DE3326947A1

DE3326947A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum betrieb einer hochspannungs-gleichstrom-verbindung zwischen zwei wechselspannungsnetzen

Info

Publication number: DE3326947A1
Application number: DE19833326947
Authority: DE
Inventors: York Dipl.-Ing. 1000 Berlin Rogowsky
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1983-07-22
Filing date: 1983-07-22
Publication date: 1985-02-07
Also published as: CA1210445A; ZA845045B; SE8403677L; SE8403677D0; US4649466A

Description

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Verfahren und Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochspannungs-Gleichstrom-Verbindung zwischen zwei Wechselspannungsnetzen

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens. Eine Regelung zum Betrieb einer derartigen Hochspannungs-Gleichstrom-Verbindung ist in den "BBC-Nachrichten" Okt./Nov. 1970, Seiten 295 bis 302 beschrieben.

Bei Gleichstrom-Verbindungen zwischen zwei Wechselstromnetzen spricht man von einer HGÜ (Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung), wenn zwischen Gleichrichter und Wechselrichter eine längere Leitung eingeschaltet ist. Ist dagegen keine Leitung vorhanden spricht man von einer Kurzkupplung.

Der Hauptzweck der Gleichstrom-Verbindung ist es, zwischen den Drehstromnetzen Wirkleistung zu übertragen.

In der Zeichnungsfigur ist das Prinzipschaltbild einer Gleichstrom-Verbindung am Beispiel einer HGÜ nebst der üblichen Regelung dargestellt.

Ein Drehstromnetz 6 ist über einen Transformator 7 an einen Gleichrichter gelegt. Dieser Gleichrichter 2.0 steht über eine Hochspannungs-Gleichspannungs-Verbindung 12, die Induktivitäten 10, 11 aufweist, mit einemWechselrichter 3.0 in Verbindung. Der Wechselrichter 3.0 ist ausgangsseitig über einen weiteren Transformator 8 an ein weiteres Drehstromnetz 9 gelegt.

Zur Regelung der über die Verbindung 12 zu übertragenden Leistung wird die gewünschte Führungsgröße als P_Rpp einem Leistungsregler 1 vorgegeben.

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Die zugehörige Regelgröße für die Leistung bildet der Regler 1 aus der Gleichspannung U, der Verbindung 12, die über eine Spannungserfassungsvorrichtung 2.5 abgegriffen wird, und dem Strom I, über die Verbindung 12, die mittels eines Stromwandlers 2.6 erfaßt wird. Der Leistungsregler 1 gibt ausgangsseitig einen Stromsollwert I, _„„ vor, der einem Gleichrichter-Stromregler 2.1 und einem Wechselrichter-Stromregler 3.1 zugeführt wird. Beim Wechselrichter 3.0 wird dieser Stromsollwert um ein Margi-nal Δ I vermindert. Über ein Ablöseglied 3.3.^ä kommen entweder der Stromregler 3.1 (mit dem über einen Stromwandler 3.6. erfaßten Gleichstrom I, in der Verbindung 12 als Regelgröße) oder ein Löschwinkelregler 3.2 zum Eingriff auf eine Impulssteuerung 3.4 des Wechselrichters 3.0, je nachdem, welcher von beiden den kleineren Steuerwinkel oc einstellen möchte. Dem Löschwinkelregler 3.2. wird eine Führungsgröße ^*"_Rpp für den Löschwinkel ~f des Wechselrichters 3.0 sowie eine Regelgröße zugeführt, die aus der Netzwechselspannung über einen Wandler 3.5 und dem Ausgangsstrom über einen Wandler 3.7 bestimmt wird.

Auf der Gleichrichterseite löst sich im Eingriff auf die Impulssteuerung 2.4 des Gleichrichters 2.0 der Stromregler 2.1 mit einem Gleichspannungsregler 2.2 über ein Ablöseglied 2.3 derart ab, daß derjenige Regler wirksam wird, der den größeren Steuerwinkel oc einstellen möchte. Dem Gleichspannungsregler 2.2 wird eine Führungsgröße U, _ΜΑγ ^als maximal in der Verbindung 12 zulässige Gleichspannung vorgegeben. Seine Regelgröße U, erhält er ebenfalls von der Spannungserfassungsvorrichtung 2.5. Der Spannungsregler 2.2 des Gleichrichters wird meist nur zur Begrenzung der Gleichspannung gebraucht, um spannungsmäßige Überbeanspruchung von Bauteilen zu vermeiden. Seine Führungsgröße U, _ΜΑχ steht im allgemeinen bei etwa 105...115 der Nennglejchspannung der Verbindung 12.

