DE2538493B2

DE2538493B2 - Gegen Überstrom geschützte Hochspannungsgleichstromübertragungs anlage

Info

Publication number: DE2538493B2
Application number: DE2538493A
Authority: DE
Inventors: Aake Dipl.-Ing. Ekstroem; Kjell Dipl.-Ing. Eriksson; Lars-Erik Dipl.- Ing. Juhlin
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-09-11
Filing date: 1975-08-29
Publication date: 1980-05-29
Also published as: US4126892A; GB1510717A; CA1034637A; FR2285011A1; JPS5915257B2; CH589958A5; DE2538493C3; JPS5154240A; SE385173B; DE2538493A1; FR2285011B1; SE7411456L

Description

Die Erfindung betrifft eine gegen Überstrom geschützte Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Anlage ist bekannt aus der DE-AS 10 43 490.

Bei Hochspannungsgleichstromübertragungsanlagen, «> bei denen die Gleichrichterseite aus ungesteuerten Ventilen aufgebaut ist, wird der Gleichstrom während des Normalbetriebes von der Wechselrichterstation gesteuert, so daß es wichtig isl, die Übertragungsanlage gegen Überströme zu sichern, wenn die Wechselrichter- r> spannung ausfällt oder ein Kurzschluß auf der Leitung auftritt.

Bei der aus der DE-AS 10 43 490 bekannten HGÜ-Anlage sind die Ventile in der Gleichrichterstation steuerbar. Steuerbare Ventile haben den Vorteil ■»« einer hohen Ansprechgeschwindigkeit, was bedeutet, daß das Stellglied eines vorhandenen Regelkreises sehr schnell arbeitet. Der Nachteil steuerbarer Ventile besteht jedoch in ihren hohen Kosten und ihrer relativen Anfälligkeit. 4^r>

Aus dem Buch von A. Bouwers, »Elektrische Höchstspannungen«, 1939, Seite 275 ist eine HGÜ-Anlage bekannt, bei der die Gleichrichterstation aus ungesteuerten Ventilen und die Wechselrichterstation aus steuerbaren Thyratrons besteht. Schutzanordnungen ^r> <> gegen Überströme sind im Zusammenhang mit dieser bekannten Übertragung nicht erwähnt. Es versteht sich jedoch, daß in der Gleichrichterstation etwa vorhandene Schutzeinrichtungen, z. B. ein Überlast- oder Kurzschlußschutz, nur auf die den nicht steuerbaren ^r>^r> Ventilen zugeführte Wechselspannung einwirken kann. Eine solche Verstellung ist jedoch im Vergleich zu einer Steuerung des Zündwinkels der Ventile sehr langsam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage der ^h(> eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwikkeln, daß in der Gleichrichterstation auf die Verwendung steuerbarer Ventile verzichtet werden kann, ohne daß die Ansprechgeschwindigkeit der vorhandenen Regelkreise auf ein Maß gesenkt wird, welches den <"i sicheren Betrieb der Anlage beeinträchtigen würde.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine HGÜ-Anlage vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches genannten Merkmale aufweist.

Gemäß der Erfindung wird also bei einem Fehler mit starken Stromänderungen eine ausreichende Schnelligkeit der Steuerung in der Gleichrichterstation dadurch erzielt, daß der Sollwert des Stromregelkreises bei einem Absinken der Spannung auf der Gleichstromleitung entsprechend herabgesetzt wird. Es wird also gewissermaßen die durch den Kurzschluß verursachte Spannungsabsenkung künstlich weiter vergrößert und dadurch ein stärkerer Kurzschlußtrom als tatsächlich vorhanden vorgetäuscht Die starke Herabsetzung des Stromsollwertes hat eine schnelle Heruntersteuerung der von der Gleichrichterstation erzeugten Wechselspannung zur Folge. Diese Wirkung verstärkt sich rückkoppelnd, da in dem Maße, in dem die Gleichspannung heruntergesteuert wird, der Stromsollwert weiter zurückgeht. Der Vorgang setzt sich fort, bis die Spannung auf einen ungefährlichen Betrag abgesunken ist.

