangssignal des Addierers ADA2 wird durch den Operationsverstärker AAl verstärkt, wobei der Verstärkungsfaktor durch die Widerstände EAl und RA2 bestimmt und in das Verzögerungsglied TDA eingeführt wird. Daher bewirkt eine Verringerung des übertragenen Stroms eine Zunahme des Ausgangssignals des Addierers ADA3 nach Verzögerung durch das Verzögerungsglied TDA, wodurch der Sollwert der Feststrom-Regeleinrichtung CIA erhöht wird. Infolgedessen wird die Phase des Ausgangssignals des automatischen Impulsphasenschiebers APPSA geändert zum Erhöhen des übertragenen Stroms. Wenn umgekehrt der übertragene Strom erhöht wird, wird das Ausgangssignal des Addierers ADA3 verringert zum Verringern des übertragenen Stroms. Die Zu- oder Abnahme des Ausgangssignals des Addierers ADA3 wird durch den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers AA2 bestimmt, der wiederum durch die Widerstände RA3 und RA4 bestimmt wird. Eine Abnahme des übertragenen Stroms wird auch vom Stromfühler PDB erfaßt und hat eine Änderung des Ausgangssignals des Addierers ADB3 zur Folge. Dadurch wird jedoch nicht die Tatsache beeinflußt, daß der Wechselrichter C„ unter Regelung durch die Konstantsteuerwinkel-Regeleinrichtung arbeitet.

So ist der übertragene Strom geeignet einstellbar, wenn er eine Änderung erfährt. Dies bedeutet, daß der übertragene Strom dadurch regelbar ist, daß anscheinend der Strom-Sollwert geändert wird. Die Frequenzregelschaltung AF (Fig. l) ist hierfür vorgesehen, und ihr Ausgangssignal -Δ P wird den Addierern ADAl und ADBl gemäß Fig. 4 zugeführt. Selbst wenn also eine unmittelbare Änderung des übertragenen Stroms nicht beobachtet wird, ist das Auftreten einer Frequenzdifferenz A F zwischen den beiden Netzen A und B einer Änderung des

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Strom-Sollwerts gleich, und dementsprechend ist der übertragene Strom regelbar. Wenn z. B. A P positiv ist, wird der übertragene Strom erhöht, während er verringert wird, wenn ^\P negativ ist.'

Wie bereits erwähnt, ist jedoch der Restfehler nach der Regelung hoch, wenn A P nur einfach Δ F proportional ist. Es wird jetzt die Arbeitsweise der Frequenzregelschaltung AF, die eines der erfindungswesentlichen Merkmale darstellt, erläutert.

Die Ausgangssignale der Frequenzfühler FVA und FVB werden über Leitungen 100 und 200 der Frequenzregelschaltung AF zugeführt, und das Ausgangssignal Δ P der Frequenzregelschaltung AF wird über eine Leitung 300 den Addierern ADAl und ADBl zugeführt. Wie bereits erläutert, ist Δ F positiv, wenn die Frequenz des Netzes A höher ist als diejenige des Netzes, B. Die Beziehung zwischen /\ F und Δ P ist so gewählt, daß Δ P auch positiv ist, wenn Δ F positiv ist, und die Ausgangsspannung des Δ F erfassenden Addierers AD hat eine negative Polarität, wenn .Af positiv ist.