Im Normalbetrieb ist beim Gleichrichter 2.0 der Stromregler 2.1 im Eingriff. Da er einen um Δ I größeren Strom einstellt, als ihn der Stromregler 3.1 des Wechselrichters 3.0 sehen möchte, erhöht der letztere die Gegenspannung, bis er vom Löschwinkelregler 3.2 abgelöst wird, der die höchste Wechselrichterspannung bestimmt.

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Wenn der Gleichrichter nicht genügend Strom entwickelt, weil z. B. seine Netzspannung U. zu niedrig ist, wird der Stromregler 3.1 des Wechselrichters 3.0 seinen Steuerwinkel ^C verkleinern und damit die Gegenspannung verkleinern, bis ein Strom entsprechend seiner Führungsgröße fließt.

Die Höhe der Drehspannung U_T des Drehstromnetzes 6 kann durch an der Sammelschiene abgenommene Blindleistung beeinflußt werden. Abgenommene induktive Blindleistung bewirkt dabei eine Spannungsabsenkung.

Beide Stromrichter der Gleichstrom-Verbindung nehmen stets induktive Blindleistung auf, die proportional zum fließenden Gleichstrom und näherungsweise proportional zum Sinus des Steuerwinkels oC ist. Der Steuerwinkel kann über den Gleichspannungsregler 2.2 beeinflußt werden: Bei maximaler Spannung ist oC = 0, und mit zunehmendem 0Cwird die Spannung kleiner : U ,.~ cos ent-

Gleichstrom-Verbindungen sind im allgemeinen so aufgebaut, daß im Nennbetrieb die von ihnen benötigte Blindleistung durch Kondensatoren gedeckt wird (DE-OS 22 28 042). Wird nun Teillast gefahren, dann ist zu viel Kondensatoiieistung vorhanden und die Drehspannung kann zu hoch werden. In diesem Fall wäre es wünschenswert, die G !eichst rom-Verbindung mit niedriger Gleichspannung zu betreiben. Hierzu sind bereits etliche Vorschläge gemacht worden, die meistens den Betrieb mit konstantem Leistungsfaktor bezwecken, s. z. B. IEEE Trans. PAS 89 No 6 (1970) p.p. 1120 ... 1126 (Kanngießer, Lips).

Die vorliegende Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß bei der Gleichstrom-Verbindung die Übertragung der gewünschten Wirkleistung vorrangig ist. Da diese bei voller Gleichspannung und Nennstrom ihren Nennwert hat, ist eine Beeinflussung der Blindleistung bei Teillast möglich. Bei Teillast und nicht begrenzter Gleichspannung stellt der Leistungsregler einen kleineren Gleichstrom ein.

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Der Erfindung liegt danach die Aufgabe zugrunde, das eingangs angegebene Verfahren derartig auszugestalten, daß die Möglichkeiten einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung oder einer Kurzkupplung auf einfache Weise ausgenutzt werden, mittels ihrer Blindleistung die Wechselspannung des am Gleichrichter liegenden Netzes auf einen möglichst konstanten Wert zu regeln.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Beim Teillastbetrieb kann also eine höhere Blindleistung für den Gleichrichter eingestellt werden,als es der Mindestblindlast entspricht. Damit wird ein beträchtlicher Beitrag zur Spannungskonstanthaltung des am Gleichrichter liegenden Wechselspannungsnetzes geliefert. Die Wirkleistungsübertragung wird nicht beeinträchtigt, solange die Gleichspannung mittels des Gleichspannungsreglers des Gleichrichters soweit begrenzt wird, bis der Leistungsregler wieder den Nennstrom eingestellt hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.

Schaltungsanordnungen zur Durchführung des Verfahrens geben die Ansprüche 4 bis 6 an.

Die Erfindung soll für ein Beispiel anhand der Zeichnungsfigur im folgenden erläutert werden.

