DE69412582T2

DE69412582T2 - Hochspannungsgleichstromübertragung

Info

Publication number: DE69412582T2
Application number: DE69412582T
Authority: DE
Inventors: Bernt S-771 43 Ludvika Bergdahl; Per-Erik S-791 32 Falun Bjoerklund; Urban S-772 70 Saxdalen Stroem; John J. Portland Or 97230 Vithayathil
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1993-08-03
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2014-07-01
Also published as: EP0663115A1; CN1042476C; EP0663115B1; CN1113095A; US5414612A; NO308438B1; NO951260L; DE69412582D1; JP2002509686A; WO1995004395A1; NO951260D0

Description

Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine HGÜ-Anlage mit mindestens zwei Stromrichtern, wobei jeder Stromrichter zwischen ein Wechselspannungsnetz und eine Gleichstromverbindung, die für beide Stromrichter gemeinsam ist, geschaltet ist, wobei zumindest ein erster Stromrichter ohne Verwendung eines Transformators mit getrennten Wicklungen an sein Wechselspannungsnetz angeschlossen ist.
In dieser Anmeldung bezeichnet der Begriff "HGÜ-Anlage" eine elektrische Anlage oder Ausrüstung zur Energieübertragung mittels Hochspannungs-Gleichstrom. Der Begriff umfaßt zwei Haupttypen von Anlagen. Der erste dieser Typen besteht aus Anlagen, die zur Energieübertragung zwischen zwei und mehr Stromrichterstationen geeignet sind, die voneinander entfernt liegen und die über Gleichstromkabel oder Gleichstromfreileitungen miteinander verbunden sind. Der zweite Typ besteht aus sogenannten gegensinnig gepolten Schaltungen (back-to-back connections), bei denen zwei Stromrichter in derselben Stromrichterstation angeordnet sind und jeder an sein eigenes Wechselspannungnetz angeschlossen ist und die auf ihrer Gleichstromseite miteinander verbunden sind und die für eine steuerbare Energieübertragung zwischen Wechselspannungnetzen geeignet sind.
Bei dem ersten Typ von Anlagen besteht die Verbindung aus dem Kabel/den Kabeln oder Leitungen, welches/ welche die Gleichstromseiten der Stromrichterstationen verbindet/verbinden. Bei dem zweiten Typ von Anlagen besteht die Gleichstromverbindung im allgemeinen nur aus einem Paar von Sammelschienen in der Station. In beiden Fällen jedoch enthält die Gleichstromverbindung in bekannter Weise bestimmte Einrichtungen zur Glättung und Filterung des Gleichstromes, zur Messung von Strom und Spannung, zum Schutz gegen Überspannungen, usw.
Die Tatsache, daß ein Stromrichter an sein Wechselspannungsnetz "ohne die Verwendung eines Transformators mit getrennten Wicklungen" angeschlossen ist, bedeutet, daß der Stromrichter an das Wechselspannungsnetz in irgendeiner anderen Weise als durch einen Transformator mit getrennten Wicklungen angeschlossen ist. So kann ein Stromrichter, der nicht unter Verwendung eines Transformators mit getrennten Wicklungen angeschlossen ist, mit seinen Wechselspannunganschlüssen galvanisch an das Wechselspannungsnetz angeschlossen sein, und zwar direkt oder über einen Autotransformator und eventuell über strombegrenzende Induktoren. Alternativ kann ein Stromrichter, der ohne Verwendung eines Transformators mit getrennten Wicklungen angeschlossen ist, mit seinen Wechselspannunganschlüssen über Reihenkondensatoren an das Wechselspannungsnetz angeschlossen sein.
Entsprechend wird der Begriff "transformatorfreie" Verbindung in dieser Anmeldung in dem Fall verwendet, daß kein Transformator irgendeiner Art vorhanden ist, also weder ein Transformator mit getrennten Wicklungen noch ein Autotransformator zur Verbindung des Stromrichters an seinen Wechselspannunganschlüssen verwendet wird. In diesem Falle kann der Stromrichter somit mit seinen Wechselspannunganschlüssen galvanisch oder über Reihenkondensatoren an das Wechselspannungsnetz angeschlossen sein.

