DE2901263A1 - Regelung einer hgue-(hochspannungs- gleichstrom-uebertragungs-)-kurzkupplung - Google Patents
Regelung einer hgue-(hochspannungs- gleichstrom-uebertragungs-)-kurzkupplungInfo
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Description
BROWN , BOVERT & CIE AKTIENGESELLSCHAFT
Mannheim 12. Januar 19 79
Mp.-Nr. 503/79 ZFE/P3-Pn/dr
Regelung einer HGÜ-iHochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-) Kur zkupplung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-(HGÜ)-Anlage
in Ausführung einer Kurzkupplung nach dem Marginalstromverfahren.
Für eine Reihe von typischen Anwendungsmöglichkeiten bietet Gleichstrom eine echte Alternative zur konventionellen Wechselstromübertragung.
Eine dieser Anwendungsmöglichkeiten stellt eine HGÜ-Netzkupplung dar, die beispielsweise aus den
Brown Boveri Mitteilungen 9/78, S. 573 bis 577 bekannt ist. Unter einer HGÜ-Kurzkupplung wird dabei eine Netzkupplung
verstanden, bei der Gleich- und Wechselrichter in der gleichen Unterstation, d.h. ohne eine Gleichstrom-Freileitung,
installiert sind. Eine HGÜ-Kurzkupplung kann dabei.allgemein
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• 503/79. - « -3 12. 1. 79
• Drehstromnetze gleicher oder verschiedener Frequenzen asynchron
verbinden. Es werden dadurch vorteilhaft Stabilitätsschwierigkeiten vermieden und es ist eine schnelle und genaue
Regelung der Übergabeleistung und der Spannung in den angeschlossenen
Drehstromnetzen möglich. Desweiteren wird die Kurzschlußleistung durch den Zusammenschluß der beiden Netze
nicht erhöht.
Im allgemeinen werden HGÜ-Netzkupplungen nach dem Marginal-"*
stromverfahren mit Regelung auf minimalen Löschwinkel im
Wechselrichter über den gesamten Lastbereich geregelt, um minimale Blindleistung und damit auch minimale Verluste und
Oberschwingungsströme zu erhalten. Ein gegenüber dem allgemein bekannten Verfahren weiterentwickeltes Verfahren ist
aus der DE-OS 19 62 042 bekannt und zielt auf eine gleichzeitige Gleichstrom- und Gleichspannungsverstellung zur
Blindlastbeeinflussung ab. Damit läßt sich eine Steuerung
des Leistungsfaktors cos γ = const, verwirklichen (s. hierzu
auch BBC-Nachrichten Okt./Nov. 19 70, S. 295 bis 302, insbesondere S. 298) .
Die bekannte Anordnung weist den Nachteil auf, daß erhebliche Anforderungen an die bereitzustellende Regeleinrichtung
gestellt werden.
25
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung einer HGÜ-Anlage der eingangs genannten Art zu entwickeln,
mit Hilfe dessen die Anforderungen an die bereitzustellende Regeleinrichtung gegenüber den bekannten Verfahren
3^ verringert werden, wobei trotz dieser Vereinfachungen ein
vorteilhaftes Regelverhalten erzielt werden soll.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß
eine Ausregelung der längerdauernden SpannungsSchwankungen
der Drehspannungen an den Anschlußpunkten der Kurzkupplung
030034/0214
. 503/79 - Λ - 12. 1. 79
durch ausschließ]ich für diesen Zweck vorgesehene Stufenschalter
der Stromrichtertransforraatoren erfolgt, in Verbindunc/
mit Steuerung des Wechselrichters auf konstanten Steuerwinkel.
5
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgt bei kurzzeitigen Überspannungen eine Sperrung der Gittersteuerungen
von Gleich- und Wechselrichter nach dem Ansprechen von Überspannungsableitern.
Desweiteren erfolgt eine Korrektur des Steuerwinkels in Abhängigkeit
von Änderungen der Drehspannung und von Änderungen des Laststromes über ein PDTl-Aufschaltungsglied.
