EP0630534A1 - Electric enery transmission system - Google Patents

Electric enery transmission system

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Publication number
EP0630534A1
EP0630534A1 EP92905777A EP92905777A EP0630534A1 EP 0630534 A1 EP0630534 A1 EP 0630534A1 EP 92905777 A EP92905777 A EP 92905777A EP 92905777 A EP92905777 A EP 92905777A EP 0630534 A1 EP0630534 A1 EP 0630534A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transmission
phase
energy
voltage
transmission line
Prior art date
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Ceased
Application number
EP92905777A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Klaus Renz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0630534A1 publication Critical patent/EP0630534A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/34—Arrangements for transfer of electric power between networks of substantially different frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks

Definitions

  • the invention relates to a method and a pre- "5 direction to economic transmission of electrical energy Ener ⁇ low power over long distances.
  • HVDC Voltage-direct current transmission
  • a high-voltage direct current system has the input side and the output side in each case a Stromrichter ⁇ transformer which corresponds transformed 2 5 speaking size, the voltages of the connected three-phase systems to the transmission voltage.
  • the three-phase voltage is converted into a direct voltage by means of converter valves arranged in three-phase bridge circuits.
  • Several such bridges are connected in series on the DC side to increase the transmission voltage and power, the center 3 Q of the series connection being mostly grounded.
  • a corresponding secondary star and delta connection of the transformers means that the harmonic component on the
  • a direct current overhead line is more economical than a three-phase line with the same transmission capacity, since it can be better used in terms of voltage and current and also only requires two conductors. This results in correspondingly fewer insulators, lighter masts and a smaller route width, which is very important when crossing built-up areas.
  • the converter stations cost considerably more than normal transformer stations. If the HGU is to be used, these additional costs for the station must be compensated for by the savings in the line, which requires a minimum distance.
  • the economic limit distances for a two-point connection for 800 to 2,500 MW are between 500 and 1,500 km. Branches of the direct current line for drawing or supplying power can be realized by means of parallel or series-connected intermediate stations; however, they have an adverse effect on economic viability.
  • the invention is based on the object of specifying a method and a device for the economical transmission of electrical energy of small power over large distances.
  • This object is achieved in that the energy is transmitted in a single phase and a load-dependent voltage drop in the transmission line is suitably compensated for.
  • the series capacitor is used here to keep the transmission voltage low. In contrast to high-performance transmission systems, higher degrees of compensation can be achieved, which means the same voltage and loss ratios as in. a high-voltage direct current transmission system can be approximately achieved. If a transmission frequency of 50 to 60 Hz is used, single-phase loads can be supplied with energy without the involvement of a converter. Since the power of the energy to be transmitted is low, only short-circuit currents occur in the event of a short circuit, so that the problems with series-compensated lines of high power do not occur.
  • the energy is transmitted by means of a high transmission voltage with a transmission frequency that differs from zero.
  • the inductive voltage drop is significantly smaller, so that the transmission voltage can be selected to be smaller with the same energy to be transmitted.
  • the device for transmitting electrical energy of low power over large distances consists of a single-phase transmission line, a power supply, a capacitor bank which is arranged in the course of the transmission line, and a control and regulating device to control a suitable compensation.
  • a suitable compensation e.g., water, wind energy and solar energy
  • a three-phase load is connected to the transmission line by means of a converter.
  • the converter advantageously being connected to the transmission line by means of a transformer.
  • the converter does not have to be designed for the high transmission voltage, as a result of which the costs of this converter can be kept low.
  • Known converter circuits for example a pulse converter, are provided to generate the consumer frequency.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the inventive device and in FIG. 2 shows a second embodiment of the device in more detail.
  • FIG. 1 shows an energy transmission system according to the invention, which consists of a power supply 2, a capacitor bank 4 with an associated control and regulating device 6 and a single-phase transmission line 8.
  • a network protection device 10 consisting of a circuit breaker 12, a current detection device 14 and a protection device 16, is also provided.
  • the capacitor bank 4 is arranged in the course of the single-phase transmission line 8. This capacitor bank 4 can also be accommodated in a transmitting switching station.
  • This capacitor bank 4 can be switched on or off in series as a whole or in several partial capacitors (segments).
  • Such a capacitor bank 4 consists of a plurality of series capacitors, each of which an overvoltage arrester is electrically connected in parallel.
  • a parallel circuit consisting of a bypass circuit breaker and usually a spark gap is connected electrically in parallel with the surge arrester.
  • each segment is provided with a damping element (choke).
  • a damping element Choke
  • Such an equivalent circuit diagram can be found in the article "Regulated parallel and series compensation” by GH Thumm and P. Walther, printed in the magazine “Elektrie", Berlin 45, 1991, No. 3 ' , pages 88 to 90.