Die dem Gleichspannungsregler 2.2 im Sinne der Erfindung vorgegebene Führungsgröße U, _Rp_ liegt am Ausgang eines Kleinstwertauswahlgliedes 5.12, das den kleineren seiner beiden ihm zugeführten Eingangswerte zum Ausgang durchschaltet. Auf den einen Eingang des Gliedes 5.12 wirkt ein Wert U, _MAy, der wie bisher üblich, die höchste einstellbare Gleichspannung bestimmt. Der andere Eingang, der kleinere Werte als U, _MAy einstellen kann, ist mit dem Ausgang eines Integrators 5.1 verbunden, dessen Ausgangsgröße über Schal-

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ter 5.2 bzw. 5.3 zeitlinear vermindert bzw. erhöht werden kann. Die Stellgeschwindigkeit wird dabei durch die Höhe einer Ladespannung U_n bestimmt, die mit bekannten Mitteln leicht verändert werden kann. In Komparatoren 5.8 bzw. 5.9 wird die über einen Spannungswandler 5.13 gemessene Drehspannung U. mit einem einstellbaren Referenzwert U. ορτ? verglichen. Ist

U₁ > U₁ „j-,,-, gibt Komparator 5.8 ein Ausgangssignal; ist U₁ < U_{1 D},-.,-., Lj · L· K.tr L, Li K.iir'

hat Komparator 5.9 ein Ausgangssignal. Ein weiterer Komparator 5.10 vergleicht den fließenden Gleichstrom I, mit einem eingestellten Strom-Grenzwert für den Betrieb mit verminderter Gleichspannung, I, _WAV r>c-rr> und

Q IVl A Λ K.Ür gibt Signal, solange I_d < I_{d MAXREF} ist.

Der Wert I, _MAv npp ^mag ^z- B· 0,95 p.u. des Nenngleichstroms betragen. Um schnelle Leistungsänderungen nicht zu behindern, kann der Wert I j WAV π pp j ^Dei dem die Gleichspannung nicht weiter herabgesetzt wird, auch bei kleineren Werten als 95 % eingestellt werden.

Beide Ausgangssignale der Komparatoren 5.8 und 5.10 müssen an einem UND-Glied 5.4 wirken, damit der Schalter 5.2 betätigt wird, der den Ausgang des Integrators 5.1 zu tieferen Werten verstellt.

Um bei kurzzeitigen Spannungsänderungen, die in Drehstromnetzen bei Lastzuschaltungen oder bei Kurzschlüssen vorübergehend auftreten, keine unnötige Verstellung vorzunehmen, ist es zweckmäßig, den Ausgang des Komparators über ein Zeitglied 5.6 dem UND-Glied 5.4 zuzuführen, welches erst nach einer vorbestimmten Dauer der veränderten Netzspannung U₁ das Komparatorsignal an das UND-Glied 5.4 weitergibt.

Wenn der Komparator 5.9 eine zu niedrige Netzspannung meldet, betätigt sein Ausgang über ein weiteres Zeitglied 5.7 über ein ODER-Glied 5.5 den Schalter 5.3 und erhöht den Spannungsbegrenzungswert entweder so lange bis die Spannung stimmt, d. h. daß das Ausgangssignal des Komparators 5.9 verschwunden ist, oder, wenn der Spannung,sreferenzwert nicht eingestellt werden kann, bis zum maximalen Ausgangswert des Integrators 5.1, der U _MAv gleich ist.

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Über das ODER-Glied 5.5 wirkt auch der Ausgang eines !Comparators 5.11, der feststellt, daß der Gleichstrom I , über den Wert I, _MA χ n_EF gestiegen ist. In diesem Fall hat der Leistungsregler 1 einen höheren Wert eingestellt, und es muß die Spannungsbegrenzung verringert werden, damit die Leistungsregelung ihren Sollwert bei I, _{MAX R}pp einstellen kann, soweit dies möglich ist.

Da dann, wenn die Gleichspannung begrenzt ist, mit dem Nenn-Gleichstrom nur eine kleinere als Nennleistung übertragen werden kann, muß bei einer gewollten Leistungserhöhung zunächst die Gleichspannungsbegrenzung gelockert werden. Wenn die hierfür benötigte Zeit zu groß ist, kann der Grenz-Gleichstromwert I, y_Ay _Rpp herabgesetzt werden, bis zu dessen Wert noch eine Spannungsbegrenzung erlaubt ist. Dann kann in jedem Fall eine Leistungsänderung entsprechend der Stromänderung von I, way Dpp den Nenn-Gleichstrom unmittelbar ausgeführt werden.