Gemäß Fig. 4 verstärken die Operationsverstärker AA3-AA8 das Eingangssignal /Sf, wobei der Verstärkungsfaktor durch das Verhältnis zwischen dem zugeordneten Eingangswiderstand und dem Rückkopplungswiderstand bestimmt ist. Eine positive Vorspannung wird über einen Anschluß tA4 und Widerstände RA7 und RAlO an die Operationsverstärker AA4 und AA5 angelegt, ■ während über einen weiteren Anschluß tA5 und Widerstände RAl5 und RAl8 eine negative Vorspannung an die Operationsverstärker AA7 und AA8 angelegt wird. Dioden D₁-Dg wählen unter den Ausgangssignalen der Operationsverstärker AASAAS die höchste positive Spannung aus, und Dioden D₄ ^-Dg

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wählen unter den Ausgangssignalen der Operationsverstärker AA6-AA8 die höchste negative Spannung, aus. Diese positive und diese negative Ausgangsspannung werden einem aus Wider- ständen RA21-RA23 und einem Operationsverstärker AA9 bestehenden Addierer zugeführt. Dieser Addierer hat einen Verstärkungsfaktor Eins und führt eine einfache Addition durch. Die Polarität des Ausgangssignals des Operationsverstärkers AA9 wird durch einen aus Widerständen RA24, RA25 und einem Operationsverstärker AAlO bestehenden Vorzeichenumkehrer geändert. Selbstverständlich ist der Verstärkungsfaktor dieses Vorzeichenumkehrers ebenfalls Eins. Wenn jetzt das Ausgangssignal des Addierers AD negativ ist, sind die Ausgangssignale der Operationsverstärker AA6-AA8 positiv, und die Dioden D₄-D₆ sind abgeschaltet. Wenn umgekehrt das Ausgangssignal des Addierers AD positiv ist, sind die Ausgangssignale der Operationsverstärker AA3-AA5 negativ, und'die Dioden D₁-D₃ sind abgeschaltet. Wenn weiter das Ausgangssignal des Addierers AD schwach ist und einen niedrigen positiven oder negativen Wert hat, werden die Ausgangssignale der Operationsverstärker AA4, AA5 bzw. AA7, AA8 negativ bzw. positiv gemacht durch die Wirkung der Vorspannungen, und die Dioden Dp, D_, D₁. und Dg sind abgeschaltet. Wenn z. B. das Ausgangssignal des Addierers AD ursprünglich negativ ist und dann so zunimmt, daß die Wirkung der Vorspannung aufgehoben wird, wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA4 positiv. Bei weiterer Zunahme des Ausgangssignals des Addierers AD überschreitet schließlich das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA4 das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA3. In diesem Fall passiert das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA4 die Operationsverstärker AA9 und AAlO und erscheint als Ausgangssignal

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Das Ausgangssignal AP der Frequenzregel schaltung AF (Fig. 4) ändert sich daher in bezug auf .A₁F (Fig. 6). Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß mit /\F positiv, d. h. mit negativem Ausgangssignal des Addierers AD, die Ausgangssignale der Operationsverstärker AA3 und AA4 entsprechend den Strichlinien auftreten und ihre Höchstwerte als AP entsprechend den Vollini en erscheinen. Mit ^F negativ erscheinen in gleicher Weise die Ausgangssignale der Operationsverstärker AA6-AA8 entsprechend den Strichlinien, und Δ Ρ wird entsprechend der Vollinie erhalten. Die Neigung der die Ausgangssignale der Operationsverstärker AA3-AA8 darstellenden Linien ist bestimmt durch das Verhältnis zwischen dem Eingangswiderstand und dem Rückkopplungswiderstand, wie bereits erläutert wurde. Die Punkte P₁-P₄ sind bestimmt durch den Betrag der an die Anschlußpunkte tA4 und tA5 angelegten Vorspannung und durch das Verhältnis zwischen dem Eingangsund dem Rückkopplungswiderstand in bezug auf die Vorspannung. Je größer also bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 die Frequenzdifferenz ist, desto größer wird G₁ in Gleichung (2), und die nach der Regelung verbleibende Frequenzdifferenz ist entsprechend verringerbar.

Wenn jedoch G₁ in Gleichung (2) einen Sollwert übersteigt, besteht die Gefahr, daß die Rückkopplungsschieifen-Verstärkung höher wird und der Regelkreis instabil wird. In einem solchen Fall reicht die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform nicht aus.