Stand der Technik

In einer HGÜ-Anlage besteht jeder Stromrichter gewöhnlich aus zwei in Reihe geschalteten sechspulsigen Brücken. Jede Brücke ist an das Wechselspannungsnetz über einen Transformator mit getrennten Wicklungen angeschlossen. Die Transformatoren der Brücken (oder die Ventilwicklungen eines gewöhnlichen Transformators) sind in solcher Weise unterschiedlich zusammengeschaltet (gewöhnlich in Sternschaltung beziehungsweise Dreieckschaltung), daß die Wechselspannungen der beiden Brücken eine gegenseitige Phasenverschiebung von 30 Grad aufweisen, so daß der Stromrichter zu einem zwölfpulsigen Stromrichter wird. HGÜ-Anlagen dieser Art werden im großen Umfange in der Literatur beschrieben, zum Beispiel von Erich Uhlmann in "Power Transmission by Direct Current", Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1975 (siehe zum Beispiel Fig. 2.7, Seite 15, oder Figur B.1, Seite 187).
Da die Stromrichterbrücken über Transformatoren an das Wechselspannungsnetz angeschlossen sind, besteht die Möglichkeit einer technisch-ökonomischen Optimierung der Größe von Gleichspannung und Gleichstrom der Übertragungsanlage. Da die Stromrichterbrücken über Transformatoren mit getrennten Wicklungen an das Wechselspannungsnetz angeschlossen sind, hat man eine galvanische Trennung zwischen den Brücken einerseits und dem Wechselspannungsnetz andererseits. Dies bedeutet, daß in der oben beschriebenen Weise zwei Stromrichterbrücken gleichstromseitig in Reihe geschaltet werden können und man so eine höhere Pulszahl und eine Reduzierung des Oberwellengehaltes (theoretische eine Beseitigung der Oberwellen niedrigster Ordnungszahl) erhält. Dadurch kann der Aufwand an Filtermitteln vermindert werden, was wichtig ist, da die Kosten für die Filtermittel einen wichtigen Teil der Gesamtkosten einer typischen HGÜ-Anlage ausmachen. Die galvanische Trennung bedeutet auch, daß ein Stromrichter keinen Gleichstrom in dem Wechselspannungsnetz erzeugen kann, was die Gefahr be stimmter Störungen, wie zum Beispiel einer Transformatorsättigung, mit sich bringen würde.
Die Vorteile des oben beschriebenen Typs einer Stromrichterstation haben bewirkt, daß dieser Typ praktisch universell in HGÜ-Anlagen verwendet wird.
In einer Dissertation mit dem Titel "HGU-Kurzkupplung ohne Transformatoren", von Dipl.-Ing. Knut Gebhardt, Technische Hochschule Darmstadt, 1976/1977, wird vorgeschlagen, die Stromrichter in einer transformatorfreien Weise in einer gegensinnig gepolten Schaltung (back-to-back connection) zu betreiben. In dieser Dissertation ist die obengenannte konventionelle Schaltung in Fig. 1, Seite 4 gezeigt, und Beispiele einer transformatorfreien Schaltung sind in Fig. 2, Seite 5 gezeigt. Auf den ersten Blick ist die transformatorfreie Schaltung ökonomisch vorteilhaft, da die relativ hohen Kosten für die Stromrichtertransformatoren entfallen. Die Schaltung hat jedoch verschiedene Nachteile, die zur Folge gehabt haben, daß die Schaltung in keinem signifikanten Umfange in der Praxis verwendet wurde. Erstens wird die Größe der Gleichspannung der Anlage durch die Spannung der Wechselspannungsnetze bestimmt, was bedeutet, daß keine Möglichkeit zur Optimierung der Gleichstromverbindung und des Stromrichters hinsichtlich Spannung und Strom besteht. Zweitens ist eine transformatorfreie HGÜ-Anlage auf den sechspulsigen Betrieb der Stromrichter beschränkt, was zum Auftreten von Oberwellen niedriger Ordnungszahl (fünfte und siebente) führt und einen bedeutend höheren Kostenaufwand für Mittel zur Oberwellenfilterung notwendig macht. Drittens werden in einer Anlage dieser Art Oberwellen mit durch drei teilbaren Ordnungszahlen (Oberwellenströme der Ordnung 3, 9, 15, 21 ...) auf der Gleichstromseite des Stromrichters erzeugt. Diese Ströme fließen in das Wechselspannungsnetz des Stromrichters. In diesem Netz bilden die Ströme ein Nullstromsystem und begründen bedeutende Nachteile in Gestalt von Telekommunikationsstörungen und Spannungsverzerrungen im Netz. In weniger starken Wechselspannungsnetzn bilden die Spannungsverzerrungen einen derart ernsthaften Nachteil, daß die transformatorfreie Verbindung nicht ohne spezielle Maßnahmen angewendet werden kann.
Es ist jedoch natürlich möglich, für die obengenannten Oberwellen mit durch drei teilbaren Ordnungszahlen Filter anzuordnen. Ein solches Filter kann auf der Wechselstromseite des Stromrichters angeordnet werden. Die Filter sind jedoch groß und teuer, und es hat sich als schwierig erwiesen, Resonanzeffekte zwischen den Filtern und dem Wechselspannungsnetz zu vermeiden. Alternativ kann ein Filter für Oberwellen mit durch drei teilbaren Ordnungszahlen in Gestalt eines Unterdrückungsfilters auf der Gleichstromseite des Stromrichters angeordnet werden. Auch in diesem Falle sind die Abmessungen und Kosten der Filtermittel groß, und es besteht eine beträchtliche Gefahr von Resonanzeffekten. Diese Umstände tragen dazu bei, die transformatorfreie Verbindung nur in Verbindung mit starken Wechselspannungsnetzen als möglich zu betrachten.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine HGÜ-Anlage zu entwickeln, die einfacher und weniger kostspielig ist als die bisher verwendete Übertragungsanlagen, während gleichzeitig durch Reduzierung oder vollständige Vermeidung der obengenannten Netzstörungen (in Gestalt von Telekommunikationsstörungen und Spannungsverzerrungen) auf der Wechselspannungseite die HGÜ-Anlage auch bei schwachen Wechselspannungsnetzen verwendet werden kann.
Das, was eine HGÜ-Anlage gemäß der Erfindung kennzeichnet, ergibt sich aus den beigefügten Ansprüchen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in denen
Fig. 1 den Begriff des Erdmodusstromes und des Polmodusstromes illustriert,
Fig. 2 eine gegensinnig gepolte Schaltung (back-to-back connection) gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 3 einen der Stromrichter in gegensinnig gepolter Schaltung gemäß Fig. 2 zeigt,
Fig. 4 den Aufbau einer Phase des harmonischen Filters in der gegensinnig gepolten Schaltung gemäß Fig. 2 zeigt,
Fig. 5a und 5b ein Beispiel für den Aufbau eines Blockierungsinduktors in der gegensinnig gepolten Schaltung der Fig. 2 zeigen,
Fig. 6 schematisch eine HGÜ-Anlage zeigt, die aus zwei örtlich getrennten Stromrichterstationen besteht, die durch eine Leitung miteinander verbunden sind,
Fig. 7 eine HGÜ-Anlage gemäß der Erfindung zeigt, in welcher die Stromrichter über Reihenkondensatoren an ihre Wechselspannungsnetze angeschlossen sind,
Fig. 8 eine Stromrichterstation in einer bipolaren HGÜ- Anlage gemäß der Erfindung zeigt, und
Fig. 9 eine bipolare Stromrichterstation mit einer transformatorfreien Hauptstromrichterbrücke und zwei Hilfstromrichterbrücken zeigt, wobei die letztegenannten über Transformatoren mit getrennten Wicklungen an das Wechselspannungsnetz angeschlossen sind.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispielen

