DE60217173T2

DE60217173T2 - Einrichtung mit steuerbarer impedanz

Info

Publication number: DE60217173T2
Application number: DE60217173T
Authority: DE
Inventors: Espen Haugs; Frank Strand
Original assignee: Magtech AS
Current assignee: Magtech AS
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2022-11-22
Also published as: WO2003044612A1; CN100397277C; KR20050044584A; DE60217173D1; CA2467986A1; ES2279902T3; CA2467986C; CN1618049A; EP1456728B1; KR100925300B1; AU2002366185A1; PT1456728E; EP1456728A1; ATE349730T1; JP2005510076A; HK1076516A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltkreiskomponente mit einer steuerbaren Impedanz eines Typs, der in der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nummer WO 01/90835 beschrieben wird. In der Patentanmeldung wird eine Schaltkreiskomponente mit einem Körper aus einem magnetisierbaren Material, einer Hauptwicklung, die um den Körper um eine erste Achse gewickelt ist und einer Steuerungswicklung beschrieben, die um den Körper um eine zweite Achse gewickelt ist. Durch Wechseln des Stromes in der Steuerungswicklung ist es möglich, die Reluktanz der Schaltkreiskomponente und dadurch die Impedanz unabhängig von Frequenzvariationen in dem Schaltkreis zu ändern, in dem die Hauptwicklung verbunden ist.
Die US-Patent-Veröffentlichung US 3,757,201 offenbart ein elektrische Leistung kontrollierendes oder regulierendes System mit einem Transformator-Hauptmagnet-Kernteil, der eine erste Ringöffnung bildet, einem magnetischem Steuerungs-Kernteil, der zweite Ringöffnung bildet, einem magnetischen Verbinden und Zusammenführen mit dem Hauptkern. Die zweite Öffnung ist außerhalb und getrennt von der Hauptkern-Öffnung. Primäre und eine sekundäre Hauptwicklungen sind auf dem Haupt-Kernteil angeordnet und durchlaufen die erste Öffnung. Steuerungswicklungen sind auf dem Steuerungskernteil angeordnet und durchlaufen die zweite Öffnung, während die erste Öffnung frei bleibt. Der magnetische Fluss, der die primären und sekundären Wicklungen an dem Haupt-Kernteil verbindet, ist durch ein Variieren der Anregung der Steuerungswicklungen steuerbar. Der zweite Kernteil erstreckt sich entweder in einer Ebene normal zu derjenigen der ersten Ringöffnung oder erstreckt sich um den Haupt-Kernteil in der gleichen Ebene wie der letztere und weist größere Abmessungen auf, so dass die zwei Ringöffnungen im wesentlichen in der gleichen Ebene liegen.
Die internationale Patentanmeldungs-Nummer WO 94/11891 offenbart eine Induktivität mit variabler Induktanz basierend auf dem Prinzip orthogonaler Magnetisierung, dass heißt Steuerung der Permeabilität des magnetischen Materials mit der Hilfe eines quer gerichteten Steuerungsfeldes. Die Induktivität weist eine Hauptwicklung auf, die für einen Wechselstrom vorgesehen ist und die einen röhrenförmigen Kern umrundet, der aus bandförmigem, magnetischem Material gewickelt ist. Der Kern ist aus einer Vielzahl von Ringkernen zusammengesetzt, die co-axial übereinander gestapelt sind und die axial geteilt und schräg relativ zueinander versetzt sind. Axial durch den Kern erstreckt sich eine Steuerungswicklung, die für Gleichstrom vorgesehen ist. Durch Ändern des Stromes in der Steuerungswicklung wird die Permeabilität des Kerns in ihrer axialen Richtung und dadurch ebenso die Induktanz der Induktivität geändert. Die Wirbelstrom-Verluste in dem Kern können beträchtlich verringert werden, indem man den Kern sich konisch zu seinen Enden verjüngen lässt oder indem so genannte Flusstrichter mit Blechen mit radialen Halmen nahe den Enden des Kerns angeordnet werden. Die Induktivität ist besonders zur Verwendung in Kraftwerken geeignet, zum Beispiel in einstellbaren harmonischen Filtern für eine Hoch-Gleichspannung.
