DE2904817A1 - Verfahren und schaltung zur steuerung eines hochspannungs-gleichstromsystems - Google Patents

Verfahren und schaltung zur steuerung eines hochspannungs-gleichstromsystems

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Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltung zur Steuerung eines Hochspannungs-Gleichstromsystems.
In umfangreichen Hochspannungs-Gleichstromsystemen (im folgenden als HVDC-Systeme bezeichnet) vorhandene Stromrichterstationen umfassen einige in Kaskade geschaltete Stromrichter. Dabei ist es in einem gewissen Arbeitsmodus, bei dem nur ein oder zwei der Stromrichter arbeiten und jeder der übrigen Stromrichter durch einen zugehörigen geeigneten Schalter überbrückt wird, erforderlich, daß auf Anforderung, beispielsweise bei Bedarf einer Steigerung der in dem HVDC-System übertragenen Leistung ein oder mehrere der außer Betrieb befindlichen Stromrichter zugeschaltet werden.
In einem weiteren Betriebsmodus, z.B. wenn ein HVDC-System normal arbeitet, ist es erforderlich, daß entsprechend einem von einer Steuerzentrale gegebenen Befehl die Richtung der Leistungsübertragung in dem HVDC-System umgekehrt wird.
Bei Auftreten der obigen Betriebsmodi werden die Steuerwinkel für die Stromrichter, die in dem HVDC-System zugeschaltet oder von Gleichrichter- in Wechselrichterbetrieb oder umgekehrt umgeschaltet werden sollen, über einen Bereich von 90° auf die entsprechenden Steuerwinkelwerte geändert. Bekanntlich benötigt ein Stromrichter, der mit einem Steuerwinkel nahe 90° arbeitet, sehr viel Blindleistung. Falls der Stromrichter an ein schwaches Wechselstromsystem angeschlossen ist, fällt die Wechselspannung des Stromrichters ab. Dies führt zur Instabilität oder zum Versagen des Stromrichterbetriebs in dem HVDC-System.
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Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie sie bei vergleichbaren Verfahren oder Schaltungen nach dem Stand der Technik auftreten, mindestens teilweise zu beseitigen. Eine speziellere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Schaltung zur Steuerung eines HVDC-Systems anzugeben, womit sich Steigerungen in der Blindleistung, die bei Änderung des Arbeitsmodus des HVDC-Systems von den Stromrichtern gezogen wird, vermeiden lassen. Dadurch sollen die genannten Nachteile des oben beschriebenen herkömmlichen HVDC-Systems beseitigt werden.
Erfindungsgemäß wird dazu bei Änderung des Arbeitsmodus des HVDC-Systems die Größe eines Bezugsstromes für die Stromrichter reduziert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele des Standes der Technik und der Erfinung selbst näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen
Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild eines herkömmlichen HVDC-Systems;
Figur 2 ein Beispiel für eine der in Figur 1 gezeigten Stromrichterstufen mit Überbrückungsschalter;
Figur 3 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Figur 4 ein Impulsdiagramm für verschiedene Signale und
Ausgangsgrößen in dem HVDC-System nach Figur 3 zum besseren Verständnis eines Betriebsmodus, bei dem • gemäß einem Befehl zur Erhöhung der in dem HVDC-System übertragenen Leistung zwei Stromrichter zu den bereits arbeitenden Stromrichtern zugeschaltet werden;
Figur 5 ein Impulsdiagramm für verschiedene Signale und Ausgangsgrößen in dem HVDC-System zum besseren Verständnis einer weiteren Arbeitsweise, gemäß der die Richtung der Leistungsübertragung in dem HVDC-System umgekehrt wird;
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Figur 6 ein Beispiel von Kennlinien eines in dem HVDC-System
nach Figur 3 verwendeten Funktionsgenerators; Figur 7 bis 9 schematische Blockschaltbilder weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung; und Figur 10 und 11 Impulsdiagramme für verschiedene Signale und Ausgangsgrößen in dem HVDC-System gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 8.
Vor Erläuterung der eigentlichen Erfindung soll zunächst anhand von Figur 1 ein herkömmliches HVDC-System beschrieben werden, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. In Figur 1 sind mit A und B zwei StromrichterStationen bezeichnet/ die in ihrem Aufbau einander ähneln. BUS-A und BUS-B sind Wechselstrom-Sammelschienen, AC-A und AC-B Wechselstromquellen und ACTL-A und ACTL-B Wechselstrom-Übertragungsleitungen, die mit ihrem einen Ende jeweis an eine der Sammelschienen BUS-A, BUS-B und mit ihrer anderen Seite jeweils an eine der Wechselstromquellen AC-A, AC-B angeschlossen sind. Mit PM-A und PM-B sind Phasenschieber bezeichnet, die an die Sammelschienen BUS-A bzw. BUS-B angeschlossen sind und Blindleistung liefern. Mit TR-A1, TR-A2, TR-B1 und TR-B2 sind an die Sammelschienen BUS-A bzw. BUS-B angeschlossene Transformatoren bezeichnet, die Stromrichter CON-A1, CON-A2, CON-B1 bzw. CON-B2 speisen. Die Stromrichter CON-A1 und C0N-A2 liegen dabei in Serie und arbeiten als Gleich- oder Wechselrichter.