  • the capacitors of the capacitor bank 4 are switched on and off by means of the control, regulating and monitoring device 6 in that a parallel power switch or an electronic switch, for example a thyristor, is opened or closed.
  • a further improvement is possible through a stepless, regulated compensation.
  • a known possibility is to connect a suitably dimensioned choke to the thyristor switch in series.
  • Such a circuit is described, for example, in Christi et al "Advenced Series Compensation with variable Impedance", EPRI Nov. 90 in FIG. 3 printed.
  • the protection of each capacitor of the capacitor bank 4 in the event of a short circuit in the network is ensured by the parallel arresters, by the triggerable spark gap and / or by the parallel circuit breaker.
  • the capacitor bank 4 is protected by means of the network protection device 10, for example in the event of a network short circuit.
  • a medium-voltage network can be provided as the network infeed 2.
  • alternative energy sources such as water, wind and solar energy, which are available away from consumers, as the network feed 2.
  • Alternative energy can thus be used economically to supply remote consumers, this energy being transmitted economically with this transmission system.
  • the frequency of the network feed 2 is 50 to 60 Hz, but can also be significantly lower, but different from zero Hz.
  • the voltage drop of the transmission line 8 is reduced by reducing the transmission frequency, as a result of which the same energy can be transmitted with a low transmission voltage.
  • the length of the transmission line 8 in this energy transmission system according to the invention is between a few kilometers to a few hundred kilometers and the energy to be transmitted is approximately 0.5 to 20 MW. Since the effective line impedance can be largely compensated, the same voltage and loss ratios are achieved as in a high-voltage direct current transmission system. In contrast to the known use, the series capacitor 4 serves rather to keep the transmission voltage low so that the advantages listed at the beginning are achieved.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the device according to the invention, the same elements bearing the same reference numbers. In this embodiment, a single-phase load 18 and a three-phase load 20 are connected to the end of the transmission line 8.
  • a transformer 22 is used for the potential-isolating coupling of the load 18.
  • the three-phase load 20 is also coupled to the transmission line 8 via a transformer 24, a converter 26 being provided between the transformer 24 and the load 20.
  • this converter 26 for example a pulse converter, a single-phase mains voltage with 50 to 60 Hz becomes a three-phase supply voltage with 50 to 60 Hz.
  • the converter 26 can also be used if a much lower one is used transmission frequency than 50 Hz, from this transmission frequency again generate a usual consumer frequency of 50 to 60 Hz.
  • the converter 26 does not have to be designed for the high transmission voltage, which considerably increases the economy of the transmission system.
  • the three-phase load 20 is supplied with electrical power by means of a branch 28 from the transmission line 8.
  • branches 28 of the transmission line 8 can be implemented for power consumption or supply in this transmission system without having an adverse effect on the economy.
  • a three-phase high-voltage supply is provided as the network feed 2.
  • the value of this three-phase high voltage is adjusted by means of an input transformer 30 to the value of the single-phase transmission Voltage transformed down.
  • this transmission system can be connected to any voltage level without the economy being adversely affected.
  • remote locations can be economically supplied with low-power electrical energy over a large distance by means of a single-phase stub.

Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif permettant de transporter de manière économique l'énergie électrique de faible puissance sur de longues distances. Selon l'invention, cette énergie et acheminée sous forme monophasée et une chute de tension dans la ligne de transport due à la charge est compensée de manière appropriée. Cela permet d'alimenter en énergie électrique de manière économique, des localités retirées.The invention relates to a method and a device for economically transporting low-power electrical energy over long distances. According to the invention, this energy is conveyed in single-phase form and a voltage drop in the transmission line due to the load is appropriately compensated. This makes it possible to supply electrical energy economically to remote localities.

Description

1 Elektrisches Energieübertragungssystem 1 electrical power transmission system
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor- « 5 richtung zur wirtschaftlichen Übertragung elektrischer Ener¬ gie kleiner Leistung über große Entfernungen.The invention relates to a method and a pre- "5 direction to economic transmission of electrical energy Ener¬ low power over long distances.
