DE2410691B2

DE2410691B2 - Regelkreis bei einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage

Info

Publication number: DE2410691B2
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: 1978-12-21
Also published as: DE2410691A1; US3906335A; JPS5527534B2; JPS49116543A

Description

Die Erfindung betrifft einen Regelkreis bei einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage
(HGÜ-Anlage) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs

1. Ml

Um ein großräumiges Stromversorgungsnetz wirtschaftlich betreiben zu können, wird dieses in mehrere elektrische Netze kleinerer Leistung unterteilt, wobei diese Teilnetze so miteinander verbunden werden, daß sie im wesentlichen so als eigenständiges Stromversor- e>-> gungsnetz arbeiten, daß selbst im Störungsfall kein ungewöhnlich hoher Strom auftreten kann. Ein solcher Verbund ist dadurch erreichbar, daß zwei Wechselstromnetze durch ein Gleichstromnetz miteinander verbunden werden. Dazu ist an jedem Verbindungspunkt zwischen zwei Wechselstromnetzen ein Stromrichter angeordnet und sind die beiden Stromrichter durch eine Gleichstromleitung miteinander verbunden. Einer der beiden Stromrichter ist ein Gleichrichter, der andere ein Wechselrichter. Die beiden Stromrichter werden durch Erfassen der Differenz zwischen den Frequenzen der Wechselstromnetze, mit denen sie verbunden sind, so gesteuert bzw. geregelt, daß von dem Wechselstromnetz höherer Frequenz Strom zum Wechselstromnetz niedrigerer Frequenz abhängig von der Frequenzdifferenz übertragen wird. Auch 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 Gleichstromnetz getrennt ist. Allerdings ist die Stromübertragung zwischen den beiden Wechselstromnetzen bei Regelung der Stromrichter in Abhängigkeit der Frequenzdifferenz zwischen beiden Wechselstromkreisen insofern unzureichend, als im Regelkreis zwangsläufig eine Regelabweichung auftritt, so daß insbesondere bei starken Frequenzschwankungen nach einer Regelung noch eine hohe Frequenzdifferenz verbleibt.

Um dieses Problem zu überwinden, wurde der eingangs genannte Regelkreis (vgl. DE-AS 19 05 296) angegeben. Bei dem bekannten Regelkreis wird jedoch die Frequenzdifferenz zwischen zwei Punkten eines der Wechselstromnetze erfaßt und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und werden abhängig davon die Stromrichter so angesteuert, daß die Frequenzdifferenz zwischen den beiden Punkten des einen Wechselstromnetzes auf Null erniedrigt wird.

Diese Regelung hat jedoch erhebliche Nachteile. Der Regelkreis spricht auf beliebige auch sehr kleine Störungen von außerhalb an, weshalb die Regelung sehr leicht instabil werden kann. Ein derartiger Regelkreis kann auch nur sehr schwer a"f eine plötzliche Übertragung hoher Leistungen zum Leistungsausgleich ansprechen, wenn die Frequenzdifferenz zwischen zwei Wechselstromnetzen plötzlich oder sprungförmig z. B. infolge von Störungen der Wechselstromnetze zunimmt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Instabilität beim ständigen Betrieb des Regelkreises zu verhindern und gleichzeitig zur Leistungsanpassung eine plötzliche Übertragung großer Leistung zu bewirken, wenn eine große Frequenzdifferenz infolge von Störungen in den Wechselstromnetzen zwischen den Wechselstromnetzen auftritt.

Diese Aufgabe wird bei einem Regelkreis der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs I angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung sieht nämlich mehrere verschiedene Stellfaktoren der Regelkreis-Rückkopplungsschleife zwischen den Bereichen kleiner bzw. großer Frequenzdifferenz vor, wobei eine hohe Rückkopplungsverstärkung im Bereich hoher Frequenzdifferenzen verwendet wird, so daß die plötzliche Übertragung großer Leistung bewirkt werden kann, wenn große Frequenzdifferenzen auftreten.

Im Bereich kleiner Frequenzdifferenzen ist die Rückkopplungsverstärkung ebenfalls klein, so daß kein Regeleingriff bei solch kleinen Frequenzdifferenzen erfolgt, wie sie z. B. auftreten können zwischen den

Betriebsfrequenzen am Tag und in der Nacht, um eine Zeitkompensation für elektrische Uhren hervorzurufen.

Je größer also die Frequenzdifferenz, desto größer die Änderungsrate des Sollwerts, wodurch die nach der Regelung zwischen den Wechselstromnetzen verbleibende Frequenzdifferenz vermindert wird.

Bei einem Verbundnetz, bei dem die HGÜ-Anlage einer Drehstromleitung parallel geschaltet ist, wurde schon die Frequenzdifferenz der angeschlossenen Drehstromnet^e der HGÜ-Anlage so aufgeschaltet, daß z. B. Kurzschluß auf der Drehstromleitung den Leistungs- bzw. Stromsollwert der HGÜ-Regelung bei wachsender Frequenzdifferenz vergrößert wird (vgl. BBC-Nachrichten 52,[197O] 10/11₁S. 295 bis 302. insbes. S. 299 bis 301). Eine stabile Regelung bei nur über die HGÜ-Anlage miteinander verbundenen Wechselstromnetzen ist dadurch jedoch nicht erreichbar.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 vereinfacht ein Blockschaltbild einer üblichen HGÜ-Anlage.

