DE3016970C2 - Regelanordnung für Gleichstrom-Übertragungsleitungen - Google Patents

Regelanordnung für Gleichstrom-Übertragungsleitungen

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Description

2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- (?rbeträgt
kennzeichnet, daß als Maß für die Größe der Last
der Wert des in der Gleichstrom-Übertragungslei- Qr = kEiAd sin g>r (2) tung fließenden Gleichstromes verwendet wird.
3. Regelanordnung nach Anspruch I, dadurch ge- 45 mit Jt = j/3 ■ fö/IZ · £ir ist durch die Anzapfungsregekennzeichnet, daß die Einrichtung (710,711; 720) zur lung des Transformators wieder konstant, U nimmt bei Erzeugung des Kompensationssignals die Gleich- geringer werdender Last ab und sin$z>r zu, und zwar spannung des Wechselrichters jeweils auf einen sol- stärker, als U abnimmt, so daß insgesamt die vom chen Wert einstellt, daß die Spannung an einem ge- Gleichrichter aufgenommene Blindleistung bei geringer wählten Punkt der Gleichstrom-Übertragungslei- 50 werdender Last ansteigt. Der Wert des Anstiegs des tung festliegt. Blindleistungsverbrauchs bestimmt sich aus der Änderung der Klemmengleichspannung V* am Gleichrichter.
Je länger daher die Leitung und je größer damit die
Impedanz Ri ist, um so größer ist der Blindleistungsver-55 brauch Qn. Dies ist insbesondere dann von Nachteil,
Die Erfindung betrifft eine Regelanordnung für wenn der Gleichrichter an ein schwaches Netz ange-
Gleichstrom-Übertragungsleitungen der im Oberbe- schlossen ist, da die Netzstabilität durch den Verbrauch
griff des Patentanspruchs 1 genannten, aus der DE-AS einer unnötig hohen Blindleistung bei geringer Last be-
40 669 bekannten Art. einträchtigt ist.
Die bekannte Regelanordnung enthält zwei Urnrich- eo Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die
ter, die gleichstromseitig über eine Gleichstrom-Über- eingangs genannte Regelanordung so auszubilden, daß
tragungsleitung verbunden sind und wechselstromseitig der gleichrichterseitige Blindleistungsverbrauch bei ge-
jeweils über einen Transformator an ein Dreh- oder ringer Last vermindert ist.
Wechselstromnetz angeschlossen sind. Eine Regelein- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennrichtung regelt die Anzapfungsstellung des Transforma- 65 zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, tors so, daß die umrichterseitige Leerlaufspannung am Dabei erfolgt durch die Kompensationseinheit eine VerTransformator unabhängig von der Spannung an seiner änderung des Sollwertes der Spannungsregelung des Wechselstromnetzseite konstant ist, d. h. es werden Wechselrichters in Abhängigkeit von der Größe der
Last, so daß sich Laständerungen an beiden Umrichtern auswirken. Bei !deiner werdender Last ist damit die Leistungsfaktorabnahme des Gleichrichters beschränkt und dessen Blindleistungsverbrauch verringert Wegen der bei abnehmender Größe der Last steigenden Gleichspannung am Wechselrichter nimmt dessen Blindleistungsverbrauch mit abnehmendem Gleichstrom ebenfalls ab. Dadurch wird die Stabilität dss ObertragungiSystems wesentlich verbessert, wobei die schnelle Anpassung der Anordnung an Laständerungen beibehalten wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 das schematische Schaltbild einer Gleichstrom-Übertragungsleitung mit einer Regelanordnung,
F i g. 2 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Regelanordnung,
F i g. 3 im Diagramm die Spannungsverteilung an einer geregelten Gleichstrom-Ubertragungsleitung,
F i g. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Regelanordnung mit einem Funktionsgenerator und
F i g. 5 im Diagramm die Kennlinie des Funktionsgenerators der F i g. 4.
