DE2530520B2

DE2530520B2 - Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage mit einem Konstantstrom-Regelsystem

Info

Publication number: DE2530520B2
Application number: DE2530520A
Authority: DE
Inventors: Lars-Erik Dipl.-Ing. Juhlin; Kjell Svensson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1975-07-09
Publication date: 1980-04-30
Also published as: CH589376A5; FR2279252A1; DE2530520C3; DE2530520A1; US4023087A; SE383590B; FR2279252B1; CA1036668A

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches I. Eine solche Anlage ist bekannt aus der DE-AS 15 88 750.

Bei solchen Anlagen können beim Einschalten und Hochsteuern einer an eine sogenannte »offene« Übertragungsleitung angeschlossenen Gleichrichterstation Überspannungen auftreten. Unter einer offenen Leitung versteht man, daß die Leitung infolge Unterbrechung keinen Strom führen kann, was entweder auf Fehlern auf der Leitung selbst oder was häufiger vorkommt, auf Fehlern in der an die Leitung angeschlossenen Wechselrichterstation beruhen kann. Da die Leitung keinen Strom führt, werden die Ventile der Gleichrichterstation auf den kleinsten Steuerwinkel und damit auf die maximale Spannung gesteuert. Infolge des fehlenden Leitungssiromes entsteht eine sogenann-

atcn der Leitung werden auf den Amplitudenwert der Wechselspannung aufgeladen, ohne die Spannungsglättung, die ein Strom mit sich bringen würde. Hinzu tritt die Reflektion der Spannung am Leitungsende als Folge der offenen Leitung. Insbesondere bei einer Kabelüberiragungsleitung, die sehr empfindlich gegen Überspannungen ist und große Kapazitäten hat, stellen die genannten Überspannungen hohe Ansprüche an den Ableiterschutz der Leitung.

Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung zum Schutz gegen solche Überspannungen. In der eingangs genannten DE-AS 5 88 750 wird der vorgegebene Stromsollwert mit wachsender Stationsspannung linear kleiner. Durch diese Art einer beim Start spannungsabhängigen Sollwertvorgabe wird der Gleichrichterstation eine Stromspannungskennlinie verliehen, wie sie einem Stromerzeuger eigentümlich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der die beschriebenen Überspannungen meßtechnisch schnell erfaßt werden und die Gleichrichterstation heruntergesteuert oder zumindest in ihrer Hochsteuerung begrenzt wird, bevor ein Ansprechen des Ableiterschutzes der Leitung erfolgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Hochspannungsgleiehstromübertragungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welcher erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Überlegung, daß dann, wenn die Spannung der Gleichrichterstation während der Hochsteuerung in die Nähe ihres Nennwertes gelangt und der Differentialquotient der Gleichspannung weiterhin einsn hohen Wert hat, damit zu rechnen ist, daß innerhalb der nächsten Augenblicke eine Überspannung auf der Leitung entstehen wird.

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

Fig. 1 eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage gemäß der Erfindung,

F i g. 2 den Aufbau der eigentlichen Schutzanordnung im Detail,

F i g. 3 eine Teilschaltung der Anordnung nach F i g. 2,

Fig.4 ein Spannungsdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 3.

Fig. 1 zeigt eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage mit einer Gleichrichterstation 1 und einer Wechselrichterstation 2. Jede Station ist an je ein Wechselstromnetz 3 bzw. 4 angeschlossen, und die Stationen sind über die Gleichstromübertragungsleitung 5 miteinander verbunden und über Glättungsdrosseln 6 geerdet.

Die Gleichrichterstation ist mit einer Steueranordnung 7 versehen, die beispielsweise gemäß der DOS 18 11 199 aufgebaut sein kann. Für eine solche Steueranordnung sind Grenzwertgeber für einen maximalen und einen minimalen Steuerwinkel erforderlich, und der letztere eignet sich gut zum Eingriff in die Steuerung, um die Gleichspannung der Gleichrichtersiation vorübergehend zu reduzieren, wie es in Fig. 1 angedeutet ist.

