DE2538511C2

DE2538511C2 - Mehrpunkt-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage

Info

Publication number: DE2538511C2
Application number: DE19752538511
Authority: DE
Inventors: Karl Werner 6806 Viernheim Kanngießer; Hans Peter Dipl.-Ing. 6905 Schriesheim Lips
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1975-08-29
Filing date: 1975-08-29
Publication date: 1982-07-22
Also published as: DE2538511A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehrpunkt-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (Mehrpunkt-HGÜ) mit mehreren über eine Gleichstromringleitung in Serie geschalteten Gleich- und Wechselrichterstationen, über die Energie mit oder zwischen Drehstromnetzen ausgetauscht wird, mit den Stationen zugeordneten Strom- und/oder Spannungsreglern und einer zentralen Überwachungs- und Regelungseinrichtung.

Eine solche bekannte seriengeschaltete Mehrpunkt-HGÜ besitzt für bestimmte Anwendungsfälle betriebstechnische Vorteile (Vaughan et al »The Control und Performance of a Serie's Connected Multiterminal HVDC Transmission System« IEEE Transactions Paper T 75 211-8 (1975), p. 1-7). Gegenüber einer parallelgeschalteten Mehrpunkt-HGÜ ist beispielsweise die Möglichkeit des schnellen Energierichtungswechsels ohne mechanische Schaltoperationen gegeben. Weiterhin können Stromrichterbrücken oder Stationen im Fehlerfall außer Betrieb gesetzt und überbrückt werden, ohne daß das restliche System wesentlich gestört wird (Vaughan s. o. und R. Foerst et al »Multi-Terminal Operation of HVDC Converter Stations« IEEE Transactions Paper 69 TP 78-PWR (July 1969), p. 1-9 = VDE Fachberichte 1968, S. 18-23). Das seriengeschaltete System ist unempfindlicher gegen Störungen auf der Gleichstromseite.

Im allgemeinen können die Regelungsprinzipien der Zweipunkt-HGÜ übernommen werden, bei der die Stromregelung durch die Regelungseinrichtung der ίο Gleichrichterstation und die Spannungsregelung durch die Regelungseinrichtung der Wechselrichterstation übernommen wird (Vaughan s. o.; Foerst s. o.). Im bekannten Fall (Vaughan s. o.) der seriengeschalteten Mehrpunkt-HGÜ soll normalerweise die Gleich-ι jehterstation mit dem kleinsten Stromsollwert strombestimmend sein, solange die Summe der Gleichrichterspannungen größer als die Summe der Wechselrichterspannungen ist, und die Wechselrichterstation mit dem höchsten Stromsollwert die Stromregelung bei einem bestimmten Löschwinkel übernehmen, falls die Summe der Gleichrichterspannungcn !deiner als die Summe der Wechselrichterspannungen ist Die Leistungsregelung soll dann über eine Änderung der Zündwinkelgrenzen erfolgen, so daß prinzipiell eine von einer zentralen Überwachungs- und Regelungseinrichtung unabhängige Regelung jeder Station möglich sein soll.

Dieses bekannte System erfordert einmal, daß die einzelnen Stationen mit in weiten Grenzen veränderlichen Zündwinkeln für die Stromrichterventile arbeiten. Insbesondere der gewünschten Reduzierung der Blindleistung kann eine solche Zündwinkelverschiebung entgegenlaufen. Weiterhin ist trotz einer prinzipiell unabhängigen Leistungsregelung sicher nicht ohne eine zentrale Überwachungs- und Regelungseinrichtung auszukommen; denn es gilt die Bedingung zu erfüllen, daß eine Station die Regelung der gemeinsamen Größe übernimmt. Im Falle der reihengeschalteten Station ist diese Größe der Strom. Alle anHeren Stationen regeln dann die Spannung.

■ίο Die zentrale Überwachungs- und Regelungseinrichtung mit entsprechender Rückmeldung ist weiterhin günstig, um auf Störungen reagieren und Schaltoperationen steuern zu können, insbesondere wenn gleichstromseitig Erdungsfehler auftreten (Vaughan s. o.). Im bekannten Fall wird die Möglichkeit der Abtrennung des fehlerhaften Leistungsabschnittes ohne Verlust des Übertragungsvermögens bei geeigneter Wahl der System-Erdung, angemessener Isolierung der Stationen und Leitungen sowie einer vorübergehenden zusätzlichen Erdung erwähnt. Bei dem angeführten dauernden Verlust eines Leitungsabschnittes ist die Übertragung zunächst unterbrochen. Abhängig von der Fehlerstelle und der System-Konfiguration (Anordnung der Gleich- und Wechselrichterstationen) kann daher eine Übertragung mit zwei unabhängigen Verbindungsbecken nur wiederaufgenommen werden, wenn eine dauernde Erdung an beiden Enden des fehlerhaften Abschnittes angenommen wird.

