DE2530492A1

DE2530492A1 - Hochspannungsgleichstromuebertragungsanlage

Info

Publication number: DE2530492A1
Application number: DE19752530492
Authority: DE
Inventors: Aake Dipl Ing Ekstroem
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1975-07-09
Publication date: 1976-01-29
Also published as: US3992659A; JPS6112453B2; CH584982A5; DE2530492C3; GB1505756A; DE2530492B2; FR2279245A1; SE383591B; JPS5133838A; FR2279245B1; CA1034638A

Description

Frankfurt Α., den 4. 7. 1975

DiPL-ING. R. SCHLEE Boe/Prs 12.553

GKSSEN, BismarekstraBe 43

DR.-ING. J. BOECKER
FRANKFURT 1, Rathenaupl. 2

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Västeras/Schweden

Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsgleichstroraübertragungsanlage gemäß dem Oberbegriff" des Anspruches 1.

Die Erfindung bezieht sich genauer gesagt auf Anordnungen zur Begrenzung von Überspannungen bei Inbetriebnahme der Übertragungsanlage, und zwar entweder bei einer anfänglichen Inbetriebnahme oder einer Wiedereinschaltung nach einem zufälligen Ausfall, beispielsweise infolge des Ansprechens einer Fehlerschutzeinrichtung. Besonders im letztgenannten Falle ist eine schnelle V/iedereinschaltung und schnelle Wiederinbetriebnahme der Übertragung oft erwünscht, weshalb man an einer schnellen Hochsteuerung der Übertragungsspannung interessiert ist. Eine solche schnelle Hochsteuerung ist jedoch mit der Schwierigkeit verbunden, daß sie bei einer sogenannten "offenen" Übertragungsleitung zu gefährlichen Überspannungen auf der Leitung und in der Gleichrichterstation bei der Inbetriebnahme führen kann.

$09885/0917

Eine "offene" leitung ist dasselbe wie eine unterbrochene Leitung, was auf Fehlern der Leitung selbst oder jedoch, was üblicher ist, auf Fehlern in der Wechselrichterstation beruht. Die offene Leitung kann keinen Strom führen. Da kein Strom fließen kann, wird die Stromsteuerung in der Gleichrichterstation den Steuerwinkel für die Ventile dieser Station auf ein Minimum heruntersteuern und damit die Gleichspannung der Station auf ein Maximum steuern. Eine weitere Folge eines fehlenden oder nur sehr geringen Gleichstromes ist die sogenannte Spitzengleichrichtung, d.h. durch Aufladung der Kapazitäten der Übertragungsleitung nimmt die Gleichspannung einen dem Amplitudenwert der Wechselspannung entsprechenden Wert an, da die Spannungsglättung als Folge eines Stromflusses nicht stattfindet. Hinzu kommt die unvermeidliche Reflektion der Spannung am offenen Leitungsende. Die genannten Erscheinungen sind besonders bei Kabelübertragungsleitungen gefährlich, da Kabel außerordentlich empfindlich gegen Überspannungen sind, so daß große Anforderungen an die Ableiterschutzeinrichtung der Übertragungsleitung gestellt werden müssen*/Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Gefahren einer Überspannung weitgehend zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil

- 3 -5Ö388S/0917

des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Die Erfindung beruht darauf, daß man das gleichzeitige Auftreten einer erhöhten Spannung und eines niedrigen Stromes erfaßt, und geeignete Maßnahmen zur Reduktion der Gleichspannung in der Gleichrichterstation getroffen werden.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Pig. 1 eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage mit einer Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig· 2 eine Kompensationseinrichtung für die

Leitungsinduktivität gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Anordnung für eine stromabhängige

Sicherheitswinkelsteuerung des Wechselrichters,

Fig. 4 ein Diagramm über die Abhängigkeit des Sicherheit swinkel s vom Strom.

- 4 — S09885/0917

• - 4 -_

Pig. 1 zeigt eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage mit einer Gleichrichterstation 1 und einer Wechselrichterstation 2, von denen jede an ein zugehöriges Wechselstromnetz 3 "bzw. 4 angeschlossen ist und die über eine Gleichstromübertragungsleitung 5 mit Glättungsdrosseln 6 miteinander verbunden sind. Jede Station kann aus einem oder mehreren in Reihe und/öder parallelgeschalteten Stromrichtern bestehen. Die Stationen sind mit üblichen, nicht dargestellten Steueranordnungen für Strom und Spannung ausgerüstet. Wie oben erwähnt, wird der Start einer Gleichrichterstation bei offener, d.h. unterbrochener und nicht stromführender Leitung zur Folge haben, daß die Station ihre Gleichspannung auf den Maximalwert hochsteuert.