Die Übertragung elektrischer Energie über große Entfernungen erfolgt entweder dreiphasig oder einphasig mit der üblichenThe transmission of electrical energy over long distances takes place either three-phase or single-phase with the usual
10 Netzfrequenz von 50 Hz bis 60 Hz. Bei diesen Übertragungs¬ frequenzen ist der induktive Spannungsabfall auf der Über¬ tragungsleitung erheblich, da der induktive Spannungsabfall frequenzabhängig ist. Zur Übertragung elektrischer Energie wird die Spannung entsprechend hoch gewählt, so daß infolge 10 network frequency from 50 Hz to 60 Hz. At these transmission frequencies, the inductive voltage drop on the transmission line is considerable, since the inductive voltage drop is frequency-dependent. For the transmission of electrical energy, the voltage is chosen correspondingly high, so that as a result
15 eines kleineres Stromes die Leitungsverluste sich verringern. Die Übertragung großer Leistung erfolgt mittels einer Hoch-. spannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ), wodurch die Leitungs¬ verluste nur noch vom ohmschen Widerstand und dem durchflie¬ ßenden Strom abhängig sind. 15 of a smaller current, the line losses decrease. The transmission of great power takes place by means of a high. Voltage-direct current transmission (HVDC), as a result of which the line losses are dependent only on the ohmic resistance and the current flowing through.
2020th
Ein Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystem weist ein- gangsseitig und ausgangsseitig jeweils einen Stromrichter¬ transformator auf, der die Spannungen der angeschlossenen Drehstromnetze auf eine der Übertragungs-Gleichspannung ent- 25 sprechende Größe transformiert. Mittels in Drehstrom-Brücken¬ schaltungen angeordneten Stromrichter-Ventilen wird die Dreh¬ spannung in eine Gleichspannung umgewandelt. Mehrere solcher Brücken sind gleichstromseitig zur Erhöhung der Übertragungs¬ spannung und -leistung in Reihe geschaltet, wobei die Mitte 3Q der Reihenschaltung meist geerdet ist. Gleichzeitig wird durch eine entsprechende sekundäre Stern- und Dreieckschal¬ tung der Transformatoren der Oberschwingungsanteil auf derA high-voltage direct current system has the input side and the output side in each case a Stromrichter¬ transformer which corresponds transformed 2 5 speaking size, the voltages of the connected three-phase systems to the transmission voltage. The three-phase voltage is converted into a direct voltage by means of converter valves arranged in three-phase bridge circuits. Several such bridges are connected in series on the DC side to increase the transmission voltage and power, the center 3 Q of the series connection being mostly grounded. At the same time, a corresponding secondary star and delta connection of the transformers means that the harmonic component on the
-, Drehstrom- und Gleichstromseite infolge der zwölfpulsigen-, three-phase and direct current side due to the twelve-pulse
Rückwirkung verringert. Unter Umständen sind noch zusätzliche 35 Filterkreise auf der Gleichstromseite erforderlich. Beide Drehstromnetze werden bedingt durch die Kommutierungsvorgänge im Stromrichter mit induktiver Blindleistung - etwa 50 bis 60 % der Wirkleistung - belastet.Retroactive effect reduced. An additional 35 filter circuits may be required on the DC side. Both Three-phase networks are loaded with inductive reactive power - around 50 to 60% of the active power - due to the commutation processes in the converter.
Eine Gleichstrom-Freileitung ist wirtschaftlicher als eine Drehstromleitung gleicher Übertragungsfähigkeit, da sie span- nungs- und strommäßig besser ausgenutzt werden kann und außer¬ dem nur zwei Leiter benötigt. Dies ergibt entsprechend weni¬ ger Isolatoren, leichtere Masten und eine geringere Trassen- breite, was beim überqueren von bebautem Gelände sehr wesent¬ lich ist. Jedoch kosten die Stromrichterstationen erheblich mehr als normale Umspannanlageπ. Wenn die HGU angewendet wer¬ den soll, müssen diese Mehrkosten der Station durch die Ein¬ sparungen bei der Leitung ausgeglichen werden, was eine Min- destentfernung voraussetzt. Die wirtschaftlichen Grenzent- ferπungen für eine Zwei-Punkt-Verbindung für 800 bis 2.500 MW liegt zwischen 500 und 1.500 km. Abzweige der Gleichstromlei¬ tung zur Leistungsentnahme oder -zufuhr lasssen sich durch Parallel- oder in Reihe geschaltete Zwischenstationen ver- wirklichen; sie beeinflussen jedoch im ungünstigen Sinne die Wirtschaftl chkeit.A direct current overhead line is more economical than a three-phase line with the same transmission capacity, since it can be better used in terms of voltage and current and also only requires two conductors. This results in correspondingly fewer insulators, lighter masts and a smaller route width, which is very important when crossing built-up areas. However, the converter stations cost considerably more than normal transformer stations. If the HGU is to be used, these additional costs for the station must be compensated for by the savings in the line, which requires a minimum distance. The economic limit distances for a two-point connection for 800 to 2,500 MW are between 500 and 1,500 km. Branches of the direct current line for drawing or supplying power can be realized by means of parallel or series-connected intermediate stations; however, they have an adverse effect on economic viability.
