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Gebiet der Erfindung und Stand
der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum Übertragen von elektrischem
Strom gemäß der Einleitung
des angehängten
Anspruchs 1.
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Elektrische
Motoren, die an derartigen Ort angeordnet sind, z. B. auf einer
Hochsee-Plattform, auf
einer Insel oder in Verbindung mit einer Mine, sind bisher mit elektrischem
Strom durch eine Anlage zum Übertragen
von elektrischen Strom mit einem lokalen Netzwerk in der Form eines
Wechselspannungsnetzwerks mit einer eigenen Erzeugung an diesem
Ort versorgt worden. Dies geschieht aufgrund der variierenden Notwendigkeit
von Wirk- und Blindleistungs-Strömen
während
einem Start and einem weitergeführten
Betrieb von derartigen elektrischen Motoren. Dies hat bedeutet,
dass ein Vorhandensein von kostenintensiven Dieselmaschinen, Gasturbinen oder
so etwas nötig
war, um dieses lokale Netz zu betreiben. Ein weiterer Nachteil eines
derartigen lokalen Netzwerks an derartigen Orten ist, dass es aus unterschiedlichen
Gründen
kompliziert und mit hohen Kosten verbunden ist, derartige lokale
Netzwerke an diesen Orten anzuordnen.
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Eine
weitere Anlage wurde kürzlich
durch die Arbeit: „PWM
and control of two and three level high power voltage source converters" von Anders Lindberg,
Kungliga Tekniska Högskolan,
Stockholm, 1995, bekannt, in deren Publikation eine derartige Anlage
zum Übertragen
von elektrischem Strom durch ein Gleichspannungsnetzwerk für Hochspannungs-Gleichstrom (HVDC)
beschrieben ist. Vor der Ausgabe dieser Arbeit basierten Anlagen
zum Übertragen
von elektrischem Strom durch ein Gleichspannungsnetzwerk für Hochspannungs-Gleichstrom auf der
Verwendung von netzgeführten
CSC(Stromquellen-Konverter)-Wandler
bzw. -Konverter bzw. -Stromrichter in Stationen zur Stromübertragung.
Durch die Entwicklung von IGBTs (isolierten Basis-Bipolar-Transistoren
= Bipolar-Transistoren mit einer isolierten Basis bzw. einem isolierten
Gate) für
Hochspannungsanwendungen und die Eignung sie in Reihe in Ventilen
(valves) in Konvertern zu verbinden, da sie leicht gleichzei tig
an- und ausgeschaltet werden können,
wobei VSC(Spannungsquellen-Wnadler)-Wandler für gezwungene Kommutierung nun stattdessen
eine Alternative wurden und diese Art von Übertragung von elektrischem
Strom zwischen einem Gleichspannungsnetzwerk für Hochspannungs-Gleichstrom,
das dadurch spannungsfest ist, und Wechselspannungsnetzwerke, die
damit verbunden sind, werden einige wichtige Vorteile in Bezug auf
die Verwendung von netzgeführten
CSC in HVDC geboten, und es ist ein Anliegen Anwendungsgebiete für diese
komplett neue Art von Anlage zu finden, die bisher nur theoretisch
in dieser oben erwähnten
Arbeit beschrieben wurden, welche den speziellen Vorteil, der durch
derartige Anlagen geboten wird, in Bezug auf andere vorher bekannte
Anlagen zum Übertragen
von elektrischem Strom benutzen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anlage der in der
Einleitung definierten Art bereitzustellen, welche die Probleme
mit derartigen, bereits bekannten Anlagen reduziert.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch
Bereitstellen einer Anlage gemäß dem angehängten Anspruch
1 erreicht.
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Durch
das Verständnis,
dass es in dieser Art von Anlage möglich ist, ein Netzwerk ohne
jegliche eigene Erzeugung bereitzustellen (ein spannungsloses Wechselspannungsnetzwerk)
und dass dieses Merkmal vorteilhafterweise mit der Möglichkeit
in derartigen Anlagen kombiniert werden kann, den Fluss von Wirk-
und Blindleistung unabhängig
von einander zu steuern, war es möglich eine Anlage bereitzustellen,
die ein komplett neues Feld der Verwendung von Übertragen von elektrischem
Strom in einem Gleichspannungsnetzwerk für Hochspannungs-Gleichstrom
bedeutet und welche wichtige Probleme löst mit denen vorausgehende
Konstruktionen, die in diesem Verwendungsgebiet bekannt waren, kämpfen mussten.