Für den vorgenannten Fall ist die Schaltung gemäß Fig. 7 vorteilhaft anwendbar. Fig. 7 veranschaulicht nur eine Frequenzregelschaltung AF, die immer mit dem gleichen Verstärkungsfaktor arbeitet, so daß eine nach der Regelung verbleibende unerwünscht hohe Frequenzdifferenz verringert wird.

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Die Frequenzregelschaltung AF gemäß Fig. 7 hat Operationsverstärker AA11-AA16, Widerstände RA31-RA46, Dioden D11-D14 und Vorspannungs-Anschlüsse tA6-tA9. Negative Vorspannungen unterschiedlicher Pegel werden an die Anschlüsse tA6 und tA7 angelegt, und positive Vorspannungen unterschiedlicher Pegel werden an die Anschlüsse- tA8 und tA9 angelegt. Es sei angenommen, daß die Beziehung zwischen AF und Δ Ρ derjenigen gleicht, die bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 besteht; dann erscheint am Addierer AD ein negatives Ausgangssignal, wenn die Frequenz des Netzes B herabgesetzt wird. Durch geeignetes Bestimmen des Verhältnisses zwischen dem Eingangswiderstand RA41 und dem Rückkopplungswiderstand RA46 erscheint daher am Operationsverstärker AA16 ein Ausgangssignal mit den Kennlinien entsprechend der Strichlinie von Fig. 8. Das Ausgangssignal des Addierers AD erfährt ' eine Vorzeichenänderung durch den Operationsverstärker AAIl, dessen Verstärkungsfaktor Eins durch den Eingangswiderstand RA31 und den Rückkopplungswiderstand RA 32 bestimmt ist, und das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AAIl wird den Operationsverstärkern AA12-AA15 zugeführt. Da die Vorspannungen mit den dargestellten Polaritäten an diese Operationsverstärker AA12-AA15 angelegt sind, sind sämtliche Dioden DII-DI4 stromleitend, und die Ausgangssignale der Operationsverstärker AA12-AA15 sind Null, außer wenn die Polarität des Ausgangssignals des Operationsverstärkers AAIl geändert wird und dessen Absolutwert die Werte der Vorspannungen überschreitet. Es sei angenommen, daß ^\F auf A-^₁ (Fig· 8) erhöht wird und der Absolutwert des Ausgangssignals des Operationsverstärkers AAIl gleich dem der an den Anschluß tA6 angelegten Vorspannung ist. In diesem Fall ist das zusammengesetzte Eingangssignal des Operationsverstärkers AA12 positiv, und die Diode DIl ist gesperrt, so daß am Operationsverstärker AA12 eine negative Konstentspannung erscheint. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA16 wird daher um ΔΡ, erhöht, das durch das

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Verhältnis zwischen dem Eingangswiderstand EA42 und dem Rückkopplungswiderstand RA46 gemäß Fig. 8 bestimmt ist. Die an den Vorspannungsanschluß tA7 angelegte Vorspannung ist so wählbar, daß mit AF>Äf₂ die Diode D12 gesperrt ist. Wenn also AF zunimmt, um die Beziehung AF > A-fp zu erfüllen, wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA16 um AP« erhöht, wobei ΛΡ_? natürlich durch das Verhältnis zwischen dem Eingangswiderstand RA43 und dem Rückkopplungswider stand RA46 bestimmt ist. Die an die Anschlüsse tA8 und tA9 angelegten Vorspannungen sind so wählbar, daß die Dioden Dl3 und D14 gesperrt sind, wenn sich Af in negativer Richtung ändert zum Erfüllen der Bedingungen AF< A^3 bzw. AF< Af₄. So sind die Kennlinien gemäß Fig. 8 vollständig zu erhalten. Von den Operationsverstärkern AAI4 und AAI5 erzeugte positive Konstantspannungen werden dem Operationsverstärker AA16 über die Eingangswiderstände RA44 und RA45 zugeführt. Die positive und die negative Kennlinie gemäß Fig. 8 können somit vollständig gleich gemacht werden,-wenn die Widerstände RA42-RA45 so gewählt sind, daß RA42 = RA44 und RA43 = RA45.