Fig.2 eine graphische Darstellung der „Kennlinien des Regelkreises von Fig. 1,

Fig.3 ein Blockschaltbild der HGÜ-Aniage von F i g. 1 in bezug auf deren Übertragungsfunktionen,

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 5 eine graphische Darstellung der Betriebsweise der beiden in F i g. 4 dargestellten Stromrichter,

F i g. 6 eine graphische Darstellung der Betriebskennlinien von Teilen des Regelkreises gemäß F i g. 4,

Fig.7, 9 und 11 Blockschaltbilder von Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Regelkreises,

Fig.8, 10 und 12 graphische Darstellungen der Betriebskennlinien der Weiterbildungen gemäß F i g. 7 bzw. 9 bzw. 11.

Fig. 1 zeigt ein bereits bekanntes Verbundnetz, bei dem zwei Wechselstromnetze A und B über einen Gleichrichter Q, eine Übertragungsleitung L und einen Wechselrichter Ci miteinander verbunden sind. Frequenzfühler FVA und FVB erfassen die Frequenzen der Wechselstromnetze A und B auf Grund vor Spannungstransformatoren PTA und PTB zugeführten Spannungen und erzeugen positive Gleichspannungen, deren Pegel den jeweiligen erfaßten Frequenzen proportional sind. Ein Sollweristeller AF unterdrückt Frequenzschwankungen in den Wechselstromnetzen A und B. Ein Addierer AD\n der Freqvienzregelschaltung ,AFerfaßt die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Frequenz FVA und FV'B, und das Ausgangssignal des Addierers AD wird von einem Operationsverstärker A Mso verstärkt, daß die Einstellungen der Stromrichter Ci und Ci in geeigneter Weise geändert werden. Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers AM wird vom Verhähnis zwischen Widerständen /?2 und R\ bestimmt. Daher sind AFund miteinander proportional (Fig. 2); AF ist die vom Addierer AD erfaßte Frequenzdifferenz zwischen den Wechselstromnetzen A und B, und AP\sl die sich aufgrund der Änderung des Ausgangssignals des Sollwertstellers AF in bezug auf A /-"ergebende Änderung des durch das Gleichstromnetz übertragenen Stroms. In F i g. 2 wird angenommen, daß die Stromübertragung vom Wechselstromnetz A zum Wechselstromnetz S erfolgt, und die Frequen:zdifferenz A Fist positiv, wenn die Frequenz des Wechselstromnetzes A höher ist als; diejenige des Wechselstromnetzes B.

Es wird nun die W'/kung der Unterdrückung von Frequenzschwankungen bei dieser Regelungsart untersucht. Angenommen zwischen den beiden Wechsel stromnetzen A und B besteht eine Frequenzdifferanz JFo, so wird der über die Übertragungsleitung L übertragene Strom um -dPTgeänden aufgrund entsprechender Regelung, und infolgedessen wird die Frequenzdifferenz auf AF erhöht. Diese Werte stehen miteinander in der in F i g. 3 gezeigten Weise in Beziehung. AF' ist die geregelte oder korrigierte Frequenzdifferenz, G\ ist eine Übertragungsfunktion, bestimmt durch Teilen der Stromänderung in der Übertragungsleitung L durch die Frequenzdifferenz, und ft ist eine Übertragungsfunktion, bestimmt durch

/ 1 1 λ

\KA ^T KB J'

mit KA und KB = Systemkonstanten in MW/Hz der beiden Wechselstromnetze A und B. Aus F i g. 3 ergibt sich folgende Gleichung:

jf r;. · G,

IF_n (1 +G₁ G₂) ' '"

Daher uilt

IF

(I +G, G₂)

Gleichung (2) zeigt die durch die HGÜ-Anlage gemäß F i g. 1 erzielte frequenzerhöhende Wirkung. Somit ist die Frequenzschwankung auf einen Bruchteil des Wertes unterdrückbar, der ohne eine solche Verbindung erhalten wird; allerdings schwankt der Unterdrückungseffekt abhängig von den Werten von Ci und Ci.

Aus F i g. 3 ist jedoch ersichtlich, daß sich bei dem in Fig. 1 dargestellten Regelkreis zwangsweise eine Regelabweichung ergibt, da der Regelkreis im wesentlichen nur aus Proportionalgliedern besteht Wenn also die ursprüngliche Frequenzdifferenz AF₀ ziemlich hoch ist, ist die sich ergebende Frequenzdifferenz AF eb nfalls hoch, und die gewünschte Regelwirkung ist nicht voll erzielbar.

