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Umformeranlage zur Entnahme von Energie aus einer mit hochgespanntem
Gleichstrom betriebenen Leitung Die Erfindung bezieht sich auf Energieübertragungsanlagen,
bei denen elektrische Energie in Form von hochgespanntem Gleichstrom über größere
Entfernungen übertragen wird.
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Es ist bekannt, daß diese Form der Energieübertragung aus mehrfachen
Gründen gegenüber der bisher allgemein üblichen Drehstromhochspannungsübertragung
vorteilhaft ist. Von wesentlicher Bedeutung bei derartigen Anlagen sind die Umformerstationen,
durch die die Gleichstromhochspannungsübertragungsleitungen mit den örtlichen Verteilungsnetzen,
beispielsweise Mittelspannungsnetzen, verbunden werden, wobei angenommen ist, daß
diese Verteilungsnetze nach wie vor mit Drehstrom betrieben werden.
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Für diese Umformeranlagen sind Schaltungen bekanntge"vorden, die mit
gesteuerten Entladungsgefäßen, insbesondere gas- .oder dampfgefüllten Entladungsgefäßen
mit Gittersteuerung, arbeiten. Je nach der Energierichtung werden die Umformer als
Gleichrichter oder als Wechselrichter betrieben. Für Gleichstromhochspannungsleitungen
ist es auch bekannt, diese Umformer gleichstromseitig in Reihe in die Leitung zu
schalten.
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Gemäß der Erfindung ist an die Wechselstromseite eines Wechselrichters,
der zum Zwecke der Energieentnahme gleichstromseitig mit der Gleichstromleitung
in Reihe geschaltet ist, ein Wechselstrommotor angeschlossen, der mit einem die
Stromverbraucher speisenden Wechselstromgenerator gekuppelt ist. Der zum Antrieb
des Generators dienende Motor wird vorteilhaft als Wechselstromsynchronmotor ausgebildet.
Der Wechselrichter und der den Wechselstromgenerator antreibende Motor sowie die
zugehörigen Nebenapparate, wie Erregermaschinen o. dgl., werden erfindungsgemäß
für hohe Spannungen gegen Erde isoliert; zwischen Wechselstrommotor und Wechselstromgenerator
ist dann eine isolierte mechanische Kupplung geschaltet.
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Von bekannten Umformeranordnungen, bei denen ein Wechselrichter gleichstromseitig
in Reihenschaltung in der Gleichstromhochspannungsleitung liegt, unterscheidet sich
die Umformeranordnung der Erfindung im wesentlichen dadurch, daß der Wechselrichter
wechselstromseitig nicht unmittelbar an das zu speisende Verteilungsnetz angeschlossen
ist, sondern daß zwischen den Wechselrichter und dieses Verteilungsnetz noch eine
mechanisch-elektrische Energieumformung geschaltet ist. Das. hat zunächst den Vorteil,
daß der Wechselrichter unabhängig von den Anforderungen des dreiphasig zu betreibenden
Verteilungsnetzes ausgebildet werden kann. Der Motorgenerator, welcher an den Wechselrichter
angeschlossen ist, kann nämlich
gleichzeitig als Phasenzahlumforrner
verwendet werden, so daß es auch bei einem dreiphasigen Verteilungsnetz nicht erforderlich
ist, einen dreiphasigen Wechselrichter zu verwenden. Der Wechselrichter, der wechselstromseitig
an den Motor des Motorgenerators angeschlossen ist, kann vielmehr einphasig ausgebildet
sein, was für den Aufbau dieses Wechselrichters vorteilhaft ist. Der zwischen Wechselrichter
und Verteilungsnetz geschaltete Motorengenerator hat fernerhin den Vorteil; daß
er gleichzeitig als Blindleistungsgenerator für das Verteilungsnetz verwendet werden
kann, und däß er die Möglichkeit bietet, die Betriebsgrößen des dreiphasigen Verteilungsnetzes
bequem zu regeln. Auch das ist ein wesentlicher Vorzug gegenüber der unmittelbaren
Verbindung des Wechselrichters mit dem Verteilungsnetz, weil es vielfach Schwierigkeiten
bereitet, die von einem Wechselrichter abgegebene Wechselspannung in weiten Grenzen
zu regeln. Die Umformeranlage nach der Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß
in den Wicklungen der Anschlußapparate die in der Gleichstromhochspannungsleitung
herrschende Spannung nicht auftritt und daß das Schalten dieser Hochspannung soweit
wie möglich vermieden ist. Außerdem liegen in den Schaltwegen keine Indüktivitäten.