Hin Sollwert für den Mindestwert des .Steuerwinkels \ wird an einem Potentiometer 11 abgegriffen und über

Steueranordnung 7 zur (»„,/„-Begrenzung gegeben. An einen weiteren Eingang des Summiergliedes 10 ist der Ausgang einer Meßanordnung 8 gemäß der Erfindung zur Messung der Leitungsspannung an einem Spannungsteiler 12 angeschlossen. Wie anhand der F i g. 2 noch näher beschrieben wird, wird in der Meßanordnung 8 eine Größe in Abhängigkeit der Leitungsspannung gebildet, die zu dem Sollwert vom Potentiometer 11 addiert wird, wodurch der Mindestwert für den Steuerwinkel der Gleichrichferventile zunimmt und die Gleichrichterspannung abnimmt. Parallel zur Meßanordnung 8 liegt eine ergänzende Meßanordnung 9, die ebenfalls später anhand von F i g. 2 näher beschrieben wird und die ei.i Signal betreffend eine Spannungsreduktion an die Steueranordnung 7 gibt, wenn der Gleichstrom in der Gleichrichterstation Null oder sehr niedrig ist, während die Gleichspannung hoch ist. Eine solche Signalkombination bedeutet normalerweise, daß die Gleichrichterstation auf eine offene Leitung arbeitet. Somit ergänzen die Meßanordnungen 8 und 9 einander. Wie man erkennt, ist die Meßanordnung 9 einerseits an den Spannungsteiler 12 und andererseits an ein Strommeßglied 13, beispielsweise einen Meßtransduktor, angeschlossen.

F i g. 2 zeigt die an die spannungs- und strommessen- r> den Glieder 12 und 13 angeschlossenen Meßüiordnungen 8 und 9 aus F ig. 1 in detaillierterer Darstelung.

Die Meßanordnung 8 kann eine oder mehrere einer Anzahl paralleler Schaltungen 14, 21 und 28 enthalten, die an ein Summierungsglied 20 an der Ausgangsieite jo der Meßanordnung 8 angeschlossen sind, an der man den gesamten Zusatz zum a„„„-Wert des Potentiometers 11 erhält. Zwischen den Summierungsgliedern 20 (bzw. 10 in Fig. 1) ist ein Begrenzungsglied 27 geschaltet, welches den Gesamtzusatz zu derr «„„„- si Wert auf einen angemessenen Wert begrenzt.

Die Schaltung 14 enthält ein Summierungsglied 15, an das einerseits die Leilungsspannung U vom Spannungsteiler 12 und andererseits der zeitliche Differentialquotient -^y- dieser Spannung angeschlossen ist. Der Differentialquotient wird in dem Differenzierungsglied 16 gebildet. Ferner ist an das Summierungsglied 15 ein Sollwertgeber 17 angeschlossen, der einen Maximalwert für die Summe aus der Spannung U und ihrem 4-1

Differentialquotienten —7— festlegt. Die drei an das

Summierungsglied 15 angeschlossenen Größen sind so aufeinander abgestimmt, daß dann, wenn die Summe

von U und—j—den Sollwert des Sollwertgebers 17 '" übersteigt, die Leitungsspannung sich unzulässigen Werten nähert. Am Ausgang des Summierungsgiiedes 15 befindet sich ein Nullindikator 18, der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die genannte Summe den γ, Sollwert übersteigt. Zwischen dem Nullindikator 18 und dem Summierungsglied 20 liegt ein Glättungsfilter 19, um ein weiches Ein- und Abschalten des Signals vom Nullindikator 18 zu erreichen. Das Signal vom Nullindikator 18 liefert einen im wesentlichen konstan- bo ten Zuschuß zu a.„„„.

Parallel zur Schaltung 14 liegt eine Schaltung 21, die als Spannungsregler arbeitet, welcher dann eingreift, wenn die Leitungsspannung Leihen bestimmten Wert überschreitet. Dem Sijmmk'runtjsglied 22 wird die tv> Spannung U vom Spannungsteiler 12 und ein Sollwert vom Potentiometer 23 zugeführt. Der Ausgang des

einen Begrenzer 25 an das Summierungsglied 20 angeschlossen. Das Signal vom Regler 24 passiert den Begrenzer 25, wenn die Spannung U den Sollwert vom Potentiometer 23 überschreitet, jedoch wird das passierende Signal auf einen Maximalwert begrenzt, um zu hohe Werte für den Steuerwinlcel ot im Steuergerät 7 zu vermeiden. Die Schaltung 21 kann mit einem das Zeitdifferential der Spannung U bildenden Differenzierungsglied 26 ergänzt werden, wodurch man einen gewissen Zuschuß zu der Spannung i/im Summierungsglied 22 erhält. Das Signal vom Regler 24 ist also im wesentlichen vom Unterschied zwischen der Gleichspannung U und dem Sollwert vom Potentiometer 23 abhängig, wenn L/diesen Sollwert übersteigt.