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

F 'g·. 4 zeigt das Blockschaltbild einer Ausführungstorm der Erfindung. Der Regelkreis hat Transformatoren TA und TB, G'eichstromdrosseln DCLA und DCLB, Stromwandler CTAi, CTA 2, CTBX und CTB2 und Gleichstromwandler DCCTA und DCCTB. Automatische Impulsphasenschieber APPSA und APPSB werden durch Signale gesteuert, die von Konstantstrom-Reglern CIA und ClB oder von noch zu erläuternden Konstantsteuerwinkel-Reglern öA und OB zugeführt werden. Die Konstantsteuerwinkel-Re^ler öA und dB erfassen den Steuerwinkel von Stromrichtern Ci und C₂ auf der Grundlage der Primärspannung und des Sekundärstroms der Transformatoren TA bzw. 77? und vergleichen die Ist-Werte mit einem an Anschlüsse lA I und tB 1 angelegten Sollwert O_n zum Erzeugen einer

Spannung, die zum Erhalt der Gleichheit zwischen diesen erforderlich ist. Die Konstantstrom-Regler CIA und CIB erzeugen eine Spannung, die erforderlich ist zum Errreichen der Gleichheit zwischen dem Strom in der Übertragungsleitung L und einem Soll-Wert. Die -, automatischen Impulsphasenschieber APPSA und APPSB wählen eines der Ausgangssigr/ale der Konstantsteuerwinkel-Regler und der Konstantstrom-Regler iius und geben den Stromrichtern Ci und C2 eine geeignet bemessene Zündphase; die Impulsphasenschie- w ber können üblicher Bauart sein. Die Erfindung ist bei einer bereits entwickelten Regelart anwendbar, bei der ein Gleichrichter einer Konstantstrom-Regelung und ein Wechselrichter einer Konstantsteuerwinkel-Regelung unterliegt; ein derartiger Fall wird jetzt unter Bezugnahme auf F i g. 4 erläutert. Die bei der Erfindung für die Leistungsübcrtragungs-Regelung benutzten Konstantsteuerwinkel und Konstantstrom-Regler können von besonderem Aufbau sein und werden im folgenden muni gusotiiieri eriäuieri. -■"

Leistungsfühler PDA und PDBerzeugen 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 r> Aufbau sein und haben zweckmäßige Glieder zum Glätten von Welligkeits; nteilen im Ausgangssignal. Verschiedene Führungssignale werden an Anschlüsse tA 1. tA 2, lA 3, fßl angelegt. Addierer AD. ADA 1,

ADA 2 4DS 1. ADB2,... subtrahieren das über die m

Leitung mit negativem Vorzeichen zugeführte Eingangssignal von dem über die Leitung mit positivem Vorzeichen zugeführten Eingangssignal. Mehreren Operationsverstärkern AA 1, AA 2, AB \ und ABl sind mehrere Widerstände RA 1. RA 2, RB 1, RB2 zugeord- i> net. Ein Schalter SW ist von Hand umschaltbar zum Verbinden des Anschlusses tA 3 mn einem von Kontakten a und b. Verzögerungsglieder TDA und TDB sind zwischen den Operationsverstärkern AA 1 und den Addierer ADA 3 bzw. zwischen den Opera'ionsverstär- i" ker AB 1 und den Addierer ADB3 geschaltet.

Vor Erläuterung der Änderung des durch das Gleichstromnetz übertragenen Stroms auf der Grundlage der Frequenzdifferenz zwischen den beiden Wechselstromnetzen A und B. was die Erfindung bezweckt, -i'. wird zuerst eine übliche Regelung erläutert, bei der der Gleichrichter G und der wechselrichter Ci mit Konstantstrom-Regelung und Konstantsteuerwinkel Regelung arbeiten. Die Leitungsfühler PDA und PDB sind so aufgebaut, daß sie ein Gleichspannungs-Aus- "■» gangssignal von z.B. 10 V erzeugen, wenn der Gleichrichter C und der Wechselrichter C2 eine Nennleistung von z. B. 300 MW erzeugen, und ein Spannungssignal Null erzeugen, wenn die Ausgangssignale des Gleichrichters Ci und des Wechselrichters C₂ Null sind. Eine dem Sollwert der übertragenen Leistung entsprechende Spannung PDwird an den Anschluß tA 2 angelegt. Diese Spannung PD ist eine Gleichspannung von z.B. 10V, wenn der Gleichrichter Ci und der Wechselrichter C₂ die Nennleistung erzeugen. Die bo Stromfühler IDA und IDB sind so ausgelegt, daß sie, wenn der Gleichrichter C, und der Wechselrichter C₂ mit der Nennleistung von z. B. 300 MW und der Nennspannung von z. B. 125 kV arbeiten und ein Strom von z. B. 1200 A erfaßt wird, eine Gleichspannung von bs z.B. 10V erzeugen, während sie ein Spannungssignal Null erzeugen, wenn ein Strom Null erfaßt wird. Eine einem Marginalstrom AIentsprechende Spannung wird an den Anschlußpunkt tA 3 so angelegt, daß einer de .Stromrichter Ci und C? als Wechselrichter arbeitet kann. Dieser Marginalstrom wird üblicherweise gleict 10% des Nennstroms gewählt, und daher wird an der Anschluß tA 3 normalerweise eine Glcichspsnnung vor I V angelegt. Die verschiedenen Teilen zugeordneter Vorzeichen + und — bedeuten, daß die an diesen Teiler auftretenden Signale in bezug aufeinander positiv bzw negativ sind.

