DE2747136C2

DE2747136C2 - Regelungsverfahren für eine HGÜ-Kurzkupplung

Info

Publication number: DE2747136C2
Application number: DE2747136A
Authority: DE
Inventors: York Dipl.-Ing. 1000 Berlin Rogowsky
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1977-10-18
Filing date: 1977-10-18
Publication date: 1984-08-23
Also published as: GB2007042B; JPS607889B2; US4222097A; SE442932B; AR216548A1; SE7810858L; BR7806779A; DE2747136A1; JPS5465339A; GB2007042A; CA1122652A

Description

— jeweils aus einer Gleichrichtergruppe und einer mit dieser verbundenen Wechselrichtergruppc bestehen,

— jeweils eine eigene Leistungsregelung aufweisen, mitteis deren Sollwert, Größe und Richtung der übertragenen Leistung bestimmt werden,

— einen gemeinsamen Regler für die Summenleistung aiisr Einheiten aufweisen, der im Nojmalbetrieb den Sollwert für die Leistungsregelungen der einzelnen Einheiten vorgibt,

— bei verminderter zu übertragender Wirkleistung nicht alle an der Wirkleistungsübertragung beteiligt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß bei verminderter zu übertragender Wirkleistung eine der Einheiten mit entgegengesetzter Energierichtung betrieben wird, wozu deren Leistungsregelung dann vom gemeinsamen Regler abgeschaltet und auf einen Spannungsregler für die Drehspannung des von der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage gespeisten Netzes derart umgeschaltet wird, daß bei erhöhter Drehspannung die Leistung dieser Einheit in der entgegengesetzten Richtung erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß für die mit entgegengesetzter Encrgicrichtung betriebene Einheit dann, wenn deren mögliche Leistung voll ausgenutzt ist. eine Spannungsbcgrenzungsregelung zugeschaltet wird, deren Sollwert für den Spannungsgrenzwert vom Regler für die Drehspannung des von der HGÜ-Anlage gespeisten Netzes bei erhöhter Drehspannung herabgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Aktivierung der Spannungsbegrenzungsregelung die Transformatorverstellung derjenigen Gleich- oder Wechselrichtergruppe außer Betrieb genommen wird, die an das Drehstromnetz angeschlossen ist, dessen Spannung geregelt werden soll.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungssollwert der in umgekehrter Energierichtung zu betreibenden Einheit über ein zuschaltbares Zeitrampenglied auf Null gesteuert und nach Anschaltung an den Spannungsregler für die Drehspannung wieder freigegeben wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Regelung ist für eine Stromrichterstation zwischen Gleichstromseite und Wechselstromnetz aus der DE-OS 24 29 235 bekannt. Dort wird einer von mehreren parallelgeschalteten Stromrichtern beim Schwachlastbetrieb abgeschaltet. Um einen weichen Übergang beim Ein- oder Ausschalten des Stromrichters zu erhalten, erfolgt die Umschaltung mit einer gewissen Zeilkonsianten.

Netzkupplungen, die je Einheit einen Gleichrichter und einen ausschließlich und unmittelbar von diesem mit Gleichstrom gespeisten Wechselrichter enthalten, dienen in erster Linie dazu, Wirkleistung von einem Drehstromnetz in ein anderes zu übertragen, das auch eine andere Frequenz haben kann.

Hinsichtlich der Wirkleistungsübertragung verhält im sich die Netzkupplung am Netz, das den Gleichrichter speist, wie ein Verbraucher. Der Wechselrichter wirkt auf das Netz, an das er angeschlossen ist, wie ein Generator. Mittels der übertragenen Wirkleistung wird die Frequenz in den Netzen beeinflußt, und man nutzt dicis sen Effekt besonders bei der Speisung von Netzen mit geringer Eigenerzeugung zur Frequenzhaltung aus. indem die übertragene Wirkleistung z. B. durch einen Regler für die Frequenz des entsprechenden Netzes entsprechend eingestellt wird. Man kann also sagen, daß die Funktion der Wirkleistungsübertragung bei der Netzkupplung die wichtigste ist und in jedem Fall Priorität hat Dies gilt umsomehr, als eine Blindleistungserzeugung auch mit anderen bekannten Mitteln (Kondensatoren, Phasenschieber) im jeweiligen Netz erreicht werden kann.