Die Schaltung 28 besteht im wesentlichen aus denselben Schaltungselementen wie die Schaltung 14, nämlich einem Summierungsglied 29, an das die Spannung U, über ein Differenzierungsglied 30 der

zeitliche Differentialquotient—rpder Spannung U und

ein Sollwert vom Potentiometer 31 angeschlossen sind. Am Ausgang des Summierungsgiiedes 29 ist ein Nullindikator 32 angeschlossen, der ein Signal abgibt, wenn die Summe aus der Spannung LJ und ihrem

differentialquotienten—7— den Sollwert übersteigt. Das

Ausgangssignal des Nullindikators 32 gelangt über ein UND-Glied 33 an einen Impulsgeber 34, der einen einmaligen Impuls als Zuschuß an χ „„„gibt.

Der genannte einmalige Impuls hat eine konstante Länge, so daß dafür gesorgt werden muß, daß dieser Impuls nicht in einem unerwünschten Zeitpunkt ausgelöst wird. Dies besorgt das UND-Glied 33, das außer dem vom Nullindikator 32 belegten Eingang zwei weitere Eingänge hat. An dem einen, im Sinne der Zeichnung oberen, wird ein Impulsgeber 35 angeschlossen, der vom Impulsgeber 34 gesteuert wird und einen negierten Ausgang hat, der während einer bestimmten Zeitdauer nach der Abgabe eines Impulses durch den Impulsgeber 34 ein Sperrsignal für den Impulsgeber 34 liefert. Somit wird ein erneutes Signal vom Impulsgeber 34 verhindert. An den dritten, im Sinne der Zeichnung unteren Eingang des UND-Gliedes 33 wird ein Indikator 36 angeschlossen, der von der Spannung LI gesteuert wird. Der Indikator 36 gibt dann ein Signal ab. wenn die Spannung U einen bestimmten Wert unterschreitet. Dieses Signal wird für eine bestimmte Zeitdauer vor dem Abschaltverzögerungsglied 37 aufrechterhalten. Das Signal vom Nullindikator 32 kann also nur dann, und zwar für eine gewisse Zeitdauer, das UND-Glied 33 passieren, wenn die Leitungsspannung U den im Indikator 36 eingestellten Wert unterschreitet.

Vergleicht man die Schaltungen 14, 21 und 28, so erkennt man, daß die Schaltung 14 ein festes Zusatzsignal für <x,„„. gibt, wenn die Summe der augenblicklichen Leitungsspannung und deren Differentialquotient den Sollwert vom Sollwertgeber 17 übersteigt. Es handelt sich also um ein Zweipunkt-Signal, d. h. das Signal ist entweder vorhanden oder nicht vorhanden. Die Schaltung 21 liefert ein Zusatzsignal, welches die Leitungsspannung entsprechend dem Sollwert vom Potentiometer 23 regelt, eventuell mit ein°m Zusatz für den Differentialquotienten der Spannung. Dieses Signal hat also den Charakter eines Regelsignals, das jedoch recht langsam ist. Die Schaltung 28 liefert nur einen ein/igen Signalimpuls, wenn die Summe der Lcitungsspaniiung und ihres

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stellten Sollwert übersteigt. Die Schaltungen 14 und 28 ergänzen daher die Regeleingriffe durch die Schaltung 21.

An die Ausgangsseite vom Impulsgeber 34 kann ein Impulsformer 38 angeschlossen sein, der beispielsweise den Rechteckimpuls vom Impulsgeber 34 in einen abklingenden Impuls umwandelt. Dadurch kann der Anfangswert des Impulses größer gewählt werden, so daß man eine stärkere Wirkung erzielt.

Wie bereits erwähnt wurde, ist dafür zu sorgen, daß die Schaltung 28 keine Funktion auslöst, wenn die Leitungsspannung U trotz eines großen Ausgangssignals am Differenzierungsglied 30 auf einem niedrigen Wert verharrt oder wenn der Leitungsstrom über einem bestimmten Wert iiegt. Dies kann mit Hilfe eines Schaltgliedes 39 geschehen, das von den Spannungsund Stromschaltungen 40 und 41 gesteuert wird.