Die Schaltungen gemäß Fig. 4 und 7 sind zweckmäßig zum Herabsetzen der nach der Regelung verbleibenden Frequenzdifferenz. Allerdings kann sich bei diesen Schaltungen immer noch eine Rest-Frequenzdifferenz ergeben, da G, in Gleichung (2) seinen ursprünglichen niedrigen Wert wieder annimmt, wenn die sich ergebende Frequenzdifferenz klein wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird jetzt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zum weiteren Verringern der Rest-Frequenzdifferenz erläutert. Die Schaltung gemäß Fig. 9 ist im wesentlichen gleich der Schaltung gemäß Fig. 7; sie unterscheidet sich von letzterer dadurch, daß in der AF- Ap-Kennlinie sowohl im Fall der Zunahme als auch der Abnahme

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der Frequenzdifferenz eine H^eterese vorhanden ist. Genauer gesagt: AP nimmt um AP, bei Zunahme von AF derart zu, daß AF> Af₁ gilt, aber selbst wenn AF abnimmt, so daß

AF< Af₁ gilt, nimmt AP₁ nicht sofort auf Null ab, sondern wird zu Null vermindert, nachdem AF vermindert wurde, so daß A F< AvB₁ ¹. Gleichermaßen wird AP um

erhöht, wenn AF so erhöht wird, daß /\F>Af₂ gilt, und AP₂ wird entfernt, wenn A F so verringert wird, daßAF>A f₂ ^r gilt. Das gleiche gilt in dem Fall, daß sich A F in negativer Richtung ändert, und ^P₁ und APp werden entfernt, wenn AF wieder die Werte Af₃ ¹ und AfV in bezug auf Afο und Af₄ angenommen hat, wie aus Fig. 10 ersichtlich ist.

Um Verwirrung zu vermeiden, sind in Fig. 9 Schaltungen, die unter den Bedingungen AF> Af₂ und AF-C-Af. arbeiten, nur in Form von Strichlinien-Blöcken mit Af₂-und Af₄ dargestellt. Gemäß Fig. 9 arbeiten Operationsverstärker AA17-AA20 und zugeordnete Widerstände RA47-RA54 als Vorzeichenumkehrer mit einem Verstärkungsfaktor Eins. Flipflops FFl und FF3 werden gesetzt, wenn die Ausgangssignale der Operationsverstärker AA12 und AA19 sich von Null auf eine negative Konstantspannung ändern, und werden rückgesetzt, wenn die Ausgangssignale der Operationsverstärker AA12' und AA20 sich von einer negativen Konstantspannung auf Null' ändern. Im gesetzten Zustand erzeugen diese Flipflops FFl und FF3 eine negative Konstantspannung.

Wenn daher Vorspannungen der gezeigten Polaritäten entsprechend ,Af₁ ¹ und A-B₂' an Anschlüsse ta6· bzw. tA8 · angelegt werden, ist aus der Beschreibung von Fig. 7 ersichtlich, daß das Flipflop FFl gesetzt wird mit ΔΡ>Δ^ und rückgesetzt wird mit AF>Af₁ ^l. Infolge des Setzens des Flipflops FFl erscheint am Operationsverstärker AA16 ein sich schrittweise änderndes Ausgangssignal wie bei der

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Ausführungsform gemäß Fig. 7. Weiter ist ersichtlich, daß das Flipflop FF3 gesetzt bzw. rückgesetzt wird, wenn AF<Af₃ bzw. AF^Af₃ ¹. Es ist ersichtlich, daß die Kennlinie gemäß Fig. Io erhalten werden kann, wenn die mit A f2 ^und Af₄ bezeichneten Blöcke ähnlich wie die Flipflops FFl und FF3 ausgelegt sind.