Für die Unterdrückung oder Beseitigung von Störungen, vorübergehenden Leitungsfehlern, Kommutierungsfehlern, Blitz- und Schaltspannungen, wird im bekannten Fall (Vaughan s.o.) ein von der System-Erdung entfernt angeordneter, mit Erde verbundener Kondensator eingesetzt. Bei einem Leitungsfehler führt der dem Kondensator benachbarte Gleichrichter den Strom zunächst auf Null, dann erfolgt in üblicher Weise eine Umsteuerung des Gleichrichters in den Wechselrichterbetrieb und der Kondensator entlädt sich in

entgegengesetzter Richtung zum Fehlerstrom. Diese Funktion wird jedoch nur bei genauer Festlegung der Funktionen der einzelnen Stromrichterstationen auf Gleich- bzw. Wechselrichterbetrieb für den Normalfall erreicht, d. h. die Funktion ist von der Fehlerstelle und der Lage des Erdungskondensators im Hinblick auf das Spannungsprofil und die Stromrichtung in der Ringleitung abhängig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine seriengeschaltete Mehrpunkt-HGÜ gegegebenenfalls mit zentraler Überwachungs- und Regelungseinrichtung zu schaffen, die eine Betriebsfortführung bei einem Gleichstromleitungsfehler an beliebiger Stelle zwischen den Stromrichterstationen gewährleistet

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs, 1.

Es ist an sich bekannt, eine Stromrichterstation einer HGÜ mit ein- und ausgangsseitigen Schaltern sowie Oberbrückungsschaltern auszurüsten (GB-PS 11 51 854). Im bekannten Fall beziehen sich die bezweckten Maßnahmen jedoch auf eine Zweipunkt-HGÜ und in diesem Zusammenhang auf die Abtrennung der Station, auf die Überbrückung einzelner Ventilgruppen bei Störungen und über eine gesonderte Schalteinrichtung auf die Schaltung einer Erdrückleitung bei Ausfall eines Leitungspols und Aufrechterhaltung des Betriebes mit dem anderen Leitungspol.

Bei der erfindungsgemäßen Mehrpunkt-HGÜ mit Gleichstrom-Doppelleitung sind im Normalbetrieb nur die Schalter in den Verbindungsstücken zwischen den Querzweigen geöffnet und alle anderen Schalter geschlossen, so daß analog zum eingangs beschriebenen bekannten System (Vaughan s. o.) eine Ringleitung, selbstverständlich mit entsprechender System-Erdung gebildet ist.

In vorteilhafter Weise ist jedoch für den Störfall eines beliebigen Leitungsabschnittes, z. B. bei Mastbruch, sichergestellt, daß erfindungsgemäß eine öffnung der Schalter in den Verbindungsstücken, eine Schließung der Schalter in den das schadhafte Leitungsstück begrenzenden Querzweigen, eine Öffnung aller Schalter in den anderen Querzweigen, eine öffnung der zum schadhaften Leitungssück führenden Schalter und eine Schließung aller übrigen Schalter erfolgt. Bei einem derartigen Fehler spricht zunächst der Leitungsschutz in jeder Station an und es kommt zu einer Betriebsunterbrechung. Nach telefonischer Rücksprache zwischen dem Bedienungspersonal der einzelnen Stationen oder über eine Fernwirkanlage bzw. die ohnehin notwendige zentrale Überwachungs- und Regelungseinrichtung werden die Schalter jeder Station wie beschrieben betätigt. Der Betrieb läßt sich dabei über die nunmehr durch die Reihenschaltung der Doppelleitung gebildete Ringleitung mit etwas höheren Verlusten während einer vorübergehenden Störphase fortsetzen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles gemäß den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild der Mehrpunkt-HGÜ,

F i g, 2 den Normalbetrieb der Mehrpunkt-HGÜ nach Fig. 1,

Fi g. 3 den Betrieb nach einer einfachen Leitungsstörung,

Fig.4 den Betrieb nach einer totalen Leitungsstörung (Mastbruch).

Die Mehrpunkt-HGÜ besteht gemäß AuMührungsbeispiel aus vier StromrichterstJiionen A, B, C, D₁ die über eine Doppelleitung 10 aus den Leitungspolen 101, 102 verbunden sind. Eine andere Zahl ist möglich. Diese Stationen A. B, Q D sind in üblicher Weise aus Stromrichterbrücken (nur angedeutet) aufgebaut und besitzen in an sich bekannter Weise Regelungseinrichtungen, Stromrichtertransformatoren, gleichstromseitige Glättungseinrichtungen und wechselstromseitige Filter (ETZ-A Bd 89 (1968), H. 8 u. H. 9). Jede Station A, B, C, D ist mit Schaltern 1 bis 7 ausgerüstet wobei Schnellschalter, z. B. bekannte ölarme Lichtbogenschalter einsetzbar sind.

Die Schalter 1, 2 und 3, 4 befinden sich ein- bzw. ausgangsseitig in jeder Station A, B, C, D, die Schalter 5, 6 in Querzweigen 11 der Doppelleitung 101, 102 jeder Station und die Überbrückungsschalter 7 in Verbindungsstückin 12 zwischen den Querzweigen 11.