Es sei angenommen, daß Leistung vom Wechsel stromnetz A zum Wechselstromnetz B übertragen wire und der Regelkreis die Übertragung einer vorgegcbe nen Leistung zwischen diesen beiden Wcchsclstromnet zcn A und B regelt, wie dies unter Bezugnahme au F i g. 1 erläutert wurde. Es sei ferner angenommen, dal. das Ausgangssignal AP eines Sollwcrtstellers AF, dci weiter unten noch erläutert wird. Null ist. Mit AP= ( erscheint die an den Anschluß tA 2 angelegte Spannung PDan den Ausgängen der Addierer ADA 1 und ADB 1 Diese Ausgangssigiiaie werden den Addierern ADAa und ADB2 und gleichzeitig den Addierern ADA 3 unc ADB3 zugeführt. Die Ausgangssignale der Leistungs fühler PDA und PDB werden ebenfalls den Addiererr ADA2 und ADB2 zugeführt. Da das System untei Nennleistungsbedingungen arbeitet, sind die Ausgangs signale der Addierer ADA 2 und ADB2 Null, und die Ausgangssignale der Operationsverstärker AA 1 unc AB 1 und der Verzögerungsglieder TDA und TDB sine ebenfai.) Null. Da die Leistung vom Wechselstromnet/ A zum Wechselstromnetz B übertragen wird, müsser die Stromrichter Ci und C₂ als Gleichrichter bzw. al; Wechselrichter arbeiten. Der Schalter 5Wist mit den Kontakt b verbunden, und die an den Anschluß tA 2 angelegte Spannung, die dein Marginalstrom A, entspricht, wird dem Addierer ADB3 zugeführt. Dahei erscheint die Spannung PD als Ausgangssignal de< Addierers ADA 3 und wird dem Addierer ADA Ί zugeführt, und die Spannung PD-Al erscheint al« Ausgangssignal des Addierers ADB3 und wird derr Addierer A DB4 zugeführt zum Erzeugen der Sollwerte für die Konstantstrom-Regler CIA und CIB. Wie bereits erläutert wurde, werden die Ausgangssignale der einzelnen Fühler und die an die einzelnen Anschlüssen angelegten Sollwerte so gewählt, daß sie unter Nennleistungsbedingungen entsprechende Gleichspannungspegel haben. So ergibt sich selbst dann kein besonderes Problem, wenn der Leistungsführungswert als Sollwert für die Konstantstrom-Regler gewählt wird Die Ausgangssignale der Gleichstromfühler IDA und IDB werden mit der in der Figur dargestellten Polarität den Addierern ADA 4 bzw.ADB4 zugeführt Somit ist das Ausgangssignal des Addierers ADA 4 annänrend Null, während das Ausgangssignal des Addierers ADB4 Allst, und das Ausgangssignal des Addierers ADB4 ist um AI größer als das des Addierers ADA4. Es ist bekannt, daß bei Zuführen des Marginalstromszi/zu nur einem der beiden Konstantstrom-Regler und Wahl der Ausgangssignale der Konstantsteuerwinkel und Konstantstrom-Regier durch die automatischen Impulsphasenschieber APPSA und APPSB zum Steuern der Stromrichter Ci und C₂ in der vorstehend erläuterten Weise, derjenige Stromrichter, dem AI zugeführt wird als Wechselrichter und der andere als Gleichrichter arbeitet Im vorliegenden Fall wird daher der Gleichrichter Ci durch den Konstantstrom-Regler CIA gesteuert während der Wechselrichter C₁ durch den Konstantsteuerwinkel-Regler 6B gesteuert wird. Die Betriebskennlinien der Stromrichter Ct, C₂ sind in F i g. 5

veranschaulicht, wobei die Ordinate die Gleichspannung der Übertragungsleitung /. und die Abszisse den Strom darstellen. Die Stromrichter G. C? arbeilen mit den durch gestrichelte Linien dargestellten Spannungs- und Stromwerten.

Wenn die übertragene Leistung sich aus irgendeinem Grund verringert, verringert sich das Ausgangssignal des Leistungsfühlers PDA, und das Ausgangssignal des Addw;ers ADA 2 ändert sich auf einen positiven Wert. Das Ausgangssignal des Addierers ADA2 wird durch den Operationsverstärker AA 1 verstärkt, dessen Verstärkungsfaktor durch die Widerstände RA I und RA 2 bestimmt wird, und wird dem Verzögerungsglied TDA zugeführt. Daher bewirkt eine Verringerung der übertragenen Leistung eine Zunahme des Ausgangssignals des Addierers ADA 3 nach Verzögerung durch das Verzögerungsglied TDA, wodurch der Sollwert des Konstantstrom-Reglers CIA erhöht wird. Infolgedessen wird die Phase des Ausgangssignals des automatischen impuisphasenschiebers APPSA geändert zum hrhohen der übertragenenen Leistung. Wenn umgekehrt die übertragene Leistung erhöht wird, wird das Ausgangssignal des Addierers ADA 3 verringert zum Verringern der übertragenen Leistung. Die Zu- oder Abnahme des Ausgangssignals des Addierers ADA 3 wird durch den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers AA 2 bestimmt, der wiederum durch die Widerstände RA 3 und RA 4 bestimmt wird. Eine Abnahme der übertragenen Leistung wird auch vom Leistungsfühler PDBerfaBt und hat eine Änderung des Ausgangssignals des Addierers ADBZ zur Folge. Das hat jedoch keinen Einfluu, da der Wechselrichter Ci unter Regelung durch den Konstantsteuerwinkel-Regler oßarbeitet.