Gemäß Fig. 10 hat die AF-AP-Kennlinie Hystereseschleifen in Abhängigkeit vom Wert von AF. Die in Fig. 11 dargestellte weitere Ausgestaltung der Erfindung unterscheidet sich dadurch von der in Fig. 9 dargestellten, daß eine Af- AP-Kennlinie gemäß Fig. 12 erhalten wird. Gemäß Fig. 12 wird die AF-ΔΡ-Kennlinie parallel verschoben, wie durch OA, O¹B, O¹¹C und OA/, O¹B', 0"C¹ dargestellt ist, wenn die Erfassung von A F> Af₁ und AF-^-Af,, länger als vorgegebene Zeitintervalle ^ bzw. t₂ dauert, und diese · Kennlinie wird zu OA und OA¹ zurückgeführt, wenn die Zustände von Af< Af₁ ¹ und Af> Af₃ ¹ länger als vorgegebene Zeitintervalle t' bzw. t₂» dauern. Gemäß Fig. 11 erzeugen Zeitgeber T₁ und T₂ ein Ausgangssignal, wenn Operationsverstärker AA12 und AA19 ein konstantes negatives Ausgangssignal erzeugen, d. h. in den vorgegebenen Zeit— Intervallen t, und t_ nach Erfassen von ÄF>Af, bzw.

Af o'· Zeitgeber T ' und T₂ ¹ erzeugen ein Ausgangs- -signal, wenn ein konstantes negatives Aus gangs si gnal erzeugende Operationsverstärker AA12¹ und AA20 kein solches Signal mehr erzeugen, d. h. in den vorgegebenen Zeitintervallen t-, und t₂ nach Erfassen von AF<Af· bzw. A F> Afo'· Flipflops FF1-FF4 werden von den Ausgangssignalen der Zeitgeber T, und T„ gesetzt und von den Ausgangssignalen der Zeitgeber T,' und T₂' rückgesetzt. Das Ausgangssignal eines Operationsverstärkers AA16 ändert sich schrittweise wie in Fig. 9 in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Flipflops FF1-FF4.

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Bei der Schaltung gemäß Fig. 11 erzeugt daher der Operationsverstärker AA12 ein konstantes negatives Ausgangssignal zum Auslösen der Zeitgeber T₁ und T₂, wenn AF auf Af> Δί-, erhöht wird. Wenn dieser Zustand langer als das vorgegebene Zeitinervall t, andauert, erzeugt der Zeitgeber T₁ ein Ausgangssignal, und das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA16 ändert sich um einen Schritt zu O¹B. Wenn der Operationsverstärker AA12 immer noch sein Ausgangssignal erzeugt ungeachtet der Änderung des Ausgangssignals des Operationsverstärkers AA16 zum Pegel O'B, erzeugt der Zeitgeber Tp im vorgegebenen Zeitintervall t₂ Ct₁^ "^) ^ein Ausgangssignal. Daher ändert sich das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA16 um einen Schritt von O¹B zu 0"C. Infolge der Zunahme von AP zum Erhöhen des übertragenen Stroms wird AF verringert, bis die Bedingung AF-CAf₁ ¹ erfüllt ist. Wenn dies der Fall ist, erscheint das konstante negative Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA12¹ nicht mehr, wodurch die Zeitgeber T₁ ¹ und T₂ ¹ ausgelöst werden. Die A F-AP-Kennlinie wird von 0^MC zu O¹B zurückgeführt, wenn dieser Zustand langer als das vorgegebene Zeitirfervall t₂' dauert, und nach einem weiteren vorgegebenen Zeitintervall t-, ' Ct₂ ¹^t₁ ¹) wird die AF-AP-Kennlinie zu OA zurückgeführt. Der gleiche Betrieb wird durchgeführt, wenn sich Δ F in negativer Richtung ändert. Es ist also ersichtlich, daß bei der Schaltung gemäß Fig. 11 die eigentliche Regelung stattfindet, nachdem die Frequenzdifferenz im wesentlichen vollständig beseitigt wurde, wodurch die nach der Regelung etwa noch verbleibende Frequenzdifferenz auf einen Mindestwert verringerbar ist. Eine besonders wirksame Frequenzregelung ist insbesondere dann möglich, wenn die Stellwerte der Zeitgeber von Fig. 11 in bezug auf die Betriebszeit der Regler für die Stromerzeuger in den einzelnen Wechselstromnetzen bestimmt werden.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß die Differenz zwischen den Frequenzen von zwei durch ein Gleichstrom-