F i g. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Gleichstrom-Übertragungssystems mit einer Regelanordnung. Die Bauteile der Anordnung an der linken Seite der Übertragungsleitung sind mit dem zusätzlichen Symbol A, die auf der rechten Seite mit dem zusätzlichen Symbol B bezeichnet Diese zusätzlichen Symbole werden im folgenden weggelassen, es sei denn, daß sie zur Unterscheidung notwendig sind. Die Stationen am Anfang und Ende der Gleichstrom-Übertragungsleitung enthalten je einen Umrichter 3, dessen Gleichstromanschluß über eine Drossel 4 und eine Fernleitung 5 an die Station am anderen Ende der Leitung angeschlossen ist Die Wechselstromklemmen des Umrichters 3 sind über einen Transformator 2 mit Anzapfungen an ein Wechsel- oder Drehstromnetz 1 angeschlossen. Bei dieser Anordnung müssen die Anzapfungsstellung des Transformators 2 und der Zündwinkel des Umrichters 3 geregelt werden. Die umrichterseitige Leerlaufspannung des Transformators 2 wird durch eine Anzapfungs-Regeleinrichtung 10 auf einen konstanten Wert geregelt. Diese Regeleinrichtung 10 ist in der DE-AS 23 40669 im einzelnen beschrieben. Der Zündwinkel des Umrichters 3 wird durch das Ausgangssignal einer Zündwinkel-irtegeleinrichtung 7 bestimmt, der die Ausgangssignale eines Gleichspannungswandlers 9, eines Gleichstromwandlers 8 und eines Steuergeräts 6 zugeführt werden.
Das Steuergerät 6 und die Einzelheiten der Zündwinkel-Regeleinrichtung 7 sind in F i g. 2 dargestellt (es ist nur eine Station dargestellt, die Zündwinkel-Regeleinrichtung 7 der anderen Station ist identisch aufgebaut). Von dem Steuergerät 6 werden auch der Zündwinkel-Regeleinrichtung 7 der anderen Station eine Reihe von Stellsignalen zugeführt.
Im folgenden wird zunächst der bekannte Schaltungsaufbau erläutert, darauf folgt die Erläuterung eines zusätzlichen Teils 70, der von einer strichpunktierten Linie umrandet ist. Das Steuergerät 6 liefert einen Gleichstrom-Sollwert Idp, einen Strom-Grenzwert AId und einen Gleichspannungs-Sollwert Vdp zur Zündwinkel-Regeleinrichtung 7 der Stationen. Eine Subtraktionseinrichtung 70ί dient zur Subtraktion des Ausgangssignals Id des Gleichstromwandlers 8 und des Strom-Grenzwertsignals /lld vom Gleichstrom-Sollwert Idp vom Steuergerät 6. Ein Stromfehlerverstärker 702 dient zur Ver stärkung des Ausgangssignals der Subtraktionseinrichtung 701. Die Bauteile 701, 8 und 702 bilden einen Stromreglor. Eine Subtraktionseinrichtung 703 dient zur Subtraktion des Ausgangssignals Vj des Gleichspannungswandlers 9 vom Sollwert '/φ der Gleichspannung vom Steuergerät 6, ein Spannungsfehlerverstärker 704 verstärkt das Ausgangssignal der Subtraktionseinrichtung 703. Die Bauteile 703,9 und 704 bilden einen Spannungsregler. Ein Wechselspannungswandler 705 dient
ίο zur Erfassung der Spannung an der Wechselspannungs-/Gleichspannungsübergangsstelle, eine Grenzwinkel-Regeleinrichtung 706 erzeugt aus dem Ausgangssignal des Wechselspannungs'wandlers 705 und des Gleichstromwandlers 8 einen Grenzwinkel, der für einen stabi- len Betrieb des als Wechselrichter arbeitenden Umrichters 3 erforderlich ist Diese Grenzwinkel-Regeleinrichtung 706 wird bei solchen Übergangszuständen wirksam, bei denen z. B. der Zündwinkel auf Grund eines plötzlichen Wechselspannungsabfaüs oder Gleich- Stromanstiegs sehr klein wird. Eine Minimalwert-Wähl schaltung 707 erzeugt ein den Minimalwert der Eingangssignale von den drei Schaltungen 702,704 und 706 darstellendes Signal. Ferner enthält die Regeleinrichtung einen bekannten automatischen Impulsphasen- schieber 708 und eine logische Gatterschaltung 709.