Wenn Hochspannungs-Gleichstrom für
die Versorgung eines Wechselspannungsnetzwerks mit netzgeführten CSCs verwendet
wird, ist es, wie aufgezeigt, notwendig gewesen, dass das Wechselspannungsnetzwerk
mit einer eigenen Erzeugung ausgestattet wurde, die zum Beispiel
im Falle von Speisung von elektrischen Motoren auf einer Hochseeplattform
bedeutete, dass ein Vorhandensein eines lokalen Netzwerks auf der Plattform
notwendig war. Dies bedeutet wiederum, dass ein Vorhandensein einer
kostenintensiven Dieselmaschine oder etwas Derartiges nötig war,
um das lokale Netzwerk zu betreiben. Durch Verwendung einer Anlage
gemäß der Erfindung
in einem derartigen Fall wird es möglich sein, das zu erreichen,
ohne jegliches derartiges Netzwerk mit eigener Erzeugung und einer
derartigen Dieselmaschine, Gasturbine oder etwas Ähnliches.
Außerdem
bedeutet die Möglichkeit,
Wirk- und Blindleistung getrennt voneinander zu regulieren, dass
die Anlage wie eine SVC (statische Var-Steuerung) betrieben werden kann, was
ein bedeutender Vorteil in der Stromübertragung an einen elektrischen
Motor darstellt, da, wenn diese gestartet wird, die Blindleistung,
die dorthin fließt,
stark dominiert, aber danach wird die Wirkleistung, die von der
Last angefordert wird, dominieren.
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Eine
derartige Anlage ist auch vorteilhaft, da sie eine Verwendung eines
lokalen Netzwerks umgeht, das elektrischen Strom für elektrische
Motoren erzeugt, die elektrisch gesehen an entfernten Orten angeordnet
sind, wo es aus verschiedenen Gründen kompliziert
und mit hohen Kosten verbunden wäre, derartige
lokale Netzwerke anzuordnen.
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WO 95/22848 A ,
SE 464 843 B und
WO 97/02639 A zeigen
nur, dass es bereits bekannt ist, schwache Wechselspannungsnetzwerke
mittels eines Gleichspannungsnetzwerks durch einen VSC-Wandler zu
speisen, aber sie geben keinen Hinweis darauf, wie die oben erwähnten Probleme,
die mit lokalen Netzwerken auf Hochseeplattformen, einer Insel oder
in Verbindung mit einer Mine verbunden sind, zu lösen sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist das Wechselspannungsnetzwerk, das mit der erste Station
verbunden ist, mit mindestens einem elektrischen Motor verbunden,
der eine vergleichsweise hohe Leistung verbraucht und umfasst die
Anlage Elemente, die eingerichtet sind, die Zufuhr von elektrischem
Strom von dem Gleichspannungsnetzwerk zu anderen Lasten parallel
zu der Zufuhr zu dem Motor bzw. der Speisung des Motors zu ermöglichen.