Die Stromrichter einer Netzkupplung werden deshalb für den bestmöglichen Wirkungsgrad ausgelegt. Beide Netzseiten nehmen dabei Blindleistung auf, sie verhalten sich wie eine Drossel. Dabei ist die Blindleistungsaufnahme dem Kupplungs-Gleichstrom proportional und außerdem vom Steuerwinkel des Stromrichters abhängig, wobei das Minimum beim kleinsten Steucrwinkel liegt und die Blindleislungsaufnahmc mit größer werdendem Steuerwinkcl steigt. Vom Stcucrwinkcl y> ist andererseits die Gleichspannung abhängig: Man erhält die höchste Gleichspannung beim kleinsten Steucrwinkel und kann die Spannung mit zunehmendem Sleuerwinkel verkleinern. Um die größte Wirkleistung zu übertragen, muß die Anlage mit höchster Gleichspannung, also kleinstem Steuerwinkel, und ihrem größten Strom betrieben werden. Für diesen Betrieb wird die Anlage ausgelegt, und im allgemeinen werden auf beiden Netzseiten Blindleistungserzeuger, z. B. in Form von Kondensatoren oder Filterkreisen installiert, die die in diesem Höchstlastbetrieb von den Stromrichtern benötigte Blindleistung völlig kompensieren. Die Netzkupplung arbeitet in diesem Betriebspunkt an ihren Drehstromnetzen mit cos φ = 1, d. h. sie entnimmt dem einen Netz nur Wirkleistung und speist ins andere Netz auch nur Wirkleistung.

Wird nun weniger Wirkleistung übertragen, ist es üblich, den Gleichstrom zu verringern. Man erhält hierbei den Betrieb mit den geringstmöglichen Leistungsverlusten. Dann nehmen die Stromrichter aber auch weniger Y-, Blindleistung auf. Da die Kompensationsmitlei jedoch nicht verändert werden, bleibt insgesamt für die Drehstrom-Netze ein Blindleistungsüberschuß,d. h.die Netzkupplung liefert Blindleistung in die angeschlossenen Drehstrom-Netze.

bo In einem Drehstrom-Netz bewirkt ein Bhndleistungsüberschuß eine Spannungserhöhung und ein Blindleistungsmangel eine Spannungsverminderung. Natürlich besteht ein Interesse daran, die Netzspannung möglichst konstant zu halten. Besonders bei schwachen b5 Drehstrom-Netzen mit geringer Kurzschlußleistung (hohem Innenwiderstand) kann der Blindleistungsüberschuß zu unangenehmen Spannungserhöhungen führen, so daß man dann je nach wirtschaftlichem Optimum

verstellbare Blindleistungserzeuger (ζ. Β. Phasenschieber) einsetzt oder zu ungunstcn des Wirkungsgrades die ,Virkleistungsverstellung der Netzkupplung bei nahezu unverändertem Gleichstrom mit verminderter Gleichspannung erreicht

Aus Gründen der Verfügbarkeit wird eine Netzkupplung aus mehreren Teileinheiten aufgebaut, von denen jede zu Oberholungszwecken oder Reparaturarbeiten freigeschaltet werden kann. Hierbei strebt man auch Im Regelungssystem eine weitgehende Zuordnung zu den Einheiten an, so daß möglichst wenig Regelungseinheiten übrig bleiben, bei denen ein Fehler alle Einheiten gleichzeitig beeinflussen würde. Jede der Einheiten ist dann mit einer Regelungseinrichtung für ihren Gleichstrom sowie einer Einrichtung zur Regelung ihrer Wirkleistung ausgerüstet Eine übergeordnete Regelung gibt dann jeder Einheit eine Führungsgröße derart, daß z. B. die Gesamtübertragungslcistung eingehalten wird. Nur die übergeordnete Regelungseinrichtung wird hier betrachtet

Wie oben erläutert, bestehen für die Einstellung einer gewünschten Wirkleistung Freiheitsgrade bei der Einstellung von Gleichstrom und Gleichspannung, deren Produkt bekanntlich der übertragenen Wirkleistung etwa entspricht solange nicht die Maximalleistung übertragen werden muß. Man kann deshalb das Blindleistungsverhalten der Übertragung während des Teillastbetriebes zusätzlich beeinflussen.