Parallel zu den einzelnen Stromrichtern sind Überbrückungsschalter BS-A1, BS-A2, BS-B1 und BS-B2 geschaltet, die geschlossen sind, wenn die zugehörigen Stromrichter nicht als Gleich- oder Wechselrichter arbeiten. Mit DCL-A und DCL-B sind Drosseln bezeichnet, die jeweils mit einem Ende an den zugehörigen Stromrichter angeschlossen sind, während mit DCTL-1 und DCTL-2 Gleichstrom-Übertragungsleitungen bezeichnet sind, von denen die erste die Drosseln DCL-A und DCL-B und die letztere die Stromrichter C0N-A2 und CON-B2 miteinander verbindet.
Die Leistung aus der Wechselstromquelle AC-A wird über
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die Wechselstrom-übertragungsleitung ACTL-A, die Wechselstrom-Sammelschiene BUS-A und die Transformatoren TR-A1 und TR-A2 auf die_Stromrichter CON-A1 und CON-A2 übertragen, die als Gleichrichter arbeiten. Die von diesen Stromrichtern gleichgerichtete Leistung wird ferner über die Gleichstromdrossel DCL-A, die Gleichstrom-Übertragungsleitung DCTL-1, die weitere Gleichstrom-Drossel DCL-B und die Gleichstromübertragungsleitung DCTL-2 auf die Stromrichter CON-B1 und CON-B2 übertragen, die als Wechselrichter arbeiten. Die von diesen Stromrichtern wieder.wechselgerichtete Leistung wird über die Transformatoren TR-B1 und TR-B2, die Wechselstromsammeischiene BUS-B und die Wechselstrom-Übertragungsleitung ACTL-B auf die Wechselstromquelle AC-B übertragen. Die von den Stromrichtern C0N-A1, CON-A2, C0N-B1 und CON-B2 gezogene Blindleistung wird fast vollständig von den Wechselstromquellen AC-A bzw. AC-B geliefert. Die restliche Blindleistung stammt aus den Phasenschiebern·PM-A und PM-B, deren Leistungsfähigkeit sich nach der Leistung der Stromrichter und der Stärke des Wechselstrom-Leistungssystems richtet.
Ein Beispiel für die in dem System nach Figur 1 verwendeten Stromrichter soll nun im einzelnen anhand von Figur 2 erläutert werden. Gemäß Figur 2 umfaßt der Stromrichter CON drei Thyristor-Serienschaltungen, die miteinander parallelgeschaltet und für die jeweilige Drehstromphase U, V bzw. W bestimmt sind. Die drei Thyristorserienschaltungen sind jeweils aus einem Paar von in gleicher Richtung in Serie geschalteten Thyristoren Up und Un, Vp und Vn bzw. Wp und Wn aufgebaut. In einem der drei Thyristor-Serienschaltungen, beispielsweise in der mit den Thyristoren Up und Un, liegt ferner ein Stromwandler DCCTp in Serie, der feststellt, wenn das Thyristorpaar Up und Un als überbrückungspaar arbeitet.
Es sein nun angenommen, daß das HVDC-Systern mit der Hälfte seiner vollen Leistung arbeitet, d.h. daß die überbrückungsschalter BS-A2 und BS-B2 geschlossen sind und nur die Stromrichter C0N-A1 und C0N-B1 als Gleichrichter bzw. Wechselrichter arbeiten. Sollen die Stromrichter C0N-A2 und
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CON-B2 in den Betrieb des HVDC-Systerns eingeschaltet werden, so werden ihnen zunächst Steuersignale für ihre Thyristoren Up und Un zugeführt, um diese zu einem Überbrückungspaar zu schalten. Der über die Schalter BS-A2 und BS-B2 überbrückte Gleichstrom fließt daher durch das von den Thyristoren Up und Un gebildete überbrückungspaar. Sodann werden den Stromrichtern CON-A2 und CON-B2 Steuersignale zugeführt, die diese Stromrichter als Gleich- bzw. Wechselrichter ansteuern. Um in dem HVDC-System abrupte Gleichspannungsänderungen zu vermeiden, sollte der Steuerwinkel des Steuersignals von 90° auf den zum Betrieb als Gleich- bzw. Wechselrichter erforderlichen Wert innerhalb einer entsprechenden Zeitspanne allmählich geändert werden.
Im folgenden sei der weitere Fall angenommen, daß in dem HVDC-System die Richtung der Leistungsübertragung geändert werden soll. Dies bedeutet beispielsweise, daß ein Befehl gegeben wird, gemäß dem die Stromrichterstation A als Wechselrichterstation und die Stromrichterstation B als Gleichrichterstation arbeiten soll, während die Station A zunächst als Gleichrichter und die Station B als Wechselrichter arbeitet.
Gemäß dem genannten Befehl wird der Steuerwinkel für den Stromrichter in der Station A von einem dem Gleichrichterbetrieb entsprechenden Wert über 90° auf einen für Wechselrichterbetrieb geeigneten Wert geändert. Gleichzeitig und auf gleiche Weise wird der Steuerwinkel für den Stromrichter der Station B so geändert, daß dieser als Gleichrichter arbeitet.
Liegt der Steuerwinkel für einen Stromrichter nahe 90°, so zieht der Stromrichter sehr hohe Blindleistung. Ein schwaches Wechselstromsystem kann jedoch eine derart hohe Blindleistung nicht vollständig aufbringen. Dies bedeutet, daß dann, wenn eine solche hohe Blindleistung in einem schwachen Gleichstromsystem fließt, die Gleichspannung des Stromrichters stark abfällt. Das HVDC-System kann dann nicht stabil arbeiten.