So ist die übertragene Leistung geeignet einstellbar, wenn sie eine Änderung erfährt. Dies bedeutet, daß die übertragene Leistung dadurch regelbar ist, daß anscheinend der Leistungs-Sollwert geändert wird. Der Sollwertsteller AF(F\g. I) ist hierfür vorgesehen, und sein Ausgangssignal ,dPwird den Addierern ADA 1 und ADBi gemäß Fig. 4 zugeführt. Selbst wenn also eine unmittelbare Änderung der übertragenen Leistung nicht beobachtet wird, ist das Auftreten einer Frequenzdifferenz OF zwischen den beiden Wechselstromnetzen A und B einer Änderung des Leistungs-Sollwerts gleich, und dementsprechend ist die übertragene Leistung regelbar. Wenn z. B. ΔΡpositiv ist, wird die übertragene Leistung erhöht, während sie verringert wird, wenn Δ Ρ negativ ist.

Wie bereits erwähnt, ist jedoch der Restfehler oder die bleibende Regelabweichung nach der Regelung hoch, wenn APnw einfach ΔFproportional ist. Dies ist durch den erfindungsgemäßen Sollwertsteller AF vermeidbar.

Die Ausgangssignale der Frequenzfühler FVA und FVB werden über Leitungen 100 und 200 dem Sollwertsteller AF zugeführt, und dessen Ausgangssignal Δ P wird über eine Leitung 300 den Addierern ADA 1 und ADBi zugeführt. Wie bereits erläutert, ist idFpositiv, wenn die Frequenz des Wechselstromnetzes A höher ist als diejenige des Wechselstromnetzes B. Damit ist AP auch positiv, und die Ausgangsspannung des AFerfassenden Addierers AD ist negativ, wenn AF positiv ist

Gemäß Fig. 4 verstärken Operationsverstärker AA3 bis AAS das Eingangssignal AF, wobei der Verstärkungsfaktor durch das Verhältnis zwischen jeweils zugeordnetem Eingangswiderstand und Rückkopplungswiderstand (Widerstände RA 5, RA 6, RA 8,

RA 9, RAU bis RA 14, RA 16. RA 17. RA 19. RA 20 bestimmt ist. Eine positive Vorspannung wird iibei einen Anschluß lA 4 und Widerstände RA 7 und RA It an die Operationsverstärker AA 4 und AA 5 angelegt während über einen weiteren Anschluß lA 5 unc Widerstände RA IS und RA 18 eine negative Vorspan nung an die Operationsverstärker AA 7 und AA f angelegt wird. Dioden Di bis D3 wählen unter der Ausgangssignalen der Operationsverstärker AA 3 bis AA 5 die höchste positive Spannung aus, und Dioden D4 bis Db wählen unter den Ausgangssignalen der Operationsverstärker AA 6 bis AA 8 die höchste negative Spannung aus. Diese positive und diese negative Ausgangsspannung werden einem aus Widerständen RA 21 bis RA 23 und einem Operationsverstärker AA 9 bestehenden Addierer zugeführt. Dieser Addierer hat einen Verstärkungsfaktor Eins und führt eine einfache Addition durch. Die Polarität des Ausgangssignals des Operationsverstärkers AA 9 wird durch einen aus Widerständen RA 24, RA 25 und einem Operationsverstärker AA 10 bestehenden Vorzeichenumkehrer geändert. Selbstverständlich ist der Verstärkungsfaktor dieses Vorzeichenumkehrers ebenfalls Eins. Wenn jetzt das Ausgangssignal des Addierers AD negativ irt, sind die Ausgangssignale der Operationsverstärker AA 6 bis AA 8 positiv und die Dioden D 4 bis D6 gesperrt. Wenn umgekehrt das Ausgangssignal des Addierers AD positiv ist, sind die Ausgangssignale der Operationsverstärker AA 3 bis AA 5 negativ und die Dioden Di bis D3 gesperrt. Wenn weiter das Ausgangssignal des Addierers /tDschwach ist und einen niedrigen positiven oder negativen Wert hat, werden die Ausgangssignale der Operationsverstärker AA 4, AA 5 bzw. AA 7, AA 8 negativ bzw. positiv gemacht durch die Wirkung der Vorspannungen, und die Dioden D2, D3, D5 und D6 sind gesperrt. 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 AA 4 positiv. Bei weiterer Zunahme des Ausgangssignals des Addierers AD überschreitet schließlich das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA 4 das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA 3. Dann tritt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA 4 durch die Operationsverstärker AA 9 und AA 10 und erscheint als Ausgangssignal AP.

