DE2538493C3

DE2538493C3 - Gegen Überstrom geschützte Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage

Info

Publication number: DE2538493C3
Application number: DE2538493A
Authority: DE
Inventors: Kjell Dipl.-Ing. Eriksson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-09-11
Filing date: 1975-08-29
Publication date: 1984-11-08
Also published as: CH589958A5; DE2538493A1; SE7411456L; FR2285011A1; FR2285011B1; DE2538493B2; JPS5154240A; SE385173B; JPS5915257B2; GB1510717A; US4126892A; CA1034637A

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 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. Bei der aus der DE-AS 10 43 490 bekannten HGÜ-Anlage sind in der Gleichrichterstation zwei Regelkreise vorhanden, die auf den Zündwinkel der Steuerbaren Ventile einzuwirken vermögen. Der Zündwinkel der steuerbaren Ventile stellt also das Stellglied für diese Regelkreise dar. Der eine Regelkreis regelt die Spannung in der Gleichrichterstation, indem der Istwert der Gleichspannung in der Gleichrichterstation gemessen wird und mit einem konstanten Sollwert verglichen wird. Dieser Regelkreis ist normalerweise wirksam. Der andere Regelkreis mißt die Änderungsgeschwindigkeit des Stromes in der Gleichrichterstation, und wenn diese Änderungsgeschwindigkeit ein unzulässig schnelles Ansteigen des Leitungsstromes indiziert, wird über eine Dominanzschaltung die Regelabweichung des ersten Regelkreises vom Stellglied verdrängt, und die vom zweiten Regelkreis gelieferte Größe wirkt derart auf den Zündwinkel der Ventile, daß die Leitungsspannung verkleinert wird. Der zweite Regelkreis soll also sicherstellen, daß beispielsweise bei einem Kurzschluß auf der Leitung der Strom keine zu großen Werte annimmt. Dank des sehr schnellen Ansprechens der steuerbaren Ventile kann auf diese Weise eine ausreichende Sicherheit gegen das Auftreten zu großer Ströme im Störungsfalle erreicht werden. Bei dieser Schaltung besteht die Notwendigkeit der Verwendung von steuerbaren Ventilen in der Gleichrichterstation, die sehr teuer und relativ störanfällig sind. b5

Eine solche Verstellung ist jedoch im Vergleich zu einer Steuerung des Zündwinkels der Ventile sehr langsam. Für eine moderne und wirtschaftlich bemessene HGÜ-Anlage, in der aufgrund der vorhandenen Leistung sehr hohe und schnell ansteigende Kurzschlußströme auftreten können, ist eine solche Anlage ungeeignet.

Aus der Druckschrift »Direct Current« 1952, Seite 2 bis 6, ist eine HGÜ-Anlage bekannt, bei der in der Gleichrichterstation und der Wechselrichterstation steuerbare Ventile verwendet werden. Außerdem ist die Möglichkeit vorgesehen, die der Gleichrichterstation zugeführte Wechselspannung mittels eines Stufentransformators zu verstellen. Der Zweck dieser sehr langsam arbeitenden Verstellung besteht darin, den Blindleistungsbedarf der Gleichrichterstation möglichst klein zu halten. Nach einer schnell ansprechenden Veränderung des Zündwinkels der Gleichrichterstation zur Verkleinerung der Gleichspannung wird also anschließend die zugeführte Wechselspannung ohne Zwang zum schnellen Handeln verkleinert, damit der Zündwinkel auf kleinere Werte zurückgefahren werden kann und so der Cosinus φ verbessert wird.

In der letztgenannten Druckschrift ist an die Wechselstromseite der Wechselrichterstation ferner ein Synchrongenerator angeschlossen, der als reiner Phasenschieber arbeitet und die Blindleistung für das Wechselrichternetz zur Verfugung stellt. Mit einem solchen einem anderen Zweck dienenden Phasenschieber ist eine Änderung der Wechselspannung des Netzes weder beabsichtigt noch im größeren Maße möglich.

Aus der Druckschrift ETZ-A 1970, Seite 297 bis 302, wird für eine HGÜ-Anlage mit steuerbaren Ventilen in beiden Stationen der Fall behandelt, daß die Wechselspannung am Wechselrichter, z. B. infolge eines Kurzschlusses auf der Wechselstromseite, verschwindet. Für diesen Fall ist vorgesehen, daß der Sollwert des Stromreglers auf Null gestellt werden soll, um den Gleichstrom auf Null zu bringen. Die Herabsetzung des Stromsollwertes soll in Abhängigkeit einer nicht näher genannten Spannung erfolgen. Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird hierbei nicht angesprochen, denn da ein Stromregler und schnell ansprechende Ventile vorhanden sind, kann der Gleichstrom selbst bei einem Kurzschluß auf der Gleichstromleitung keine unerwünschte großen Werte annehmen. Vielmehr wird der Betriebsstrom zu Null gemacht, weil der Wechselrichter infolge des Ausfalls seiner Wechselspannung zur Kommutierung des Stromes nicht mehr imstande ist.

Aus der HGÜ-Schriftenreihe »Hochspannungs-, gleichstromübertragung« Sonderdruck der Arbeitsgemeinschaft HGÜ aus ETZ-A 1968, Heft 8 und 9, ist eine HGÜ-Anlage bekannt, bei der ebenfalls in beiden Stationen steuerbare Ventile verwendet werden. Für eine solche Anlage wird gelehrt, im Falle eines Kurzschlusses auf der Gleichstromleitung unter Verwendung der Gittersteuerung der Ventile die Gleichspannung so weit abzusenken, daß die Kurzschlußströme klein bleiben. Die hierfür erforderliche schnelle Verkleinerung der Gleichspannung ist dank der vorhandenen steuerbaren Ventile jedoch problemlos.