Die Fähigkeit der in der Gleichrichterstation vorhandenen bekannten Dominanzschaltung, gegen Überströme zu schützen, beruht in erster Linie darauf, daß die Induktivität der Glättungsdrossel und andere Induktivitäten so groß sind, daß die Spannungsregelung des Gleichrichters die Spannung und damit den Strom auf angemessene Werte halten kann. Wenn dabei der Sollwert für die Spannungsregelung von der Wechselspannung der Wechselrichterstation nach Abzug eines angemessenen Spannungsmarginals gebildet wird, so kann man bei Störungen einen angemessenen Ausgangswert für die Gleichrichterspannung sicherstellen.

Die Erfindung ist insbesondere für Gleichrichterstationen geeignet, die direkt von einem Generator gespeist werden, da hier die verhältnismäßig schnelle Steuerbarkeit der Spannung des Generators für die Zwecke der Erfindung genutzt werden kann

Die strombegrenzende Wirkung der Induktivitäten der Anlage kann bei einer Gleichrichterstation mit Ventilen in zwei Sechspulsgruppen, die untereinander zu einer Zwölfpulsschaltung phasenverschoben sind, dadurch verstärkt werden, daß man diese zusammenschalten so daß sie teilweise eine gemeinsame Kommutierungsinduktivität haben. Hierdurch bekommt der Gleichrichter bei Überströmen eine stark fallende Spannungs-Stromcharakteristik infolge der Überlappung zwischen den Kommutierungen

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

F i g. 1 eine Gleichstromübertragungsanlage mit einer Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung.

F i g. 2 eine Einzelheit der Gleichrichterstation,

Fig. 3 Strom-Spannungscharakteristiken für die Stationen,

Fig.4a, b verschiedene Arten für die Zusammenschaltung zweier Ventilbrückenschaltungen der Gleichrichterstation.

F i g. 1 zeigt eine Hochspannungs-Gleichstromübertragungsanlage mit einer Gleichrichterstation 1 und einer Wechselrichterstation 2, die über eine Gleichstromleitung 30 verbunden sind.

Die Gleichrichterstation umfaßt zwei in Reihe geschaltete Diodengleichrichter in Brückenschaltung Xa und \b mit ihren jeweiligen Stromrichtertransformatoren 3a bzw. 3b, die von einem Generator 4 gespeist werden, dessen Erregerwicklung 5 an die Speisevorrichtung 6 angeschlossen ist. Für die Speisevorrichtung 6

und damit die Generatorspannung gibt es zwei Regelkreise 7—10 und 13—16, von denen der erste spannungsregelnd und der zweite stromregelnd ist.

Der Spannungsregelkreis umfaßt einen Spannungsteiler 7, der an die Leitung 30 angeschlossen ist. Die am Spannungsteiler 7 abgegriffene Spannung wird mit einem Sollwert U_rci verglichen, der an die Klemme 28 des Summierungsgliedes 8 angeschlossen ist. Die Differenz der beiden Werte wird dem Regler 9 zugeführt. Der Stromregelkreis umfaßt eine Strommeßeinrichtung 13, deren Meßwert im Summierungsglied 14 mit einem Sollwert /_ref verglichen wird, der beispielsweise von der Wechselrichterstation geliefert wird und an die Klemme 29 angeschlossen ist. Der Differenzwert wird dem Regler 15 zugeführt. Mit Hilfe der an den Spannungsteiler 7 angeschlossenen Begrenzungsvorrichtung, dem Glied 17, kann der Stromsollwert spannungsabhängig gemacht werden, so daß der Stromsollwert zumindest teilweise der Leitungsspannung erfolgt.

Um diese beiden Regelkreise schneller und empfindlicher zu machen, werden sie zweckmäßigerweise mit differenzierenden Gliedern versehen. Das differenzierende Glied 23 für den Stromregelkreis wird über das Summierungsglied 24 mit derselben Polarität angeschlossen wie der Strommeßwert der Strommeßeinrichtung 13, so daß positive Werte des zeitlichen Differentialquotienten des Stromes das zun Regler 15 gelieferte Signal vergrößern, was bedeutet, daß die Speisevorrichtung und damit die Generatorspannung heruntergesteuert wird.