In Energieübertragungsnetzen muß außer der Wirkleistungs¬ bilanz auch die Einhaltung der Blindleistungsbilanz durch die Netzbetreiber beachtet werden. Während sich eine nicht ausge¬ glichene Wirkleistungsbilanz in Frequenzabweichungen auswirkt, hat eine nicht ausgeglichene Blindleistungsbilanz Spannungs¬ schwankungen zur Folge. Blindleistung wird durch Kraftwerke, Abnehmer und durch die Längs- und Querimpedanzen der Übertra- gungsleitungen und -kabel erzeugt bzw. verbraucht. Einerseits ist der Betrag der induktiven oder kapazitiven Blindleistung von der Spannung abhängig, andererseits wirkt sich auch der Wirkleistungsfluß auf die Blindleistungsbilanz im Übertra¬ gungsnetz aus. Kondensatoren, die bei großen Übertragungs- leistungen zugeschaltet werden, können den Blindleistungs¬ bedarf der Übertragungsleitungen aufbringen. In den Leitungszug zugeschaltete Kondensatoren vermindern die wirksame Leitungsimpedanz und tragen damit bei hohem Lastfluß über lange Leitungen durch Reduzierung des Übertragungswinkels zur Erhöhung der Stabilität bei.In energy transmission networks, in addition to the active power balance, compliance with the reactive power balance by the network operator must also be observed. While an unbalanced active power balance results in frequency deviations, an unbalanced reactive power balance results in voltage fluctuations. Reactive power is generated or consumed by power plants, consumers and by the longitudinal and transverse impedances of the transmission lines and cables. On the one hand the amount of the inductive or capacitive reactive power depends on the voltage, on the other hand the active power flow also has an effect on the reactive power balance in the transmission system. Capacitors that are switched on at high transmission powers can provide the reactive power requirement of the transmission lines. Capacitors connected in the cable train reduce the effective line impedance and thus contribute to increasing stability when there is a high load flow over long lines by reducing the transmission angle.
Isolierte Ortschaften werden bekanntlich mit Energie aus dem dreiphasigen Versorgungsnetz mittels einer einphasigen uber¬ tragungsleitung versorgt, wobei die Übertragungsfrequenz gleich der Netzfrequenz ist. Eine weitere Möglichkeit der Versorgung derartiger Ortschaften mit elektrischer Energie besteht darin, daß vor Ort Dieselaggregate vorhanden sind. Bei dieser Möglichkeit muß jedoch die TreibstoffVersorgung gesichert sein. Beide Versorgungssysteme sind jedoch unwirt¬ schaftlich.As is known, isolated locations are supplied with energy from the three-phase supply network by means of a single-phase transmission line, the transmission frequency being equal to the network frequency. Another possibility of supplying such places with electrical energy is that diesel units are available on site. With this option, however, the fuel supply must be secured. However, both supply systems are inefficient.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur wirtschaftlichen Übertragung elek¬ trischer Energie kleiner Leistung über große Entfernungen anzugeben.The invention is based on the object of specifying a method and a device for the economical transmission of electrical energy of small power over large distances.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Energie einphasig übertragen und ein belastungsabhängiger Spannungsabfall der Übertragungsleitung geeignet kompensiert wird.This object is achieved in that the energy is transmitted in a single phase and a load-dependent voltage drop in the transmission line is suitably compensated for.
Eine derartige Energieübertragung weist folgende Vorteile auf:Such an energy transfer has the following advantages:
- Trassenbreite geringer gegenüber dreiphasiger übertra- gung,- line width less than three-phase transmission,
- Widerstand in der Bevölkerung aufgrund der geringen optischen Präsenz geringer,- resistance in the population is lower due to the low optical presence,
- ausreichend für kleine Leistungen (0,5 bis 20 MW) und großen Entfernungen (50 bis 300 km). Der Serienkondensator dient hier dazu, die übertragungsspan- nung niedrig zu halten. Im Gegensatz zu Übertragungssystemen hoher Leistung sind hier höhere Kompensationsgrade erreichbar, wodurch die gleichen Spannungs- und Verlustverhältnisse wie bei. einem Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystem annä¬ hernd erreicht werden. Bei der Verwendung einer Übertragungs¬ frequenz von 50 bis 60 Hz können einphasige Lasten ohne Mit¬ wirkung eines Umrichters mit Energie versorgt werden. Da die Leistung der zu übertragenden Energie klein ist, treten in einem Kurzschlußfall auch nur geringe Kurzschlußströme auf, so daß die Probleme bei serienkompensierten Leitungen großer Leistung nicht auftreten.- sufficient for small outputs (0.5 to 20 MW) and long distances (50 to 300 km). The series capacitor is used here to keep the transmission voltage low. In contrast to high-performance transmission systems, higher degrees of compensation can be achieved, which means the same voltage and loss ratios as in. a high-voltage direct current transmission system can be approximately achieved. If a transmission frequency of 50 to 60 Hz is used, single-phase loads can be supplied with energy without the involvement of a converter. Since the power of the energy to be transmitted is low, only short-circuit currents occur in the event of a short circuit, so that the problems with series-compensated lines of high power do not occur.