Es wird dadurch möglich
sein, die Anlage auch für
andere elektrische Einrichtungen als Motoren zu verwenden, sodass
zum Beispiel im Falle von Hochseeplattformen beide dort vorhandenen Motoren
betrieben werden können
und für
den Rest elektrischer Strom auf der Plattform durch die Anlage bereitgestellt
werden kann.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, die eine weitere Entwicklung der zuletzt erwähnten Ausführungsform
darstellt, umfasst die Anlage Mittel, die eingerichtet sind, die
anderen Lasten, während
des Starts des Motors, zu trennen, die parallel von der Energieversorgung von
dem Gleichspannungsnetzwerk gespeist werden. Weitere Teile der Anlage
mit anderen Lasten werden dadurch während der extremen Bedingungen,
mit einem starken Stromstoß nicht
gestört,
der oft während
des Starts eines großen
Motors vorherrscht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfassen die Elemente mindestens einen zweiten VSC-Wandler,
der mit dem Gleichspannungsnetzwerk verbunden und dazu eingerichtet
ist, elektrischen Strom zu anderen Lasten, als dem elektrischen
Motor zuführen,
der eine vergleichsweise hohe Leistung verbraucht. Andere Lasten
können
dadurch parallel zu der Einspeisung in den Motor durch die Anlage
eingespeist werden, mit der Möglichkeit
den Einfluss auf diese Einspeisung durch den Start des Motors zu
reduzieren.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist es mindestens ein asynchroner Motor, der mit dem
Wechselspannungsnetzwerk verbunden ist, das mit der ersten Station
verbunden ist. Ein derartiger Motor benötigt einen sehr hohen Strom
während
dem Start während
einer Zeitperiode in der Größenordnung
von 20–30
Sekunden als eine Konsequenz des bestehenden Gleitens, und der Vorteil,
die Möglichkeit
zu haben, die Übertragung
der Wirk- und Blindleistung an das Wechselspannungsnetzwerk getrennt
voneinander zu regulieren, ist insbesondere groß, wenn ein derartiger Motor
gespeist wird.
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Weitere
Vorteile sowie vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der
folgenden Beschreibung und den anderen abhängigen Ansprüchen auftauchen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Mit
Bezug auf die angefügten
Zeichnungen folgt unten eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, als Beispiele aufgeführt.
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In
den Zeichnungen sind:
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1 ein
sehr schematisches Diagramm, das die grundsätzlichen Merkmale der Anlage
gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung darstellt, und
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2 eine
Ansicht entsprechend 1 einer Anlage gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung
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Die
Konstruktion einer Anlage zum Übertragen
von elektrischem Strom gemäß der Erfindung
ist sehr schematisch und vereinfacht in 1 dargestellt,
in der nur die verschiedenen Komponenten, die direkt etwas mit der
Funktion gemäß der Erfindung
zu tun haben, in den Zeichnungen gezeigt worden sind, um den Umfang
der Erfindung zu vereinfachen. Die Anlage umfasst ein Gleichspannungsnetzwerk 1 für Hochspannungs-Gleichstrom
(HVDC = High Voltage Direct Current) mit Zwei-Pol-Leitern 2, 3 und
Stationen 4, 5, die dort entlang zum Übertragen
von elektrischem Strom zwischen dem Gleichspannungsnetzwerk und
dem Wechselspannungsnetzwerk, das mit der entsprechenden Station
verbunden ist, angeordnet sind. Ein Wechselspannungsnetzwerk 6,
das mit einer ersten 5 der Stationen verbunden ist, ist dafür vorgesehen
ein sogenanntes totes Netzwerk, ohne eigene Erzeugung, zu sein und
mit einem elektrischen Motor 7, wie ein asynchroner Motor
oder mehrere derartige Motoren, verbunden zu sein, die die Möglichkeit
haben, eine vergleichsweise hohe Leistung zu verbrauchen. Ein Wechselspannungsnetzwerk 8,
das Generatoren bzw. Erzeuger für
elektrischen Strom hat, um diesen in das Gleichspannungsnetzwerk
einzuspeisen, ist mit der zweiten Station 4 verbunden.
Die entsprechende Station umfasst zumindest einen VSC-Wandler 9, 10,
der dafür
eingerichtet ist, Gleichspannung in Wechselspannung zu konvertieren
und umgekehrt. Jedoch ist es möglich,
dass die entsprechende Station mehrere derartige Konverter umfasst,
aber diese sind in dem vorliegenden Fall in einer einzigen Box zusammengefasst. Der
VSC-Wandler umfasst auf eine konventionelle Weise, so genannte Stromventile
(current valves), die aus Zweigen von Trennschaltern der Anschalt- und
Abschaltart gebildet werden, die in Reihe verbunden sind, vorzugsweise
in der Form von IGBTs und damit antiparallel verbundene Dioden.