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Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Theodor-Stern-Kai 1 6000 Frankfurt 70 Ham/se B 83/19 Ham Verfahren und Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochspannungs-Gleichstrom-Verbindung zwischen zwei Wechselspannungsnetzen Patentansprüche

1.Λ Verfahren zum Betrieb einer Hochspannungs-Gleichstrom-Verbindung zwischen zwei Wechselspannungsnetzen, die einen Gleichrichter mit über eine Ablöseschaltung eingreifender Gleichstrom- oder Gleichspannungsregelung und einen Wechselrichter mit über eine Ablöseschaltung eingreifender Löschwinkel- oder Stromregelung aufweist und bei der die Führungsgröße für die Stromregelungen von einer Leistungsregelung vorgegeben wird,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Führungsgröße für die Gleichspannungsregelung beim Gleichrichter

- im Falle einer oberhalb eines Referenzwertes liegenden Wechselspannung des am Gleichrichter liegenden Netzes solange vermindert wird, wie die Wechselspannung noch diesen Referenzwert übersteigt und wie der über die Gleichst rom-Verbindung fließende Gleichstrom unterhalb eines vorgegebenen Strom-Grenzwertes liegt und

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- im Falle einer unterhalb des Referenzwertes liegenden Wechselspannung des am Gleichrichter liegenden Netzes solange erhöht wird, wie entweder die Wechselspannung noch unterhalb des Referenzwertes liegt und ein vorgegebener Maximalwert für die -Gleichspannung noch nicht erreicht ist oder der Gleichstrom oberhalb des vorgegebenen Grenzwertes liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Verstellung der Führungsgröße für die Gleichspannungsregelung nur bei Mindestabweichungen der Wechselspannung vom Referenzwert vorgenommen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Grenzwert des Gleichstromes so eingestellt wird, daß eine schnelle Änderung der Übertragungsleistung möglich ist.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

gekennzeichnet durch

- einen Integrator (5.1), der ausgangsseitig mit dem Gleichspannungs- 2® regler (2.2) für den Gleichrichter (2.0) als ein Führungsgrößengeber

verbunden ist und der eingangsseitig über Schalter (5.2; 5.3) sowohl an eine positive als auch an eine negative Ladespannung (+ U_; -U₀) legbar ist,

- ein ausgangsseitig auf den Schalter (5.2) für die negative Ladespannung (-U_n) einwirkendes UND-Glied (5.4),dessen einer Eingang mit dem Ausgang eines ersten !Comparators (5.8) verbunden ist, der dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn die von einem Spannungswandler (5.13) erfaßte Wechselspannung (U, ) des am Gleichrichter (2.0) He-

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genden Netzes (6) größer als der Referenzwert (U₁ ,-.,-.,-,) ist, und

LKtr

dessen anderer Eingang an den Ausgang eines zweiten Komparators (5.10) angeschlossen ist, der dann ein gleiches Ausgangssignal abgibt, wenn der in der Gleichstrom-Verbindung (12) fließende Gleichstrom (I.) kleiner als der vorgegebene Strom-Grenzert (ΐ,Λ.._χ Rpp^ '^{st sow}i^e

- ein ausgangsseitig auf den Schalter (5.3) für die positive Ladespannung (+LL) einwirkendes ODER-Glied (5.5), dessen einer Eingang mit dem Ausgangleines dritten Komparators (5.9) verbunden ist, der dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn die vom Spannungswandler (5.13) erfaßte Wechselspannung (U.) kleiner als der Referenzwert (U_{T RF}J ist, und bei dem ein weiterer Eingang an den Ausgang eines vierten Komparators (5.11) angeschlossen ist, der dann ein gleiches Ausgangssignal abgibt, wenn der Gleichstrom (i,) größer als der vorgegebene Strom-Grenzwert 0_{dMAX REP}) ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen den ersten Komparator (5.8) und das UND-Glied (5.4) und/oder zwischen den dritten Komparator (5.9) und das ODER-Glied (5.5) jeweils ein Zeitglied (5.6; 5.7) geschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen den Ausgang des Integrators (5.1) und den Gleichspannungsregler (2.2) des Gleichrichters (2.0) ein Kleinstwertauswahlglied (5.12) geschaltet ist, das außer mit der Ausgangsgröße des Integrators (5.1) mit einem Maximalwert (U.w.y) für die Gleichspannung (U,) beaufschlagt ist.