Das differenzierende Glied 25 für den Spannungsregelkreis wird über ein Begrenzungsglied 26 und das Summierungsglied 27 mit einer Polarität angeschlossen, welche der Polarität des Signals vom Spannungsteiler entgegengesetzt ist. Das Begrenzungsglied 26 begrenzt das Signal außerdem auf negative Werte, so daß nur negative Differentialquotienten von bestimmter Größe passieren können. Solche negativen Differentialquotienten treten bei schnellen Spannungsfällen auf der Leitung auf, die wahrscheinlich auf Störungen z. B. infolge Leitungsfehlern oder eines Abbruches in der Wechselrichterstation beruhen.

Die Regler 9 und 15 werden an die Eingänge 10 bzw. 16 der Dominanzschaltung 11 angeschlossen, und das größere von beiden Signalen gelangt über den Ausgang 12 der Dominanzschaltung 11 zur Speisevorrichtung 6 zwecks Steuerung der Generatorspannung. Während des normalen Betriebes, bei dem die Stromsteuerung des Wechselrichters den gewünschten Gleichstromsollwert Iret sicherstellt, ist das Signal vom Regler 15 Null oder zumindest sehr klein, so daß der Spannungsregelkreis 7—10 die Steuerung beherrscht. Bei Fehlern auf der Leitung oder im Wechselrichter, bei denen der Gleichstrom zunimmt, wird der Stromregelkreis 13—16 von einem bestimmten Zeitpunkt an dominieren und die Generatorspannung herabsetzen. Dieser Effekt wird mit Hilfe des Gliedes 17 verstärkt, welches den Stromsollwert bei niedriger Leitungsspannung reduziert, wodurch das Signal zur Herabsteuerung der Generatorspannung verstärkt wird.

Die Wechselrichterstation 2 umfaßt zwei gesteuerte Ventilbrückenschaltungen 2a und 2b mit Stromrichtertransformatoren 31a und 3ib, die an das Wechselstromnetz 32 angeschlossen sind. Um schnell auf Spannungsfälle im Netz 32 reagieren zu können, bevor diese wesentliche Überströme auf der Gleichstromleitung verursachen, wird der Spannungssollwert U_rer der Gleichrichterstation vorzugsweise vom Netz 32 über den Spannungstransformator 33 und das Summierungsglied 34 abgeleitet, in welchem der Spannungswert um ein erforderliches Spannungsmarginal reduziert w'rd. Von hier aus wird der Sollwert an die Klemme 28 in der Gleichrichterstation über irgendeine Fernmeldeleitung übertragen. Hierdurch wird das gewünschte Spannungsmarginal zwischen den Stationen bei Variationen in der Netzspannung sichergestellt

In Fig. 1 wird die Gleichrichterstation direkt vom Generator 4 gespeist, dessen Spannungssteuerung daher zur Regelung der Leitungsspannung benutzt werden kann. Wenn die Gleichrichterstation an ein größeres Netz mit von außen vorgegebener Spannungsregelung angeschlossen ist, dann kann die Gleichrichterstation über Stufenschalter an den Transformatoren 3a und 3b oder am Haupttransformator für die ganze Station gesteuert werden. Dabei wird die Dominanzschaltung 11 an den betreffenden Stufenschalter angeschlossen.

F i g. 2 zeigt Beispiele für den Aufbau der Dominanzschaltung 11. Die Schaltung hat Eingangsklemmen 10 und 16 und eine Ausgangsklemme 12. Für jeden Regelkreis ist ein Verstärker 21 bzw. 18 vorhanden und für den Spannungsregelkreis ist ein Eingangswiderstand 20 vorhanden.