Die Schaltung 41 enthält einen Indikator 42, der über ein Verzögerungsglied 43 ein Signal abgibt, wenn der Gleichstrom I beständig einen bestimmten Wert überschreitet. Dieses Signal wird über das ODER-Glied 44 dem Schaltglied 39 zugeführt welches dann den Durchtritt eines Impulses vom Impulsformer 38 zum Summierungsglied 20 verhindert.

In entsprechender Weise hat die Spannungsschaltung 40 einen Indikator 45, der über das Verzögerungsglied 46 und das ODER-Glied 44 ein Sperrsignal an das Schaltglied 39 gibt, wenn die Spannung Uständig unter einem bestimmten Wert bleibt. Die Funktion des Indikators 45 und des Verzögerungsgliedes 46 wird jo ergänzt durch das am Ausgang des Impulsgebers 34 angeschlossene Verzögerungsglied 48 und das zwischen dem Verzögerungsglied 46 und dem ODER-Glied 44 liegende UND-Glied 47. Hierdurch wird erreicht, daß das Sperrsignal der Schaltung 40 erst eine bestimmte Zeit nach dem Eintreffen des Impulses vom Impulsgeber 34 passieren kann.

Die Differenzierungsglieder 16, 26 und 30 können grundsätzlich in gleicher Weise aufgebaut sein, auch wenn sie verschieden ausgelegt sind und verschiedene Begrenzungskreise haben. So ist das Differenzierungsglied 26, das eventuell fortbleiben kann, so dimensioniert, daß es ein recht schwaches Signal abgibt, während das Differenzierungsglied 30 derart dimensioniert werden soll, daß es ein kräftiges Signal abgibt, damit die Schaltung 28 auch bei niedriger Leitungsspannung ein Signal erzeugen kann. Das Differenzierungsglied 16 ist vorzugsweise in einer mittleren, zwischen den beiden anderen Differenzierungsgliedern liegenden Weise dimensioniert. Wie bereits erwähnt, können einer oder mehrere der Schaltkreise in der Anordnung 8 in F i g. 2 weggelassen werden.

Ferner ist darauf hinzuweisen, daß der «„„„-Wert in der Praxis oftmals durch einen t/m/n-Wert repräsentiert wird, d. h. die Kommutierungsspannung muß eine bestimmte niedrige Grenze übersteigen, bevor ein Zündimpuls durchgelassen wird. Der Grundwert von Umin ist häufig so gewählt, daß er eine angemessene, schnelle und präzise Zündung der Ventile und eine schnell durchgeführte Kommutierung sichert In einer _Μ solchen Spannungsskala ist dann gleichzeitig sicherzustellen, daß der resultierende l/mm-Wert den Maximalwert der Kommutierungsspannung nicht übersteigt, beispielsweise bei einem Spannungsfall auf der Wechselspannungsseite des Gleichrichters, da dies zu einem Ausfall der Kommutierung und damit zu einer Betriebsstörung führen würde.

In F i g. 3 wird anhand eines Beispiels gezeigt, wie die Differenzierungsglieder 16, 26 und 30 aufgebaut seir können. Der Differenzierungskondensator 56 ist mi verschiedenen Lade- und Entladekreisen versehen nämlich dem Widerstand 57 bzw. der Diode 58. Die Ausgangsseite des Differenzierungsgliedes besteht au: dem Summierungsglied 59, in welchem die Leitungs spannung und die Kondensatorspannung voneinandei subtrahiert werden.

Die Wirkungsweise geht aus dem Spannungsdia gramm in Fig.4 hervor, in dem die Leitungsspannunj U, die Kondensatorspannung Ui und die Ausgangsspan nung U2 gezeigt sind.

Der Schutz gemäß der Erfindung funktioniert be einer schnellen Hochsteuerung nach einem kräftiger Spannungsabfall, d. h. vom Zeitpunkt i_n. Bis zu dieserr Zeitpunkt folgt die Kondensatorspannung U\ dei Leitungsspannung LJ wegen der Entladungsdiode 58 Nach dem Zeitpunkt to nimmt U\ infolge des Widerstan des 57 langsamer zu als U. Das Ausgangssignal de; Summierungsgliedes 59 ist der Unterschied zwischer diesen Spannungswerten. Durch Variation der Groß« des Kondensators 56 und des Widerstandes 57 kanr man den Differenzierungsgliedern 16, 26 und 30 genai die gewünschten Eigenschaften verleihen. Durch der speziellen Aufbau der Differenzierungsgliedern gemäC F i g. 3 erreicht man, daß der Einfluß von Oberwellen ir der Gleichspannung beseitigt wird.