Das Ausgangssignal AP des Sollwertstellers AF (F i g. 4) ändert sich daher abhängig von AF(F i g. 6). Aus Fig.6 ist ersichtlich, daß bei positivem AF, d.h. bei negativem Ausgangssignal des Addierers AD, die Au.^cgangssignale der Operationsverstärker AA 3 und AA 4 entsprechend den Strichlinien auftreten und ihre Höchstwerte als AP entsprechend den Vollinien erscheinen. Bei negativem AF erscheinen in gleicher Weise die Ausgangssignale der Operationsverstärker AA 6 bis AA 8 entsprechend den gestrichelten Linien, und AP wird entsprechend der Vollinie erhalten. Die Neigung der die Ausgangssignale der Operationsverstärkers AA3 bis AAS darstellenden Linien ist bestimmt durch das Verhältnis zwischen dem jeweiligen Eingangswiderstand und dem Rückkopplungswiderstand, wie bereits erläutert wurde. Die Punkte Pt bis ft sind bestimmt durch den Betrag der an die Anschlüsse tA 4 und tA 5 angelegten Vorspannungen, und durch das Verhältnis zwischen dem Eingangs- und dem Rückkopplungswiderstand in bszug auf die Vorspannung. Je größer also bei der Ausfühningsform gemäß F i g. 4 die

Frequenzdifferenz ist, desto größer wird d in Gleichung (2), und die nach der Regelung verbleibende Frequenzdifferenz ist entsprechend verringerbar.

Wenn jedoch G\ in Gleichung (2) einen bestimmten Grenzwert übersteigt, besieht die Gefahr, daß die Rückkopplungsschleifen-Verstärkung höher wird und der Regelkreis instabil wird. In einem solchen Fall reicht die in F i g. 4 dargestellte Ausführungsform nicht aus.

In diesem fall ist die Schaltung gemäß Fig. 7 vorteilhaft anwendbar. Fig. 7 zeigt lediglich einen Sollwertsteller AF, der immer mit demgleichen Verstärkungsfaktor (Fig. 8) so arbeitet, daß eine nach der Regelung verbleibende unerwünscht hohe Frequenzdifferenz verringert wird.

Der Sollwertsteller AFgem'iü F i g. 7 hat Operationsverstärker AA 11 bis AA 16, Widerstände RA 31 bis RA 46, Dioden DII bis D14 und Vorspannungs-Anschlüsse tA 6 bis tA 9. Negative Vorspannungen unterschiedlicher Pegel werden an die Anschlüsse tA 6 die sich ergebende Frequenzdifferenz klein wird.

Fig.9 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung zum weiteren Verringern der Rest-Frequenzdifferenz. 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 der Frequenzdifferenz eine Hysterese vorhanden ist.

Das heißt, ^Pnimmt gemäß Fig. 10 zwar um AP\ zu, in wenndFden Wert Λ/i überschreitet, nimmt jedoch nicht bei Unterschreiten dieses Wertes Af\, sondern erst bei Unterschreiten eines demgegenüber niedrigeren Wertes A f'\ wieder um Δ P\ ab.

Gemäß Fig. 9 arbeiten Operationsverstärker AA 17 ΙΊ bis AA 20 und zugeordnete Widerstände RA 47 bis RA 54 als Vorzeichenumkehrcr mit Verstärkungsfaktor Eins. Flipflops FF\ und FF3 werden gesetzt, wenn dii" Ausgangssignale der Operationsverstärker AA 12 bzw. AA 19 sich von Null auf eine negative Konstantspan-

Pegel werden an die Anschlüsse tA 8 und tA 9 angelegt. Wie zuvor trifft am Addierer AD ein negatives Ausgangssignal auf, wenn die Frequenz des Wechselstromnetzes B herabgesetzt wird. Durch ein geeignetes Verhältnis zwischen dem Eingangswiderstand RA 41 und dem Rückkopplungswiderstand RA 46 erscheint daher am Operationsverstärker AA 16 ein Ausgangssignal mit einer Kennlinie entsprechend der Stnchlinie von Fig.8. Das Ausgangssignal des Addierers AD erfährt zunächst eine Vorzeichenumkehr durch den Operationsverstärker AA 11 mit Verstärkungsfaktor Eins und wird dann den Operationsverstärkern AA 12 bis AA 15 zugeführt. Da die Vorspannungen mit den dargestellten Polaritäten an diese angelegt sind, sind sämtliche Dioden DIl bis D14 leitend und die Ausgangssignale der Operationsverstärker AA 12 bis AA 15 Null, außer wenn die Polarität des Ausgangssignals des Operationsverstärkers AA 11 geändert wird und dessen Absolutwert die Werte der Vorspannungen überschreitet. Wenn z. B.dFauf Af_x (F i g. 8) er! .M wird und der Absolutwert des Ausgangssignals des Operationsverstärkers AA 11 gleich dem der an den Anschluß tA 6 angelegten Vorspannung ist ist das zusammengesetzte Eingangssignal des Operationsverstärkers AA 12 positiv und die Diode DIl gesperrt, so daß am Operationsverstärker AA 12 eine negative Konstantspannung erscheint, durch die das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA 16 um Δ P\ erhöht wird, entsprechend dem Verhältnis zwischen dem nunmehrigen Eingangswiderstand Λ4 42 und dem Rückkopplungswiderstand RA 46. Die an den Vorspannungsanschluß tA 7 angelegte Vorspannung ist entsprechend so wählbar, daß mit AF>Afi die Diode D 12 gesperrt ist, wodurch dann das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA16 um ZlP₂ erhöht wird. Die an die Anschlüsse tA 8 und tA 9 angelegten Vorspannungen sind entsprechend so wählbar, daß die Kennlinie gemäß F i g. 8 vollständig erhalten wird. Die positive und die negative Kennlinie gemäß Fig.8 können vollständig gleich gemacht werden, wenn die Widerstände RA 42 bis Λ4 45 so gewählt sind, daß RA 42=RA 44 und RA 43 = RA 45.