Bei Überlast wird stationär ein konstanter Löschwinkel eingestellt
und bei transienten Vorgängen erfolgt eine Vergrößerung des Löschwinkels.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Stromrichterventile von Gleich- und Wechselrichter
optimal in ihrer Spannungsfestigkeit ausgenutzt werden,
ohne dabei überbeansprucht zu werden. Die Transformatorstufenschalter
werden vorteilhaft nur .selten betätigt, deshalb können die Wartungsintervalle für die Stufenschalter im Vergleich
zu laststromabhangigen Regelprinzipien vergrößert werden. Desweiteren kann vorteilhaft die aufwendige Löschwinkelmessung
entfallen. Weitere Vorteile sind aus der Beschreibung ersichtlich.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
beschrieben.
In der Zeichnung ist der prinzipielle Aufbau einer HGÜ-Kurzkupplung
mit ihrer zugehörigen Regelanordnung dargestellt. Die HGÜ-Kurzkupplung verbindet zwei Drehstromnetze. Ein erstes
Drehstromnetz 1 ist über einen ersten Stromrichter-
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03/79 - μ - 12. 1. 79
■Transformator mit Stufenschalter 2, einen ersten Stromrichter
3, eine Glättungsdrossel 4, einen zweiten Stromrichter 5 und einen zweiten Stromrichter-Transformator mit Stufenschalter
6 mit einem zweiten Drehstromnetz 7 vcorbunden. Da die
ΰ HGÜ-Kurzkupplung für einen Energietransport in beiden Richtungen,
also von Netz 1 zu Netz 7 oder vom Netz 7 zum Netz 1 geeignet sein soll, sind die Stromrichter 3 und 5 sowohl als
Gleichrichter als auch als Wechselrichter einsetzbar, je nach
geforderter Energierichtung. Die Stromrichter 3 und 5 werden ..Q vorzugsweise 12-pulsig ausgeführt und in geeigneter Weise mit
den zugehörigen Stromrichter-Transformatoren verschaltet.
Am ersten Drehstromnetz 1 sind eine erste Kondensatorbatterie 8 sowie am zweiten Drehstromnetz 7 eine zweite Kondensatorbatterie
9 angeschlossen. An einer Tertiärwicklung des ersten Stromrichter-Transformators 2 liegt eine erste Blindleistungsmaschine
(Phasenschieber) 10, sowie an einer Tertiärwicklung des zweiten Stromrichter-Transformators 6 eine zweite Blindleistungsmaschine
(Phasenschieber) 11.
Die Kondensatorbatterien 8 und 9 sowie die Blindleistüngsma-
schinen 10 und 11 sind nicht zwingend notwendige Bauelemente der HGÜ-Kurzkupplung, sie dienen jedoch in vorteilhafter Weise
zur Beeinflussung des Blindlastverhaltens der angeschlossenen
OK Drehstromnetze 1 und 7. Falls die HGÜ-Kurzkupplung ohne Blindleistungsmaschinen
10 und 11 ausgestattet ist, sind die zugehörigen Stromrichter-Transforiruitoren 2 und 6 als Zweiwickler
und nicht als Dreiwickler ausgeführt.
on Ein Spannungsmeßglied 12 dient zur Erfassung der Spannung Un
des Drehstromnetzes 1. Ausgangsseitig ist dieses Spannungsmeßglied 12 mit einem dem Stromrichter-Transformator 2 zugeordneten
Transformatorstufenregler 13 verbunden. Eine Gittersteuerung 14 beeinflußt ausgangsseitiqj den ersten Stromrichter
3, eingangsseitig wird sie über ein Ablöseglied 15 von einem
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(θ
Grenzsteucrwinkel-Vorgabcglied 16 bzw. von einem Stromregler
17 angesteuert. Das Grenzsteuerwinkel-Vorgabeglied 16 gibt den Steuerwinkel j\ vor und wird durch ein PDTl-Aufschaltungsgl
ied 18 mit einem Steuerwinkel-ÄnderungswertA A beaufschlagt.
5
Dem Aufschaltungsglied 18 liegen eingangsseitig der Spannungswert
U des Spannungsmeßgliedes 12 sowie der Stroinwert I, eines Strommeßgliedes 19a zur Erfassung des Gleichstromes
I an. Das Grenzsteuerwinkel-Vorgabeglied 16 sowie das PDTl-Aufschaltungsglied
18 sind für den Stromrichter 3 einer HGU-Kurzkupplung nur dann notwendig, wenn der Stromrichter 3 auch
als Wechselrichter arbeiten soll, d.h. wenn ein Energierichtungswechsel vorgesehen ist.