Unter Bezug auf Fig. 1 werden zunächst die Begriffe Erdmodusstrom und Polmodusstrom, die allgemein verwendet werden, definiert. Ein Stromrichter SR hat Gleichstromspeiseleitung DL1 und DL2 sowie Wechselstromspeiseleitungen VLR, VLS und VLT. Die Ströme, die auf den Gleichstromspeiseleitungen in einem bestimmten Augenblick fließen, haben die Augenblickswerte 11 beziehungsweise 12. Beide Ströme werden mit ihrer positiven Richtung vom Stromrichter weg definiert. Der Polmodusstrom auf der Wechselspannungseite des Stromrichters beträgt dann (i1-i2)/2. Der Erdmodusstrom auf der Gleichspannungsseite des Stromrichters beträgt (i1+i2)/2.
Fig. 2 zeigt in Form einer einpoligen Schaltung eine zueinander gegensinnig gepolte Verbindung gemäß der Erfindung. Sie ist vorgesehen für eine steuerbare Energieübertragung zwischen zwei dreiphasigen elektrischen Wechselstrom-Starkstromnetzen N1 und N2. Zu ihr gehören zwei steuerbare Hochspannungs-Stromrichter SR1 und SR2, die in ein und derselben Stromrichterstation angeordnet sind. Die Wechselstromspeiseleitungen VL1 und VL2 der Stromrichter sind über strombegrenzende Induktoren IL1 und IL2 an das entsprechende Wechselspannungnetz N1 und N2 angeschlossen. Ferner hat jeder Stromrichter auf seiner Wechselstromseite ein schematisch gezeigtes Oberwellenfilter F1 beziehungsweise F2. Die Gleichstromanschlüsse LL1P, LL1N beziehungsweise LL2P, LL2 N der Stromrichter sind über Leiter L1 und L2 miteinander verbunden, die aus einer Sammelschiene oder dergleichen in der Stromrichterstation bestehen. In einem dieser Leiter ist ein Glättungsinduktor IG für den Gleichstrom in bekannter Weise angeordnet. Ferner gehört zu der Anlage ein Induktor IB zur Blockierung des Erdmodusstromes. Dieser Induktor hat zwei Wicklungen IB1 und IB2, von denen jede in einem entsprechenden der beiden Gleichstromleiter L1 und L2 liegt und welche die Wicklungsrichtungen (Wicklungssinn) haben, die in der Figur angegeben sind. Der Induktor ist so beschaffen, daß seine beiden Wicklungen magnetisch gut miteinander gekoppelt sind, und so, daß die Wicklungen im Bezug aufeinander symmetrisch sind. Auf diese Weise hat der Induktor eine hohe Impedanz gegenüber den Erdmodusstrom, und zwar sowohl für die Grundwelle als auch für Oberwellen, und, im Prinzip, eine niedrige Impedanz gegenüber Polmodusströme.
Auf diese Weise blockiert der Induktor IB wirkungsvoll die Erdmodusströme und reduziert dadurch in starkem Maße die Nullspannungssysteme auf den Wechselstromseiten der Stromrichter und damit die eingangs erwähnten Störungen, welche diese Ströme in Wechselspannungnetzen verursachen. Hierdurch wird es möglich, eine transformatorfreie HGÜ-Anlage nicht nur zum Anschluß an sehr starke Wechselspannungnetze zu verwenden, sondern auch zum Anschluß an schwächere Netze.
Fig. 3 zeigt den Hauptkreis des Stromrichters SR1 in der gegensinnig gepolten Schaltung gemäß Fig. 2. Der Stromrichter ist ein solcher, wie er zur Zeit in HGÜ-Anlagen verwendet wird. Es ist ein sechspulsiger netzkommutierter phasenwinkelgesteuerter Thyristorstromrichter mit den Ventilen TY1 bis TY6. Jedes Ventil besteht aus einer Vielzahl von in Reihe geschalten Thyristoren mit parallel geschalteten Dämpfungskreisen und Überspannungsschutzeinrichtungen. Der Stromrichter hat die Gleichstromverbindungen LL1P und LL1N und die Wechselstromverbindungen VL1R, VL1S, VL1T. Der Stromrichter SR2 ist in gleicher Weise aufgebaut.
Die strombegrenzenden Induktoren IL1 und IL2 ersetzen die Impedanz des Stromrichtertransformators einer konventionellen HGÜ-Anlage. Die Induktoren sind zweckmäßigerweise Luftinduktoren und haben eine Impedanz, die so bemessen ist, daß die Induktoren die Ventilströme im Zusammenhang mit Fehlern der Art, die beispielsweise bei Kurzschlüssen oder Erdfehlern auftreten können, auf harmlose Werte begrenzen.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel des Aufbaus einer Phase FIR des Filters F1 der gegensinnig gepolten Schaltung gemäß Fig. 2. Die Phase des Filters ist an den Wechselstromleiter LR zwischen dem Netz N1 und dem Stromrichter SR1 angeschlossen. Der Filterkreis besteht aus doppelt abgestimmten Bandpaßfiltern für die 5. und 7. Oberwelle (BP5/7), 11. und 13. Oberwelle (BP11/13) und 17. und 19. Oberwelle (BP17/19) und doppelt abgestimmten Hochpaßfiltern für die 24, und 42. Oberwelle (HP24/42) und für die 30. und 36. Oberwelle (HP30/36). Die Hochpaßfilter sind zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß sie auch eine ausreichende Dämpfung für die 47. und 49. Oberwelle bewirken.