Die internationale Patentanmeldungs-Nummer WO 97/34210 offenbart ein Gerät zum individuellen oder miteinander in Kombination stehenden Durchführen der Funktionen einer Spannungssteuerung, Leistungs-Faktor-Korrektur, Strom begrenzendem und harmonischem Filtern bei einem Netzwerk mit einer Leitungsspannung U_O und einer Lastspannung U mit der Hilfe einer Steuerungsspannung ΔU. Das Gerät umfasst eine steuerbare Drossel mit zumindest einer Steuerungswicklung und zumindest einer Leistungswicklung zum Erzeugen der Steuerungsspannung ΔU sowie eine Steuerungseinheit, die zumindest über einen Leistungsverstärker einen Steuerungsstrom I_s an die Steuerungswicklung liefert. Die Leistungswicklung ist in Serie mit der Last verbunden und durch diese fließt ein Laststrom I_O. Ein messendes Teil tastet den magnetischen Fluss der steuerbaren Drossel ab und liefert eine Fluss-Spannung VΦ die zu diesem proportional ist. Über messende Teile werden diejenigen Signale, die der Leitungsspannung U_O, der Lastspannung U, der Steuerungsspannung ΔU, dem Laststrom I_O und der Fluss-Spannung VΦ entsprechen, zu der Steuerungseinheit zurückgeführt, die in Abhängigkeit von diesen über den/die Leistungsverstärker einen derartigen Steuerungsstrom I_s an die Steuerungswicklung liefert, dass die Steuerungsspannung ΔU, die in die Leistungswicklung induziert wird, die Leitungsspannung U_O derart ergänzt, dass die relevanten Funktionen oder Funktion erreicht werden/wird.
Die Erfindung beruht auf einem System zum Steuern der Impedanz einer Übertragungsleitung gemäß dem Anspruch 1. Optionale Merkmale der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen definiert. Ein Hauptvorteil der Erfindung ist, dass diese keine beweglichen Teile oder komplizierten Schaltkreise zum Steuern des Impedanzwertes benötigt.
Das Prinzip der Erfindung ist in 1 dargestellt. In dieser Figur ist ein Körper 1 eines magnetisierbaren Materials dargestellt, das Ferrit oder Eisen oder ein anderes geeignetes magnetisierbares Material sein kann. Um den Körper 1 ist eine erste Hauptwicklung A1 gewickelt, die mit dem Schaltkreis an dem Punkt verbunden ist, bei dem es erforderlich ist, dass eine variable Impedanz eingeführt wird. A1 ist in einer ersten Richtung gewickelt, die in dem in 1a dargestelltem Fall mit dem Umfang des Körpers 1 übereinstimmt. Eine zweite Wicklung, die Steuerungswicklung A2, ist ebenso um den Körper 1 gewickelt, jedoch ist die Wicklungsachse unter rechten Winkeln (senkrecht) zu der Wicklungsachse für A1, wodurch weitestgehend eine transformative Verbindung zwischen A1 und A2 vermieden wird, wobei die einzige Verbindung innerhalb des magnetisierbaren Materials stattfindet. Im Prinzip äußert sich die Verbindung als eine Änderung in einem μ_r des Materials. Basierend auf bekannten Gleichungen Rm = 1/μ_rμ_OA, L = N²/Rm und X_L = jwL kann erkannt werden, dass eine Änderung in μ_r zu einer Änderung in L und dadurch in X_L führt.
Diese Eigenschaft der Erfindung ist, besonders in Bezug auf eine Regelung nützlich, die bei der gegenwärtigen Zeit mittels Leistungselektronik ausgeführt wird.
Ein vergleichendes Beispiel einer Implementierung der hierin offenbarten Schaltkreiskomponente ist für eine Serien-Kompensation in Übertragungsleitungen (2). Serien-Kompensierung wird in dem Fall einer Leistungsleitung 12 verwendet, bei der eine Verbindung unterschiedlicher Ausrüstung die Gesamt-Impedanz der Leitung veranlasst, einen übermäßig hohen induktiven Faktor aufzuweisen. Um den induktiven Faktor zu kompensieren, werden Kondensatoren C1 eingesetzt. Die Komponente L1 wird dann in Serie mit der Leitung 12 verbunden, bei der die Kompensierung durchzuführen ist (z.B. ist die Hauptwicklung A1 in der Komponente L1 in Serie mit der Leitung 12 verbunden). Zur gleichen Zeit wird die Komponente L1 parallel mit einem Kondensator oder einer Kondensator-Batterie C1 verbunden. Mittels der Steuerungswicklung A2 in L1 ist es möglich, die Impedanz L1 der Komponente von einem sehr niedrigen Wert (bei dem der Strom in der Leitung 12 durch die Komponente L1 und nicht durch den Kondensator C1 passiert) zu einem hohen Wert (bei dem der Strom in der Leitung 12 weitestgehend durch den Kondensator C1 passiert) zu steuern. Eine zweite Anwendung einer Serien-Kompensation geschieht, um den Impedanzwert für eine Übertragungsleitung zu ändern und dadurch einen Leistungsfluss zwischen mehreren parallelen Leitungen zu steuern. In dem in 1 dargestellten Fall ist es mittels der Komponente L1 möglich, die Impedanz in der Leitung 12 und dadurch die Lastverteilung zwischen den Leitungen 12 und 13 zu steuern. Gemäß dem Stand der Technik ist es damit möglich, eine Lastfluss-Regelung (ein Strombegrenzen oder eine Neuverteilung des Leistungsflusses) und eine Stabilitäts-Steuerung durchzuführen.
