EP3695504A1 - Energieübertragung über eine bipolare hochspannungs-gleichstrom-übertragungsstrecke - Google Patents

Energieübertragung über eine bipolare hochspannungs-gleichstrom-übertragungsstrecke

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EP3695504A1
EP3695504A1 EP17816485.1A EP17816485A EP3695504A1 EP 3695504 A1 EP3695504 A1 EP 3695504A1 EP 17816485 A EP17816485 A EP 17816485A EP 3695504 A1 EP3695504 A1 EP 3695504A1
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EP
European Patent Office
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converter
power
station
converters
active power
Prior art date
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Ceased
Application number
EP17816485.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nicolas Söllner
Johann Messner
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3695504A1 publication Critical patent/EP3695504A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/7575—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only for high voltage direct transmission link
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between AC networks via high-voltage DC [HVDC] links; Arrangements for transfer of electric power between generators and networks via HVDC links
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2201/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the converter used
    • H02P2201/13—DC-link of current link type, e.g. typically for thyristor bridges, having an inductor in series with rectifier
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Definitions

  • the invention relates to a converter station for energy transmission via a bipolar high-voltage DC transmission path and a method for their operation.
  • HVDC high voltage direct current
  • a monopolar HVDC link has only one high-voltage line, at which a high voltage is applied to a ground potential.
  • a bipolar HVDC line has two high-voltage lines, where at one
  • HVDC track High voltage line against the earth potential negative high voltage is applied.
  • the parts of an HVDC track which are assigned to the same voltage polarity are referred to below as poles of the HVDC track.
  • a monopolar HVDC link thus has one pole, a bipolar HVDC link has two poles.
  • a converter station is arranged between the AC grid and one end of the HVDC link, in which the
  • Commutated Converter is performed on a thyristor basis.
  • Valve units each having a thyristor or more serially connected thyristors.
  • the continuous current flow is maintained by inductors.
  • Valve unit by zero, so that the flow of current through this valve unit is already extinguished before it is ignited in the current commutation detaching valve unit, the extinguished valve unit must be re-ignited and one speaks then of a gapping operation.
  • This gap operation causes high losses and claimed the power converters very strong, which is why it is best avoided during operation.
  • line-commutated converters are operated with a minimum current flow, for example, about 5 to 10 percent of the rated current and in which the
  • one of the two power converters is operated in a coordinated manner on a plurality of converter stations connected to the HVDC link as a rectifier, which has a
  • Converter output transfers to the AC grid.
  • the transmitted from a converter station
  • Station active power is in this case the difference of the converter active power of their two power converters. As a result, the station active power can be smaller than the
  • Power converter can be made so that the active power jump can be reduced, although both power converters with
  • the invention is based on the object
  • Converter station with two line-commutated converters for energy transfer via a bipolar high-voltage DC transmission line are in a first
  • one of the power converters is as a rectifier to a
  • Power converters are operated either as rectifiers or as inverters on the AC mains. In both operating modes, a station active power exchanged between the converter station and the AC network is determined by active power specifications for converter performance
  • the invention thus sees two different operating modes for operating a converter station with two
  • the power converters are operated monopolar in an anti-parallel circuit, that is, at the same pole of the HVDC link.
  • one of the power converters is used as a rectifier on the
  • both converters are operated either as a rectifier or as an inverter to the AC mains.
  • the station active power that the converter station exchanges with the AC grid is the difference in power converter efficiencies of the two
  • the station active power can be made smaller than the converter active power of each converter, and in particular smaller than the minimum transmission power of each converter, even if both
  • a vanishing station active power can be set if both converters are operated with the same converter active power.
  • the first operating mode is therefore particularly suitable for switching on and off the
  • the station active power and the power transmitted via the HVDC link can be small in the case of high converter efficiencies
  • the first operating mode is also suitable for tests with high converter efficiencies within the framework of a
  • AC systems and / or the HVDC line are not yet designed or available for high performance.
  • the station active power is that of the converter station with the AC mains
  • the converter station is controlled by active power requirements for the converter active power, which is between the converters and the
  • the active power specifications for the two power converters usually differ from each other, but in certain situations can also match, in particular to set a vanishing station active power, for example, to the converter station without a real power jump on or off.