Um die gewünschte Arbeitsweise zu erreichen, ist es wichtig, daß der Blockierungsinduktor IB in Fig. 2 so beschaffen ist, daß eine gute magnetische Kupplung zwischen den beiden Wicklungen des Induktors erreicht wird. Ferner ist es wichtig, einen hohen Grad an Symmetrie zwischen den beiden Wicklungen des Induktors zu erzielen. Die Fig. 5a und 5b zeigen ein Beispiel für den Aufbau des Blockierungsinduktors, bei welchem diese beiden Forderungen erfüllt sind. Fig. 5a zeigt einen Schnitt durch den Induktor in der Ebene, in welcher die Rotationssymmetrie-Achsen der Wicklungen liegen. Fig. 5b zeigt den Induktor gesehen in Richtung der Rotationssymmetrie-Achsen. Der Induktor hat einen Eisenkern IB3. Jede Wicklung IB1 und IB2 besteht aus zwei in Reihe geschalteten Wicklungshälften. Auf einem ersten Schenkel des Kerns sind eine Hälfte IB1A der Wicklung IB1 und eine Hälfte IB2A der Wicklung IB2 angeordnet, wobei die Wicklung IB1A gegenüber der Wicklung IB2A die äußere ist. Auf einem zweiten Kernschenkel sind die zweite Hälfte IB1B der Wicklung IB1 und die zweite Hälfte IB2B der Wicklung IB2 angeordnet, wobei die Wicklung IB2b gegenüber der Wicklung IB1B die äußere ist. Da die Wicklungshälften auf jedem Kernschenkel dicht beieinander angeordnet sind, wird eine gute magnetische Kopplung zwischen den Wicklungen erreicht. Da die gegenseitige radiale Lage der Wicklungen zueinander auf den beiden Kernschenkeln entgegengesetzt ist, erhält man die gewünschte gute Symmetrie zwischen den Wicklungen.
Fig. 6 zeigt schematisch eine HGÜ-Anlage, die aus zwei örtlich getrennten Stromrichterstationen mit Stromrichtern SR1 und SR2 besteht, die durch eine Leitung DCL mit den Leitern LA und LB miteinander verbunden sind. Die Leitung kann aus einer Freileitung bestehen oder aus einem Kabel, welches im Erdreich oder im Wasser verläuft oder aus einer Kombination von beidem. Jede Station ist in der in Fig. 2 gezeigten Weise aufgebaut, und ihre Komponenten haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2. In diesem Falle ist jedoch im Gegensatz zu dem Fall der in Fig. 2 gezeigten Anlage jede Station mit einem Blockierungsinduktor IB1 beziehungsweise IBII versehen. Auf diese Weise wird eine effektive Blockierung des Erdmodusstromes jedes Stromrichters sichergestellt. Wenn nur ein einziger Blockierungsinduktor verwendet würde, beispielsweise in Verbindung mit dem Stromrichter SR1, so wäre es wegen der Leitungskapazitäten nicht möglich, eine effektive Blockierung des Erdmo dusstromes des Stromrichters SR2 zu erreichen. Ferner hat in der Übertragungsanlage gemäß Fig. 6 jede Station einen Glättungsinduktor IGI beziehungsweise IGII.
Fig. 7 zeigt eine HGÜ-Anlage gemäß der Erfindung, die im wesentlichen der in Fig. 6 gezeigten entspricht, bei der jedoch die Stromrichter an ihr Wechselspannungnetz über Reihenkondensatoren C1 beziehungsweise C2 angeschlossen sind. Die Reihenkondensatoren dienen als Gleichspannungsperren und machen es folglich möglich, die Gleichspannungseite jedes Stromrichters in einem Punkte zu erden. Zusätzlich zu der Oberwellenblockierung blockieren die gegenseitigen Induktivitäten IB1 beziehungsweise IBII hier auch Grundwellenströme des Erdmodusstroms, also Ströme, die anderenfalls auftreten würden und eine Umformung unmöglich machen würden. Die Figur zeigt wie ein Pol jedes Stromrichters geerdet ist, wobei die Leitung zwischen den Stromrichterstationen aus einem einzigen Leiter LA bestehen kann. Der Rückfluß des Gleichstromes erfolgt über Erde. Fig. 7 zeigt also eine monopolare HGÜ-Anlage.