Wie erwähnt, ist die Blindleistungsaufnahme eines Stromrichters seinem Gleichstrom proportional und in grober Näherung dem Sinus des Steuerwinkels proportional. Geht man von einer bestimmten zu übertragenden kleinen Wirkleistung aus, kann man unter Einhaltung eines bestimmten größten Steuerwinkels, der aus Gründen der Beanspruchung der Stromrichterbauteile auch dauernd zulässig ist, die Gleichspannung nur auf einen unteren Grenzwert steuern. Eine weitere Wirkleistungsverminderung ist dann nur durch Verkleinern des Gleichstroms erreichbar. Das Abschalten einer Einheit zur Verminderung der übertragenen Wirkleistung stört jedoch, wie oben erläutert, die Blindleistungsbilanz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Spannung an der Sammelschiene eines Drehstrom-Netzes über die Blindleistungscinstcllung auf einem konstanten Wert zu halten, ohne durch die im Schwachbetrieb übertragene jeweilige Wirkleistung daran gehindert zu sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung oei einem Regelungsverfahren der eingangs genannten Art entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst

Die Sammelschienenspannung eines Drehstrom-Netzes wird damit vorteilhafterweiise konstant gehalten. Die während des Schwachlastbelriebes aus den Netzen von den Stromrichtern bezogene Blindleistung ist noch klein, so daß man die übertragene Wirkleistung eines Teils der Einheiten erhöhen kann, worauf diese eine höhere Blindleistung aufnehmen. Zur Wiederherstellung des Wirkleistungssollwertes der ganzen Netzkupplung wird eine der Einheiten mit umgekehrter Energierichtung betrieben. Zur Spannungskonstanthaltung ist es /war auch denkbar, Steuerfunktionen vorzusehen, clic nach bekannten Rcchenregcln die Leislungseinsicllungcn der verschiedenen Einheilen der Netzkupplung festlegen. Dabei i*l man jedoch auf die Eingabe bestimmter Paramctt·'·· vom Netz und von den Stromrichtern angewiesen. Während vom Schaltzustand der Stromrichter abhängige Parameter leicht verändert werden können, weil sie in der Station selbst zugänglich sind (Schalterstellungen u. dgl.), muß man für die Netzgrößen feste Parameter eingeben und sich in dieser Hinsicht mit einer Näherung begnügen. Das Regeiungsver fahren nach der Erfindung arbeite* vorteilhafterweise ausschließlich mit geschlossenen Regelkreisen. Es hat somit gegenüber einer Steuerung den Vorteil, von der Eingabe von Parametern unabhängig zu sein. Außer der Unabhängigkeit von den nur schwer oder gar nicht ziigänglichen Netzparametern (es müßte der Schaltungszustand des ganzen Netzes erfaßt und ausgewertet werden) wird eine weitere wesentliche Vereinfachung erreicht, weil auch der Schaltzustand der Stromrichter nicht erfaßt und ausgewertet werden muß.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben und werden im Zuge der unten folgenden Zeichnungsbeschreibung noch näher erläutert

Dadurch, daß die Einheiten zunächst mit voller Gleichspannung betrieben wer.den, wird der bestmögliche Wirkungsgrad erhalten. Der Betrieb der Rückwärtseinheit mit reduzierter Gleichspannung kann dadurch, daß nur auf der geregelten Seite die Transformalorverstellung außer Betrieb genommen wird, so gesteuert werden, daß die Blindleistung auf der nicht geregelten Seite nicht im gleichen Maße zunimmt.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnungsfigur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die Zeichnungsfigur zeigt das Prinzipschaltbild einer Regelungsanordnung auf einer Kupplungsseite einer HGÜ-Anlage. Die Kupplung soll drei Einheiten aufweisen, die mit £1, £2 und £3 bezeichnet sind. Jede der drei Einheiten besteht bei einer HGÜ-Kurzkupplung(in nicht gezeigter Weise) aus einem mit einem ersten Drehstromnetz verbundenen Gleichrichter und einem an einem zweiten Drehstromnetz liegenden Wechselrichter, wobei der Gleichrichter einer jeden Einheit El, £2, E 3 gleichstromseitig nur an den Wechselrichter seiner Einheit angeschlossen ist. Diesen Einheiten £1, £2, £3 wird von jeder Einheit einzeln zugeordneten Leistungsregelungen 1,2 und 3 die Führungsgröße /,/«,# für den jeweils zu übertragenden Gleichstrom vorgegeben. Den Regelungen 1,2 und 3 sind als Regelungsgröße den übertragenden Leistungen ;eweils entsprechende Signale P\, P2, Pi zugeführt. Gleichzeitig erhalten sie alle drei die Führungsgröße P_ian, die mit ihren Vorzeichen die Energierichtung bestimmt und die von einem Summenleistungsregler 4 vorgegeben ist Diese Größe ergibt sich als Regelabweichung zwischen der vorgegebenen Soll-Summenleistung P_so« 2 ^und der übertragenen Ist-Summenleistung /,„ 21³ der drei Einheiten. Die Soll-Summenleistung P'ioii 2 ^{wird üoer} ein Potentiometer 13 eingestellt Zusätzlich wird der Soll-Summenleistungswert P_so//2 über einen Frequenzregler 6 beeinflußt. Dieser Frequenzregler 6 bildet die Regelabweichung aus der für eines der zu kuppelnden Drehspannungsnetze vorgegebenen und über ein Potentiometer 14 einstellbaren Soll-Frequenz f_son mit der im Netz vorliegen-

