DE2530492C3

DE2530492C3 - Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage mit einem Konstantstrom-Regelsystem

Info

Publication number: DE2530492C3
Application number: DE2530492A
Authority: DE
Inventors: Aake Dipl.-Ing. Ludvika Ekstroem
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1975-07-09
Publication date: 1982-08-19
Also published as: DE2530492A1; GB1505756A; JPS6112453B2; JPS5133838A; FR2279245A1; FR2279245B1; DE2530492B2; CA1034638A; US3992659A; SE383591B; CH584982A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Anlage ist bekannt aus der DE-AS 10 43 489.

Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf Anordnungen zur Begrenzung des Auftretens von Überspannungen solcher HGÜ-Anlagen bei der Inbetriebnahme der Anlage, 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 Wiedereinschaltung und schnelle Wiederinbetriebnahme der Übertragung oft erwünscht, weshalb man an einer schnellen Hochsteuerung der Übertragungsspannung interessiert ist. Eine solche schnelle Hochsteuerung ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden, wenn die HGÜ-Anlage im Normalbetrieb, den sogenannten Konstantstrombetrieb, arbeitet bei welchem die Gleichrichterstation den Strom regelt und die Wechselrichterstation die Spannung regelt Bei dieser Betriebsform ist eine schnelle Hochsteuerung der Spannung mit Schwierigkeiten verbunden, da sie bei einer sogenannten »offenen« Übertragungsleitung zu gefährlichen Überspannungen auf der Leitung und in der GSeichrichterstation bei der Inbetriebnahme führen kann. Eine »offene« Leitung ist dasselbe wie eine unterbrochene

ίο Leitung, was auf Fehlern der Leitung selbst oder jedoch was üblicher ist auf Fehler.·! 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 Überspannung sind, so daß große Anforderungen an die Ableiterschutzeinrichtung der Übertragungsleitung gestellt werden müssen.

In der eingangs genannten DE-AS 10 43 489 wird in erster Linie der relativ seltene Reservebetrieb, der sogenannte Konstantspannungsbetrieb, behandelt, bei welchem die Wechselrichterstation den Strom regelt und die Gleiehrichterstation die Spannung regelt

Bei dieser Betriebsform besteht die oben beschriebene Gefahr von Überspannungen nicht, da die Spannung auf den vorgegebenen Sollwert also den Nennwert der Übertragungsspannung, geregelt wird, unabhängig von

der Größe des Stromes auf der Übertragungsleitung. Bei dieser Betriebsform kann also der bei einer offenen Leitung auftretende sehr kleine Strom keine Veranlassung zu einem Hochregeln der Spannung geben. Die genannte Druckschrift befaßt sich mit der Beseitigung bestimmter Störungen und Schwierigkeiten, die dem Konstantspannungssystem anhaften. Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht bei dieser Betriebsart nicht. Soweit sich die Druckschrift auch mit dem Konstantstromsystem befaßt, wird das der Erfindung

so zugrunde liegende Problem nirgends angesprochen.

Aus der DE-AS 11 47 304 ist eine Stromrichter-Saugdrossel-Schaltung zur Speisung eines Verbrauchers bekannt, bei der spezielle Maßnahmen getroffen sind, um den der Saugdrosselschaltung immanenten Übergang in die Betriebsform der Sechs-Phasen-Schaltung zu verhindern. Dieser Übergang findet dann statt wenn der Betriebsstrom kleiner wird als der für die Saugdrossel erforderliche Magnetisierungsstrom. Zur Verhinderung des Überganges" in den Sechs-Phasen-Betrieb und der

damit verbundenen geringfügigen Spannungssteigerung wird das Verhältnis der Gleichspannung zur Wechselspannung erfaßt, und wenn dieser Wert einen bestimmten Grenzwert überschreitet wird eine der Ventil-Dreier-Gruppen blockiert. Um ein evtl. unerwünschtes

Hin- und Herschalten dieser Blockierung zu vermeiden, ist ferner unter Verwendung eines Transduktors auch eine. Erfassung des Gleichstroms vorgesehen, wobei der Gleichstrom und die Wechselspannung des Strom-

richters über zugeordnete Steuerwicklungen des Transduktors in der einen und die Gleichspannung des Stromrichters in der anderen Richtung wirkt. Das die Blockierung auslösende Signal kann hierbei sowohl auftreten, wenn lediglich der Gleichstrom idein wird, als auch dann, wenn lediglich die Gleichspannung groß wird.