Wie eingangs erwähnt, besteht eine Aufgabe der vorlie-
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genden Erfindung darin/ dieses Problem bei herkömmlichen Steuerverfahren und -schaltungen für HVDC-Systeme zu beseitigen.
In dem in Figur 3 gezeigten Blockschaltbild eines Äusführungsbeispiels für eine Stromrichterstation A sind gleiche Schaltungselemente wie in Figur 2 mit gleichen Symbolen bezeichnet. Da für die Stromrichter CON-A1 und CON-A2 gleiche Schaltungselemente vorgesehen sind, die die gleichen Funktionen erfüllen, sind sie mit gleichen Symbolen und den zusätzlichen Ziffern 1 bzw. 2 versehen, soweit dies zur Unterscheidung zwischen den Stromrichtern CON-A1 und CON-A2 erforderlich ist. Mit CCA ist eine Steuerzentrale bezeichnet, die Befehlssignale CS11 und CS12 sowie Bezugssignale Idp und AId liefert. GCA bezeichnet eine Gruppensteuerung, die bei Empfang der Befehlssignale CS11 und CS12 aus der Steuerzentrale CCA Folgesteuersignale VCS, VCS1, BPPS, BSOS und SWCS erzeugt. Mit CVC ist ein Steuerspannungsbegrenzer bezeichnet, der die Steuerspannung für den Stromrichter begrenzt und bei Empfang der Steuersignale VCS oder VCS1 aus der Gruppensteuerung GCA die Begrenzung ändert. APPS ist ein automatischer Impulsphasenschieber, der in Abhängigkeit von der Steuerspannung aus dem Spannungsbegrenzer CVC den Thyristoren der Stromrichter Steuersignale zuführt. CLC ist eine Steuerlogik, die in Abhängigkeit von dem Steuersignal BPPS als der Gruppensteuerung GCA das von dem Phasenschieber APPS abgegebene Steuersignal beeinflußt. Mit FADD und SADD sind ein erster bzw. ein zweiter Addierer bezeichnet, die jeweils die ihnen zugeführten Signale gemäß ihren Polaritäten addieren. CEA ist ein Fehlerstromverstärker, der das Ausgangssignal des Addierers SADD mit einem geeigneten Faktor verstärkt. CMC bezeichnet eine Konstant-Grenzwinkelsteuerung, die in Abhängigkeit vom Wert des Gleichstroms Id in dem HVDC-System und der Wechselspannung Vac des Wechselstromsystems einen Grenzwinkel des Stromrichters berechnet und eine diesen Grenzwinkel darstellende Spannung erzeugt. Mit LVS ist eine Niederspannungs-Selek-
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torstufe bezeichnet, die jeweils die in ihrem Wert kleinere Ausgangsspannung der beiden Stufen CEA und CMC auswählt und ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt. FG ist ein Funktionsgenerator zur Erzeugung eines Signal Δ Idp, dessen Größe von einer bestimmten Beziehung der Gleichspannung des HVDC-Systems abhängt. Mit SW ist eine Schaltsteuerstufe bezeichnet, die das Signal Δ Idp aus dem Funktionsgenerator FG dem negativen Eingang des Addiereis FADD zuführt, wenn das Steuersignal SWCS aus der Gruppensteuerung GCA vorliegt. Mit DCCT-L ist ein Gleichstromwandler bezeichnet, der den in dem HVDC-System fließenden Gleichstrom Id ermittelt. DCPT bezeichnet einen Gleichspannungs-Potentialwandler zur Ermittlung der Gleichspannung des HVDC-Systems und ACPT einen Wechselspannungs-Potentialwandler zur Ermittlung der Wechselspannung Vac des Wechselstromsystems.
Soll beim Normalbetrieb die Stromrichterstation A als Gleichrichter arbeiten, so arbeitet der Stromrichter CON-A in Abhängigkeit vom unterschied zwischen dem Bezugssignal Idp aus der Steuerzentral CCA und dem Signal Id aus dem Gleic.hstromwandler DCCT-L als Gleichrichter. Im Normalbetrieb verhindert die Schaltsteuerstufe SW also, daß das Ausgangssignal ΔIdp des Funktionsgenerators FG dem ersten Addierer FADD zugeführt wird. Dem zweiten Addierer SADD wird kein Stromgrenz signal AId zugeführt, da die Stromrichterstation A als Gleichrichter arbeitet. In diesem Fall ist das Ausgangssignal des Fehlerstromverstärkers CEA kleiner als das Ausgangssignal der Grenzwinkelsteuerung CMC. Die Selektorstufe LVS führt daher an ihrem Ausgang das Ausgangssignal des Fehlerstromverstärkers CEA. Dieses Signal gelangt über den Steuer-Spannungsbegrenzer CVC an den Impulsphasenschieber APPS unter der Bedingung, daß von der Grupppensteuerung GCA nicht die Steuersignale VCS und VCS1 erzeugt werden und der entsprechende Stromrichter arbeitet. Ist der betreffende Stromrichter außer Betrieb, so erzeugt der Steuerspannungsbegrenzer CVC ohne Rücksicht auf das Signal aus der Selektor stufe LVS
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die Steuerspannung entsprechend einem Wert in der Nähe des Steuerwinkel 90°. Da das Steuersignal BPPS nicht an der Steuerlogok CLC liegt, passieren die Steuersignale aus dem Impulsphasenschieber APPS die Steuerlogik CLC und gelangen an den Stromrichter CON-A.