Die einzigen in der Anlage noch verbleibenden mechanisch bewegten Kontaktteile sind
die Schleifringe des Wechselstromsynchronmotors, aber auch diese lassen sich vermeiden,
wenn man Wechselstrommaschinen verwendet, die ohne Schleifring arbeiten, beispielsweise
Wechselstrominaschinen, die nach Art der sogenannten Mordey-Maschinen gebaut sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Eine Gleichstromleitung i ist über Trennschalter 2, 3 an einSarnmelschienensystem
.4 angeschlossen. An letzterem liegt der Wechselrichter 5, welcher wechselstromseitig
einen Synchronmotor 6 speist. Über eine isolierte mechanische Kupplung 7 ist mit
diesem Motor ein Drehstromgenerator 8 gekuppelt, der ein Verteilungsnetz 9 mit Drehstrom
versorgt. Die Verbindungen zwischen den Leitungen i und q. sowie dem Wechselrichter
5 sind derart ausgebildet, daß der Wechselrichter jeweils mit einem der beiden Gleichstromleiter
in Reihe geschaltet werden kann, je nachdem die Trennschalter 2 oder 3 eingeschaltet
sind: Der Synchronmotor 6 hat eine Gleichstromerregung, die an das Gleichstromnetz
anschließbar ist, und zwar in Reihe mit dem Wechselrichter 5. Falls noch weitere
Hilfseinrichtungen in dem durch die punktierte Linie i i abgegrenzten, für Hochspannung
isolierten Teil der Anlage verwendet werden sollen, werden auch diese Apparate mit
dem Wechselrichter 5 in Reihe geschaltet. Dem Wechselrichter 5 und der Gleichstromerregung
des Synchronmotors 6 sind Regelwiderstände 12 und 13 zugeordnet, die zum Anlassen
der Anlage und zur Regelung dienen. Den beiden Trennschaltern 2 und 3 sind noch
weitere Trennschalter i¢ und 15 zuzuordnen, die auch als Kurzschließer bezeichnet
werden können und dazu dienen, denjenigen Leiter der Gleichstromhochspannungsleitung
zu schließen, in den die Umformeranlage nicht eingeschaltet ist. Schließlich seien
noch Überspannungsschutzeinrichtungen 16 und 17 erwähnt; die zweckmäßig zu den Kurzschließern
14 und 15 Parallel geschaltet werden.
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Falls in dem für hohe Spannung gegen Erde isolierten Teil der Anlage
noch Hilfsspannungen, beispielsweise Gleichstromvorspannungen öder Steuerwechselspannungen
im Gitterkreis des Wechselrichters, notwendig sind, so können mit dem Synchronmotor
6 noch Zusatzmaschinen gekuppelt werden, die ebenfalls für die gleiche Spannung
isoliert werden.
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Die in der Zeichnung dargestellte Umformeranordnung kann noch derart
geändert werden, daß durch Wahl eines entsprechenden Übersetzungsverhältnisses des
Wechselrichtertransformators die für Hochspannung isolierte mechanische Kupplung
in Fortfall kommt. Der Erregerstromkreis io, 13 des Synchronmotors 6 wird dabei
nicht in die Gleichstromhochspannungsleitung geschaltet, sondern es wird für die
Erregung des Motors 6 in üblicher Weise eine besondere Erregermaschine vorgesehen.
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Es wurde bereits erwähnt, daß zu den einzelnen in dem Gleichstromteil
der Anlage liegenden Verbrauchern, d.li. zu dem Wechselrichter 5 und der Erregerwicklung
des Motors 6 zweckmäßig Regelwiderstände parallel zu schalten sind. Diese Widerstände
können noch mit trennschalterähnlichen Schaltern zusammenarbeiten, wie sie in den
Kurzschließern 14 und 15 vorgesehen sind: Zweckmäßig werden dann auch noch mit den
Verbrauchern in Reihe geschaltete Trennschalter, wie die Txennschalter 2 und 3,
vorgesehen, um jeden Verbraucher vollständig abtrennen zu können. Trennschalter,
Kurzschließer und Regelwiderstände zusammen geben die Möglichkeit, den Verbraucher
mit der Gleichspannungsleitung zu verbinden und von ihr zu trennen, ohne daß die
Schalter unter Spannung betätigt zu werden brauchen: