DE2905272A1

DE2905272A1 - Hochspannungs-gleichstrom-uebertragungsanlage

Info

Publication number: DE2905272A1
Application number: DE19792905272
Authority: DE
Inventors: Gunnar Dipl Ing Flisberg; Lars-Erik Dipl Ing Juhlin
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1978-02-21
Filing date: 1979-02-12
Publication date: 1979-08-30
Also published as: CH642493A5; DE2905272C2; CA1117183A; US4259713A; SE7801966L; FR2417875B1; GB2016825A; JPS6338940B2; FR2417875A1; SE419014B; JPS54122839A; GB2016825B; BR7900554A

Description

Hochsparmungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei der Entnahme von elektrischer Energie aus einer solchen Gleichstromleitung mittels einer dritten Station ist man bisher gezwungen, den Wechselrichter dieser Station für die volle Leitungsspannung zu bemessen. Dies bedeutet, daß eine solche Energieentnahme nur für Leistungen wirtschaftlich ist, die in derselben Größenordnung liegen, wie die der übrigen Stationen. Der Bau eines Wechselrichters für die volle Leitungsspannung ist für geringe Leistung nicht wirtschaftlich .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der auch eine Station mit nur geringer Leistungsabnahme in wirtschaftlicher Weise hergestellt und betrieben v/erden kann.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine .Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage nach dem Oberbegriff des Anpruches 1 vocgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Gemäß der Erfindung wird also die hohe Spannung der Gleichstromleitung in der leistungsschwachen Entnahmestation mit Hilfe eines Gleichspannungsumformers auf einen der gewünschten Wechselrichterleistung angemessenen wirtschaftlichen Wert herabgesetzt. Ein solcher Gleichspannungsumformer kann der Leistungsgröße der Entnahmestation angepaßt werden, und der Gesamtaufwand an Ventilen und sonstigen Bauteilen ist weit geringer als für einen Wechselrichter, der für die volle Leitungsspannung ausgelegt ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Gleichspannungsumformer eine Sperre zwischen der Gleichstromleitung und dem Wechselrichter bildet, über die äich keine Störungen fortpflanzen können.

Gleichspannungsumformer zu dem hier vorgesehenen Zweck werden mit impulsgesteuerten Ventilen und Löschkreisen ausgeführt. Solche Umformer sind zumindest teilweise aus Iliederspannungsanlagen bekannt. Die Erfindung betrifft zugleich eine Weiterentwicklung solcher Umformer, um sie für Hochspannung besser geeignet zu machen.

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Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

1. Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, dargestellt als Blockschaltbild,

Figur 2 eine detailliertere Ausführung der Schaltung nach Figur 1,

Figur 3 Strom- und Spannungsdiagramme für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage nach der Erfindung,

Figur 4 " das Glied 9 aus Fig. 2 in detaillierterer Darstellung,

Figur 5 eine andere Ausführungsform eines Gleichspannungsumformers für eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage gemäß der Erfindung .

Figur 1 zeigt eine HGÜ-Anlage mit mindestens zwei Stromrichterstationen (eine Gleich- und eine Wechselrichterstation) 1 und 2, die über die Gleichstromleitung 3 miteinander verbunden sind. Ferner ist eine dritte Station 4 vorhanden, die zum Zwecke der Entnahme von elektrischer Energie an die Leitung 3 angeschlossen ist. Jede der drei Stationen ist normalerweise an ein Wechselstromnetz angeschlossen.

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Die Station 4 enthält einen Wechselrichter 5 und einen Gleichspannungsumformer 6. Der Gleichspannungsumformer 6 setzt die Gleichspannung der Leitung 3 auf einen solchen Wert herab, für welchen sich wirtschaftliche Abmessungen des Wechselrichters unter Berücksichtigung seiner Nennleistung ergeben. Der Gleichspannungsumformer ist mit seiner Eingangsseite über ein Glättungsfilter 7 an die Gleichstromleitung angeschlossen. Die Ausgangsseite des Gleichspannungsumformers ist über ein weiteres Glättungsfilter 8 an den Wechselrichter 5 angeschlossen. Das Filter 7 ist ein Gleichstromfilter, beispielsweise entsprechend dem schwedischen Patent Nr. 134 397. Der Aufbau des Filters 8 ist genauer in Fig. dargestellt.