Gemäß dem Stand der Technik wird eine Serien-Kompensation dieser Art mittels eines Thyristor-gesteuerten oder Thyristor-verbundenen Serienkondensators (CSCS, TSSC) durchgeführt. Eine Thyristor-Gruppe und Steuerungsgeräte sind daher erforderlich, um die unterschiedlichen Thyristoren zu aktivieren. Dies ist sowohl mühsam als auch teuer.
Eine Ausführung der Erfindung umfasst eine messende Einheit 2 zum Messen von Parametern, die den Betrieb der Leistung betreffen (U, I cos ϕ, P, Q, S, f), eine verarbeitende Einheit, mit Ein- und Ausgängen, wobei ein erster Eingang derartig mit der messenden Einheit verbunden ist, dass die Ergebnisse der Messung zu der verarbeitenden Einheit übertragen werden, ein zweiter Eingang mit einer Eingabeeinheit zur Eingabe von gewünschten Werten verbunden ist und zumindest einem Ausgang, bei dem das Ausgabesignal in ein Strom-Steuerungssignal mit einer gewünschten Frequenz (dieser Strom kann ein Gleichstrom oder Wechselstrom sein) und Intensität umgewandelt wird, und eine Schaltkreiskomponente mit einer steuerbaren Impedanz mit einer Hauptwicklung zum Verbinden mit der Übertragungsleitung und einer Steuerungswicklung zum Verbinden mit der verarbeitenden Einheit, mit dem Ergebnis, dass die verarbeitende Einheit die Impedanz der Komponente auf Basis des Verhältnisses zwischen den Messergebnissen und den gewünschten Ergebnissen steuert.
Ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Ausführung der Erfindung ist in 3 dargestellt. Wie erwähnt, umfasst das System eine messende Einheit 2 zum Verbinden mit einer Übertragungsleitung 12, die Serien-kompensiert werden muss, und die die Betriebsparameter der Leitung misst, wie zum Beispiel Spannung, Strom, cos ϕ. Die gemessenen Werte werden an eine verarbeitende Einheit 4 übertragen, die in einer Ausführung der Erfindung ebenso mit gewünschten Werten gespeist wird. Basierend auf den Eingabewerten berechnet die verarbeitende Einheit einen gewünschten Wert für die Impedanz der Komponente L1 und dadurch den notwendigen Steuerungsstrom-Wert, der auf die Steuerungswicklung A2 in der Komponente angewendet wird.
Daher bildet die Ausführung eine steuerbare Serien-Drossel, die in Kombination mit einer Serienbatterie verwendet werden kann.
Die Erfindung weist einen großen Nutzwert auf, da diese zu einer erhöhten Netzwerkausnutzung (erhöhten Lastgrenzen) als einem Ergebnis der Fähigkeit einen Leistungsfluss zu regulieren (in Normalbetrieb oder nach einem Fehler) oder als einem Ergebnis von erhöhten Stabilitätsgrenzen führt.
In Bezug auf die Ausgabe der Schaltkreis-Komponente kann die maximale Ausgabe vorzugsweise in der Größenordnung von 3000 A mit einer Impedanz von 10-50 Ohm sein.
In Bezug auf die Regelungsanforderungen für das System ist eine lineare Steuerung der Serieninduktanz erforderlich. Das regulierende System (das in dem beschriebenen Beispiel durch die verarbeitende Einheit 4 bereitgestellt wird) sollte in der Lage sein, Leistungsänderungen mit einer Frequenz von bis zu 10 Hz zu folgen, falls die Einheit für eine Stabilitätssteuerung verwendet werden soll. Falls diese für eine Kompensation von untersynchronen Resonanzen verwendet wird, muss diese auf 30-50 Hz erhöht werden.
Bezüglich Schutzanforderungen, wenn das System verwendet wird, wird ein herkömmlicher Impedanz-/Entfernungs-Schutz durch einen „Wellenschutz" ersetzt. Falls eine Serienbatterie verwendet wird, resultiert dies in der Notwendigkeit von Metall-Oxid-Umwandlern (MOD – metal-oxid-diverter).
Soweit Systemverluste betroffen sind, sollten die stationären Verluste klein sein, jedoch ist dies eine kleinere Überlegung, da der gesamte Nutzwert der Komponente hoch ist. Einer der Vorteile des Systems ist, dass dieses eine einzelne Komponente mit außergewöhnlich niedrigen Betriebskosten umfasst.
Ein vergleichendes Beispiel einer Implementierung der hierin offenbarten Schaltkreiskomponente ist ein Nebenschluss-Kompensator (Shunt-Nebenschluss) in Übertragungsleitungen, z.B. als eine steuerbare Nebenschluss-Drossel möglicherweise in Kombination mit einer Nebenschluss-Batterie. Gemäß dem Stand der Technik wird diese Artder Nebenschluss-Kompensation mittels Thyristor-gesteuerten Drosseln (TCR – thyristor-controlled reactors) durchgeführt, mit allen Nachteilen, die dieses mit sich bringt. Diese Anwendung ist in 4 dargestellt.