Das Ausgangssignal des Strommeßgliedes 19a ist desweiteren
einem Leistungsregler 20 zugeführt, dem eingangsseitig ferner ein Leistungs-Sollwert P , , sowie das Signal eines Spannungsmeßgliedes 19b zur Erfassung der Gleichspannung U, zugeführt
sind. Der Ausgangswert des Leistungsreglers 20 ist über eine Additionsstelle 21 dem Stromregler 17 zugeleitet.
Analog der beschriebenen Regelanordnung für den ersten Stromrichter
3 der HGÜ-Kurzkupplung weist der Stromrichter 5 eine ebenso aufgebaute Regelanordnung auf. Das Ausgangssignal eines
Spannungsmeßgliedes 22 zur Erfassung der Spannung U„ des
Drehstromnetzes 7 ist einem dem Stromrichter-Transformator 6 zugeordneten Transformatorstufen-Regler 23 zugeführt. Der
Stromrichter 5 wird mittels einer Gittersteuerung 24 angesteuert, der eingangsseitig über ein Ablöseglied 25 der
Steuerwinkel ft> eines Grenzsteuerwinkel-Vorgabegliedes 26 und
der Ausgangswert eines Stromreglers 2 7 zugeführt sind*
Das Vorgabeglied 26 wird durch den Steuerwinkel-Änderungswert^
β eines PDTl-AufSchaltungsgliedes 28 beaufschlagt, dem
eingangsseitig der Spannungswert U„ des Spannungsmeßgliedes
22 sowie der Stromwert I, des Strommeßgliedes 19a anliegen.
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503/79 - P - 12. 1. 79
Der Strornregler 27 empfängt über eine Additionsstelle 29 Ausgangssignale
dos Leistungsreglers 20. Die Additionstellen und 29 können dabei über ein Umschaltglied 30 mit einem negativen
Marginalstromsignal I . , beaufschlagt werden. Je nach Schaltstellung des Umschaltgliedes 30 wird also wahlweise
einem der beiden Stromregler 17 oder 2 7 ein um den Marginalstromwert I . , verminderter Stromwert zugeleitet.
Zwischen den Stromrichter-Transformatoren 2 bzw. 6 und den
ihnen jeweils zugeordneten Stromrichtern 3 bzw. 5 sind Überspannungsableiter 31 bzw. 32 angeschlossen. Jedem der Ableiter
31 bzw. 32 ist jeweils eine Auswerteeinrichtung 33 bzw. 34 zugeordnet, die ausgangsseitig mit der entsprechenden
Gittersteuerung 14 bzw. 24 verbunden ist.
Nach der Beschreibung der HGÜ-Kurzkupplung des Ausführungsbeispieles sowie deren Regeleinrichtung wird nachfolgend
die Funktionsweise der Anordnung beschrieben.
Längerdauernde Schwankungen der Spannungen U1 bzw. U„ der
Drehstromnetze 1 bzw. 7 an den Anschlußpunkten der Kurzkupplung
werden durch die Spannungsmeßglieder 12 bzw. 22 erfaßt und den Transforrnator-Stufenreglern 13 bzw. 23 zugeleitet.
Eine Ausregelung der längerdauernden Spannungsschwankungen erfolgt dann durch die Stufenschalter der Stromrichter-Transformatoren
2 bzw. 6. Im Gegensatz zu den allgemein bekannten und bisher angewandten Regelverfahren sind durch die
Stufenschalter der Transformatoren keine zusätzlichen Größen, wie etwa Gleichspannung oder auch Steuerwinkelbereich zu
regeln. Die Transformator-Stufenschalter werden wegen dieser alleinigen Aufgabe der Ausregelung längerdauernder Spannungs-Schwankungen
in vorteilhafter Weise relativ selten betätigt, desweiteren kann der notwendige Stufenschalterbereich verkleinert
werden.