Arbeitet die Stromrichterstation A als Wechselrichter, so wird der Grenzwinkel für die Umschaltung des Stromrichters CON-A konstant gehalten, um ein Kippen des Wechselrichters in der gleichen Weise wie oben zu vermeiden- Der Steuerwinkel des Stromrichters wird dabei in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Konstant-Grenzwinkelsteuerung CMC gesteuert. In diesem Fall wird das Stromgrenzsignal AId dem zweiten Addierer SADD zugeführt.
Es sei nun angenommen, daß die Stromrichterstation A als Gleichrichterstation und die Stromrichterstation B als Wechselrichterstation arbeitet. Demgemäß arbeitet der Stromrichter C0N-A1 als Gleichrichter und der Stromrichter CON-B1 als Wechselrichter. Die Stromrichter C0N-A2 und C0N-B2 sind außer Betrieb, und der Gleichstrom in dem HVDC-System wird über die Überbrückungsschalter BS-A2 und BS-B2 an den Stromrichtern C0N-A2 und C0N-B2 vorbeigeführt. Nun sei angenommen, daß die Steuerzentrale CCA das Befehlssignal CS11 erzeugt, welches angibt, daß die Stromrichter C0N-A2 und C0N-B2 zugeschaltet werden sollen.
Die entsprechende Arbeitsweise wird anhand des in Figur 4 gezeigten Impulsdiagramms für die verschiedenen Signale in dem HVDC-System erläutert, wobei die Beschreibung nur für die Station A erfolgt, da die Station B ähnlich arbeitet.
Das Befehlssignal CS11 wird den Gruppensteuerungen GCA-1 und GCA-2 zugeführt. In der Gruppensteuerung GCA-1 wird das Signal CS11 vernachlässigt, da der Stromrichter C0N-A1 bereits als Gleichrichter arbeitet. In der Gruppensteuerung GCA-2 wird dagegen aufgrund des Befehlssignals CS11 ein überbrückungspaar-Signal BPPS-2 gebildet, und der Steuerlogik CLC-2 zugeführt. Von dieser Steuerlogik werden die Steuersignale aus
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dem Impulsphasenschieber APPS-2 nur den Thyristoren Up und Un (siehe Figur 2) zugeführt. Daher fließt ein Teil des durch den Überbrückungsschalter BS-A2 fließenden Stroms auch durch das Überbrückungspaar aus den in Serie geschalteten Thyristoren Up und Un. Das Ausgangssignal des Gleichstromwandlers DCPTp gibt nun an, daß das Überbrückungspaar in Betrieb ist, und wird der Gruppensteuerung GCA-2 als erstes Rückkopplungssignal FFS-2 zurückgeführt. Bei Empfang des Signals FFS-2 erzeugt die Gruppensteuerung GCA-2 ein Unterbrechungssignal BSOS-2 für den Überbrückungsschalter BS-A2. Beim Öffnen des Schalters BS-A2 führt dieser der Gruppensteuerung GCA-2 ein zweites Rückkopplungssignal SFS-2 zu. Unter der Bedingung, daß das Überbrückungspaarsignal BPPS-2 beendet ist, erzeugt die Gruppensteuerung GCA-2 nach Empfang des zweiten Rückkopplungssignals SFS-2 ein Spannungssteuersignal VCS-2 und ein Schaltsteuersignal SWCS-2. Bei Empfang des Signals VCS-2 durch den Steuerspannungsbegrenzer CVC-2 wird die Grenze der Steuerspannung für den Impulsphasenschieber- APPS-2 innerhalb einer geeigneten Periode allmählich von dem 90° entsprechenden Wert auf einen Wert geändert, bei dem der Stromrichter CDN-A2 als Gleichrichter arbeitet. Solange das Ausgangssignal der Selektorstufe LVS kleiner ist als der Grenzwert, führt der Impulsphasenschieber APPS-2 dem Stromrichter C0N-A2 ohne Rücksicht auf das Ausgangssignal der Selektorstufe LVS die Steuersignale für den Steuerwinkel zu, dessen Wert von der durch den Steuerspannungsbegrenzer CVC-2 vorgegebenen Grenze abhängt. Wird dieser Grenzwert gleich oder kleiner als das Ausgangssignal der Selektorstufe, so führt der Impulsphasenschieber APPS-2 dem Stromrichter C0N-A2 die Steuersignale für einen Steuerwinkel zu, dessen Wert nun vom Ausgangssignal de Selektorstufe abhängt. Gleichzeitig mit dem Vorliegen des Steuersignals VCS-2 wird das Steuersignal SWCS-2 erzeugt, das nach einer vorgegebenen Periode erlischt. Wird der Schaltsteuerstufe SW von der Gruppensteuerung GCA-2 das Signal SWCS-2 zugeführt, so erscheint das Ausgangssignal
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Aldp des Funktionsgenerators FG am negativen Eingang des Addierers FADD und das Gleichstrom-Bezugssignal Idp an dessen positivem Eingang. Das Bezugssignal Idp wird daher um das Signal Aldp auf den Wert I'dp verringert. Da der Funktionsgenerator das Signal ΔIdp mit einem Wert erzeugt, der in vorgegebener Beziehung zu dem von dem Gleichspannungs-Potentialwandler DCPT-L erzeugten Gleichspannungssignal Vdc des HVDC-Systems steht, wird das Gleichstrombezugssignal des HVDC-Systems um einen Wert verringert, der dem Gleichspannungssignal Vdc des HVDC-Systems entspricht, wenn der Stromrichter CON-A2 gemäß dem Befehlssignal CS11 arbeitet. Erfindungsgemäß wird nämlich der in dem BVDC-System fließende Gleichstrom Id verringert, wenn der Stromrichter CON-A2 zu arbeiten beginnt und solange der Steuerwinkel für den Stromrichter CON-A2 groß ist. Dies bedeutet, daß die von dem HVDC-System benötigte Blindleistung unterdrückt wird, wenn der Stromrichter CON-A2 zu arbeiten beginnt, da die Blindleistung von der Größe des in dem HVDC-System fließenden Gleichstroms abhängt. Mit anderen Worten arbeitet das HVDC-System auch dann stabil, wenn es an ein schwaches Wechselstromsystem angeschlossen ist.