Gemäß dem obigen vergleichenden Beispiel wird die Nebenschluss-Kompensation mittels einer Schaltkreis-Komponente L1 mit einer Hauptwicklung A1 implementiert, die an einer Seite mit einer Übertragungsleitung 13 verbunden ist und an der anderen Seite mit einem Kondensator C1 verbunden ist. Der Kondensator C1 ist wiederum mit der Erde verbunden. Die Kompensation wird durch Ändern der Impedanz der Schaltkreiskomponente L1 mittels der Steuerungswicklung A2 durchgeführt und dadurch wird die Gesamtimpedanz der Serie L1-C1 geändert. Die Gesamtimpedanz der Serien- Verbindung variiert daher von rein-induktiv (hoher Wert einer Impedanz für die Komponente L1) zu Null (Serienresonanz zwischen L1 und C1) und danach bis rein-kapazitiv (niedriger Wert einer Impedanz für die Schaltkreiskomponente L1). Zur gleichen Zeit ist es möglich, eine Spannungsregelung mittels dieses Gerätes durchzuführen, bei der eine unannehmbar hohe Spannung in der Leitung in der Lage ist, durch ein Erhöhen der gesamten Serienimpedanz für die Komponente und den Kondensator und umgekehrt für eine unannehmbar niedrige Spannung kompensiert werden kann.
In einer anderen Ausführung umfasst das System ein System zur Nebenschluss-Kompensation mit einer messenden Einheit, einer verarbeitenden Einheit und einer steuerbaren Schaltkreis-Komponente, bei dem die Hauptwicklung A1 zur parallelen Verbindung mit der Übertragungsleitung 13 angeordnet ist und bei dem das System weiter einen Kondensator oder eine Kondensator-Batterie C1 umfasst, die in Serie mit der Hauptwicklung A1 der Schaltkreiskomponente L1 zur Nebenschluss-Kompensation der Übertragungsleitung 13 verbunden ist.
Die Funktion dieser Ausführung der Erfindung ist eine reaktive Kompensation und Spannungsregulierung in der Übertragungsleitung.
Dies führt zu einer erhöhten Netzwerkauslastung (erhöhte Lastgrenzen) als ein Ergebnis einer besseren Spannungsregulierung (in einem normalen Betrieb oder nach einem Fehler) und einer reaktiven Reserve oder ebenso als ein Ergebnis erhöhter Grenzen in Bezug auf die Spannungsstabilität.
In Bezug auf eine Ausgabe der Nebenschluss-Drossel ist diese in der Größenordnung von 80-150MV Ar (300kV, 420kV). Die Anforderungen für eine Regelung der verarbeitenden Einheit sind ähnlich zu denen für eine SVC-Einheit (Bandbreite 10-20 Hz).
Dieses System weist keine speziellen Schutzanforderungen auf, was bedeutet, dass Standardleiter (MOA) verwendet werden können.
Soweit Verluste betroffen sind, entsprechen diese oder sind diese niedriger als diejenigen für gewöhnliche Drosseln, z.B. Drosseln mit einem Eisenkern, die die Impedanz nicht regulieren können. Steuerstromverlust kommt zusätzlich vor (3%). Es ist am bedeutendsten, diesen Aspekt der Erfindung mit einer herkömmlichen Thyristor-gesteuerten Spule (TCR) zu vergleichen.
Ein vergleichendes Beispiel einer Implementierung der hierin offenbarten Schaltkreiskomponente ist für eine Erdungsfehler-Kompensation. Der Stand der Technik auf diesem Gebiet umfasst die Verwendung einer sogenannten Petersen-Spule zum Begrenzen von Erdfehler-Strom. Eine Petersen-Spule ist eine Drossel mit einem Eisenkern und einem Luftspalt, die zwischen dem neutralen Punkt des Netzwerks und der Erde verbunden ist. Petersen-Spulen sind außergewöhnlich teuer, wobei sie zusätzlich mechanisch eingestellt werden müssen. Die Petersen-Spule muss zu allen Zeiten geregelt werden, um mit dem Rest des Systems zu schwingen, mit dem diese verbunden ist. Impedanzänderungen in dem System führen daher zu der Notwendigkeit einer neuen, mechanischen Einstellung der Spule. Dies ist schwerfällig und teuer und begrenzt wesentlich die Verwendung einer derartigen Spule. Dieses vergleichende Beispiel ist schematisch in 5 und 6 dargestellt. 5 stellt einen 3-Phasen-Umwandler dar, bei dem die primären Wicklungen in einer Delta-Konfiguration verbunden sind, während die sekundären Wicklungen in einer radialen Konfiguration verbunden sind. Die hier offenbarte Schaltkreiskomponente L1 wird daher zwischen dem Null-Punkt der radialen Konfiguration und der Erde angeordnet. Durch Ändern der Impedanz der Schaltkreiskomponente L1 ist es möglich, den Rück- oder Gegenstrom des Erdungsfehlers zu steuern.
