DE661456C - Anordnung zur Gleichstromenergieuebertragung - Google Patents

Description

• Anordnung zur Gleichstromenergieübertragung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Gleichstromenergieübertragung, bei der am Anfang der Leitung die Wechsel- (Dreh-) Stromenergie durch Gleichrichter in Gleichstrom umgeformt und am Ende durch Wechselrichter wieder in Wechsel- (Dreh-) Strom zurückverwandelt wird. Bei einem Leistungsaustausch in beiden Richtungen und bei der Blindleistungsübertragung werden an jedem Ende Gleich- und Wechselrichter aufgestellt.
• Aus verschiedenen Gründen ist es wichtig, daß die Oberwelligkeit von Spannung und Strom in der Gleichstromleitung klein gehalten wird. Dies gilt einmal für die Rückwirkung der Oberwellen auf das Wechselstromnetz, die Beeinflussung von Fernmeldeanlagen usw. und insbesondere für Kabel, mit deren Verwendung bei der Gleichstromübertragung in erster Linie gerechnet wird. Es ist bekannt, daß man ein Kabel bei Gleichstrom mit einer vielfach höheren Spannung betreiben und demnach entsprechend höher ausnutzen kann, als für Wechselstrombetrieb zulässig ist. Dies ist hauptsächlich auf den Fortfall der dielektrischen Verluste bei Gleichstrom zurückzuführen. Da aber Oberwellen auch bei Gleichstrom dielektrische Verluste in den Kabeln hervorrufen und demnach deren Ausnutzung beeinträchtigen, so erhellt, abgesehen von anderen Gründen, schon daraus die Wichtigkeit, welche der Oberwelligkeit bei der Gleichstromübertragung zukommt. .
• Ein bekanntes Mittel, die Oberwelligkeit des durch Gleichrichter erzeugten Gleichstromes schalttechnisch, also abgesehen von besonderen Glättungseinrichtungen, zu verringern, besteht darin, eine möglichst große Anzahl von Phasen und Anoden zu verwenden. Besteht die Möglichkeit, zwei oder mehrere Gleichrichter parallel oder in Reihe zu betreiben, so erreicht man, soweit es sich um die Oberwellenwirkung handelt, eine _ Verdopplung oder Vervielfachung der Anodenzahl, wenn man die Phasen der zugehörigen Transformatoren gegeneinander versetzt, z. B. bei zwei parallel oder in Reihe arbeitenden 6-Phasen-Gleichrichtern eine izanodige Oberwelligkeit bei einer Versetzung der Phasenlage der zugehörigen Transformatorwicklungen um 30°.
• Die Erfindung geht nun einen Schritt weiter. Sie begnügt sich nicht damit, die Oberwelligkeit durch entsprechende Schaltung der Gleichrichter zu verringern; sondern macht sich die Erkenntnis zunutze, daß unter gewissen Voraussetzungen die Zusammenarbeit von Gleich- und Wechselrichter bei der einleitend beschriebenen Gleichstromübertragung schaltungstechnisch dazu verwendet werden kann, eine Verdopplung der von dem Gleichrichter erzeugten Oberwelligkeit in der Gleichstromleitung zu erzeugen und damit die Oberwellenamplituden entsprechend zu verringern.
• Wenn nämlich, wie es praktisch vielfach zutrifft, die Wechsel- (Dreh-) Stromnetze, r `,e auf die Gleichstromleitung arbeiten oder von ihr gespeist werden, miteinander synchron betrieben oder auf gleiche Vektorlage geregelt werden, so wird erfindungsgemäß eine Verdopplung der Pulsatiönsfrequenz und damit eine Verringerung der Oberwellenamplituden auf der Gleichstromleitung dadurch erreicht, daß sowohl der Gleichrichter als auch der Wechselrichter über eine gleich große oder angenähert gleich große Kathodendrosselspule an die Gleichstromleitung angeschlossen werden und daß die Phasen - des Gleich- und Wechselrichters um gegeneinander versetzt werden, wenn Gleich-und Wechselrichter die gleiche Phasenzahl p besitzen.
• Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Anordnung zeigt Abb. i. Dabei bedeutet r das Gefäß -eines dreianodigen Gleichrichters I, a und' 3 den zugehörigen dreiphasigen Umspänner; am anderen Leitungsende wird über- den dreianodigen Wechselrichter II mit dem Gefäß q. und den zugehörigen Umspanner 5,, 6 in das Drehstromnetz io zurückgearbeitet, das voraussetzungsgemäß über das Netz 12 mit dem Drehstromnetz 9 gekuppelt ist und daher mit-diesem synchron läuft. Die Wicklung 5 des Wechselrichterümspanners ist gemäß der Gleichung (i) um a = 2 33° = 6o' gegen die Wicklung a des Gleichrichterumspanners versetzt. 7 und 8 bedeuten die Kathodendrosseln zum Anschluß an die Gleichstromleitung i i.