In Figur 4 bezeichnet das Signal P die Wirkleistung und das Signal Q die Blindleistung in dem HVDC-System. Das Signal α zeigt den Grenzwert für den Steuerwinkel des Stromrichters C0N-A2, gesteuert durch den Steuerspannungsbegrenzer CVC-2, wobei a-R den Steuerwinkel-Grenzwert für den Fall angibt, daß die Stromrichterstation A als Gleichrichterstation und der Stromrichter CON-A2 als Gleichrichter arbeiten, während das gestrichelt gezeigte Signal a-I den Steuerwinkel-Grenzwert für denjenigen Fall darstellt, daß die Stromrichterstation A als Wechselrichterstation und der Stromrichter CON-A2 als Wechselrichter arbeiten.
Zum Zeitpunkt t wird das Befehlssignal CS11 erzeugt. Die Perioden T1 und T2 sind durch die Arbeitsweise der Gruppensteuerung GCA vorgegeben.
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Anhand von Figur 5 wird ein weiterer Betriebsmodus beschrieben, der vorliegt, wenn die Richtung der Leistungsübertragung in dem HVDC-System umgekehrt werden soll. Anhand dieser Figur wird wiederum nur die Arbeitsweise der Station A beschreiben.
Es sei angenommen, daß die Station A zunächst als Gleich— richterstation und die Station B zunächst'als Wechselrichterstation arbeitet. Demgemäß arbeiten die Stromrichter CON-A1, CON-A2, CON-B1 und CON-B2 in den Stationen A bzw. B als Gleich- bzw. Wechselrichter. Ferner sei angenommen, daß das Befehlssignal CS12 gegeben wird, das angibt, daß die Station A nun als Wechselrichterstation und die Station B als Gleichrichterstation arbeiten soll. Durch Umkehr der Arbeitsweise der Stationen A und B wird nämlich die Richtung der Leistungsübertragung geändert.
Das Befehlssignal CS12 wird in Gruppensteuerungen GCA-1 und GCA-2 zugeführt, die demgemäß während einer vorgegebenen Periode T Spannungssteuersignale VCS-1' und VCS-2' sowie Schaltsteuersignale SWCS-I und SWCS-2 erzeugen. Ist der Stromrichter C0N-A1 oder C0N-A2 ausser Betrieb und fließt der Gleichstrom in dem HVDC-System durch den Überbrückungsschalter BS-As bzw. BS-A2, so vernachlässigt die Gruppensteuerung GCA-1 bzw. GCA-2 das Befehlssignal CS12, so daß die Ausgangssignale dieser Gruppensteuerungen nicht erzeugt werden. Werden die Signale VCS-1' und VCS-2' den Steuerspannungsbegrenzern CVC-1 bzw. CVC-2 zugeführt, so werden die Grenzwerte für die den Impulsphasenschiebern APPS-1 und APPS-2 zugeführten Steuerspannungen während einer geeigneten Periode, die kleiner ist als die Periode T, von einem Wert, bei dem die Stromrichter CON-A1 und C0N-A2 als Gleichrichter arbeiten, allmählich auf einen Wert geändert, bei dem diese Stromrichter als Wechselrichter arbeiten. Solange das Ausgangssignal der Selektorstufe LVS größer ist als der Grenzwert, führen die Impulsphasenschieber APPS-1 und APPS-2 die Steuersignale für den Steuerwinkel in Abhängigkeit von
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den Grenzwertsignalen aus den Steuerspannungsbegrenzern CVC-1 und CVC-2 ohne Rücksicht auf das Ausgangssignal der Selektorstufe LVS den Stromrichtern CON-A1 und COTST-A2 zu. Wird der Grenzwert gleich oder größer als das Ausgangssignal der Selektorstufe LVS, so führen die Impulsphasenschiber APPS-A1 und APPS-A2 die Steuersignale für den Steuerwinkel in Abhängigkeit vom Ausgang der Selektorstufe LVS den Stromrichtern CON-A1 und CON-A2 zu. Arbeitet die Stromrichterstation A als Wechselrichterstation, so sind die Beziehungen bezüglich der Impulsphasenschieber APPS-1 und APPS-2, der Grenzwertsignale aus den Steuerspannungsbegrenzern CVC-1 und CVC-2 sowie des Ausgangssignals der Selektorstufe LVS ähnlich wie oben. In ähnlicher Weise wie in dem oben erwähnten Fall wird eine Verringerung des Gleichstrom-Bezugssignals für das HVDC-System erreicht, wenn die Signale SWCS-I und SWCS-2 an der Schaltsteuerstufe SW auftreten. Gleichzeitig mit Erzeugen des Befehlssignals CS12 führt die Steuerzentrale CCA dem zweiten Addierer SADD das Stromgrenzsignal AId zu. Arbeitet die Station A als Wechselrichterstation, so wird das Stromgrenzsignal· AId zum gleichen Zeitpunkt von dem Addierer SADD entfernt.