Bei einem vorteilhaften Verfahren wird die Energie mittels einer hohen Übertragungsspannung mit einer von Null verschie¬ denen Übertragungsfrequenz übertragen.In an advantageous method, the energy is transmitted by means of a high transmission voltage with a transmission frequency that differs from zero.
Eine derartige vorteilhafte Energieübertragung weist folgende Vorteile auf:Such an advantageous energy transmission has the following advantages:
- Der induktive Spannungsabfall wird wesentlich kleiner, wodurch bei gleicher zu übertragenden Energie die Über¬ tragungsspannung kleiner gewählt werden kann,The inductive voltage drop is significantly smaller, so that the transmission voltage can be selected to be smaller with the same energy to be transmitted.
- infolge der kleineren Übertragungsspannung verringert sich die Masthöhe für die Übertragungsleitung, wodurch preiswertere Masten Verwendung finden,- due to the lower transmission voltage, the mast height for the transmission line is reduced, which means that cheaper masts are used,
- mehrere benachbarte Ortschaften, die isoliert liegen, können über eine Stichleitung mit mehreren Abzweigungen mit Energie versorgt werden.- Several neighboring towns, which are isolated, can be supplied with energy via a branch line with several branches.
Ein besonderer Vorteil dieses Energieübertragungssystems be¬ steht darin, daß alternative Energiequellen, wie Wasser, Wiπd- und Sonnenenergie, die entfernt von Verbrauchern in elektri¬ sche Energie umgewandelt werden, wirtschaftlich übertragen werden können. In einer Ausführungsform besteht die Vorrichtung zur Übertra¬ gung elektrischer Energie kleiner Leistung über große Entfer¬ nungen aus einer einphasigen ubertragungsleitung, einer Netz¬ einspeisung, einer Kondensatorbank, die im Zuge der übertra- gungsleitung angeordnet ist, und einer Steuer- und Regelein¬ richtung zur Steuerung einer geeigneten Kompensation. Durch diese Ausführungsform kann eine Energie kleiner Leistung wirt¬ schaftlich übertragen werden, weil infolge dieser geeigneten Kompensation die Übertragungsspannung gering gehalten werden kann.A particular advantage of this energy transmission system is that alternative energy sources, such as water, wind energy and solar energy, which are converted into electrical energy away from consumers, can be transmitted economically. In one embodiment, the device for transmitting electrical energy of low power over large distances consists of a single-phase transmission line, a power supply, a capacitor bank which is arranged in the course of the transmission line, and a control and regulating device to control a suitable compensation. With this embodiment, an energy of low power can be transmitted economically because the transmission voltage can be kept low as a result of this suitable compensation.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist eine dreiphasige Last mittels eines Umrichters an die Übertragungs¬ leitung angeschlossen. Dadurch kann man selbst dreiphasige Lasten mittels einer einphasigen Übertragungsleitung wirt¬ schaftlich mit Energie kleiner Leistung über große Entfer¬ nungen versorgen, wobei der Umrichter vorteilhafterweise mittels eines Transformators mit der Übertragungsleitung verknüpft ist. Mittels der potentialmäßig getrennten Anbin- düng des Umrichters an die Übertragungsleitung braucht der Umrichter nicht für die hohe Übertragungsspannung ausgelegt werden, wodurch die Kosten dieses Umrichters gering gehalten werden können. Zur Erzeugung der Verbraucherfrequenz werden bekannte Stromrichterschaltungen, beispielsweise ein Pulsum- richter, vorgesehen.In a further embodiment of the device, a three-phase load is connected to the transmission line by means of a converter. As a result, even three-phase loads can be economically supplied with energy of low power over large distances by means of a single-phase transmission line, the converter advantageously being connected to the transmission line by means of a transformer. By means of the potential-separate connection of the converter to the transmission line, the converter does not have to be designed for the high transmission voltage, as a result of which the costs of this converter can be kept low. Known converter circuits, for example a pulse converter, are provided to generate the consumer frequency.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der zwei Ausführungsbeispiel der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung zur Übertragung elektrischer Energie kleiner Leistung über große Entfernungen schematisch veran¬ schaulicht ist.For a further explanation of the invention, reference is made to the drawing, in which two exemplary embodiments of the device according to the invention for transmitting electrical energy of low power over large distances are illustrated schematically.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemä¬ ßen Vorrichtung und in Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung näher dargestellt.Figure 1 shows a first embodiment of the inventive device and in FIG. 2 shows a second embodiment of the device in more detail.