Der Verstärker 18 des Stromregelkreises ist über die Diode 19 an den Eingang des Verstärkers 21 des Spannungsregelkreises angeschlossen. Hierdurch wird die normale Regelung durchgeführt, d. h. alle Regeleingriffe mäßiger Größe sowie alle Heraufsteuerungen über den Spannungsregelkreis 10, 21. Nur die herabsteuernden Signale des Stromregelkreises 16, 18, die eine bestimmte Größe erreichen, die also von Störungen in der Übertragung herrühren, werden über den Spannungsregelkreis dominieren und an den Ausgang 12 gelangen. Am Ausgang der Dominanzschaltung 11 kann ein zusätzlicher Regelverstärker 22 angeschlossen sein.

In Fig. 1 sind die Diodenbrückenschaltungen la und \b, die vorzugsweise sechspulsig aufgebaut sind, mit Stromrichtertransformatoren 3a und 3b versehen, die stern-dreieck- bzw. stern-sterngeschaltet sind. Hierdurch bilden die beiden Gleichrichter zusammen eine Zwölfpulsgruppe. Da der Generator 4 direkt an die Transformatoren 3a und 3b angeschlossen ist, wird die Generatorreaktanz zu einem Teil der Kommutierungsreaktanz des Gleichrichters. Dies hat zur Folge, daß die Gleichrichterstation eine stark fallende Spannungs-Stromcharakteristik hat, d. h. die Spannung sinkt bei zunehmendem Strom stark ab infolge der Überlappung der Kommutierungsintervalle beim Zwölfpulsbetrieb. Eine solche Überlappung tritt beim Sechspulsbetrieb erst bei bedeutend höheren Strömen auf, so daß die Spannung bei zunehmendem Strom bedeutend langsamer fallen würde, wenn die beiden Einheiten la, 3a und Xb, 3b aus Gleichrichter und Transformator nicht über den Generator 4 verbunden wären.

Diese Verhältnisse sind in F i g. 3 veranschaulicht, wo I und II die Strom-Spannungscharakteristiken für die Gleich- bzw. Wechselrichterseite sind. Die Gleichrichtercharakterstik hat zunächst einen geradlinigen, leicht abfallenden Teil a, der bei höheren Strömen aufgrund der Überlappung zwischen den Kommutierungen in einen schnell fallenden Teil übergeht. Bei Zwölfpulsbetrieb ist dieser Abfall bedeutend stärker (Kennlinie b) als beim Sechspulsbetrieb (Kennlinie c). Durch die gemeinsame Kommutierungsreaktanz beim

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Zwölfpulsbetrieb erhält man daher eine automatische Wellenspannung begnügen kann.

Heruntersteuerung des Gleichrichters. Diese Herunter- Wenn die Gleichrichterstation keinen eigenen Genesteuerung kann so stark sein, daß man auf eine rator hat, kann das Zusammenschalten der beiden besondere Glättungsdrossel zur Gleichstrombegren- Gleichrichter nach Fig.4a oder 4b geschehen, also zung in der Gleichrichterstation verzichten kann, so daß "> entweder über einen Dreiwicklungstransformalor 3' man sich in der Wechselrichterstütion mit einer oder über eine Induktivität 36. Glättungsdrossel 35 zur Glättung der Gleichstromober-

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Gegen Überstrom geschützte Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage mit einer Gleichrichtcrstation und einer Wechselrichterstation, die über eine Gleichstromleitung verbunden sind, wobei die Gleichrichterstation zwei über eine Dominanzschaltung auf dasselbe Stellglied für die Gleichspannung der Gleichrichterstation parallelgeschaltete Regelkreise umfaßt, von denen der eine die Leitungsspannung und der andere den Leitungsstrom derart regelt, daß die Leitungsspannung bei einem unzulässig hohen Leistungsstrom reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterstation aus nichtsteuerbaren Ventilen besteht, daß das genannte Stellglied die den Ventilen zugeführte Wechselspannung steuert und daß der Stromregelkreis einen Sollwertgeber hat, der von der Leitungsspannung in der Weise abhängig ist, daß bei fallender Leitungsspannung der Stromsollwert verkleinert wird.

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