Auch in diesem Fall wird also erfindungsgemäß die von den Stromrichtern benötigte Blindleistung unterdrückt, und das HVDC-System arbeitet stabil, da der in dem HVDC-System fließende Gleichstrom Id während derjenigen Periode, in der der Betriebsmodus des HVDC-Systems sich ändert, reduziert wird.
Figur 6 zeigt ein Beispiel der Kennlinien für eine erfindungsgemäße Schaltung. Dabei ist in Figur 6 die Beziehung zwischen der Gleichspannung Vdc und dem Gleichstrom Id in dem HVDC-System mit der benötigten Blindleistung Q als Parameter dargestellt, wobei die Gleichspannung an der Ordinate und der Gleichstrom an der Abszisse aufgetragen sind. Sämtliche Werte für Q, Vdc und Id sind normiert gezeigt. Die in Figur gezeigten Kennlinien geben an, daß das HVDC-System im Normalbetrieb, d.h. bei einer Gleichspannung Vdc = 1,0 und einem
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Gleichstrom Id = 1,0 eine Blindleistung Q = 0,6 benötigt. Wird der Gleichstrom auf Id = 0,61 verringert, so vermindert sich die erforderliche Blindleistung auf 0,4, wenn die Gleichspannung bei Vdc = 1,0 gehalten wird. Beträgt dagegen im Normalbetrieb die Gleichspannung Vdc = 0,8 und der Gleichstrom Id = 1,0, so verringert sich die erforderliche Blindleistung auf 0,4, wenn der Gleichstrom Id auf 0,54 zurückgenommen wird. Das von dem Funktionsgenerator FG erzeugte Aus gangs sign al Aldp gibt den Wert an, um den der Gleichstrom Id verringert werden muß, um.die Gleichspannung Vdc beizubehalten, wenn sich der Blindleistungsbedarf Q ändert. Wird die von dem HVDC-Systern benötigte Blindleistung als Parameter gewählt, so ist die Beziehung zwischen der Gleichspannung Vdc und dem Gleichstrom Id in Abhängigkeit vom Aufbau des HVDC-Systems festgelegt und wird von dem Funktionsgenerator FG vorgegeben.
Figur 7 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, das dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 mit der Ausnahme ähnlich ist, daß das Eingangssignal des Funktions generators FG von einem Aus gangs signal des Wechselspannungs-Potentialwandlers ACPT gebildet wird. Die Gleichspannung des HVDC-Systems entspricht im Normalbetrieb der Wechselspannung an der Sammelschiene BUS-A. Daher haben beide Ausführungsbeispiele im wesentlichen gleiche Wirkung.
Figur 8 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, das wiederum dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ähnlich ist, jedoch mit der Ausnahme, daß dem Funktionsgenerator FG kein Eingangssignal zugeführt wird. In diesem Fall erzeugt der Funktionsgenerator FG ein konstantes Signal Aldp ohne Rücksicht auf dfie Gleichspannung Vdc oder die Wechselspannung Vac. Da es bei der vorliegenden Erfindung auf die Verringerung des Gleichstrom-Bezugswertes für das HVDC-System ankommt, wenn sich der Betriebsmodus des Systems ändert, wird bei diesem
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Ausführungsbeispiel die erfindungsgemäße Wirkung im wesentlichen erreicht, indem kleine Wechselspannungsänderungen an den Stromrichtern in Abhängigkeit vom Betriebszustand des HVDC-Systems nicht beseitigt werden.
Figur 9 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, das wiederum dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ähnlich ist, jedoch mit der Ausnahme, daß als Eingangssignale des Funktionsgenerators FG die Wechselspannung Vac und ein Wechselstromwert dienen, wobei der Wechselstromwert die Größe desjenigen Wechselstroms angibt, der durch die Wechselstrom-Übertragungsleitung ACTL-A fließt. In diesem Fall berechnet der Funktionsgenerator FG die in dem HVDC-System aufgewandte Blindleistung in Abhängigkeit von der Wechselspannung Vac und dem Wechselstromwert Ia und erzeugt ein Signal Aldp in Abhängigkeit von der-Blindleistung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Strom-Bezugswert für das HVDC-System verringert, um die Blindleistung konstant zu halten, wenn sich der Betriebszustand des HVDC-Systems ändert, so daß wieder ähnliche Wirkungen wie in den anderen Ausführungsbeispielen erzielt werden.
In Figur 10 und 11 sind Impulsdiagramme für verschiedene Signale und Ausgangsgrößen in dem HVDC-System gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 8 dargestellt, wobei Figur 10 für den Fall gilt, daß ein Stromrichter zu einem bereits in Betrieb befindlichen Stromrichter zugeschaltet wird, während' Figur 11 den Fall veranschaulicht, daß die Richtung der Leistungsübertragung umgekehrt wird.