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-Frequepzdifferenz ergeben, da d in Gleichung (2) seinen ursprünglichen niedrigen Wert wieder annimmt, wenn Ausgangssignale der Operationsverstärker AA 12' bzw. AA 20 sich von einer negativen Konstantspannung auf Null ändern. Im gesetzten Zustand erzeugen die Flipflopj FFl und FF3 jeweils eine negative Konstant-

2Ί spannung.

Daher werden Vorspannungen der gezeigten Polaritäten entsprechend Af\ undd/i'an Anschlüsse tA 6 bzw. tA 8' angelegt und wird das Flipflop FFl gesetzt bei AF> A(\ und rückgesetzt bei AF>Af\ . Bei Setzen eines

ίο Flipflops FFl erscheint am Operationsverstärker AA 16 ein sich schrittweise änderndes Ausgangssignal wie bei der Ausführungsformen gemäß F i g. 7. Dadurch wird die Kennlinie gemäß Fig. 10 erhalten.

Die in F i g. 11 dargestellte weitere Ausgestaltung der

r> Erfindung unterscheidet sich dadurch von der in F i g. 9 dargestellten,daß eincaF-dP-Kennlinie gemäß Fig. 12 erhalten wird, daß also die 4F-<4P-Kennlinie parallel verschoben wird, wie durch OA. O'B. O"C und OA' O'B', O"C dargestellt ist, wenn die Erfassung von

4Ii AF>Af\ bzw. AF<Ah langer als vorgegebene Zeitintervalle U bzw. f₂ dauert, und diese Kennlinie zu OA und OA' zurückgeführt wird, wenn die Zus^>!\nde vr.· AF<Af\ und AF>Afj langer als vorgegebene Zeitintervalle t\ bzw. ti dauern. Gemäß F i g. 11 erzeugen

•4) Zeitglieder Ti und T₂ ein Ausgangssignal, wenn Operationsverstärker AA 12 bzw. AA 19 ein konstantes negatives Ausgangssignal erzeugen, und zwar während der vorgegebenen Zeitintervalle t\ bzw. <₂ nach Erfassen von AF>Af\ bzw. AF<Ah'. Zeitglieder Ti' und T₂'

^r>n erzeugen ein Ausgangssignal, wenn ein konstantes negatives Ausgangssignal erzeugende Operationsverstärker AA 12' bzw. AA 20 kein solches Signal mehr erzeugen, und zwar während der vorgegebenen Zeitintervalle t\ bzw. f₂ nach Erfassen von AF<Af\ bzw.

AF>AH. Flipflops FFl bis FF4 werden von den Ausgangssignalen der Zeitglieder Ti und T₂ gesetzt und von den Ausgangssignalen der Zeitglieder 71' und T₂' rückgesetzt Das Ausgangssignal eines Operationsverstärkers AA 16 ändert sich schrittweise wie in F i g. 9

bo abhängig von den Ausgangssignalen der Flipflops FFl bis FF4.

Bei der Schaltung gemäß F i g. 11 erzeugt daher der Operationsverstärker AA 12 ein konstantes negatives Ausgangssignal zum Auslösen der Zeitglieder T\ und T2, sobald AF>Af\. Wenn dieser Zustand länger als das vorgegebene Zeitintervall t\ andauert, erzeugt das Zeitglied Ti ein Ausgangssignal, wodurch sich das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA 16 um

einen "Schritt zu O B' ändert. Wenn der Operationsverstärker AA 12 weiler dieses Ausgangssignal abgibt trotz der Änderung des Ausgangssignals des Operationsverstärkers AA 16 zum Pegel O'B, erzeugt das Zeiiglied T2 im vorgegebenen Zeitintervall h (U < (2) ein Ausgangssignal. Daher ändert sich das Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA 16 um einen Schritt von O'B zu O"C. Infolge der Zunahme von AP zum Erhöhen des übertragenen Stroms wird AF verringert, bis die Bedingung AF<Af\' erfüllt ist. Dann tritt das konstante negative Ausgangssignal des Operationsverstärkers AA 12' nicht mehr auf, wodurch die Zeitglieder 7V und 7Y ausgelöst werden. Die AF-AP-Kennlinie wird von O"Czu O'B zurückgeführt, wenn dieser Zustand länger als das vorgegebene Zeitintervall h' dauert, und nach einem weiteren vorgegebenen Zeitintervall W (h'<t\) wird die A F-AP-Kennlinie zu OA zurückgeführt. Der gleiche Betrieb wird durchgeführt, wenn sich AF in negativer Richtung ändert. Bei der Schaltung gemäß Fig. i ί erioigi die eigentliche Regelung, nachdem die Frequenzdifferenz AF im wesentlichen vollständig beseitigt wuide, wodurch die nach der Regelung etwa noch verbleibende Frequenzdifferenz auf einen Mindestwert verringerbar ist. Eine besonders wirksame Frequenzregelung ist insbesondere dann möglich, wenn die Einstellwerte der Zeitglieder von Fig. 11 in bezug auf die Betriebszeit der Regler für die Stromerzeuger in den einzelnen Wechselstromnetzen bestimmt werden.