Die System-Erdung 13 kann ' dspielsweise bei SiaiiüM C angeordnet sein, man kann ζ Β. annehmen, daß Station Cab Gleichrichter mit 400 kV, Station D als Wechselrichter mit 600 kV, S» Jon A als Gleichrichter mit 400 kV und Station B als Wechselrichter mit 200 kV arbeiter so daß folgendes Spannungsprofil — im Uhrzeigersinn betrachtet — entsteht:

400 kV... - 200 kV... 200 kV... 0 kV

Eine zentrale Überwachungs- und R^gelungseinrichtung 14, die wie eingangs erläutert zur Koordinierung der Lastverteilung und zur Erfassung von Störungen dient sorgt im Normalbetrieb für eine Ansteuerung der Schalter 1 bis 7 derart, daß die Schalter 7 geöffnet sind und alle übrigen Schalter 1 bis 6 jeder Station A, B, Q D geschlossen (F i g. 2).

Nach Meldung eines einfachen Leitungjfehlers, z. B. auf dem Leitungspol 102 zwischen den Stationen A und B werden die Schalter 1 (Station B) und 3 (Station A) geöffnet und der Betrieb läuft mit doppelter Stromdichte in 101 zwischen A und B weiter (Fig. 3). Bei Maubruch zwischen A und B werden die Schalter 7 geschlossen, die Schalter 5 und 6 in den den fehlerhaften Leitungsabschnitt begrenzenden Querzweigen 11 geschlossen, die Schalter 5 und 6 in den übrigen Querzweigen 11 geöffnet, die Schalter 1 bis 4 im fehlerhaften Leitungsabschnitt geöffnet und die Schalter 1, 2 der Station A geschlossen, und ebenso die Schalter 3,4 der Station Sund alle übrigen Schalter 1 bis 4 der Station C und D geschlossen. Es ergibt sich eine neue, intakte Ringleitung über die Stromrichterbrücke in B, Schalter 3 von B, 102, Schalter 1 von C, Schalter 3 von C, 102, Schalter 1 von D, Schalter 3 von D, 102, Schal'jr 1 von A, Schalter 6 von A, Schalter 7 von A, Schalter 2 von A, 101, die Schalter 4, 7, 2 von D, 101. die Schalter 4, 7, 2 von C, 101, die Schalter 4, 7, 5 von B. In diesem Falle tritt die doppelte Stromdichte in allen verbleibenden Leitungsabschnitten auf (F i g. 4).

Die Leitungsabmessung kann zwischen dem Normalbetriebsfall und dem Notbetriebsfall abgestimmt sein. VorzugsweibG wird jedoch die Leitungsbemessung für den Normalbetrieb optimiert und im Notbetrieb die ohnehin notwendige thermische Überlastbarkeit der Gleichstromleitungen 101,102 genutzt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrpunkt-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (Mehrpunkt-HGÜ) mit mehreren über eine Gleichstromringleitung in Serie geschalteten Gleich- und Wechselrichterstationen, über die Energie mit oder zwischen Drehstromnetzen ausgetauscht wird, mit den Stationen zugeordneten Strom- und/oder Spannungsreglern und einer zentralen Überwachungs- und Regelungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichstrom-Doppelleitung (10) zur Verbindung aller Stationen (A, B, C, D) untereinander dient, daß jede Station in jeder Gleichstromleitung (101, 102) ein- und ausgangsseitig einen Schalter (1,2 bzw. 3,4) und einen Querzweig (11) mit Schalter (5 bzw. 6) zwischen den Leitungspolen (101, 102) besitzt und daß jede Station (A, B, C, D) mit einem Überbrückungsschalter (7) in einem Verbindungsstück (12) ZW'.sehen den Querzweigen (11) ausgerüstet ist, welche Schalter (1 bis 7) von der zentralen Überwachungs- und Regelungseinrichtung gesteuert werden, daß bei geöffneten Schaltern (7) in den Verbindungsstücken (12) durchweg geschlossene andere Schalter (1 bis 6) vorhanden sind.

2. Mehrpunkt-HGÜ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Regelungs- und Überwachungseinrichtung aufgrund eines einfachen Leitungsfehlers zwischen zwei Stationen eine Öffnung der zum schadhaften Leitungspol (z. B. 102) führenden Schalter (1, 3) und eine Schließung aller übrigen Schalter (1,2,3,4) gewährleistet (Fig. 3).

3. Mehrpunkt-HGÜ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Regelungs- und Überwachungseinrichtung aufgrund einer totalen Leitungsstörung zwischen zwei Stationen eine Schließung der Schalter (5,6) in den das schadhafte Leitungsstück begrenzenden Querzweig (11), eine Öffnung aller Schalter (5, 6) in den anderen Querzweigen (11), eine Öffnung der zu den schadhaften Leitungspolen führenden Schalter (1, 2, 3,4) und eine Schließung aller übrigen Schalter (I₁2, 3,4) gewährleistet (F i g. 4).