Jedoch macht der Gebrauch von Reihenkondensatoren in der anhand der Fig. 7 beschriebenen Weise es auch möglich, die Erfindung in einer bipolaren HGÜ-Anlage anzuwenden. Eine der beiden Stromrichterstationen einer solchen Übertragungsanlage ist in Fig. 8 gezeigt. Sie hat zwei Stromrichter SR1A und SR1B. Jeder von diesen ist an das Netz N1 über einen Reihenkondensator CIA beziehungsweise C1B und einen Strombegrenzungsinduktor IL1A beziehungsweise IL1B angeschlossen. Die für beide Stromrichter gemeinsame Filteranordnung F1 zur Wegfilterung von Oberwellen ist an die Wechselspannungseite des Stromrichters angeschlossen. Jeder Stromrichter hat einen Blockierungsinduktor IB1A beziehungsweise IB1B, die in der oben beschriebenen Weise aufgebaut sind, und einen Glättungsinduktor IGA bezie hungsweise IBG. Die Station hat eine Erdelektrode GA, die mit der Station über eine Erdleitung LG verbunden ist. Der Stromrichter SRIA ist mit einem seiner Gleichspannunganschlüsse über die Wicklung des Induktors IB1A an einen Leiter LA der Übertragungsleitung angeschlossen, und der andere Gleichspannunganschluß ist über die andere Wicklung des Induktors an die Erdleitung LG angeschlossen. Der Stromrichter SR1B ist mit einem seiner Gleichspannungsanschlüsse über eine der Wicklungen des Induktors IB1B an den anderen Leiter LB der Übertragungsleitung angeschlossen, und der andere Gleichspannunganschluß ist über die andere Wicklung des Induktors ist an die Erdleitung LG angeschlossen.
Die obige Beschreibung bezieht sich ausschließlich auf solche Ausführungen der Erfindung, bei denen alle in der HGÜ-Anlage vorhandenen Stromrichter in einer transformatorfreien Weise - entweder direkt galvanisch oder über Reihenkondensatoren - an ihre entsprechenden Wechselspannungnetze anschlossen sind. Jedoch sind auch andere Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung möglich.
So kann beispielsweise ein Stromrichter an sein Wechselspannungnetz über einen Autotransformator angeschlossen werden. Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Strom- und Spannungswerte der Gleichstromverbindung und des Stromrichters unabhängig von der Spannung des Wechselspannungnetzes gewählt werden können. Aus diesem Grunde kann die Anlage zur Energieübertragung zwischen Wechselspannungnetzen, die unterschiedliche Spannungen haben, verwendet werden. Die oben beschriebenen strombegrenzenden Induktoren (zum Beispiel IL1 in Fig. 2) können überflüssig werden. Ein Stufenschalter des Transformators kann verwendet werden, um Änderungen im Verhältnis der Gleichspannung des Stromrichters zu der Spannung des Wech selspannungnetzes aufzunehmen, was die Möglichkeit eröffnet, mit im Bezug auf die erforderliche Blindleistung günstigeren Steuerwinkeln des Stromrichters zu arbeiten. Da Autotransformatoren bedeutend billiger als Transformatoren mit getrennten Wicklungen sind, wird auch in diesem Falle eine beträchtliche Kostenersparnis im Vergleich mit konventionellen HGÜ-Anlagen mit Transformatoren mit getrennen Wicklungen erzielt.
Es können die Stromrichter an beiden Enden der Gleichstromverbindung über Autotransformatoren an ihre Wechselspannungnetze angeschlossen werden oder nur der Stromrichter an einem Ende der Verbindung. Im letztgenannten Falle ist der Stromrichter am anderen Ende der Verbindung entweder transformatorfrei oder über einen Transformator mit getrennten Wicklungen an sein Wechselspannungnetz angeschlossen.
Wie oben gesagt, kann einer der Stromrichter der Übertragungsanlage über einen Transformator mit getrennten Wicklungen an sein Wechselspannungnetz angeschlossen werden. Der Stromrichter am anderen Ende der Verbindung kann dabei entweder transformatorfrei oder auch über einen Autotransformator angeschlossen sein. Der Stufenschalter des Volltransformators kann dabei zum Ausgleich von Spannungsänderungen des Wechselspannungnetzes verwendet werden, wodurch der Blindleistungsbedarf niedrig gehalten werden kann, die Gleichstromverbindung und die Stromrichter unabhängig von der Spannung des Wechselspannungnetzes optimiert werden können. Für den Stromrichter, der unter Verwendung eines Transformators mit getrennten Wicklungen angeschlossen ist, ist kein gegenseitiger Induktor zur Blockierung der von der Verbindung ausgehenden Wirkungen auf das Wechselspannungnetz erforderlich.