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. Die Spannungen der Wechselstromnetze werden dabei als konstant betrachtet. Die Übertragung erfolgt mit konstantem Gleichstrom. Maßnahmen zum Schutz gegen Fehler im Übertragungssystem sind nicht genannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwikkeln, daß in der Gleichrichterstation auf die Verwendung steuerbarer Ventile verzichtet «'erden kann, ohne daß die Regelgeschwindigkeit auf ein Maß gesenkt wird, welches den 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 Erfindur.'g 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 Gleichstromleitur.g 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 Gleichspannung 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 Dorninanzschaltung, 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 zusammenschaltet, 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 to Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine Einzelheit der Gleichrichterstation,

Fig. 3 Strom-Spannungscharakieristiken für die Stationen,

Fig. 4a, b verschiedene Arten für die Zusammen- bj schaltung zweier Ventilbrückenschaltungen der Gleichrichterstation.

Fig. 1 zeigt eine Hochspannungs-Gleichstromübertragungsanlage mit einer Gleichrichterstation 1 und einer Wechselrichterstation 2, die über eine Gleichstromlekung 30 verbunden sind.

Die Gleichrichterstation umfaßt zwei in Reihe geschaltete Diodengleichrichter in Brückenschaltung la 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—17, von denen der erste spannungsregelnd und der zweite stromregelnd ist

Der Spannungsregelkreis umfaßt einen aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteiler 7, der an die Leitung 30 angeschlossen ist. Die am Spannungsteiler 7 abgegriffene Spannung wird mit einem Sollwert Udrciverglichen, 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 I_rer 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, wird der Stromsollwert spannungsabhängig gemacht, so daß der Stromsollwert zumindest teilweise der Leitungsspannung folgt.

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 zum 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 /_re/ siehe; stellt, 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—17 von einem bestimmten Zeitpunkt an dominieren und die Generatorspannung herabsetzen. Dieser Effekt wird mit Hilfe des Gliedes 17 verstärkt, welches den Stromsollwert bei niedriger l.eitnnpssnnnniirur rprlii-

ziert, wodurch das Signal zur Herabsteuerung der Generatorspannung verstärkt wird.

Die Wechselrichterstation 2 umfaßt zwei gesteuerte Ventilbriickenschaltungen 2a und 2b mit Stromrichtertransformatoren 31a und 3\b, 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 Ud_Kr der Gleichrichterstation vorzugsweise vom Netz 32 über ι ο den Spannungstransformator 33 und das Summierungsglied 34 abgeleitet, in welchem der Spannungswert U um ein erforderliches Spannungsmarginal reduziert wird. Von hier aus wird der Sollwert an die Klemme 28 in der Gleichrichterstation über irgendeine Fernmeldeleitung übertragen. Hierdurch v/ird das gewünschte Spannungsmarginal zwischen den Stationen bei Variationen in der Netzspannung sichergestellt.

In F i g. 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 steuert die Dominanzschaltung 11 den betreffenden Stufenschalter.

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. Nur die herabsteuernden SignaledesStromregelkreises.dieeine 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 Verstärker 22 angeschlossen sein.

In F i g. 1 sind die Diodenbrückenschaltungen la und ib, die vorzugsweise sechspulsig aufgebaut sind, mit Stromrichtertransformatoren 3a und 3b versehen, die stern-dreieck- bzw. stern-stemgeschaltet 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 ib, 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 Zwölfpulsbetrieb erhält man daher eine automatische Heruntersteuerung des Gleichrichters. Diese Heruntersteuerung kann so stark sein, daß man auf eine besondere Glättungsdrossel zur Gleichstrombegrenzung in der Gleichrichterstation verzichten kann, so daß man sich in der Wechselrichterstation mit einer Glättungsdrossel 35 zur Glättung der Gleichstromoberwellenspannung begnügen kann.

Wenn die Gleichrichterstation keinen eigenen Generator hat, kann das Zusammenschalten der beiden Gleichrichter nach Fig.4a oder 4b geschehen, also entweder über einen Dreiwicklungstransformator 3' oder über eine Induktivität 36.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Gegen Überstrom geschützte Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage mit einer Gleichrichterstation und einer Wechselrichterstation, die über eine Gleichstromleitung verbunden sind, mit einer Spannungsregelung in der Gleichrichterstation, wobei die Gleichrichterstation zwei über eine Dominanzschaltung auf dasselbe Stellglied für die Gleichspannung, der Gleichrichterstation parallelgeschaltete Regelkreise aufweist, von denen der erste die Leitungsspannung regelt und der zweite in Abhängigkeit von einer Stromregelgröße die Leitungsspannung bei einem unzulässig hohen Leitungsstrom reduziert, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von nichtsteuerbaren Ventilen (la, Xb)in der Gleichrichterstation (1) die den Ventilen zugeführte Wechselspannung gesteuert wird und daß der zweite Regelkreis (13—17) ein Stromregelkreis ist, der einen Sollwertgeber hat, der von der Leitungsspannung in der Weise abhängig ist, daß bei fallender Leitungsspannung der Stromsollwert entsprechend verkleinert wird.

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