Ein anderes vergleichendes Beispiel einer Implementierung der hierin offenbarten Schaltkreiskomponente ist in einem System für eine Erdungsfehler-Kompensation, z.B. zum Regulieren einer Erdungsfehler-Impedanz mit einer messenden Einheit 2 zum Messen von Gegen- oder Rückstrom eines Erdungsfehlers zusammen mit anderen Parametern für eine elektrische Komponente T1, einer verarbeitenden Einheit 4 mit zumindest einer Eingabe und einer Ausgabe, bei der die Eingabe mit der messenden Einheit 2 verbunden ist und wobei in der verarbeitenden Einheit die Messwerte mit gewünschten Werten für Gegenstromwerte des Erdungsfehlers verglichen werden, um ein Ausgabesignal abzuleiten, das ein Steuerungs-Stromsignal bildet und einer Schaltkreiskomponente L1 mit einer steuerbaren Impedanz mit einer Hauptwicklung A1 zum Verbinden zwischen der Komponente T1 und der Erde und einer Steuerungswicklung A2 zum Verbinden der verarbeitenden Einheit 4, mit dem Ergebnis, dass das Steuerungs-Stromsignal von der verarbeitenden Einheit 4 an die Steuerungswicklung A2 gespeist wird, wodurch die verarbeitende Einheit 4 eine Impedanz der Komponente L1 und eines Erdungsfehler-Stroms auf der Basis des Verhältnisses zwischen den Messergebnissen und den gewünschten Werten steuert.
In Bezug auf die Ausgabe dieses Systems ist diese vorzugsweise bis zu 200A.
Dieses vergleichende Beispielsystem weist keine speziellen Schutzanforderungen auf und die Verluste sind unbedeutend, da die Spannung über die Schaltkreiskomponente normalerweise niedrig ist.
Ein weiteres vergleichendes Beispiel einer Implementierung der hierin offenbarten Schaltkreiskomponente ist ein Filter, zum Beispiel als eine Nebenschluss- oder eine Serienkompensation mit schneller Regulierung.
Diese schnelle Regulierung wird durch einfaches Bereitstellen einer schnellen Änderung in dem Steuerungsstrom bereitgestellt.
Der obige, vergleichende, Beispiel-Filter umfasst einen Filter (7 für einen Band-Pass-Filter, 8 für einen Hoch-Pass-Filter) mit einem Nebenschluss- oder Serienkompensator mit einer Hauptwicklung zum Verbinden mit dem Hauptschaltkreis und einer Steuerungswicklung zum Verbinden mit einer Steuerungseinheit. Mittels des Steuerstroms ist die Schaltkreiskomponente, die in dem Filter umfasst ist, in der Lage, die Charakteristik des Filters wie erforderlich einfach durch Ändern der Charakteristik des Steuerungsstroms zu ändern.
Ein anderes vergleichendes Beispiel, dass die hierin offenbarte Schaltkreiskomponente implementiert, ist ein Filtersystem, das einen Filter mit der Schaltkreiskomponente zusammen mit einer messenden und einer verarbeitenden Einheit zum Steuern der Induktanz der Komponente umfasst. Die Funktion des Systems ist eine Kompensation, um die harmonische Phasenasymmetrie und Flackern zusätzlich zu einer reaktiven Kompensation zu verringern.
In der obigen Implementierung wird eine bessere Spannungsqualität und erhöhte Zuverlässigkeit in HVDC-Umwandlern bereitgestellt.
Insoweit die Ausgabeanforderung betroffen ist, variiert diese in Abhängigkeit davon, wo der Filter verwendet werden soll, jedoch kann im Allgemeinen als Regel festgestellt werden, dass diese in der Größenordnung von 50-100 MV Ar liegt. Die Regulierung des Systems muss schnell sein, nämlich vorzugsweise von Millisekunden bis zu 1/10 Sekunde.