Wenn die Gleichrichterventile im Bereich großei Steuerwinkel betrieben werden, dann wird das Aus gangssignal der Meßanordnung 8 vorzugsweise ge sperrt, da die Kommutierung zwischen den Ventiler auch dann gefährdet ist, wenn die Wechselspannung gleichzeitig niedrig ist. Diese Sperrung kann mitte!: eines Sperrgliedes 49 erfolgen, welches vom Augen blickswert de.; Steuerwinkels gesteuert wird.

Der Steuerwinkel wird durch das Meßglied 5C gemessen, welches an die Steueranordnung 7 ange schlossen ist. Der IndikatorSl mißt, ob der Stcuerwinke einen bestimmten Wert, der beispielsweise zwischer 70° und 90° Iiegt, überschreitet und gibt an da-Sperrglied 49 ein Sperrsignai.

In Fig. 2 wird ebenfalls die Meßanordnung 9 vor Fig. 1 gezeigt. Diese Anordnung enthält die Indikato ren 52 und 53 für Spannung und Strom, welche eir Signal geben, wenn die Spannung einen bestimmter Wert übersteigt bzw. der Strom einen bestimmten Wen unterschreitet. Die Ausgangssignale der Indikatorer sind auf ein UND-Glied 54 geschaltet, dem eir Verzögerungsglied 55 nachgeschaltet ist. Die Ausgangsgröße der Anordnung 9 kann beispielsweise an die Steueranordnung 7 angeschlossen sein zwecks Blockierung der Steueranordnung 7 beim Vorliegen dei genannten Signalkombination. Eine andere Möglichkeit die in F i g. 1 gestrichelt angedeutet ist, besteht darin das Ausgangssignal der Meßanordnung 9 als Zusatzsignal für «_m/n einzuführen, indem man dieses Signal ar das Summierungsglied 10 anschließt Die Funktion dei Meßanordnung 9 kann als eine zusätzliche Sicherheitsmaßnahme betrachtet werden für den Fall, daß die Meßanordnung 8 nicht in der Lage sein sollte, eine eventuelle Überspannung zu verhindern.

Statt der Verwendung der Ausgangssignale der Meßanordnungen 8 und/oder 9 für die «mm -Begrenzung der Steueranordnung können diese Signale an der Regelkreis der Steueranordnung angeschlossen werden so daß man eine direkte Erhöhung des Steuerwinkels und damit eine Begrenzung der Gleichspannung des Gleichrichters erhält

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage mit einem Konstantstrom-Regelsystem und mit einer Gleichrichter- und einer Wechselrichterstation, von denen jede mit einer Steueranordnung ausgerüstet ist und an ihr betreffendes Wechselstromnetz angeschlossen ist und die über eine Gleichstromleitung miteinander verbunden sind, mit einer Meßanordnung zum Messen der Gleichspannung in der Gleichrichterstation, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung von Überspannungen auf der Übertragungsleitung (5) und in der Gleichrichterstation beim Start derselben bei offener Leitung zusätzlich eine Meßanordnung (8) r.ur Messung des zeitlichen Differentialquotienten der Gleichspannung der Gleichrichterstation vorhanden ist und daß den beiden genannten Meßanordnungen ein Summierglied (15) zur Summierung der Werte für die gemessene Gleichspannung und für ihren Differentialquotienten nachgeschaltet ist, das ein Signal zur Begrenzung der Hochsteuerung der Gleichspannung der Gleichrichterstation an die Steueranordnung (7) Hefen, wenn die Summe der Gleichspannung der Gleichrichterstation und ihres Differentialquotienten einen vorgegebenen Wert überschreitet, wobei die Begrenzung durch eine Erhöhung des Steuerwinkels der Gleichrichterstation geschieht. «>

2. Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung (7) ein Meßglied (50) zum Messen des Steuerwinkels (α) der Ventile der Gleichrichterstation umfaßt, welches Meßglied das Begrenzungs- r> signal begrenzt, wenn der Steucrwinkel einen bestimmten Wert überschreitet.

3. Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (8) zur Messung der Gleichspannung der Gleichrichterstation bzw. zur Bildung des Differentialquotienten dieser Spannung eine Anzahl paralleler Schaltungen für die Messung und Differentialquotientenbildung umfaßt, welche verschiedene Funktionskurven sowie Schwell- und Begren- α^γ, zungswerte haben.