Der Gleichspannungsumwandler 6 und der Wechselrichter 5 sind mit Steuergliedern 9 bzw. 10 versehen, und zu deren Steuerung sind spannungs- und strommessende Glieder vorgesehen, beispielsweise in Form eines Spannungsteiler 11 und eines Transduktors 12.

Dabei kann die Steuerung des Steuergliedes 9 in Abhängigkeit der Spannung am Spannungsteiler 11 so gesteuert werden, daß am Wechselrichter eine bestimmte gewünschte Gleichspannung liegt, während das Steuerglied 10 in Abhängigkeit des Stromes vom Transduktor 12 so gesteuert wird, daß der Wechselrichter einen bestimmten gewünschten Gleichstrom führt. Eine andere Steuermöglichkeit besteht darin, genau umgekehrt zu verfahren, das heißt das Steuerglied 9 in Abhängigkeit des Stromes des Transduktors 12 und das Steuerglied 10 in Abhängigkeit der Spannung am Spannungsteiler 11 zusteuern. 909835/0596

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Die zwischen den Stromrichterstationen 1 und 2 übertragene Leistung wird in bekannter Weise dadurch gesteuert, daß die Stationen von einem gemeinsamen Steuerglied 13 gesteuert werden, welches zwischen den Strombefehlen für die beiden Stromrichterstationen ein bestimmtes Strommarginal (Differenz zwischen den beiden Strombefehlen) festlegt. Dabei muß auch der von der Station 4 entnommene Strom berücksichtigt werden. Aus diesem Grunde wird das Signal vom Transduktor 12 auch dem Steuerglied 13 zugeführt. Dies kann über ein transformierendes Glied 14 erfolgen, durch welches der Strom des Transduktors 12 auf das Spannungsniveau der Leitung 3 umgesetzt wird. Das Glied 14 ist jedoch nur symbolhaft zu verstehen, da es sich nur darum handelt, verschiedene Signale demselben Spannungsniveaü anzupassen, was auch durch eine Anpassung des Signalgebers selbst, beispielsweise des Transduktors 12, oder durch Aufschaltung der Signale auf angemessene Widerstandswerte geschehen kann.

Wenn die Nennleistung des Wechselrichters 5 im Verhältnis zu den Stromrichterstationen 1 und 2 klein ist, dann kann auf die Verbindung zwischen den Gliedern 12 und 13 eventuell verzichtet werden, wenn man das Strommarginal für die beiden Stromrichterstationen 1 und 2 so groß bemißt, daß es stets größer als der über die Station 4 entnommene Strom ist.

Fig. 2 zeigt die Anordnung nach Fig. 1 detaillierter.

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Der Spannungsumformer 6 besteht aus einem vom Impulssteuerglied. 9 gesteuerten Thyristorventil 15 und einem Löschkreis in Form eines Schwingungskreises, der aus einer Drossel 16 und einem Kondensator 17 besteht. Das Thyristorventil 15 muß so viele in Reihe geschaltete Thyristoren enthalten, daß es die gewünschte Spannungsreduktion von der Leitung 3 zum Wechselrichter 5 beherrschen kann. Ferner gehört zum Umformer 6 eine Ausgangsdrossel 18 mit einer Freilaufdiode 19. Um sicherzustellen, daß der Kondensator 17 in angemessener Zeit auf die gewünschte Spannung aufgeladen wird, muß die Drossel 18 bedeutend, beispielsweise eine Zehner-Potenz, größer als die Drossel 16 sein.

Das Filter 8 kann ein einfaches Gleichspannungsfilter mit Glättungsdrossel 20 und Glättungskondensator 21 sein. Dank dieses Filters ist es möglich, die Abmessungen der Drossel 18 klein zu halten. Um zu verhindern, daß sich der Kondensator 21 zurück auf den Kondensator 17 entlädt, ist die Diode 22 vorgesehen.

Das Filter 7 besteht ebenso wie das Filter 8 aus einem Kondensator 51 und einer Drossel 55. Ferner ist auch eine Diode 56 vorgesehen, um zu verhindern, daß sich der Kondensator 51 bei einem Wegfall der Spannung auf der Leitung 3 auf diese Leitung entlädt. Um' beim Einschalten der Station 4 Schaltüberspannungen aufgrund der Ladung des Kondensators 51 zu vermeiden, wird die Station in erster Linie über den Schalter 52 in Reihe mit dem Widerstand 54

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eingeschaltet. Nachdem der Kondensator aufgeladen ist, kann der Widerstand 54 über den Schalter 53 kurzgeschlossen werden, wonach der Schalter 52 zweckmäßigerweise geöffnet wird.