Fig. 9 zeigt einen alternativen Weg zur Ausbalancierung des Gleichstromes. Gemäß dieser Alternative sind eine transformatorfreie Stromrichterbrücke SRM (Hauptbrücke) und zwei Hilfsbrücken SRA1 und SRA2 vorhanden, die mit Transformatoren mit getrennten Wicklungen ausgerüstet sind und gleichstromseitig mit der Stromrichterbrücke in Reihe geschaltet sind. Die Hauptbrücke SRM ist an das dreiphasige Netz N1 über einen strombegrenzenden Induktor IL angeschlossen. Die Hilfsbrücken sind an das Netz über sterndreieck-geschaltete Transformatoren TR1 beziehungsweise TR2 mit separaten Wicklungen angeschlossen. Die Gleichstromspeiseleitungen der Hauptbrücke sind an einen gegenseitigen Induktor IB in der gleichen Weise wie oben beschrieben angeschlossen.
Die Hilfsbrücken können eine bedeutend kleinere Nennleistung haben als die Hauptbrücke. Die Hilfsbrücken werden vorzugsweise in einer solchen Weise gesteuert, daß die Gleichströme in den beiden Wechselstromleitungen L1 und L2 der Stromrichterstation stets möglichst gleich groß sind.
Wenn die Nennleistung jeder Hilfsbrücke halb so groß ist wie die der Hauptbrücke und wenn die Transformatoren mit getrennten Wicklungen stern/dreieck-geschaltet sind, kann annähernd ein zwölfpulsiger Betrieb erreicht werden, und ein großer Teil der fünften und siebten Oberwelle kann eliminiert werden.
Wenn die Transformatoren mit getrennten Wicklungen der Hilfsbrücken mit Stufenschaltern mit einem weiten Variationsbereich versehen sind, können diese Stufenschalter auch zur Kompensation von Änderungen der Wechselspannungspannung des Netzes verwendet werden, was jedoch auf Kosten der Beseitigung der fünften und siebten Oberwelle geht.
In den in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsbeispielen sind separate Glättungsinduktoren, zum Beispiel IG in Fig. 2 zur Glättung des Gleichstromes angeordnet. Alternativ kann die Funktion der Glättungsinduktoren durch geeignete Auslegung der gegenseitigen Induktivität erreicht werden. Wie oben beschrieben, hat der gegenseitige Induktor gegenüber Erdmodusströmen eine niedrige Impedanz, die sogar Null ist, wenn ein idealer gegenseitiger Induktor vorhanden ist. Wenn dieser Induktor mit einer geeignet bemessenen Streuinduktivität gebaut wird, so kann er die gewünschte Glättung des Gleichstromes bewirken, so daß ein separater Glättungsinduktor unnötig ist.
Bei Ausführungsformen von HGÜ-Anlagen gemäß der Erfindung, bei denen ein Stromrichter nicht über einen Transformator mit Stufenschalter an sein Wechselspannungnetz angeschlossen ist, müssen Änderungen im Verhältnis der Spannung des Wechselspannungnetzes zur Spannung der Gleichstromverbindung über Änderungen des Steuerwinkels des Stromrichters ausgeglichen werden. Dies hat einen unerwünschten Anstieg des Blindleistungsverbrauches des Stromrichters und/oder von Variationen dieses Verbrauches zur Folge. Falls man es für notwendig hält, können diese Nachteile gemindert oder beseitigt werden, indem der Stromrichter auf seiner Wechselspannungseite mit an sich bekannten steuerbaren Blindleistungserzeugern versehen wird, wie Kondensatoren, Induktoren oder beispielsweise einer Kombination schaltbarer Kondensatoren und phasenwinkelgesteuerter Induktoren.
In solchen Fällen, bei denen die HGÜ-Anlage gemäß der Erfindung an einem Ende der Gleichstromverbindung eine transformatorfreie Verbindung des Stromrichters hat und am anderen Ende der Verbindung einen Stromrichteranschluß über einen Transformator, der mit einem Stufenschalter versehen ist, hat, ist es zweckmäßig, den erstgenannten Stromrichter mit einem festen Steuerwinkel zu betreiben, der so gewählt ist, daß der Blindleistungsverbrauch minimiert ist, während Änderungen im Verhältnis der Spannungen der Wechselspannungnetze über den Stufenschalter ausgeglichen werden.
Es hat sich gezeigt, daß die Auswirkungen auf das Wechselspannungnetz durch eine HGÜ-Anlage besonders klein gehalten werden können, wenn eine Verbindung ohne Verwendung eines Transformators mit getrennten Wicklungen gemäß der Erfindung mit einem Steuersystem versehen wird, welches jede der beiden Hälften eines sechspulsigen Stromrichters individuell in der Weise steuert, daß die Gleichströme in den beiden Gleichstromspeiseleitungen des Stromrichters stets möglichst gleich groß sind.