Die Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Energieübertragungs- System, das aus einer Netzeinspeisung 2, einer Kondensator¬ bank 4 mit einer zugehörigen Steuer- und Regeleinrichtung 6 und einer einphasigen Übertragungsleitung 8 besteht. Außerdem ist noch eine Netzschutzeinrichtung 10, bestehend aus einem Leistungsschalter 12, einer Stromerfassungeinrichtung 14 und einer Schutzeinrichtung 16, vorgesehen. Die Kondensatorbank 4 ist im Zuge der einphasigen Übertragungsleitung 8 angeordnet. Diese Kondensatorbank 4 kann auch in einer sendenden Schalt¬ station untergebracht sein. Diese Kondensatorbank 4 kann als Ganzes oder in mehreren Teilkondensatoren (Segmenten) in Rei- he zu- oder abgeschaltet werden. Eine derartige Kondensator¬ bank 4 besteht aus mehreren Reihenkondensatoren, denen jeweils ein Überspannungsabieiter elektrisch parallel geschaltet ist. Elektrisch parallel zu dem Überspannungsabieiter- ist eine Parallelschaltung aus einem Bypass-Leistungsschalter und üb- licherweise einer Funkenstrecke geschaltet. Außerdem ist jedes Segment mit einem Dämpfungselement (Drossel) versehen. Ein derartiges Ersatzschaltbild ist dem Aufsatz "Geregelte Paral¬ lel- und Reihenkompensation" von G.H. Thumm und P. Walther, abgedruckt in der Zeitschrift "Elektrie", Berlin 45, 1991, Nr.3', Seiten 88 bis 90, zu entnehmen. Das Zu- und Abschalten der Kondensatoren der Kondensatorbank 4 geschieht mittels der Steuer-, Regel- und Überwachungseinrichtung 6 dadurch, daß jeweils ein paralleler Leistungsschalter, oder ein elektroni¬ scher Schalter, beispielsweise ein Thyristor, geöffnet bzw. geschlossen wird. Eine weitere Verbesserung ist durch eine stufenlose, geregelte Kompensation möglich. Eine bekannte Möglichkeit besteht darin, dem Thyristorschalter eine geignet dimensionierte Drossel in Reihe zu schalten. Eine solche Schaltung ist z.B. in Christi et al "Advenced Series Compen- sation with variable Impedance", EPRI Nov. 90 in Figur 3 abgedruckt. Der Schutz jedes Kondensators der Kondensatorbank 4 bei Netzkurzschluß wird durch die parallelen Abieiter, durch die triggerbare Funkenstrecke und/oder durch den paral¬ lelen Leistungsschalter gewährleistet. Außerdem wird die Kon- densatorbank 4 mittels der Netzschutzeinrichtung 10 beispiels¬ weise bei Netzkurzschluß geschützt.FIG. 1 shows an energy transmission system according to the invention, which consists of a power supply 2, a capacitor bank 4 with an associated control and regulating device 6 and a single-phase transmission line 8. In addition, a network protection device 10, consisting of a circuit breaker 12, a current detection device 14 and a protection device 16, is also provided. The capacitor bank 4 is arranged in the course of the single-phase transmission line 8. This capacitor bank 4 can also be accommodated in a transmitting switching station. This capacitor bank 4 can be switched on or off in series as a whole or in several partial capacitors (segments). Such a capacitor bank 4 consists of a plurality of series capacitors, each of which an overvoltage arrester is electrically connected in parallel. A parallel circuit consisting of a bypass circuit breaker and usually a spark gap is connected electrically in parallel with the surge arrester. In addition, each segment is provided with a damping element (choke). Such an equivalent circuit diagram can be found in the article "Regulated parallel and series compensation" by GH Thumm and P. Walther, printed in the magazine "Elektrie", Berlin 45, 1991, No. 3 ' , pages 88 to 90. The capacitors of the capacitor bank 4 are switched on and off by means of the control, regulating and monitoring device 6 in that a parallel power switch or an electronic switch, for example a thyristor, is opened or closed. A further improvement is possible through a stepless, regulated compensation. A known possibility is to connect a suitably dimensioned choke to the thyristor switch in series. Such a circuit is described, for example, in Christi et al "Advenced Series Compensation with variable Impedance", EPRI Nov. 90 in FIG. 3 printed. The protection of each capacitor of the capacitor bank 4 in the event of a short circuit in the network is ensured by the parallel arresters, by the triggerable spark gap and / or by the parallel circuit breaker. In addition, the capacitor bank 4 is protected by means of the network protection device 10, for example in the event of a network short circuit.