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Claims (14)

/TO BI atf-lifeL. ScA PATEN TA N W 5.LT·= SCHIFF v. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBB1NGHAUS MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MDNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95O16O, D-8OOO MÖNCHEN 95 HITACHI, LTD. 8. Februar 1979 DEA-5809 Verfahren und Schaltung zur Steuerung eines Hochspannungs-Gleichstromsysteins PATENTANSPRÜCHE
1. J »Verfahren zur Steuerung eines Hochspannungsnetz
Gleichstromsystems zur übertragung elektrischer Leistung von einer Wechselstromquelle auf eine andere Wechselstromquelle mit mindestens zwei Stromrxchterstationen, wobei (a) die Wechselstromleistung aus der einen Wechselstromquelle in mindestens einer der Stromrichterstationen in Gleichstromleistung umgerichtet wird;
(b) die Gleichstromleistung auf die andere Stromrichterstation übertragen wird;
(c) die übertragene Gleichstromleistung in der anderen Stromrichterstation in Wechselstromleistung umgerichtet wird? (d) die Gleichrichtung durch die eine Stromrichterstation in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem Gleichstrom-Bezugswert und dem in dem System fließenden Gleichstrom-Istwert gesteuert wird; und
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(e) die Wechselrichtung in der anderen Stromrichterstation unter Einhaltung eines konstanten Kommutierungs-Grenzwinkels gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet/ daß
(f) der Gleichstrom-Bezugswert bei Änderung des Betriebsmodus des Systems während einer vorgegebenen Periode verringert wird.
2. Verfahren zur Steuerung eines Hochspannungs-Gleichstromsystems zur übertragung elektrischer Leistung von einer Quelle auf eine andere Quelle mit mindestens zwei Stromrichterstationen, deren jede zwei in Kaskade geschaltete Stromrichter umfaßt, wobei
(a) Wechselstromleistung aus der einen Wechselstromquelle in mindestens einer Stromrichterstation in Gleichstromleistung umgerichtet wird;
(b) die Gleichstromleistung auf die andere Stromrichterstation übertragen wird;
(c) die übertragene Gleichstromleistung in der anderen Stromrichterstation in Wechselstromleistung umgerichtet wird;
(d) Die Gleichrichtung in der einen Stromrichterstation in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem Gleichstrom-Bezugswert und dem in dem System fließenden Gleichstrom-Istwert gesteuert wird; und
(e) die Wechselrichtung in der anderen Stromrichterstation unter Einhaltung eines konstanten Kommutierungs-Grenzwinkels gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
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(f) der Gleichstrom-Bezugswert bei Zuschaltung eines Stromrichters zu einem bereits normal arbeitenden "weiteren Stromrichter während einer vorgegebenen Periode verringert wird.
3. Verfahren zur Steuerung eines Hochspannungs-GIeichstromsystems zur übertragung elektrischer Leistung von einer Wechselstromquelle auf eine andere Wechselstromquelle mit mindestens zwei StromrichterStationen, wobei (a) die Wechselstromleistung aus der einen Wechselstromquelle in mindestens einer der Stromrichterstationen in Gleichstromleistung umgerichtet wird;
(b) die Gleichstromleistung auf die andere Stromrichterstation übertragen wid;
(c) die übertragene Gleichstromleistung in der anderen Stromrichterstation in Wechselstromleistung umgerichtet wird; (d) die Gleichrichtung durch die eine Stromrichterstation in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem Gleichstrom-Bezugswert und dem in dem System fließenden Gleichstrom-Istwert gesteuert wird; und
Ce) die Wechselrichtung in der anderen Stromrichterstation unter Einhaltung eines konstanten Kommutierungs-Grenzwinkels gesteuert wird, - ■
dadurch gekennzeichnet „ daß .
(f) der Gleichstrom-Bezugswert bei Änderung der Richtung der Leistungsübertragung in dem System während einer vorgegebenen Periode verringert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Größe, um die der Gleichstrom-Bezugswert bei Änderung des Betriebsiriodus des Systems verringert wird, in Abhängigkeit von der Gleichspannung des Systems bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Größe, um die der Gleichstrom-Bezugswert bei Änderung des Betriebsmodus des Systems verringert wird, in Abhängigkeit von der Wechselspannung der einen Wechselstromguelle bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Größe, um die der Gleichstrom-Bezugswert bei Änderung des Betriebsmodus des Systems verringert wird, als von der Leistungs- fähigkeit des Systems und der Stärke der einen Gleichstromquelle abhängiger Wert vorgegeben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Größe, um die der Gleichstrom-Bezugswert bei Änderung des Betriebsmodus des Systems verringert wird, in Abhängigkeit von der von dem System benötigten Blindleistung bestimmt wird.