Die Abschaltung der Station 4 kann durch Öffnen des Schalters 53 geschehen, falls dieser ein Gleichstromschalter ist. Andernfalls kann man durch Schließen des Schalters 57 den Erdschlußschutz der Leitung 3 veranlassen, die Leitungsspannung auf Null herunrter zu steuern, worauf der Schalter 53 geöffnet werden kann. Nach Abschaltung der Station 4 kann der Kondensator 51 über den Schalter 58 entladen werden.

Figur 3a zeigt die Spannungen an verschiedenen Stellen der Anlage und Figur 3b zeigt die entsprechenden Ströme.

Die Leitungsspannung U^, wird als konstant angesehen. Zum Zeitpunkt t>| wird das Ventil 15 gezündet, und in der Drossel 16 wächst ein Stromimpuls I^g an, wobei der Kondensator 17 auf die Spannung tL·™ aufgeladen wird. Im Zeitpunkt tp hat der Kondensator seine Höchstspannung U₁₇ erreicht, der Ladestrom I^ g wird Null, und das Ventil 15 wird gelöscht. Der Kondensator 17 entlädt sich über der Drossel 18 mit dem Strom I^_Q für den Kondensator 21. Zum Zeitpunkt t^ hat sich der Kondensator 17 entladen, und die Diode 19 übernimmb den durch die Drossel 18 fließenden Strom bis ·ά\\\ Zettpunkt t^_f in dem das Thyristorventil 15 wieder gezündet wird, worauf die Spannung U₁₇ und der Strom I₁g wieder anwachsen.

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Infolge der Glättung des Stromes durch die Drosseln 18 und 20 und den Filterkondensator 21 werden die Kondensatorspannung U und der Drosselstrom I₂₀ für den Wechselrichter 5 einigermaßen konstant.

Das Ventil 15 erhält vom Impulssteuerglied 9 kurze Impulse. Die Impulse sind kürzer als das konstante Intervall t,. - t₂. Durch Änderung der Frequenz dieser Impulse wird die Frequenz der Ladeimpulse U₁₇ für den Kondensator 17 und damit die mittlere Spannung U₂₁am Kondensator 21 und/oder der mittlere Strom I₂₀ in der Drossel 20 geändert. Wie bereits erwähnt, wird das Impulssteuerglied 9 von einer der beiden genannten Größen gesteuert, während das Steuerglied 10 des Wechselrichters 5 von der anderen Größe gesteuert wird.

Fig. 4 zeigt das Steuerglied 9 detaillierter. Es enthält ein Impulsglied 25, das von dem Glied 11 oder 12 in Fig. 1 gesteuert wird, und ein Sicherheitsglied 24, das an die Gleichstromleitung 3 und an das Wechselstromnetz 23 des Wechselrichters angeschlossen ist. Das Sicherheitsglied 24 kann aus einem ODER-Glied bestehen, welches bei einem Fehler auf der Gleichstromleitung 3 oder im Wechselstromnetz 23 ein Signal gibt. Dieses Signal ist auf den negierten Eingang eines UND-Gliedes 26 geschaltet, an do st; on. anderen Eingang das Impulsglied 2.5 angeschlo.-nen i.r,t. Dj. Impulse vorn Impulsglied 25 werden also beim Vorliegen eines Signals vom Sicherheits-glied 24 gesperrt.

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Fig. 5 zeigt eine andere Ausführung des Spannungsumformers 6. Der Thyristor 15 ist hier mit einer Löschschaltung 30 in Reihe geschaltet und mit einer Entlastungsschaltung 40 parallel geschaltet.

Die Löschschaltung besteht aus einer Thyristorbrückenschaltung 31 - 34, zu der ein Meßgerät 35 parallelgeschaltet ist und die mit einem Löschkondensator 36 sowie mit einem Steuerglied 37 versehen ist.

Die Entlastungsschlalffcung besteht aus einem Kondensator 41, der mit einer Drossel 42 in Reihe geschaltet ist, und einem Ventil 43, das aus einem spannungsgesteuerten Thyristor besteht, der mit einer Diode antiparallelgeschaltet ist.

In diesem Fall sind also Steuerimpulse sowohl für den Thyristor als auch für dessen Löschschaltung 30 entsprechend den Zeitpunkten t,j beziehungsweise t₂ in Figur 3 erforderlich.