Als Netzeinspeisung 2 kann ein Mittelspannungsnetz vorgesehen sein. Außerdem besteht die Möglichkeit, alternative Energie- quellen, wie Wasser, Wind- und Sonnenenergie, die entfernt von Verbrauchern vorrätig sind, als Netzeinspeisung 2 zu ver¬ wenden. Somit kann alternative Energie wirtschaftlich zur Versorgung von abgelegenen Verbrauchern genutzt werden, wobei diese Energie mit diesem Übertragungssystem wirtschaftlich übertragen wird. Die Frequenz der Netzeinspeisung 2 beträgt 50 bis 60 Hz, kann jedoch auch wesentlich niedriger, jedoch verschieden von Null Hz sein. Durch Verringerung der Übertra¬ gungsfrequenz wird der Spannungsabfall der ubertragungslei¬ tung 8 verringert, wodurch die gleiche Energie mit einer ge- ringen Übertragungsspannung übertragen werden kann.A medium-voltage network can be provided as the network infeed 2. In addition, there is the possibility of using alternative energy sources, such as water, wind and solar energy, which are available away from consumers, as the network feed 2. Alternative energy can thus be used economically to supply remote consumers, this energy being transmitted economically with this transmission system. The frequency of the network feed 2 is 50 to 60 Hz, but can also be significantly lower, but different from zero Hz. The voltage drop of the transmission line 8 is reduced by reducing the transmission frequency, as a result of which the same energy can be transmitted with a low transmission voltage.
Die Länge der Übertragungsleitung 8 bei diesem erfindungsge¬ mäßen Energieübertragungssystem beträgt zwischen einigen Kilometern bis einigen hundert Kilometern und die Energie, die zu übertragen ist, beträgt ca. 0,5 bis 20 MW. Da die wirk¬ same Leitungsimpedanz weitgehend kompensiert werden kann, werden die gleichen Spannungs- und Verlustverhältnisse wie bei einem Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystem er¬ reicht. Hier dient der Serienkondensator 4 gegenüber der be- kannten Verwendung vielmehr dazu, die Übertragungsspannung niedrig zu halten, damit die eingangs aufgezählten Vorteile erreicht werden. Die Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung, wobei gleiche Elemente gleiche Be¬ zugszeichen tragen.Bei dieser Ausführungsform ist am Ende der Übertragungsleitung 8 eine einphasige Last 18 und eine drei- phasige Last 20 angeschlossen. Da der Spannungswert der ein¬ phasigen Last 18 verschieden vom Wert der Übertragungsspan¬ nung ist, wird zur potentialtrennenden Ankopplung der Last 18 ein Transformator 22 verwendet. Die dreiphasige Last 20 ist ebenfalls über einen Transformator 24 an die übertragungs- leitung 8 angekoppelt, wobei zwischen Transformator 24 und Last 20 ein Umrichter 26 vorgesehen ist. Mittels dieses Um¬ richters 26, beispielsweise ein Pulsumrichter, wird aus ein¬ phasiger Netzspannung mit 50 bis 60 Hz eine dreiphasige Ver¬ sorgungsspannung mit 50 bis 60 Hz. Ebenso kann der Umrichter 26 dazu verwendet werden, bei der Verwendung einer viel nie¬ drigeren übertragungsfrequeπz als 50 Hz, aus dieser Übertra¬ gungsfrequenz wieder eine übliche Verbraucherfrequenz von 50 bis 60 Hz zu erzeugen. Durch die Verwendung des Transforma¬ tors 24 braucht der Umrichter 26 nicht auf die hohe Übertra- gungsspannung ausgelegt werden, wodurch erheblich die Wirt¬ schaftlichkeit des Übertragungssystems gesteigert wird.The length of the transmission line 8 in this energy transmission system according to the invention is between a few kilometers to a few hundred kilometers and the energy to be transmitted is approximately 0.5 to 20 MW. Since the effective line impedance can be largely compensated, the same voltage and loss ratios are achieved as in a high-voltage direct current transmission system. In contrast to the known use, the series capacitor 4 serves rather to keep the transmission voltage low so that the advantages listed at the beginning are achieved. FIG. 2 shows a further embodiment of the device according to the invention, the same elements bearing the same reference numbers. In this embodiment, a single-phase load 18 and a three-phase load 20 are connected to the end of the transmission line 8. Since the voltage value of the single-phase load 18 is different from the value of the transmission voltage, a transformer 22 is used for the potential-isolating coupling of the load 18. The three-phase load 20 is also coupled to the transmission line 8 via a transformer 24, a converter 26 being provided between the transformer 24 and the load 20. By means of this converter 26, for example a pulse converter, a single-phase mains voltage with 50 to 60 Hz becomes a three-phase supply voltage with 50 to 60 Hz. The converter 26 can also be used if a much lower one is used transmission frequency than 50 Hz, from this transmission frequency again generate a usual consumer frequency of 50 to 60 Hz. By using the transformer 24, the converter 26 does not have to be designed for the high transmission voltage, which considerably increases the economy of the transmission system.