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system miteinander verbundenen Wechselstromnetzen durch die Wirkung einer Gleichstromverbindung minimierbar ist, und zwar selbst dann, wenn in einem der verbundenen Wechselstromnetze eine Störung der Stromübertragung auftritt, die eine starke Verringerung der Frequenz zur Folge hat. Die Erfindung ist besonders wirksam beim Stabilisieren der Frequenz eines Wechselstromnetzes, dessen Umfang klein ist im Vergleich zu dem eines zwei'ten Wechselstromnetzes in einem aus zwei Wechselstromnetzen bestehenden Verbundnetz.

Die erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf den Fall, daß AP in bezug auf die Frequenzdifferenz

Af über drei Bereiche geregelt wird in Abhängigkeit vom Wert von Af, aber es ist ersichtlich, daß bei weiterer Erhöhung der Anzahl dieser Bereiche eine noch genauere Regelung möglich ist.

Weiter bezieht sich die Beschreibung auf die Art und Weise der Regelung zum Verringern der Frequenzdifferenz A F zwischen zwei Wechselstromnetzen. Wenn jedoch das Leistungsvermögen des einen der beiden Wechselstromnetze geringer ist als das des anderen und eine Frequenzstabilisierung des Wechselstromnetzes geringeren Leistungsvermögens erwünscht ist, kann die Regelung so erfolgen, daß der Fehler A F in bezug auf die Nennfrequenz des betroffenen Wechselstromnetzes auf ein Minimum verringerbar ist.

Wenn die beiden durch das Gleichstromsystem miteinander verbundenen Wechselstromnetze verschiedene Nennfrequenzen haben, sollte Af die normalisierte Frequenzdifferenz oder ein Differenz-Prozentsatz in bezug auf die jeweiligen Nennfrequenzen sein.

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Im Hinblick auf eine einfache Beseitigung einer nach der Regelung verbleibenden unerwünschten Abweichung ist die Frequenzregelschaltung AF gemäß Fig. 1 in eine Proportionalintegral-Regelschaltung (PI-Regelschaltung) abwandelbar, so daß der Strom auf der Gleichstromübertragungsleitung durch die Integrationsglieder erhöht werden kann, bis die Abweichung beseitigt ist. Es ist jedoch nicht vorteilhaft, für die Beseitigung der Abweichung auf derartige Integrationsglieder zurückzugreifen. Insbesondere ist das Verfahren, bei dem die Schaltung für die Integration der Frequenzdifferenz AF mit dem Rückkopplungsweg für die Frequenzdifferenz AF parallelgeschaltet ist, deshalb nachteilig, weil der Verstärkungsfaktor nicht nennenswert erhöhbar ist in Anbetracht der Stabilität der Regelung und weil die Aufgabe, die Abweichung innerhalb einer kurzen Zeit zu verringern, nicht lösbar ist. Daher ist das zusätzliche Anordnen solcher Integra'tionsglieder in der erfindungsgemäßen Schaltung nur dann wirksam, wenn auf Kosten der erforderlichen Regelzeit eine höhere Genauigkeit verlangt wird; aber insgesamt ist die Verwendung dieser Integrationsglieder für die Beseitigung der Abweichung unerwünscht.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung gegenüber einem Regelkreis mit Integrationsgliedern besteht darin, daß die Stabilität von Wechselstromnetzen leichter aufrechterhalten werden kann. Es ist schwierig, einen stabilen Betrieb eines Wechselstromnetzes aufrechtzuerhalten, wenn dessen Frequenz auf einen unterhalb eines Sollwerts liegenden Pegel abgesenkt wird. Daher wird die Stromzuführung von einem weiteren Wechselstromnetz besonders wichtig mit immer weiterer Abnahme der Frequenz. Gemäß der Erfindung wird der effektive Verstärkungsfaktor mit fortschreitender Frequenzabnahme erhöht, und der Verstärkungsstrom ist innerhalb kurzer Zeit erhöhbar.