8. Schaltung zur Steuerung eines Hochspannungs-Gleichstromsystems zur Übertragung elektrischer Leistung von einer
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Gleichstromquelle auf eine andere Gleichstromquelle, umfassend
(a) eine erste Stromrichterstation zum Umrichten der Wechselstromleistung aus der einen Wechselstromquelle in Gleichstromleistung mit einem Umrichter und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Differenzsignals zwischen einem Gleichstrom-Bezugswert und dem in dem System fließenden Gleichstrom-Istwert;
(b) eine zweite Stromrichterstation zum Umrichten von Gleichstromleistung in Wechselstromleistung mit einem Stromrichter und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Kommutierungs-Grenzwinkelsignals in Abhängigkeit von der Wechselspannung des Wechselspannungssystems und dem in dem Hochspannungs-Gleichstromsystem fließenden Gleichstrom-Istwert;
(c) eine Einrichtung zur Übertragung der Gleichstromleistung von der ersten Stromrichterstation auf die zweite Stromrichterstation;
(d) eine Einrichtung zur Steuerung der ersten Stromrichterstation in Abhängigkeit von dem Differenzsignal zur Konstanthaltung des in dem Hochspannungs-Gleichstromsystem fließenden Gleichstroms; und
(e) eine Einrichtung zur Steuerung der zweiten Stromrichterstation in Abhängigkeit von dem Grenzwinkelsignal zur Konstanthaltung des Kommutierungs-Grenzwinkels, gekennzeichnet durch
(f) eine Einrichtung zur Verringerung des Gleichstrom-Bezugswertes während einer vorgegebenen Periode bei Änderung des
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2104$17 Betriebsmodus des Hochspannungs-Gleichstromsystems.
9. Schaltung zur Steuerung eines Hochspannungs-Gleichstromsystems zur übertragung elektrischer Leistung von einer Gleichstromquelle auf eine andere Gleichstromquelle, umfassend
(a) eine erste Stromrichter station zum Umrichten von Wechsel-* Stromleistung aus der einen Wechselstromquelle in Gleichstrom— leistung mit mindestens zwei Stromrichtern und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Differenzsignals zwischen einem Gleichstrom-Bezugswert und dem in dem Hochspannungs-Gleichstromsystem fließenden Gleichstrom-Istwert;
(b) eine zweite Stromrichterstation zum Umrichten von Gleichstromleistung in Wechselstromleistung mit mindestens zwei Stromrichtern und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Kommutierungs-Grenzwinkelsignals in Abhängigkeit von dir Wechselspannung des Wechselstromsystems und dem in dem Hochspannungs-Gleichstromsystem fließenden Gleichstrom-Istwert;
(c) eine Einrichtung zur übertragung der Gleichstromleistung von der ersten Stromrichterstation auf die zweite Stromrichterstation;
(d) eine Einrichtung zur Steuerung der ersten Stromrichterstation in Abhängigkeit von dem Differenzsignal zur Konstanthaltung des in dem Hochspannungs-Gleichstromsystem fließenden Gleichstroms; und
(e) eine Einrichtung zur Steuerung der zweiten Stromrichterstation in Abhängigkeit von dem Grenzwinkelsignal zur Kon-
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2104817 stanthaltung des Kommutierungs-Grenzwinkels, gekennzeichnet durch
(f) eine Einrichtung zur Verringerung des Gleichstrom-Bezugswertes während einer vorgegebenen Periode bei Zuschaltung eines Stromrichters zu einem bereits normal arbeitenden weiteren Stromrichter.
10. Schaltung zur Steuerung eines Hochspannungs-Gleichstromsystems zur Übertragung elektrischer Leistung von einer Wechselstromquelle auf eine andere Wechselstromquelle, umfassend
(a) eine erste Stromrichterstation zum Umrichten der Wechselstromleistung aus der einen Wechselstromquelle in Gleichstromleistung mit einem Umrichter und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Differenzsignals zwischen einem Gleichstrom-Bezugswert und dem in dem System fließenden Gleichstrom-Istwert;
(b) eine zweite Stromrichterstation zum Umrichten von Gleichstromleistung in Wechselstromleistung mit einem Stromrichter und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Kommutierungs-Grenzwinkelsignals in Abhängigkeit von der Wechselspannung des Wechselspannungssystems und dem in dem Hochspannungs-Gleichstromsystem fließenden Gleichstrom-Istwert;
(c) eine Einrichtung zur Übertragung der Gleichstromleistung von der ersten Stromrichterstation auf die zweite Stromrichterstation?
(S) eine Einrichtung zur Steuerung der ersten Stromrichtersfcafcion in Abhängigkeit von dem Differenzsignal zur Konstant-
haltung des in dem Hochspannungs-Gleichstromsystem fließenden Gleichstroms; und
(e) eine Einrichtung zur Steuerung der zweiten Stromrichterstation in Abhängigkeit von dem Grenzwinkelsignal zur Konstanthaltung des Kommutierungs-Grenzwinkels, gekennzeichnet durch
(f) eine Einrichtung zur Verringerung des Gleichstrom-Bezugswertes während einer vorgegebenen Periode bei Änderung der Richtung der Leistungsübertragung in dem Hochspannungs-Gleichstromsystem.
11. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Größe, um die der Gleichstrom-Bezugswert bei Änderung der Arbeitsweise verringert wird, in Abhängigkeit von der Gleichspannung des Hochspannungs-Gleichstromsystems bestimmt ist.
12. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis' 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe, um die der Gleichstrom-Bezugswert bei Änderung des Betriebsmodus verringert wird, in Abhängigkeit von der Wechselspannung der einoi Wechselspannungsquelle bestimmt ist.
13. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Größe, um die der Gleichstrom-Bezugswert bei Änderung des Betriebsmodus verringert wird, ein von der Leistungsfähigkeit des Hoch-
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spannungs-Gleichstromsystems und der Stärke der einen Wechselstromquelle abhängiger vorgegebener Wert ist.
14. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Größe, um die der Gleichstrom-Bezugswert bei Änderung des Betriebsmodus verringert wird, in Abhängigkeit von der von dem Hochspannungs-Gleichstromsystem benötigten Blindleistung bestimmt ist.
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