Eine besondere Schwierigkeit beim Erkennen der offenen Leitung besteht darin, daß beim Einschalten der Gleichrichterstation der mögliche offene Zustand der Leitung nicht einfach dadurch indiziert werden kann, daß kein Gleichstrom in die Leitung fließt Wegen der Leitungsinduktivitäten kann nämlich der beim Einschalten auftretende Ladestrom nur allmählich die Leitungskapazitäten aufladen, so daß für längere Zeit auch ein größerer Strom in die offene Leitung fließen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine HGÜ-Anlage der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß im Konstan'strombelrieb dieser Anlage die Gefahr eines Auftretens von Überspannungen beim schnellen Hochsteuern der Gleichrichterstation bei betriebswidrig abgekoppelter Wechselrichterstation (offener Leitung) vermieden wird, ohne daß abgewartet werden muß, bis die durch die Leitungsinduktivitäten verzögert erfolgende Aufladung der Leitungskapazität abgeschlossen ist.

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

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in dem Unteranspruch 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. Dabei werden Vorkehrungen getroffen, daß der verzögert fließende Ladungsstrom der Leitung nicht irrtümlich als das Fließen eines von der Wechselrichterstation aufgenommenen Belastungsstromes gewertet wird.

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

F i g. 1 eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage mit einer Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig.2 eine ICompensationseinrichtung für die Leitungsinduktivität gemäß der Erfindung,

F i g. 3 eine Anordnung für eine stromabhängige Sicherheitswinkelsteuerung des Wechselrichters,

Fig.4 ein Diagramm über die Abhängigkeit des Sicherheitswinkels vom Strom.

F i g. 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/oder 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 Meßiransduktor 8 oder ähnliche Geräte zum Messen d<?r 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 ange-

i<> schlossen, welche die kritischen Werte für die maximal zulässige Spannung £/*,,·, bzw. den Mindeststrom /*„■; beschreiben. Wenn die Leitungsspannung den Wert Ukrii überschreitet während gleichzeitig der Gleichstrom den Wert /*„■, unterschreitet, so ist dies ein Indiz dafür, daß der Gleichrichter. wahrscheinlich auf eine offene Leitung arbeitet. Das UND-Glied 13, auf dessen beiden Eingängen die Ausgänge der Niveauindikatoren 9 und 10 geschaltet sind, gibt ein Ausgangssignal ab, das in an sich bekannter Weise an die Steueranordnung der

2ü 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

2"> 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 heraus-

3» zunehmen.

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 F i g. 1 muß man in Betracht ziehen, daß es eine gewisse Zeit dauert, bis die Übertragungsleitung 5 auf die kritische Spannung Ukm aufgeladen ist. Während dieser Zeit übersteigt der Ladestrom den Wert /*,·/,· Man muß daher damit rechnen, daß die Leitungsspannung 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

so solche Übertragung von Meßwerten kann jedoch dadurch vermieden werden, daß man beim Spannungsund Strommessen in der Gleichrichterstation die Leitungsinduktivität kompensiert und somit zu einem frühen Zeitpunkt Auskunft über die Leitungsspannung und den Leitungsstrom in der Wechselrichterstation erhält.

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

Die Spannung am Wechselrichter Uvr ergibt sich aus der Gleichrichterspannung Ulr, dem Gleichrichterstrom //.«und einer äquivalenten Leitungsinduktivität L nach folgender Gleichung:

- // I ^dI'^R

^dI'^R

-j-

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

In F i g. 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 Ivr im Wechselrichter kann auf ähnliche Weise wie folgt ausgedrückt werden:

wobei Cdie 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 Gleichrichterstromes Ilr vom Transduktor 8 angeschlossen und andererseits der Spannungswert UVR vom Ausgang des Summierungsgliedes 17 über das Differenzierungsglied 18 und den Verstärker 20. Der letztgenannte Anschluß beschreibt den zweiten Ausdruck in der zuletztgenannteri Gleichung. Der Ausgang des Summierungsgliedes 19 wird an das Summierungsglied 12 vor dem Eingang des Niveauindikators 10 angeschlossen. Somit wird die Signalschaltung gemäß der Erfindung aus den Gliedern 9—14 von dem berechneten Strom und der berechneten Spannung des Wechselrichters beaufschlagt.