Um das Auftreten von Überspannungen dabei möglichst zu vermeiden, ist in der Gleichrichterstation ein Spannungsteiler 7 und ein Meßtransduktor 8 oder ähnliche Geräte zum Messen der Gleichspannung und des Gleichstromes vorhanden. Die Meßwerte werden über Summierungsglieder 11 bzw. 12 auf Niveauindikatoren 9 bzw. 10 gegeben. An die Summierungsglieder sind neben den genannten Meßwerten Signale angeschlossen, welche die kritischen Werte für die maximal zulässige Spannung bzw. den Mindest strom I_kri+ beschreiben. Wenn die Leitungsspannung den Wert U, ., überschreitet, während gleichzeitig der Gleichstrom den Wert 1^4+ unterschreitet, so ist dies

- 5 S0988S/0917

ein Indiz dafür, daß der Gleichrichter wahrscheinlich auf eine offene Leitung arbeitet. Das UND-Glied 13, auf dessen beidenEingänge die Ausgänge der Niveauindikatoren 9 und 10 geschaltet sind, gibt ein Ausgangssignal ab, das in an sich bekannter Weise an die Steueranordnung der Gleichrichterstation zur Herabsetzung der Gleichspannung der Station angeschlossen ist. Diese Spannungsreduktion geschieht am einfachsten dadurch, daß man die Winkelsteuerung der Station beeinflußt, so daß der Steuerwinkel für die Ventile der Station vergrößert wird, wobei die Gleichspannung sinkt. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, die Steuerung zu blockieren, und eine dritte Möglichkeit besteht darin, eine oder mehrere Gleichrichter in der Station nebenzuschalten, d. h. aus der Reihenschaltung der Gleichrichter herauszunehmen_o

Um zu vermeiden, daß kurzfristige Ausgangssignale des UND-Gliedes 13, die nicht durch die besonderen Verhältnisse der offenen Leitung verursacht werden, eine ungewollte Spannungsherabsetzung auslösen, kann ein Zeitverzögerungsglied 14 dem UND-Glied 13 nachgeschaltet werden.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 muß man in Betracht ziehen, daß es eine gewisse Zeit dauert, bis die Übertragungsleitung auf die kritische Spannung U-, ... aufgeladen ist. Während dieser Zeit übersteigt der Ladestrom den Wert Ij_5x-I + * Man muß daher damit

- 6 509886/0917

rechnen, daß die Ieitungsspannung "beachtliche Werte erreichen kann, bevor das Glied 14 ein Signal zur Spannungsreduktion abgibt·

Damit man bereits zu einem frühen Zeitpunkt erfährt, daß die Leitung offen ist, beispielsweise auf Grund von Fehlern in der Wechselrichterstation, muß man den Strom und die Spannung am Wechselrichter messen und die Meßwerte zur Gleichrichterstation übertragen. Eine solche Übertragung von Meßwerten kann jedoch dadurch vermieden werden, daß man beim Spannungs- und Strommessen in der Gleichrichterstation die Leitungsinduktivität kompensiert und somit zu einem frühen Zeitpunkt Auskunft über die Leitungsspannung und den Leitungs strom in der Wechselrichterstation erhält.

Eine solche Kompensation kann mit einer Anordnung gemäß Fig. 2 durchgeführt werden, die zwischen den Meßgliedern 7 und 8 auf der einen Seite und den Summierungsgliedern 11 und 12 auf der anderenSeite (Fig. 1) eingeschaltet ist.

Die Spannung am Wechselrichter LL·^ ergibt sich aus der Gleichrichterspannung Uj^» dem Gleichrichter strom 1-^ und einer äquivalenten Leitungsinduktivität L nach folgender Gleichung: λ

wobei der zweite Ausdruck auf der rechten Seite den induktiven Spannungsfall auf der Leitung darstellt.

509885/0917 " ⁷ "

In Fig. 2 ist der Abgriff des Spannungsteilers 7 an den einen Eingang eines Summierungsgliedes 17 angeschlossen. An den anderen Eingang des Summierungsgliedes 17 ist der Meßtransduktor 8 über ein Differenzierungsglied 15 und einen Verstärker angeschlossen. Der letztgenannte Anschlußwert beschreibt den zweiten Ausdruck auf der rechten Seite der obengenannten Gleichung. Der Ausgang des Summierungsgliedes ist einerseits an das Summierungsglied 11 vor dem Niveauindikator 9 angeschlossen und andererseits an ein zweites Differenzierungsglied 18.

Der Strom I^p im Wechselrichter kann auf ähnliche Weise wie folgt ausgedrückt werden:

^dUVE ¹VIi ^{= 1}LR ~ ° * ""d¥~ »

wobei C die Leitungskapazität ist. Der zweite Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung ist der Ladestrom der Leitung.

An das Summierungsglied 19 wird einerseits der Meßwert des Gleichrichter ströme s I^ vom Transduktor 8 angeschlossen und andererseits der Spannungswert IL^ vom Ausgang des Summierungsgliedes 17 über das Differenzierungsglied 18 und den Verstärker 20. Der letztgenannte Anschluß beschreibt den zweiten Ausdruck in der zuletztgenannten Gleichung. Der Ausgang des Summierungs-

- 8 509835/0917

gliedes 19 wird an das Summierungsglied 12 vor dem Eingang des Niveauindikators 10 angeschlossen. Somit wird die Signalschaltung gemäß der Erfindung aus den Gliedern 9 von dem berechneten Strom und der berechneten Spannung des Wechselrichters beaufschlagt.