Ein anderes vergleichendes Beispiel, das die hierin offenbarte Schaltkreiskomponente offenbart, ist ein Strombegrenzer-„Generator-Schalter", wie zum Beispiel eine gesteuerte Seriendrossel zum Strom-Begrenzen in Verbindung mit einem elektrischen Lastgerät. Dieses Beispiel ist in 9 dargestellt und ist im Ganzen ähnlich zu demjenigen, das in 3 dargestellt ist, außer dass die Steuerung ausschließlich auf der Basis der gewünschten Stromwerte durchgeführt wird. Daher umfasst das Beispiel ebenso ein Strom-begrenzendes System, bei dem es möglich ist, einen Schalter mittels der Schaltkreiskomponente bereitzustellen. Der Schalter ist dann in der Lage, von einem offenen Zustand (z.B. sehr hoher Impedanz) sich zu einem geschlossenen Zustand (z.B. Impedanz gleich zu Null) stufenlos mittels des Steuerungsstroms zu bewegen. Durch Verwenden eines derartigen Strombegrenzers ist es möglich, den Strom, der zu einem Lastgerät zugeführt wird, auf eine Größe zu verringern, die von einem Trennschalter gehandhabt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, Leistungsschalter (die 20 Mal so teuer wie Trennschalter sind, aber die andererseits in der Lage sind, hohe Stromwerte zu unterbrechen) durch Trennschalter in Kombination mit derartigen Strombegrenzern zu ersetzen.
In diesem Fall ist die Funktion des Systems Strombegrenzend durch Einführen einer höheren oder niedrigeren Impedanz in Abhängigkeit der Anforderung.
In Bezug auf den Nutzwert dieser Erfindung ist der bedeutendste Vorteil, dass diese zu einer Verringerung in der Notwendigkeit für Schalterausrüstung führt.
In diesem Fall ist die Ausgabeanforderung unabhängig gemäß dem Zweck, für den diese verwendet wird.
In Bezug auf die Regulierungsanforderungen ist es nicht notwendig, einen geschlossenen Regelkreis aufzuweisen.
Die Verluste in einem normalen „An-Modus" sind annähernd Null-Verluste.
Die Erfindung stellt eine Alternative zu einem Is-Begrenzer dar.
Wir präsentieren nun mögliche, konkrete Anwendungen der vergleichenden Beispiele.
Serien-Drossel Flesaker-Tegneby
In Bezug auf mögliche Anwendungen in dem Norwegischen Hauptnetzwerk kann die Verwendung der vergleichenden Beispiels – Serien-Drossel – angeführt werden. Grenzen für eine Übertragungskapazität von Westen nach Osten in Süd-Norwegen werden oft durch die Kapazität von 300 kV Flesaker-Tegneby bestimmt. Der Grund dafür ist, dass wenn Zentralleitungen in Ost-Norwegen ausfallen, dies zu einer erhöhten Last auf der Leitung/dem Kabel zwischen Flesaker und Tegneby führt. Eine steuerbare Serien-Drossel bietet die Möglichkeit eines Verringerns des Leistungsflusses auf dieser Verbindung in einer Fehlersituation an, wodurch ein Anwachsen in den Betriebs-Lastgrenzen in dem Flesaker-Abschnitt erlaubt wird.
Bahnstromversorgung
Leistungsfluktuation sind ein wachsendes Problem für die Bahnstromversorgung in Norwegen und in anderen Ländern, die Drehwandler verwenden. Die Wandler-Sätze in Norwegen bestehen hauptsächlich aus mechanisch verbundenen, synchronen, Motor-synchronen Generator-Sätzen, die das Bahnleistungsnetzwerk mit Einphasen-Wechselspannung von annähernd 15kV und einer Frequenz gleich zu 16 2/3 Hz versorgen. Stabilitätsprobleme, die mit den Wandler-Sätzen verknüpft sind, werden immer häufiger als ein Ergebnis der Tatsache erfahren, dass die Lokomotiven leitungsfähiger und schneller regulierend werden.
Das Problem ist aufgrund einer inhärent schlechten Dämpfung in den Wandler-Sätzen, die in Leistungsfluktuationen auf der drei-Phasen-Seite (der Netzwerkseite) resultiert und dadurch in einer Verringerung in der Elektrizitätsqualität. Zusätzlich verursachen die Fluktuationen eine erhöhte mechanische Abnutzung an den tatsächlichen Sätzen.
Ein vergleichendes Beispiel – gesteuerte Serien-Drossel – in Verbindung mit dem Transformator, der die Wandler-Sätze von der Netzwerkseite versorgt, kann eine sehr effektive Vorkehrung zum Stabilisieren ihres Betriebs sein.
Tragbare Steuerungseinheit für eine Vielzahl von Anwendungen.
Die Notwendigkeit für stationäre Steuerungseinheiten in dem Netzwerk variiert natürlich als ein Ergebnis von Last Änderungen, Netzwerkentwicklung oder speziellen, temporären Anforderungen. Es kann ebenso ins Auge gefasst werden, dass, selbst obwohl es immer eine Notwendigkeit für eine Steuereinheit gibt, die beste Position in dem Netzwerk sich mit der Zeit verändert. Es ist daher schwierig eine derartige Investition in das Netzwerk zu verteidigen, da man nicht weiß, wo oder für wie lange eine Notwendigkeit für diese Komponente besteht.