Bei einer Anordnung gemäß F i g. 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 Um, eventuell übermäßig hoch gewählt werden.

wodurch das Auslösesignal vom Verzögerungsglied 14 verspätet wird.

Dem kann mit einer Anordnung gemäß Fig.3 vorgebeugt werden, wobei man einen Spannungsabfall in der Wechselrichterstation bei Strömen unter einem bestimmten Wert /„„„ erreicht, was dadurch geschieht, daß man den Sicherheitswinkel der Wechselrichterstation bei niedrigem Strom erhöht.
Die Wechselrichterstation 2 in Fig.3 ist mit einer

ίο Sicherheitswinkelsteueranordnung 22 versehen, die beispielsweise gemäß der schwedischen Patentschrift 3 43 181 (DT-OS 19 21 948) aufgebaut sein kann und die an das Wechselstromnetz 4 und einen Transduktor 21 angeschlossen ist. Ein Sollwertgeber 25 für den Sicherheitswinkel ist über das Summierungsglied 24 angeschlossen. An dieses ist auch eine stromabhängige Zusatzgröße zum Sollwert vom Sollwertgeber 25 angeschlossen. Diese Zusatzgröße wird beispielsweise aus der Differenz zwischen dem Strommeßwert des Transduktors 21 und einem Minimalwert l_min 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 /„,,„ unterschreitet Dieses Signal wird dem Summierungsglied 24 über den Verstärker 27 als Zusatzgröße zum Sollwert von Sollwertgeber 25 zugeführt.

In F i g. 4 wird anhand der Kurve a gezeigt, wie der Sicherheitswinkel γ bei abnehmendem Strom beispielsweise nur schwach zunimmt, jedoch bei Strömen unter dem Wert l_mm stark zunimmt Die Kurve b zeigt die entsprechende Variation der Gleichspannung des Wechselrichters und damit die Leitungsspannung U. Durch diese Maßnahme wird eine niedrigere Spannung bei niedrigem Belastungsstrom sichergestellt, so daß der Maximalspannungswert Uhu am Summierungsglied 11 in F i g. 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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage mit einem Konstantstrom-Regelsystem und mit einer Gleichrichter- und einer Wechselrichterstation, von denen jede an ihr betreffendes Wechselstromnetz angeschlossen ist und die über eint Gleichstromleitung miteinander verbunden sind, mit Anordnungen zum Messen der Spannung und des Stromes in der Gleichrichterstation, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung von Überspannungen auf der Übertragungsleitung (5) und in der Gleichrichterstation beim schnellen Hochsteuern derselben bei offener Leitung die genannten Meßanordnungen (7, 8) für Strom und Spannung über Niveauindikatoren {i bzw. 10) für eine maximale Spannung und einen Minimalen .Strom an einen Signalgeber (13) zur Reduktion der Gleichspannung der Station angeschlossen sind, welcher nur dann anspricht, wenn gleichzeitig die Gleichspannung über einem bestimmten Wert und der Gleichstrom unter einem bestimmten Wert liegt, wobei der von der Strommeßanordnung (8) erhaltene Strommeßwert über Glieder (15, 16) differenziert und mit einem Faktor multipliziert wird und von dem von der Spannungsmeßanordnung (7) gelieferten Spannungsmeßwert in einem Glied (17) subtrahiert wird, dessen Ausgangswert einerseits auf den Niveauindikator (9) für die Spannung geht und andererseits nach einer weiteren Differenzierung und Multiplikation mit einem Faktor in den Gliedern (18, 20) von dem auf den Niveauindikator (10) für den Strom geschalteten Strommeßwert subtrahiert wird (19).

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