Wie dieser Figur 2 entnommen werden kann, wird die dreipha¬ sige Last 20 mittels eines Abzweigs 28 von der Übertragungs- leitung 8 mit elektrischer Leistung versorgt. Gegenüber einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungseinrichtung können bei diesem Übertragungssystem Abzweige 28 der Übertragungsleitung 8 zur Leistungsentnahme oder -zufuhr verwirklicht werden, ohne dabei im ungünstigen Sinne die Wirtschaftlichkeit zu be- einflussen.As can be seen in FIG. 2, the three-phase load 20 is supplied with electrical power by means of a branch 28 from the transmission line 8. Compared to a high-voltage direct-current transmission device, branches 28 of the transmission line 8 can be implemented for power consumption or supply in this transmission system without having an adverse effect on the economy.
Als Netzeinspeisung 2 ist bei dieser Ausführungsform eine dreiphasige Hochspannungsversorgung vorgesehen. Der Wert die¬ ser dreiphasigen Hochspannung wird mittels eines Eingangs- transfor ators 30 auf den Wert der einphasigen Übertragungs- Spannung heruntertransformiert. Dadurch kann dieses Übertra¬ gungssystem an jede Spannungsebene angeschlossen werden, ohne daß die Wirtschaftlichkeit im ungünstigen Sinne beeinflußt wird.In this embodiment, a three-phase high-voltage supply is provided as the network feed 2. The value of this three-phase high voltage is adjusted by means of an input transformer 30 to the value of the single-phase transmission Voltage transformed down. As a result, this transmission system can be connected to any voltage level without the economy being adversely affected.
Mittels dieses Übertragungssystems können entlegene Ort¬ schaften mittels einer einphasigen Stichleitung über eine große Entfernung mit elektrischer Energie kleiner Leistung wirtschaftlich versorgt werden. By means of this transmission system, remote locations can be economically supplied with low-power electrical energy over a large distance by means of a single-phase stub.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur wirtschaftlichen Übertragung elektrischer Energie kleiner Leistung über große Entfernungen, wobei diese Energie einphasig übertragen und ein belastungsab¬ hängiger Spannungsabfall der übertragungsletiung (8) geeig¬ net kompensiert wird.1. A method for the economical transmission of electrical energy of small power over large distances, this energy being transmitted in one phase and a load-dependent voltage drop in the transmission line (8) being suitably compensated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß die Energie mittels einer hohen Übertragungsspannung mit einer beliebigen, von Null verschiedenen herkömmlichen Übertragungsfrequenz übertragen wird.2. The method of claim 1, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t that the energy is transmitted by means of a high transmission voltage with any conventional transmission frequency other than zero.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer einphasigen Übertragungsleitung (8), einer Netzeinspeisung (2), einer Kondensatorbank (4), die im Zuge der Übertragungsleitung (8) angeordnet ist, und einer Steuer-, Regel- und Überwachungseinrichtung (6) zur Steuerung der geeigneten Kompensation.3. Device for performing the method according to claim 1, consisting of a single-phase transmission line (8), a network feed (2), a capacitor bank (4) which is arranged in the course of the transmission line (8), and a control, regulating and monitoring device (6) for controlling the appropriate compensation.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß zwischen der Netzeinspeisung (2) und der Kondensatorbank (4) ein Eingangstransformator (30) vorgesehen ist.4. Apparatus according to claim 3, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t that between the power supply (2) and the capacitor bank (4) an input transformer (30) is provided.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß eine dreiphasige Last (20) mittels eines Umrichters (26) an die ubertragungsleitung (8) angeschlossen ist.5. Apparatus according to claim 3, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t that a three-phase load (20) by means of a converter (26) is connected to the transmission line (8).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Umrichter (26) mittels eines Transformators (24) mit einer Übertragungsleitung (8) verknüpft ist. 6. The device according to claim 5, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t that the converter (26) by means of a transformer (24) is linked to a transmission line (8).
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