Eine große
Anzahl von IGBTs kann in Reihe in einem einzigen Ventil verbunden
werden, um so gleichzeitig an- und aus geschaltet zu werden, um
so als ein einziger Trennschalter zu wirken, wodurch die Spannung über das
Ventil zwischen den verschiedenen Trennschaltern, die in Reihe verbunden
sind, aufgeteilt wird. Die Steuerung dieser Trennschalter wird durch
Pulsweitenmodulation (PWM) durchgeführt. Die Stationen umfassen
weiter ein Gerät
bzw. eine Vorrichtung 11, schematisch dargestellt, zur
Steuerung des entsprechenden Wandlers, um die Modulation zu bewirken (ein
derartiges Gerät
ist nur für
die erste Station 5 gezeigt, aber derartige gibt es für alle Stationen
der Anlage).
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Es
ist auch beabsichtigt, dass die Entfernung zwischen den Stationen 4 und 5 vergleichsweise
weit für
eine Verbindung zur Übertragung
von elektrischem Strom ist, sodass die Station 5 an einem
elektrisch entfernten Ort angeordnet ist, wie zum Beispiel einer
Hochseeplattform, einer Mine oder einer Insel, wo getrennte Netzwerke
benötigt
werden. Die Entfernung zwischen den Stationen kann vergleichsweise gering
in Kilometern sein, aber dennoch elektronisch weit durch die genaue
Ortsbestimmung sein.
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Außerdem kann
die Anlage einen zusätzlichen
VSC-Wandler 12 haben und weist diesen hier auf, der mit
dem Gleichspannungsnetzwerk verbunden und angepasst ist, elektrischen
Strom zu anderen Lasten als den Motor parallel zu dessen Speisung
zu übertragen,
wodurch es möglich
ist, diesen Wandler in Verbindung mit der Station 5 anzuordnen. Es
ist vorgesehen, dass der Motor 7 durch einen Begrenzer 13 von
dem Wandler getrennt wird, wenn er nicht in Betrieb ist und die
Speisung dann an einer Last 14 stattfinden kann, die parallel
zu dem Motor verbunden ist. Dank der Natur eines VSC-Wandlers kann
Wirk- und Blindleistung, die dem Motor 7 geliefert wird,
getrennt durch die Vorrichtung 11 durch geeignete Steuerpulse
an den Wandler gesteuert werden, so dass eine leistungsstarker Blindleistung
am Start erzeugt werden und dann die Übertragung von Wirkleistung
dominieren kann. Daher kann die Vorrichtung 11 den Wandler
in der ersten Station als ein SVC, durch Zugabe von Blindleistungswerten,
die zu diesem Zweck angepasst sind, steuern.
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Die
Anlage gemäß der Ausführungsform,
die in 2 dargestellt ist, unterscheidet sich von der
gemäß dem 1 nur
in der Tatsache, dass der Wandler 10 der ersten Station 5 nur
mit dem Motor 7 verbunden ist, zum getrennten Berieb davon
ohne jede Last, die mit dem Wandler verbunden ist.
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Die
Erfindung ist natürlich
nicht auf irgendeine Weise auf die bevorzugten oben beschriebenen Ausführungsformen
begrenzt, aber verschiedene Möglichkeiten
an Modifikationen davon wären
für einem
Fachmann direkt ersichtlich, ohne von der grundsätzlichen Idee der Erfindung,
wie sie durch die Ansprüche
definiert ist, abzuweichen.
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Die
Anzahl der Stationen, die Anzahl der Lasten die parallel oder so ähnlich verbunden
sind können
zum Beispiel willkürlich
variiert werden. Ein zusätzlicher
Wandler, der parallel mit dem Wandler, der mit dem Motor verbunden
ist, verbunden ist, ist in den Figuren gezeigt, aber die Anlage
kann auch ohne einen derartigen Wandler sein, der parallel verbunden
ist oder kann mehrere davon aufweisen.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass der Patentanspruchdefinition „Wechselspannungsnetzwerk" eine breite Bedeutung
gegeben werden muss und auch eine kürzere Verbindungslinie zwischen
einem Motor und einem Wandler zum Übermitteln von Wechselspannung
ohne irgendein „Netzwerk" in der üblichen
Bedeutung zu sein, davon umfasst ist.