Claims

1. HGÜ-Anlage mit mindestens zwei Stromrichtern (SR1, SR2), wobei jeder Stromrichter zwischen ein Wechselspannungsnetz (N1, N2) und einem Gleichstromverbindungsglied (L1, L2), das für beide Stromrichter gemeinsam ist, geschaltet ist und wobei zumindest ein erster Stromrichter an sein Wechselspannungsnetz ohne Verwendung eines Transformators mit getrennten Wicklungen angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsanlage zumindest einen gegenseitigen Induktor (IB) enthält, der auf der Gleichstromseite des genannten ersten Stromrichters angeordnet ist und der zwei Wicklungen (IB1, IB2) hat, von denen jede an eine entsprechende Gleichstromversorgungsleitung des ersten Stromrichters angeschlossen ist, wobei diese Wicklungen eine gute magnetische Kopplung miteinander und einen hohen Grad an Symmetrie haben, so daß sie eine hohe Impedanz gegenüber Erdmodusströmen bilden.

2. HGÜ-Anlage nach Anspruch 1, die mindestens zwei zueinander gegensinnig gepolte Stromrichtern (SR1, SR2) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß beide der genannten mindestens zwei Stromrichter ohne Verwendung von Transformatoren mit getrennten Wicklungen an ihr jeweiliges Wechselspannungsnetz angeschlossen sind und daß der genannte mindestens eine für die genannten Stromrichter gemeinsame gegenseitige Induktor (IB) in der Gleichstromverbindung (L1, L2) zwischen beiden Stromrichtern angeordnet ist.