Bei diesem Aufbau ist der Stromgrenzwert AId für die eine Station gleich Null, während er für die andere Station einen geeigneten Wert annimmt Die Beziehung der Werte der Ausgangssignale der Schaltungen 702, 704 und 706 ist so, daß, wenn das Signal AId einen geeigneten Wert annimmt der Stromfehlerverstärker 702 gesättigt ist, so daß das Ausgangssignal des Stromfehlerverstärkers 702 einen Maximalwert annimmt Dabei wird das Ausgangssignal entweder des Spannungsfehlerverstär kers 704 oder der Grenzwinkel-Regeleinrichtung 706 gewählt; dieses gewählte Ausgangssignal läßt den Umrichter als Wechselrichter arbeiten. An der Station, an der der Strom Ald gleich Null ist, liegt das Ausgangssignal des Stromfehlerverstärkers 702 auf einem Mini- malwert, so daß der Umrichter als Gleichrichter arbeitet. Mit anderen Worten, der eine Umrichter wird bei Konstantstromregelung als Gleichrichter und der andere bei Konstanispannungsregelung oder Regelung auf konstanten Grenzwinkeln als Wechselrichter betrieben.
Soweit die bekannte Schaltung. Erfindungsgemäß sind zusätzlich die folgenden Schaltungsbestandteile vorgesehen: Eine Spannungs-Einstelleinrichtung710, eine Multiplizierstufe 711 zur Multiplikation des Ausgangssignals der Spannungs-Einstelleinrichtung 710 mit dem Ausgangssignal des Steuergeräts 6, und eine Subtraktionseinrichtung 712. Das Ausgangssignai der Multiplizierstufe 711 wird dem Gleichrichter und dem Wechselrichter zugeführt. Im ersteren Fall wird das Ausgangssignal des Stromreglers (Verstärker 702) und im letzteren Fall das Ausgangssignal des Spannungsreglers (Verstärker 704) oder der Regeleinrichtung (Verstärker 706) zur Regelung des konstanten Grenzwinkels gewählt, und zwar durch Einstellung der Verstärkung der Regler oder ihres Ausgangssignals. Das Ausgangssi gnal der Multiplizierstufe 711 wird auch dem Gleich richter zugeführt, da bei Umkehr der Leistungs-Flußrichtrig der Wechselrichter auf Gleichrichterbetrieb umzuschalten sein muß. Bei dieser Anordnung wird der Spannungs-Sollwert Vdp durch die Subtraktionseinrichtung 712 um den Wert des Ausgangssignals der Multiplizierstufe 711 verringert. Das Ausgangssignal der Multiplizierstufe 711 ändert sich mit dem Strom-Sollwprt /j_ Daher biMcn Hie
5 6
Bauteile 712,703 und 704 eine Regelanordnung mit ent- Bei dieser Ausführungsform ergibt sich der gleiche sprechend der Last variabler Spannung. Wird das Aus- Effekt wie bei dem der F i g. 2; ihr Vorteil ist, daß keine gangssignal der Spannungs-Hinstelleinrichtung 710 bei- Multiplikation erforderlich ist und daher der Aufbau spielsweise auf einen Wert eingestellt, der etwa der einfacher ist als bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2. Hälfte des Wiederstandes R/ der Gleichstromübertra- 5 Die vorstehende Beschreibung zeigt den Fall, daß die gungsleitung äquivalent ist, nehmen die Gleichspannun- Korrektur entsprechend dem eingestellten Stromwert gen Vdi und K/rdieinFig. 3 gezeigten Werte an. Idp erfolgt. Dieser Wert kann jedoch mit gleichem Effekt In Fig. 3 ist auf der Abszisse die Länge der Gleich- durch den erfaßten Gleichstromwert Id oder durch distrom-Übertragungsleitung aufgetragen; auf der rech- rekte Erfassung der Last zur Korrektur ersetzt werden, ten Seite b arbeitet der Umrichter als Wechselrichter 10 Da bei ansteigender Spannung auf einer Seite der Lei- und auf der linken Seite a als Gleichrichter. Auf der tung die Spannung am anderen Ende bei geringer Last Ordinate ist die Spannung aufgetragen. Die Kurven /1, h abfällt, muß das Ausgangssignal der Einstelleinrichtung und /3 zeigen die Spannungsverteilung bei gleichmäßi- 710 der F i g. 2 oder die Kennlinie des Funktionsgenerager ImDedanzverteilune. Ist der Gleichstrom h eieich . _. . . .. , . , 1 _ . .... j' dem Nennwert /'* so "ist die Klemmenspannung des ,5 »mn M g.4niclit notwendig gleichy*sein, sie ton- ,
Wechselrichters (entsprechend dem Ausgangssignal der nen entsprechend dem Verhältnis der Spannungsände- '"; Subtraktionsstufe 712) rungen an den Stationen bestimmt werden. Ferner kann
die Spannungsregelung des Wechselrichters bei dem
γ ^ y ]_ β .Ji Ausführungsbeispiel der Fig.2 mit gleicher Wirkung
* 2 20 durch eine Spannungsregelung des Gleichrichters er
setzt werden.
Die Klemmenspannung V* des Gleichrichters ist gleich
der Summe von V</; und dem Leitungsspannungsabfall Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Ri ■ I'd. Daher ist '■
25 :■:'■
^r _ tr 1 K ,1IxD . /' — V -I- _~_ B . I> ir y4t Γ" Τ" 'i Ύ Λ; 'ld 'dp + ~Ζ~ Kl 'd i I
Ist der Strom bei Leerlauf gleich Null, so ist Vdi = Vdr — Vdp. Die Spannungsverteilung auf der 30 : f Gleichstromleitung für Nennlast ist durch die Kurve /1 ;■■>
dargestellt während die Kurve h die Spannungsverteilung bei Leerlauf darstellt Die Kurve I3 zeigt die Spannungsverteilung bei Nennlast
35 I ν dl 'dp* ' dr ^ 'dp ' *v * * dl
bei der bekannten Anordnung, bei der die Gleichspan- :
nung auf der Seite des Wechselrichters konstant ist während die Kurve/2 ebenfalls die Spannungsverteilung 40
für Leerlauf darstellt Bei der erfindungsgemäßen An- j
Ordnung beträgt also die Spannungsänderung auf der Gleichrichterseite etwa die Hälfte der bei der bekannten Anordnung auftretenden Änderung.
Wie F i g. 3 zeigt liegt die Spannung an einem be- 45 stimmten Punkt der Gleichstrom-Übertragungsleitung
fest Zu diesem Zweck wird gemäß F i g. 2 die Spannung .-■.,
kompensiert (Vdp — Ri ■ Idp)· Der gleiche Zweck wird '
erreicht durch Kompensation der erfaßten Spannung ■'.;
und Verwendung von Vd + Rc ■ /oP s!s Rückkopplungs- 30 -
signal bei fest eingestellter Spannung. Dies gilt auch für ; -
das Ausführungsbeispiel der F i g. 4.
Im Gegensatz zum Ausfühnmgsbeispiel der F i g. 2, bei dem ein Spannungskorrekturwert durch Multiplikation des eingestellten Gleichstromwerts mit dem Wert 55 der eingestellten Spannung erhalten wird, wird bei dem Ausfühnmgsbeispiel der F i g. 4 der Spannungskorrekturwert von einem Funktionsgenerator 720 erhalten. Die übrigen Bestandteile der Schaltung der F i g. 4 sind ähnlich denen der F i g. 2 mit gleichem Bezugszeichen. 60
Ein Beispiel der Kennlinie des Funktionsgenerators 720 ist in F ί g. 5 gezeigt Die Kennlinie ist linear, so daß eine Spannung von
— Χ,-lä K
bei Nennstrom erhalten wird.

Claims (1)

1 2 Spannungsschwankungen im Wechselstromneu durch Patentansprüche: Änderung des Windungsverhältnisses des Transforma tors unter der Annahme ausgeregelt, daß sich der Trans-
1. Regelanordnung für Gleichstrom-Übertra- forinator im Leerlaufbetrieb befindet Die gleichstrcmgungsleitungen, die die Gleichspannungsklemmen 5 seitige Anpassung an wechselnde Lasten wird durch eizweier Umrichter (3/4,3B) verbinden, ne Zündwinkelregelung der Umrichter vorgenommen, mit mit Anzapfungen versehenen Transformatoren wobei der als Wechselrichter arbeitende Umrichter auf (XA, 2B) zwischen den Wechselspannungsklemmen konstante Spannung und der als Gleichrichter arbeitender Umrichter (3Λ, 3B) und jeweils einem zugehöri- de Umrichter auf konstanten Strom geregelt wird Mit gen Wechselspannungssystem (ίΑ,ίΒ), ίο dieser Anordnung läßt sich insbesondere eine schnelle wobei für jeden Transformator (2) eine Anzapfungs- Anpassung an Laständerungen erreichen.
Regeleinrichtung (10) zur Regelung seiner Anzap- Eine durch eine Laständerung bedingte Änderung der fungsstellung derart vorgesehen ist, daß die umrich- Gleichspannung erscheint bei dieser Anordnung jedoch terseitige Spannung des zugehörigen Transforma- nur an einem der Umrichter, dem Gleichrichter, wähtors (2) im Leerlauf im wesentlichen auch dann kon- 15 rend die Gleichspannung am Wechselrichter unveränstant ist, wenn sich die wechselstromseitige Span- dert bleibt Eine Folge davon ist ein hoher Blindleinung des Transformators (2) ändert, stungsverbrauch des Gleichrichters bei geringer Last:
mit einem Spannungsregler (9, 703, 704) zur Rege- Der Leistungsfaktor cos φ eines Umrichters ist angelung des Zündwinkels des als Wechselrichter arbei- nähert durch die Gleichung
tenden Umrichters derart, daß die Gleichspannung 20 y
dieses Umrichters auf einem Sollwert gehalten wird cos ρ - —-*— 0)
und 1»35 Ei
mit einem Stromregler (8, 701, 702) zur Regelung
des Zündwinkels des als Gleichrichter arbeitenden gegeben, worin Vd die Gleichspannung am Umrichter,
Umrichters derart, daß der Gleichstrom in diesem 25 E2 die umrichterseitige Transformatorspaiinung und φ
Umrichter in Abhängigkeit von der Größe der Last der Regel- oder Zündwinkel ist £2 ist durch die Anzap-
einen vorbestimmten Wert annimmt, fungsregelung des Transformators konstant während
gekennzeichnet durch Va durch die Konstantspannungsregelung des Wechselrichters bestimmt ist, die den Wert der Klemmengleich-
— eine Einrichtung (710, 711; 720) zur Erzeugung 30 spannung V</, am Wechselrichter konstant auf dem Wert eines Kompensationssignals in Abhängigkeit Vd hält. Der Wert der Klemmengleichspannung V*· an von der Größe der Last, und durch dem auf konstantem Strom geregelten Gleichrichter er-
— eine Einrichtung (712) zur Addition des Korn- gibt sich dagegen aus der Summe der konstanten Klempensationssignals zum Sollwert des Spannungs- menspannung Vv, des Wechselrichters und des Leitungsreglers am Wechselrichter, 35 Spannungsabfalls /</ ■ Ri (mit ld als Gleichstrom und Ri
— wobei die Kompensation so getroffen ist, daß als Leitungsimpedanz), wodurch sich die Gleichspanbei abnehmender Größe der Last die deich- nung am Gleichrichter und damit dessen Leistungsfakspannung am Wechselrichter ansteigt und die tor cos?? r in Abhängigkeit vom Gleichstrom U und da-Gleichspannung am Gleichrichter abfällt. mit der Last ändert
40 Die vom Gleichrichter aufgenommene Blindleistung
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