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Es ist ersichtlich, daß der Schaltungsaufbau in verschiedener .Weise geändert werden kann. Weiter ist ersichtlich, daß selbst dann, wenn der Regelkreis gemäß Fig. 4 keine Konstantleistungs-Regeleinrichtung, sondern nur eine Feststrom-Regeleinrichtung und eine Konstantsteuerwinkel-Regeleinrichtung hat, die Erfindung unmittelbar bei einem derartigen System anwendbar ist durch Ausnutzen von AP zum Ändern des Sollwertes der Feststrom-Regeleinrichtung.

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Claims

Patentansprüche

l.yRegelkreis für Verbundnetz, das aus zwei über ein Gleich-Stromübertragungssystem miteinander verbundenen Wechselstromnetzen besteht, mit einem Gleichrichter und einem Wechselrichter im Gleichstromübertragungssystem, gekennzeichnet durch eine Einrichtung mit mindestens einem mit dem Gleichrichter zusammenwirkenden Feststrom-Regler (CIA, CIB) zum Festwertregeln des Stroms im Gleichstromübertragungssystem (L), und

einen Sollwert-Steller (AF) für den Feststrom-Regler in Abhängigkeit von der Frequenzdifferenz zwischen den beiden Wechselstromnetzen (A, B), um den Sollwert des Feststrom-Reglers (CIA, CIB) mit zunehmender Frequenzdifferenz stark zu verstellen.
2. Regelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert-Steller (AF) aufweist: erste Mittel (FVA, FVB) aim Erfassen der Frequenzen der Wechselstromnetze und Umsetzen dieser Frequenzen in entsprechende Spannungssignale, zweite Mittel zum Erfassen der Differenz zwischen den Frequenzen der beiden Wechselstromnetze auf der Grundlage der Ausgangs-Spannungssignale der ersten Mittel (FVA, FVB), dritte Mittel (AAl, AA2, ...) zum Verstärken der die Frequenzdifferenz darstellenden Ausgangssignale der zweiten Mittel, und mit den dritten Mitteln (AAl, AA2, ...) verbundene vierte Mittel zum Erzeugen eines Signals zum Verstellen des Soll-Stroms des Gleichstromübertragungssystems, wobei die dritten Mittel eine nichtlineare Kennlinie haben, so daß die Zu- oder Abnahmegeschwindigkeit des durch das Gleichstromübertragungssystem übertragenen Stroms mit zunehmender Frequenzdifferenz stark erhöhbar ist.

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3. Regelkreis nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mehrere Vergleicher zum Vergleichen der Frequenzdifferenz mit mehreren unterschiedlichen Sollwerten, und durch einen Addierer (AD) zum Erfassen der 'Summe der Frequenzdifferenz und der Ausgangssignale der Vergleicher, wobei das Ausgangssignal des Addierers (AD), das Verstellsignal ist.
4. Regelkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicher so eingestellt sind, daß ihre Ausgangssignale über der Frequenzdifferenz eine Hysterese-Kennlinie haben.
5. Regelkreis nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Zeitgeber (T₁, Τ», T₁ ¹, T₂ ¹) zum Erhalt der Hysterese-Kennlinie.

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