Dies stellt die Motivation zum Entwickeln kompakter Steuerungseinheiten bereit, die transportierbar sind und die eine große Flexibilität in Bezug auf Anwendungen aufweisen. Unter flexiblen Anwendungen in diesem Zusammenhang meinen wir sowohl Flexibilität in Bezug auf eine Steuerungsfunktion als auch eine Verbindung zu dem Netzwerk (unterschiedliche Spannungspegel, Serien- oder Nebenschluss-Verbindung, usw.).
Als ein bestimmtes Beispiel kann man eine Einheit ins Auge fassen, die auf einem Sattelanhänger montiert ist und die aus einem vergleichenden Beispiel – steuerbare Drosseln – besteht, möglicherweise in Kombination mit einer Kondensator-Batterie und mit der notwendigen Ausrüstung für einen Schutz und eine Netzwerkverbindung. Das Steuerungssystem muss flexibel und konfigurierbar sein, wodurch es der Einheit ermöglicht wird, für unterschiedliche Zwecke verwendet zu werden, wie zum Beispiel reaktiver Kompensation, aktiver Spannungsregulierung und Spannungs-Qualitätsverbesserung oder Dämpfung von Leistungsfluktuationen.
Andere konkrete Beispiele von Anwendungen der offenbarten Schaltkreiskomponente sind

– Erdungsstrom-Kompensation.
– Verwendung als ein Fehlerstrombegrenzer. Möglichkeit eines billiger- und kleiner-Machens von Generator-Schaltern.

In einem vergleichenden Beispiel, das die hierin offenbarte Schaltkreiskomponente offenbart, wird ein Transformatorgerät bereitgestellt, z.B. eine Schaltkreiskomponente, bei der zwei Hauptwicklungen und eine oder möglicherweise zwei Steuerungswicklungen gibt, wodurch es erlaubt wird, dass das Transformationsverhältnis des Transformators mittels einer oder mehrerer Steuerströme geändert werden kann.
Ein derartiges Transformatorgerät ist in 9 und 10 dargestellt. 9 stellt zwei drei-Phasen-Transformatoren mit einstellbaren Schaltkreiskomponenten dar. 11 stellt das Prinzip hinter diesem Gerät dar. Um den magnetisierbaren Körper 1 in eine zusätzliche Hauptwicklung A3 in einer derartigen Weise verbunden, dass die Wicklungen A1 und A3 zusammen mit dem verbundenen Körper 1 einen Transformator bilden. Die Steuerungswicklung A2 liegt immer noch vor und reguliert das Übermittlungsverhältnis des Transformators. Es ist ebenso möglich die Hauptwicklungen A3 um die gleiche Achse wie die Steuerungswicklungen zu wickeln.
Ein bedeutendes Gebiet einer Anwendung eines derartigen Transformators ist ein neues System zur Spannungsregulierung in Verbindung mit Transformatoren, das die bekannten, automatischen Abzapfwechsler unter Last ersetzt. Die Funktion besteht daher hauptsächlich in Spannungsregulierung. Die Vorteile einer erhöhten Verwendung von Transformatoren mit einem neuen „Abzapfwechsler" sind: Zuverlässigkeit, Wartung, Regulierung, gleiche Gültigkeit in allen Netzwerkarten (Verteilung, regionale und zentrale Netzwerke).
Unter den Vorteilen, die erhalten werden, ist eine schnellere und genauere Spannungsregulierung (einfacher mit koordinierter Steuerung).
Die Ausgabe für eine wie oben implementierte Schaltkreiskomponente beträgt 200-2000 A. In Bezug auf Regulierungsanforderungen gibt es keine Notwendigkeit für eine schnelle Regulierung, aber eine Regulierung der Größenordnung von 10 Sekunden bis 1 Minute genügt.
Insoweit Verluste betroffen sind, können diese mit denjenigen von anderen herkömmlichen Transformatoren verglichen werden.
Ein Hauptvorteil eines derartigen Transformatorgerätes ist, dass es zu viel niedrigeren Wartungskosten im Vergleich mit heutigen Abzapfwandlern führt.
Als alternative Lösung, z.B. Lösungen gemäß dem Stand der Technik, können wir herkömmliche, automatische Abzapfwandler erwähnen.
Das vergleichende Beispiel – Transformatorgerät – kann ebenso in Verbindung mit einem Phasenwinkel-Regulator verwendet werden, der dadurch eine Transformator-Komponente umfasst. Durch Regulieren des Steuerungsstroms ist es möglich, die Phasenverschiebung zwischen der primären und der sekundären Seite zu steuern. Ein Phasenwinkel-Regulator dieses Typs ist in 12 dargestellt. In diesem Fall kann eine Vielzahl von technischen Lösungen ins Auge gefasst werden, wie zum Beispiel ein einstellbarer Serien-Transformator (ein Serien-verbundener Transformator mit Spannungsregulierung). Die Funktion dieses Phasenwinkel-Regulators ist hauptsächlich Lastfluss-Regulierung und möglicherweise Stabilisierung.