Somit ist die Differenz zwischen den Frequenzen von zwei durch eine HGÜ-Anlage mi· iinander verbundenen Wechselstromnetzen durch eine Gleichstromvcrbindung verringerbar, und zwar selbst dann, wenn in einem der verbundenen Wechselstromnetze eine Störung der Leistungsübertragung 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 zweiten Wechselstromnetzes in einem aus zwei Wechselstromnetzen bestehenden Verbundnetz.

Wenn jedoch das Leistungsvermögen des einen de beiden verbundenen Wechselstromnetze geringer ist als das des anderen und eine Frequenzstabilisierung des Wechselstromnetzes mit geringem Leistungsvermögen erwünscht ist, kann die Regelung so erfolgen, daß die Frequenzdifferenz AF in bezug auf die Nenn'requenz des betroffenen Wechselstromnetzes auf ein Minimum verringerbar ist.

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

Zur einfachen Beseitigung einer nach der Regelung verbleibenden unerwünschten Abweichung könnte /.war der Sollwertsteller AF gemäß Fig. 1 in eine Proportional-Integral-Regelschaltung (Pl-Regelschaltung) so umgewandelt werden, daß der Strom auf der Gleichstromleitung durch die Integrationsglieder erriö'tii wird, bis die Abweichung ueseiiigi isi, was jeuocli nachteilig ist. insbesondere wenn die Schaltung für die Integration der Frequenzdifferenz AFdem Rückkopplungsweg für die Frequenzdifferenz AFparallelgeschaltet ist, da der Verstärkungsfaktor nicht nennenswert erhöhbar ist wegen der Stabilität der Regelung und da die Abweichung nicht innerhalb kurzer Zeit verringert werden kann.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung gegenüber einem Regelkreis mit Integrationsgliedern besteht darin, daß die Stabilität von Wechselstromnetzen leichter aufrechterhallen werden kann. Es ist nämlich 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 bei 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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Claims

Patentansprüche:

1. Regelkreis bei einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (HGÜ-Anlage) für ein ·-, Verbundnetz, bei der zwei Wechselstromnetze über einen Gleichrichter, eine Gleichstromleitung und einen Wechselrichter miteinander verbunden sind,

mit einem mit dem Gleichrichter zusammenwirkenden Konstantstrom-Regler zum Regeln des Stroms in in der Übertragungsanlage, und
mit einem frequenzdifferenzabhängig den Konstantstrom-Regler verstellenden Sollwertsteller,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sollwertsteller (AF) abhängig von der r, Frequenzdifferenz (AF) zwischen den Frequenzen der beiden Wechselstromnetze (A, B) den Sollwert des Konstantstrom-Reglers (CIA, CIB) so verstellt, daß die Verstellung bei zunehmender Frequenzdifferenz (AF)groB ist, und daß durch eine Verstärkerschaltung (AA 3 bis AA 10, DS bis DS, RA 5 bis RA 25, tA 4, tA 5) mit nichtlinearer Kennlinie das Frequenzdifferenzsignal so verstärkt wird, daß die Zu- oder Abnahmegeschwindigkeit des durch die Gleichstromübertra- 2^r. gungsanlage übertragenen Stroms auf Grund des Verstärkerschaltungs-Ausgangssignals (AP) mit zunehmender Frequenzdifferenz (AF) stark erhöhbar ist (F ig. 4,6).

2. Regelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekenn- j<> zeichnet, daß die Verstärkerschaltung mehrere Vergleicher (AA 11 -AA 16, RA 31 - RA 46, D11 - D14, tA 6 - tA 9) aufweist, die die Frequenzdifferenz (A F) mit mehseren vtcschiedenen Sollwerten (Af\, Ah ...) vergleicht und abhängig davon das r> Verstärkerschaltungs-Ausgangss^nal (AP) mit zunehmender oder abnehmender Frequenzdifferenz ^/^stufenweise erhöht bzw. erniedrigt (F i g. 7,8).

3. Regelkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicher (AAW bis AA 20, w RA 31 bis RA 54, D11 bis D 13', FF1 bis FF4, tA 6 bis tA V) so ausgebildet sind, daß das Verstärkerschaltungs-Ausgangssignal (AP) abhängig von zunehmender oder abnehmender Frequenzdifferenz (AF)€\nz Hysterese-Kennlinie hat (Fi g. 9,10). v,

4. Regelkreis nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Zeitglieder (Ti, Ti, T\, Ti'), die die stufenweise Erhöhung bzw. Erniedrigung des Verstärkerschaltungs-Ausgangssignals (AP) nach Ablauf eines Zeitintervalls (tu /2) abhängig von der Frequenzdiffe- vi renz (dF;auslösen(F i g. 11,12).