03£030/02U
503/79 - if - 12." 1. 79
Reim Auftreten von gefährlichen kurzzeitigen Überspannungen
werden die Ventile der Stromrichter 3 bzw. 5 durch ihre zugehörigen Gittersteuerungen 14 bzw. 24 gesperrt und der
Strom I, wird zu Null gesteuert, wodurch die Spannungsbeanspruchung um das \/~3~fache zurückgellt. Als Kriterium für
das Vorliegen gefährlicher kurzzeitiger Überspannungen wird das Ansprechen der Überspannungsableiter 31 bzw. 32 herangezogen.
Spricht einer der Überspannungsableiter 31 bzw. 32 mehrmals kurz hintereinander an, so erfolgt übei~ die entsprechenden
Auswertevorrichtungen 33 bzw. 34 ein Eingriff in die Gittersteuerungen 14 bzw. 24. Auf diese Weise werden die
Ventile der Stromrichter 3 bzw. 5 gegen gefährliche kurzzeitige Überspannungen bis zum /"!T-fachen der Nennspannung geschützt
.
Das bekannte Margxnalstromverfalren (siehe hierzu beispielsweise
BBC-Nachrichten, Okt./Nov. 1970, S. 295 bis 302Ϊ wird in Verbindung mit einer Steuerung des Wechselrichters auf
Steuerwinkel |* = const, angewendet, solange der Stromregler
des Wechselrichters nicht im Eingriff ist. Die Auslegung erfolgt so, daß bei Nennbetrieb der Nennlöschwinkel erreicht
wird.
Für das zu betrachtende Ausführungsbeispiel sei vorausgesetzt, daß Stromrichter 3 als Gleichrichter und Stromrichter 5 als
Wechselrichter arbeiten. Für diesen Fall wird über das Umschaltglied 30 der Additionsstelle 29 ein negativer Marginal-
stromwert I... . , zugeführt, der den vom Leistungsregler
Mnrgj.nal
an den Stromregler 27 vorgegebenen Stromsollwert vermindert.
Der Leistungsregler 20 ermittelt den Leistungsistwert aus dem
über Strommeßg]j cd 19a erfaßten Gleichstrom I, sowie aus der
üb(=r Spnnnunrjfimcßglied 19b erfaßten Gleichspannung U,, vergleicht
diesen Istwert mit einem vorgegebenen Sollwert P ....
und ermittelt daraus einen Stromsollwert. Die Erfassung des
030030/02U
503/79 - jB - 12. 1- 73
momentanen Leistungswertes kann dabei auch auf der Drehstromseite
erfolgen.
Der Stroinsollvjou t i\7ird im vorliegenden Ausführungsbeispiel
unvermindert dem Stromregler 17 zugeführt, Übr-r das Ablöse—
glied 15 erfolgt die Ansteuerung der Gittersteuerung 14, die die Ventile des als Gleichrichter arbeitenden Stromrichters 3
mit entsprechenden Zündiinpul Ken versorgt. Grenzsteuerwinkel-Vorgabecjl
ied 16 sowie PDTl-Auf schaltungsglied 18 bleiben bei
Gleichrichterbetrieb des Stromrichters 3 außer Funktion..
Ebenfalls außer Funktion bleibt bei der dargestellten Schaltstellung
des Umschaltungscjliedes 30 der Stromregler 27 des als
Wechselrichter arbeitenden Stromrichters 5. Die Ansteuerung
der Ventile des Stromrichters 5 erfolcjt über das Grenzwinkel-Vorgabeglied
26, das Ablöseglied 25 sowie die Gittersteuerung 24.
Das Blindlastverhalten des Wechselrichters und des Gleichri-chters
wird günstig beeinflußt, und zwar wird die Änderung der Blindleistung bei Absenkung der Kupplungsleistung kleiner
als bei ReςJelung auf minimalen Löschwinkel (herkömmliches
Verfahren). Hierdurch wird die Anzahl der Schalthandlungen zur Kompensation der Stromrichterblindleistung mit Hilfe schaltbarer
Kondensatoren (8 bzw. 9) verringert. Dies ist im Hinblick auf die Lebensdauer der Schalter erwünscht.