Die Einführung des obigen, vergleichenden Beispiels führt zu einer erhöhten Netzwerkausnutzung (erhöhten Lastgrenzen) als ein Ergebnis der Möglichkeit einer schnellen Regulierung eines Lastflusses (im normalen Betrieb und nach einem Fehler) und verbesserter Stabilität.
Die Leistungsübertragung liegt in der Größenordnung von 200-1000 MVA (132kV-420kV).
Eine Regulierung hängt von der Funktion (statische Leistungsverteilung oder ebenso dynamische Regulierung und Stabilisation) ab. Für reine Lastflussregulierung, sind die Bandbreitenanforderungen in dem Bereich von Sekunden (0,1-1 Hz).
Die Schutzanforderungen sind die gleichen wie für die Serienkompensation.
Insofern Verluste berücksichtigt werden, sollten stationäre Verluste niedrig sein, was jedoch für jede Anwendung annehmbar ist, hängt von dem Gesamt-Nutzwert der Komponente ab.
Ein bestimmter Vorteil, de in Verbindung mit dem obigen vergleichenden Beispiel genannt werden kann, ist eine größere Flexibilität beim Betreiben des Netzwerkes.
Die alternativen Lösungen gemäß dem Stand der Technik sind statische Serien-Kompensatoren (SSSC), Phasenverzerrungs-Transformatoren, UPFC.
Der Spannungs- und Phasenwinkel-Regulator kann vorteilhafter Weise einen Teil eines Regulierungssystems bilden, bei dem, wie zuvor erwähnt, das System eine messende Einheit, eine verarbeitende Einheit und möglicherweise eine Einheit für eine manuelle Eingabe von gewünschten Werten umfasst.
All die zuvor erwähnten Ausführungen der Erfindung und vergleichende Beispiele sind besonders für eine Verwendung auf dem Meeresgrund oder an Hochdruck-Orten geeignet.

Claims

System zur Steuerung der Impedanz einer Übertragungsleitung (12), umfassend eine Messeinheit (2) zur Messung der Parameter, die den Betrieb der Leitung betreffen (U, I cos Φ, P, Q, S, f), eine Verarbeitungseinheit (4) mit mindestens einer Eingabe und einer Ausgabe, wobei die Eingabe mit der Messeinheit (2) verbunden ist, und in der Verarbeitungseinheit werden die Messwerte mit erwünschten Betriebswerten für die Leitung verglichen, um ein Ausgangssignal zu erlangen, das Steuerstromsignal bildet, und eine Schaltungskomponente (L1) mit steuerbarer Impedanz mit einer Hauptwicklung (A1) zur Verbindung der mit Übertragungsleitung und einer Steuerwicklung (A2) zur Verbindung mit der Verarbeitungseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt- und Steuerwicklungen rechtwinklig zueinander derart um ein und denselben Körper gewickelt sind, dass eine transformative Verbindung zwischen den Haupt- und Steuerwicklungen größtenteils vermieden wird, und die Steuerwicklung ist betriebsfähig, die Änderung der relativen Permeabilität des Materials des Körpers zu ändern, wodurch die Impedanz der Schaltungskomponente geändert wird, wenn das Steuerstromsignal von der Verarbeitungseinheit in die Steuerwicklung geführt wird, wodurch der Betrieb der Leitung auf Basis des Verhältnisses zwischen den Messergebnissen und den erwünschten Werten gesteuert wird.
System nach Anspruch 1, wobei die erwünschten Werte für die Leitung hauptsächlich durch einen Bediener eingegeben werden können.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hauptwicklung (A1) zur Verbindung in Reihe mit der Übertragungsleitung (12) angeordnet sind und das System umfasst ferner einen Kondensator oder eine Kondensatorbatterie (C1) parallel verbunden mit der Hauptwicklung (A1) der Schaltungskomponente (L1) für Reihenausgleich der Übertragungsleitung (12).
System nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungseinheit eingerichtet ist, Leistungsänderungen mit einer Frequenz von bis zu 10 Hz bei Stabilitätssteuerung und 30-50 Hz beim Ausgleich subsynchroner Resonanz zu folgen.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hauptwicklung (A1) zur Verbindung parallel mit der Übertragungsleitung (12) angeordnet sind und das System umfasst ferner einen Kondensator oder eine Kondensatorbatterie (C1) in Reihe verbunden mit der Hauptwicklung (A1) der Schaltungskomponente (L1) für Nebenanschlussausgleich der Übertragungsleitung (12).
System nach Anspruch 5, wobei die Verarbeitungseinheit zur Bereitstellung von Regulierung mit einer Bandbreite von 10-20 Hz eingerichtet ist.
System nach beliebigen der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Körper eine durchgehende Öffnung aufweist.
System nach Anspruch 7, wobei die Hauptwicklung durch die Öffnung gewunden ist.