3. HGÜ-Anlage nach Anspruch 1, zu der eine Gleichstromleitung (DCL) gehört, welche die genannten mindestens zwei Stromrichter (SR1, SR2), die räumlich voneinander getrennt sind, miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der genannten mindestens zwei Stromrichter an sein Starkstromnetz ohne Verwendung eines Transformators mit getrennten Wicklungen angeschlossen ist und mit dem genannten auf der Gleichstromseite der Stromrichter angeschlossen mindestens einen gegenseitigen Induktor (IBI, IBII) verbunden ist.

4. HGÜ-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der genannten mindestens zwei Stromrichter über Reihenkapazitäten (C1, C2), die in den Wechselstromspeiseleitungen des genannten Stromrichters angeordnet sind, an sein Wechselspannungsnetz angeschlossen ist.

5. HGÜ-Anlage nach Anspruch 4, die als bipolare Übertragungsanlage und mit mindestens einer Stromrichterstation aufgebaut ist, wobei jeder der genannten mindestens zwei Stromrichter (SR1A, SR1B) gleichstromseitig zwischen einem der beiden Polleiter (LA, LB) der Übertragungsanlage und einer gemeinsamen Erdleitung (LG) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der genannten mindestens zwei Stromrichter in der Station über Reihenkapazitäten (C1A, C1B), die in den Wechselstromversorgungsleitungen der genannten Stromrichter angeordnet sind, an das Wechselstromnetz (N1) angeschlossen ist.

6. HGÜ-Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der genannten mindestens zwei Stromrichter der mindestens einen Stromrichterstation mit einem gegenseitigen Induktor (IB1A, IB1B) verbunden ist, dessen eine Wicklung in die Polleitung (z.B. LA) ihres zugehörigen Stromrichter geschaltet ist und dessen andere Wicklung in den Strompfad zwischen ihrem zugeordneten Stromrichter und der gemeinsamen Erdleitung (LG) geschaltet ist.

7. HGÜ-Anlage nach Anspruch 1, 3 oder 4, wobei Anspruch 4 von Anspruch 1 oder 3 abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Stromrichterstation mit einer ersten Brücke (SRM) enthält, die ohne Verwendung eines Transformator mit getrennten Wicklungen an ihr Wechselspannungsnetz (N1) angeschlossen ist und die gleichstromseitig mit einer zweiten Brücke (SRA1) in Reihe geschaltet ist, die über einen ersten Transformator mit getrennten Wicklungen (TR1) an das Wechselspannungsnetz (N1) angeschlossen ist.

8. HGÜ-Anlage nach Anspruch 3 oder 5, wobei Anspruch 4 von Anspruch 1 oder 3 abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichterstation eine erste Brücke (SRM) enthält, die ohne Verwendung eines Transformator mit getrennten Wicklungen an ihr Wechselspannungsnetz (N1) angeschlossen ist und die gleichstromseitig mit einer zweiten Brücke (SRA1) in Reihe geschaltet ist, die über einen ersten Transformator mit getrennten Wicklungen (TR1) an das Wechselspannungsnetz (N1) angeschlossen ist.

9. HGÜ-Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Brücke (SRA1) mit einer ihrer Gleichstromspeiseleitungen über eine Wicklung des genannten mindestens einen gegenseitigen Induktor (IB) an die genannte erste Brücke (SRM) angeschlossen ist und mit ihrem anderen Gleichstromanschluß an einen ersten Leiter (L1) des Gleichstromverbindungsgliedes angeschlossen ist, daß die Stromrichterstation eine dritte Brücke (SRA2) enthält, deren eine Gleichstromspeiseleitung über eine zweite Wicklung des genannten mindestens einen gegenseitigen Induktor an die genannte erste Brücke (SRM) angeschlossen ist und deren anderer Gleichstromanschluß an einen zweiten Leiter (L2) des Gleichstromverbindungsgliedes angeschlossen ist und daß die dritte Brücke (SRA2) über einen zweiten Transformator mit getrennten Wicklungen (TR2) an das Wechselspannungsnetz (N1) angeschlossen ist.

10. HGÜ-Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Transformator mit getrennten Wicklungen der genannten zweiten und dritten Brücke stern-dreick-geschaltet ist.

11. HGÜ-Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite und dritte Brücke für eine kleinere Nennleistung als die genannte erste Brücke ausgelegt sind.

12. HGÜ-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein strombegrenzender Reaktor (z.B. IL1) in den Wechselstromspeiseleitungen des genannten ersten Stromrichter (SR1) angeordnet ist.

13. HGÜ-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei der jeder der genannten mindestens zwei Stromrichter (SR1, SR2) auf seiner Wechselspannungsseite mit Oberwellenfilterkreisen (F1, F2) versehen ist, die zur Filterung von Oberwellen mit den Ordnungszahlen 6m 1 beschaffen sind, wobei m eine positive ganze Zahl ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkreise des genannten ersten Stromrichters Filter für die fünfte und siebente Oberwellen enthält.