Eine Beeinflussung des Blindlastverhaltens bzw. des Leistungsfaktors
cos "' erfolgt beim zu betrachtenden Ausführungsbeispiel
durch die Blindleistungsmaschine 11 bzw. 10 und/oder die Kondensatorbatterie 8 bzw. 9.
Um die Kurzkupplung auch bei Überlast ohne? Untersehreituntj
des zulässigen Löschwinkels t? betreiben zu können, wird eine
35
Ö3Ö03ö/a2U BAD ORIGINAL
503/79 - Jd - 12. 1.
AQ
Kennlinie P= f (I, U) vorgegeben, deren berechneter Verlauf
konstanten Löschwinkel if = (3 - U, ergibt (mit u = Überlappungswinkel).
Bei transienten Vorgängen erfolgt eine Vergrößerung des Löschwinke3.s. Als Störgrößen sind dabei sowohl
Abweichungen der Drehspannung im Wechselrichter-Netz (im Ausführ
ungsboispiel U„) als auch Änderungen des Laststromes I
zu berücksichtigen.Die Kombination von beiden Störgrößen, d.h. die Aufschaltung /if. in Abhängigkeit der Störgrößen erfolgt
über ein PDTl-Aufschaltungsglied 18 bzw. 28.
Die Aufschaltung ^J-' = f (/i U, /1 I.) kann unter Vermeidung
einer aufwendigen Rechenschaltung über nur einen Verstärker realisiert v/erden. Hierbei wird der an sich nichtlineare
Zusammenhang von .-/·'■ = f (//U) linearisiert. Entsprechendes
•J5 gilt für den Zusammenhang ά/5 = f (Zi Id)/ wobei die Störgröße
I, als Differenz zwischen Iststrom und Nennstrom (nur positive Werte sind berücksichtigt) gewonnen wird. Durch diese
Aufschaltung über das PDTl-Aufschaltungsglied wird auch die
gewünschte stationäre Kennlinie /i = f (I1) bei Überlast erreicht.
Die Übersteuerung beim Anstieg des Stromes trägt wesentlich zur Stabilisierung des Betriebes (= Vermeidung
von Kippungen) bei.
Auch bei starken Einbrüchen der Drehspannung bei vorangegangenem
Nennbetrieb kann ein stabiler Betrieb der Kurzkupplung nach nur ein bis zwei Kippungen erreicht werden.
Die Änderungen der Drehspannung wird für die Transformatorstufenregelung
ohnehin erfaßt, so daß mit diesem Zusatz in der Aufschaltung kein Mehraufwand verbunden ist.
Ein PDTl-Glied ist beispielsweise aus W. Oppelt, "Kleines
Handbuch technischer Regelvorgänge", 5. Auflacje, 1972,
Verlag Chemie, Weinheim, Seite 489, bekannt. 35
$30030/0214 OAn ,ν,
BAD ORIG/NAL
Claims (5)
- 503/79 12. 1. 1979ZFE/P3-Pn/drAnsprücheI 1. !verfahren zur Regelung einer Hochspannungs-Gleichstrom^Übertragungs-(HGÜ)-Anlage in Ausführung einer Kurzkupplung nach dem Marginalstromverfahren, dadurch gekenn-zeichnet, daß eine Ausregelung der längerdauernden Spannunsschwankungen der Drehspannungen an den Anschlußpunkten der Kurzkupplung durch ausschließlich zu diesem Zweck vorgesehene Stufenschalter der Stromrichter-Transformatoren (2, 6) erfolgt, in Verbindung mit Steuerung des Wechselrichters auf konstanten Steuerwinkel,
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei kurzzeitigen Überspannungen eine Sperrung der Gittersteuerungen (14, 24) von Gleich- und Wechselrichter nach dem Ansprechen von Überspannungsableitern (31, 32) erfolgt.
- 3. Vex-fahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektur des
Steuerwinkels in Abhängigkeit von Änderungen der Drehspannung und von Änderungen des Laststromes über ein PDTl-Aufschaltungsglied (18, 28) erfolgt. - 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überlast stationär ein konstanter Löschwinkel eingestellt wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei transienten Vorgängen eine Vergrößerung des Löschwinkels erfolgt.0ÜO-U3Ö/&2U
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