Bei einer Anordnung gemäß Pig. 1 und 2 besteht die Gefahr, daß zufällige Überspannungen bei niedrigem Belastungsstrom eine unerwünschte Auslösung verursachen können. Um dies zu vermeiden, muß der dem Summierungsglied 11 zugeführte kritische Spannungswert U, ., eventuell übermäßig hoch gewählt werden, wodurch das Auslösesignal vom Verzögerungsglied 14 verspätet wird.

Dem kann mit einer Anordnung gemäß Pig. 3 vorgebeugt werden, wobei man einen Spannungsabfall in der Wechselrichterstation bei Strömen unter einem bestimmten Wert Ι_·_η erreicht, was dadurch geschieht, daß man den Sicherheitswinkel der Wechselrichterstation bei niedrigem Strom erhöht.

Die Wechselrichterstation 2 in Pig. 3 ist mit einer Sicherheitswinke !steueranordnung 22 versehen, die beispielsweise gemäß der schwedischen Patentschrift 343 181 (DOS 1 921 948) aufgebaut sein kann und die an das Wechselstromnetz 4 und einen Transduktor 21 angeschlossen ist. Ein Sollwertgeber 25 für den Sicher-

-'9 509865/0917

heitswinkel ist über das Summierungsglied 24 angeschlossen. An dieses ist auch eine stromabhängige Zusatzgröße zum Sollwert von Sollwertgeber 25 angeschlossen. Diese Zusatzgröße wird beispielsweise aus der Differenz zwischem dem Strommeßwert des Transduktors 21 und einem Minimalwert I . für den Strom gewonnen, welche Differenz im Summierungsglied 23 gebildet und an einen Begrenzer 26 angeschlossen wird, der ein anwachsendes Signal abgibt, wenn der Belastungsstrom I_min unterschreitet. Dieses Signal wird dem Summierungsglied 24 über den Verstärker 27 als Zusatzgröße zum Sollwert von Sollwertgeber 25 zugeführt.

In Fig. 4 wird anhand der Kurve a gezeigt, wie der Sicherheitswinkelö bei abnehmendem Strom beispielsweise nur schwach zunimmt, jedoch bei Strömen unter dem Wert I_1nJ_n stark zunimmt. Die Kurve b zeigt die entsprechende Variation der Gleichspannung des Wechselrichters und damit die Ieitungsspannung U. Durch diese Maßnahme wird eine niedrigere Spannung bei niedrigem Belastungsstrom sichergestellt, so daß der Maximal spannungswert U-, . . am Summierungsglied 11 in Fig. 1 ziemlich niedrig gewählt werden kann, d.h. nur etwas über der Nennspannung der Übertragung. Hierdurch wird eine unnötige Verzögerung des Signals von Verzögerungsglied 14 und damit eine unnötig hohe Überspannung auf der Leitung verhindert.

- 10 -

509^l885/0917

Claims

Patentansprüche;

1. JHochsparinungsgleichstromubertragungsanlage mit einer Gleichrichter- und einer Wechselrichterstation, von denen jede an ihr betreffendes Wechselstromnetz angeschlossen ist und die über eine Gleichstromleitung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterstation (1) zur Begrenzung von Überspannungen auf der Übertragungsleitung (5) und in der Gleichrichterstation beim Start derselben bei offener leitung Anordnungen (7, 8) zum Messen der Spannung und des Stroms der Station enthält, welche Anordnungen über Niveauindikatoren (9 bzw. 10) für eine maximale Spannung und einen minimalen Strom an einen Signalgeber (13) zur Reduktion der Gleichspannung der Station angeschlossen sind, welcher anspricht, wenn gleichzeitig die Gleichspannung über einem bestimmten Wert und der Gleichstrom unter einem bestimmten Wert liegt.

2. Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anordnungen (7, 8) zur Messung der Spannung und des Stroms und den Niveauindika— toren (9, 10) Anordnungen (15 - 20) zur Kompensierung der Leitungsinduktivität zwischen Gleich- und Wechselrichterstation (1, 2) geschaltet sind.

- 11 -

509885/0917

3. Hochspannungsgleiehstrcmübertragungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Wechselrichterstation mit einer Anordnung zur Sicherheitswinkelsteuerung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß, um den Wert des Spannungsniveauindikators (9) auf einen angemessenen niedrigen Wert begrenzen zu können, die genannte Anordnung zur Sicherheitswinkelsteuerung (22) auf solche Weise stromanhängig ist, daß der Sicherheitswinkel bei niedrigem Gleichstrom zunimmt, wobei die Gleichspannung (U) der Wechselrichterstation abnimmt.

509885/0917

Leerseite