• Das Spannungsdiagramm Abb. a zeigt grundsätzlich die Wirkungsweise: dieser Schaltung. 15 stellt die bekannte Gleichstromspannungskurve des dreiphasigen Gleichrichters mit der starken dreifachen Oberwelle dar, 16 die vom Wechselrichter hervorgerufene Spannungskurve, ebenfalls von dreifacher Oberwelligkeit. Diese Spannungen bestehen zwischen den Kathoden 15 bzw. 16 der Gefäße und den Sternpunkten der zugehörigen Umspannerwicklungen. Man erkennt aus Abb. z, daß die Augenblickswerte der vom Gleichrichter und Wechselrichter hervorgerufenen Spannungen, abgesehen vom Schnittpunkt der beiden Kurven, voneinander abweichen (vgl. schraffierte Fläche), -und zwar derart, daß die Spannungsdifferenz zwischen beiden Spannungen alle 6o° ihr Vorzeichen ändert. Die Kathodendrosseln 7 und 8 bewirken, daß der Strom in der Gleichstromleitung trotz dieser Spannungsdifferenz 'angenähert konstant in der gewünschten Rich-'T'-tung fließt. Ferner hat die (angenähert) ;&iche Verteilung der Induktivität auf die "Beiden Drosseln zur Folge, daß die Spanzwischen der Gleichrichter-und Wechselrichterkurve sich in jedem: Augenblick je zur Hälfte auf die Kathodendrosseln 7 und 8 verteilt. Infolgedessen weist die Gleichstromleitung i i einen Spannungsverlauf entsprechend der stark ausgezogenen Mittellinie r7 auf. Er entspricht, wie ohne weiteres zu erkennen ist, der mit einem sechsphasigen Gleichrichter erzielten Spannungskurve. Die Zusammenarbeit von Gleich- und Wechselrichter in der dargestellten Weise bewirkt mithin eine Verdopplung der Oberwelligkeit in der Gleichstromleitung. Trotz des dreianodigen Betriebes verhält die Leitung sich, als ob sie von einem sechsänodigen Gleichrichter gespeist würde.
• Falls die Spannungsvektoren in den Netzen 9 und io z. B. infolge der Belastung oder der durch die Steuerung des Wechselrichters. bedingten Verschiebung in ihrer Lage erheblich voneinander abweichen, beispielsweise um einen Winkel vom Betrage ß, und der mit der Schaltung beabsichtigte Zweck dadurch zum Teil aufgehoben wird, ist dem in der Weise zu begegnen; daß die Phasen der Umspannerwicklungen und 5 nicht um 6o °; sondern um (6o + ß) ° gegeneinander versetzt werden, wobei ß die Phasenverdrehung zwischen den Netzen 9 und io bedeutet. Ein anderes Mittel wäre der Einbau von Phasenreglern oder regelbaren Drosselspulen 13, 14 auf der Drehströmseite des Gleich- oder Wechselrichters. Sie bieten gleichzeitig den Vorteil, daß wechselnde Änderungen der Phasenlage infolge Laständerung ausgeglichen werden können und damit die Oberwelligkeit in der Gleichstromleitung sich jeweils: auf den günstigsten Betrag einregeln läßt.
• Abb. 3 zeigt eine Anordnung für eine Dreileitergleichstromübertragung; deren einzelne Elemente die gleiche Bezeichnung wie in Abb. i tragen und in den beidenTeilsystemen durch den Index a bzw. b unterschieden sind. Bei symmetrischer Belastung ist der Nullleiter stromlos, da die Außenleiter unter entgegengesetztem Potential stehen. Jeder der Außenleiter arbeitet mit einem eigenen Satz von Gleich- und Wechselrichtern entsprechend der Anordnung nach Abb. i. Jeder Außenleiter besitzt daher bei. der angenommenen dreianodigen Gefäßausführung eine sechsanodige Oberwelligkeit. Die Schaltung Abb. 3 1 ergibt außerdem noch eine weitere Verbesserung: Sowohl die beiden Gleichrichter als auch die beiden Wechselrichter sind um d. h. in dein vorliegenden Beispiel um 6o°, gegeneinander versetzt geschaltet. Die Wirkung ist aus Abb.. q. zu erkennen. Gegen den Nulleiter besitzen die Außenleiter der Gleichstromleitung die mit a bezeichnete Welligkeit entsprechend einer sechsanodig gespeisten Leitung bei dreianodigen Gleich-und Wechselrichtern. Da die Oberwellen der beiden Leitungen gegeneinander versetzt sind (in dem vorliegenden Beispiel um 3o°),so folgt daraus (vgl. Kurve b-), daß die Spannung zwischen den Außenleitern U#_ - U + + Ug die doppelte Oberwelligkeit, d. h. bei dem angenommenen Beispiel die i2anodige Oberwelligkeit, besitzt, wenn die Kathodendrosseln der beiden Systeme wieder so bemessen sind, daß der Spannungsabfall in ihnen der gleiche ist.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Gleichstromenergie-Übertragung mit Hilfe von Gleichstromleitungen, die an ihren Enden über aus gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefäßen bestehende Umformungseinrichtungen an synchron betriebene, ein- und mehrphasige Wechselstromnetze angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Enden ein und derselben Gleichstromleitung als Gleich- und Wechselrichter miteinander arbeitenden Umformungseinrichtungen mit gleichet Anodenzahl p um elektrische Winkelgrade gegeneinander versetzt betrieben werden und daß zwischen Kathode und Gleichstromleitung bei beiden Umformungseinrichtungen je eine Kathodendrossel von gleicher oder angenähert gleicher Induktivität vorgesehen ist.
2. 2. Anordnung zur Gleichstromenergie-Übertragung mit Hilfe von Dreileitersystemen, bestehend aus zwei Teilsystemen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden an ein und demselben Ende der Leitung zwischen je einem Außenleiter und dem Nulleiter arbeitenden Umformungseinrichtungen mit gleicher Anodenzahl p um elektrische Winkelgrade gegeneinander versetzt betrieben werden und daß die Kathodendrosseln beider Teilsysteme gleiche oder angenähert gleiche Induktivitäten besitzen.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Anschlußstellen der Gleichstromleitungen an die Wechselstromnetze Mittel vorgesehen sind, die die infolge von Belastungsänderungen auftretenden Phasenabweichungen der Wechselspannungen zwischen diesen Stellen selbsttätig oder von Hand ganz oder teilweise ausgleichen.