bo den Frequenz f^-u-

Als Einheit, die im Ausnahmefall auch mit entgegengesetzter Energierichtung betrieben wird, ist hier die Einheit C3 vorgesehen. Zu diesem Zweck weist die Regelungsanordnung einen Schalter 9 auf, der in Normal-

b^r> stellung gezeigt ist und der im Ausnahmefall (wie gestrichelt dargestellt) die Leistungsregelung 3 der Einheit E3 auf einen Spannungsregler 5 derart umschaltet, daß bei erhöhter Drehspannung Unvu des einen gekoppel-

ten Netzes die Leistung der Einheit £3 in der entgegengesetzten Richtung erhöht wird. Die Führungsgröße Usoii der Drehspannung für den Spannungsregler 5 ist über ein Potentiometer 15 einstellbar.

Das Herausnehmen der Einheit £3 aus der Summenleistungsregelung zum Zwecke des Rückwärtsbetriebes erfolgt durch langsames auf Null stellen ihres Leistungssollwertes über das Glied 8. Die Summenleistungsregelung, die in bezug auf die anderen Einheiten (E \, £2) weiter wirksam ist, kann auch dann die Summcnlcistung ι ο konstant halten. Die Einheit £3 erhält wie beschrieben, nach der Herausnahme ihren Lcistungssollwert aus der Netzspannungsrcgelung (Regler 5), wobei bei Erhöhung des (Wirk-)Leistungssollwertes der Einheit £3 der Blindleistungsbedarf zunimmt. Dadurch nehmen auch r> der Strom und damit die Blindleistung in den Einheiten £1 und £2 zu, weil die Rückwärtsleistung über die Einheit £3 durch den Summenleistungsregler 4 in der »Normalw-Richtung kompensiert wird.

Wenn die Leistung über die Einheit £3 nicht mehr erhöht werden kann, soll der weitere Blindleistungsbedarf durch Eingriff in die elektronische Spannungsbegrenzungsregelung (die bei allen Einheiten vorgesehen, aber hier nicht gezeigt ist) der Einheit £3 erhöht werden. Bei der Einheit £3 erhält dann die Spannungsbcgrenzungsregelung (die über die Ventilsteuerung der Einheit £3 wirkt) vom Spannungsregler 5 ihren Sollwert für den Spannungsgrenzwert (Udg^nr) derart, daß bei erhöhter Drehspannung der Sollwert für die Begrenzung der Gleichspannung herabgesetzt wird. Die Spannungsbegrenzungsregelung wird erst dann wirksam, wenn die höchstmögliche Leistung Pkmw i: \ der Einheit £3 voll ausgenutzt ist. Zu diesem Zweck ist ein Vergleichsglied 7 vorgesehen, dem zum einen der Maximalwert der Leistung Ρκααηη der Einheit £3 und zum anderen die Regelabweichung des Spannungsreglers 5 zugeführt ist und das an seinem Ausgang (a)a\e kleinere der Eingangsgrößen (e\, e{) abgibt. Ein Regelverslärker 12 leitet dann den Spannungsgrenzwert Ud^rcn, aus dem Überschuß der für die Drehspannungsregelung benötagten Leistung in der Rückwärtsrichtung über die maximal mögliche Leistung Pkjiwei der Einheit £3 her und führt ihn der Ventilsteuerung der Einheit £3 zu.

In den Betrieb mit umgekehrter Energierichtung (Rückwärtsbetrieb) ist ein über einen Schalter 11 einschaltbares, auf das Glied 8 arbeitendes Zeitrampenglied 10 vorgesehen, über das der Leistungssollwert der Einheit £3 auf Null gesteuert und nach Anschaltung an den Spannungsregler5 wieder freigegeben wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Regelungsverfahren für eine Hochspannungs-Gleichstrom-Ubertragungsanlage zur Kupplung von Drehstromnetzen verschiedener Frequenz mit mindestens zwei im Normaibetrieb parallel arbeitenden Einheiten, die