Der Steuerimpuls für das Thyristorventil 15 wird auch auf das Steuerglied 37 für die Löschschaltung gegeben, wobei in erster Linie zwei diagonal gegenüberliegende Thyristoren der Brücke, beispielsweise 32 und 33, gezündet werden und der Kondensator mit der eingezeichneten Polarität aufgeladen wird. Wenn das Meßgerät 35 das Erreichen einer bestimmten Spannung erfasst, dann wird der Thyristor 31 gezündet, und der Strom fließt direkt durch die Thyristoren 15, 31 und 33.

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Beim Löschen des Ventils .15 im Zeitpunkt t~ gemäß Fig. 3 wird der Thyristor 34* gezündet, wobei der Thyristor 33 durch Entladung des Kondensators 36 gelöscht wird. Bei fortschreitender Umladung des Kondensators 36 wächst die Spannung an_;bis das Ventil 43 zündet und der Strom auf den Entlastungskreis 40 kommutiert und das Thyristorventil 15 erlischt.

Welchem der beiden Spannungsumformer gemäß Fig. 2 oder 5 mit zugehörigen Löschkreisen man den Vorzug gibt, kann von der Wahl der Bausteine abhängen. Auch andere bekannte Gleichspannungsumformer und Löschkreise kommen in Betracht. Es ist auch möglich, das Thyristorventil 15 mit löschbaren Thyristoren zu versehen.

Die Löschschaltung 30 gemäß Fig. 5 ist im übrigen nur als Beispiel aufzufassen. Sie kann durch andere bekannte Schaltungen ersetzt werden.

Wenn die Übertragungsleitung 3 in Fig. 1 zweipolig ausgeführt ist, dann wird die Abnahmestation 4 zweekmäßLgerweise mit geeigneten Polumschaltern ausgerüstet, so daß die Station 4 nach Belieben an den einen oder anderen Übertragungspol angeschlossen werden kann.

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Claims

Patentansprüche

1. ) Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage mit mindestens einer Gleich- und einer Wechselrichterstation, die über eine Gleichstromleitung verbunden sind, sowie mit einer dritten Station zur Entnahme von elektrischer Energie aus der Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Station (4) einen Wechselrichter (5) für eine Gleichspannung enthält, die erheblich kleiner als die Leitungsspannung ist, und daß der Wechselrichter über einen Gleichspannungsumformer (6) an die Gleichstromleitung angeschlossen ist.

2. HGÜ-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichstromfilter (8) zwischen dem Wechselrichter (5) und dem Gleichspannungsumformer (6) liegt.'

3. HGÜ-Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichstromfilter (8) einen Parallelkondensator (21) und eine Reihendrossel (20) sowie eine Eingangsdiode (22) enthält, die so geschaltet ist, daß eine Entladung des Parallelkondensators zurück zum Umformer (6) nicht möglich ist.

^;!. HGÜ-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichstromfilter (7) zwischen dem Gleichspannungsumformer (6) und der Gleichstromleitung (3.) liegt.

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5. HGÜ-Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichstromfilter (7) eine Reihendrossel (55) und einen Parallelkondensator (51) sowie eine Sperrdiode (56) enthält, die so geeine

schaltet ist, daßvEntladung des Kondensators zurück zur Gleichstromleitung (3) nicht möglich ist.

6. HGÜ-Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichstromfilter - (7) zur Verhinderung von Einschaltüberspannungen über zwei parallele Schaltglieder an die .Gleichstromleitung (3) angeschlossen ist, von denen das eine Schaltglied (52) mit einem Widerstand (54) in Reihe geschaltet und zur Einschaltung des Umformers (6) dient, während das andere Schaltglied (53) zum Kurzschluß des Widerstandes (54) nach erfolgter Einschaltung dient.

7. HGÜ-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungsumformer (6) einen impulsgesteuerten Thyristor (15) und einen Schwingungskreis (16, 17) zum Löschen des Thyristors {15) und in Reihe damit eine größere Ausgangsdrossel (18) mit Freilaufdiode (19) enthält.

8 . HGÜ-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungsumformer (6) einen impulsgesteuerten Thyristor (15) enthält, der mit einer forcierten Löschschaltung (30) in Reihe und mit einer Entlastungsschaltung (40) zur endgültigen Löschung des Thyristors parallelgeschaltet ist.

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