  • both converters are usually operated with matching active power specifications, so that each converter active power half the size of the
  • the invention thus enables in addition to the conventional
  • An embodiment of the invention provides that, in an operating mode change between the two operating modes, one of the two power converters is first turned off and at the same time the power converter active power of the other
  • This embodiment of the invention makes it possible to avoid an active power jump in the station active power caused by a change in the operating mode.
  • a further embodiment of the invention provides that a threshold value for the station active power is specified and the converter station for station effective powers below the threshold value is operated in the first operating mode. Above the threshold is the
  • This embodiment of the invention takes into account that the first mode of operation is particularly suitable for small stations effective, since in this
  • Stationswirk must be set, which is smaller than a minimum transmission power of the converter, which serves to avoid a gapping operation of the power converter.
  • the threshold is, for example, equal to the sum of the minimum transmission power of the power converter
  • stations active power when switching the converter station in the first operating mode by continuously changing the active power settings of a Einschaltwirk oriental increases and / or when switching off the converter station in the first mode by continuously changing the
  • the turn-on active power and / or the turn-off active power can in particular be zero.
  • Embodiments of the invention enable a gentle Switching on and / or switching off the converter station without active power jumps or with respect to the conventional operation reduced active power jumps.
  • a further embodiment of the invention provides that the converter station is operated for a change of a flow direction of the station active power in the first operating mode, wherein the station active power is changed by continuously changing the active power specifications.
  • This embodiment of the invention causes the station active power is changed continuously when changing their flow direction and active power jumps in the station active power can be avoided.
  • Power transmission via a high-voltage bipolar DC transmission link comprises two line-commutated converters each selectively operable as a rectifier or as an inverter on an AC mains and electrically connectable to each of the two poles of the high-voltage DC link, and a control unit configured is, one taken from the converter station from the AC mains
  • a converter station according to the invention makes it possible to carry out the method according to the invention with the advantages mentioned above. Compared to a conventional one
  • Converter station with line-commutated converters are only a circuit that allows the anti-parallelism of the two converters, and a control unit that controls the invention
  • Converter output of the antiparallel switched converter is set up needed.
  • the circuit may optionally already existing switching devices a converter station, where necessary, an isolation level of this
  • the device of the control unit can be any type of circuitry.
  • the device of the control unit can be any type of circuitry.
  • the invention may therefore also be used to upgrade existing bipolar converter stations with line-commutated converters.
  • Converter station provides that each power converter with one pole of the high-voltage DC transmission link is directly connected to the other pole and a Polwendeschalter. This embodiment of the invention is
  • a further embodiment of the invention provides that the AC network is three-phase.
  • each power converter may, for example twelve in one of two
  • each valve unit may in particular comprise at least one thyristor.
  • each power converter can be connected by a transformer unit with the AC power, the one for each phase of the AC power supply
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a converter station according to the prior art
  • FIG. 2 shows schematically two converter stations, which are connected via an HVDC route
  • FIG 3 shows schematically three converter stations, which are connected via an HVDC link.
  • the converter station 1 shows a circuit diagram of a converter station 1 according to the prior art for energy transmission via a bipolar HVDC path 30.
  • each as an optional Rectifier or as an inverter on a three-phase AC mains 27, 28, 29 are operable.
  • Each power converter 4, 5 has twelve valve units 7, which are arranged in a twelve-pulse bridge circuit 26 consisting of two six-pulse bridge circuits 26.1, 26.2.
  • Each valve unit 7 has one or more thyristors connected in series or in parallel.
  • a surge arrester 9 is connected in parallel.
  • Each power converter 4, 5 is connected by a
  • each transformer unit 11 has a primary winding 13, a first secondary winding 15 and a second secondary winding 17 for each phase of the AC network 27.
  • the primary windings 11 of each transformer unit 11 are connected to each other by a star connection
  • the first secondary windings 15 are connected to each other by a delta connection
  • the second secondary windings 17 are connected to each other by a star connection.
  • Each winding end of each first secondary winding 15 is connected to one of six valve units 7
  • Power converters 4, 5 formed second six-pulse bridge circuit 26.2 connected.
  • a first power converter 4 is connected to a first pole 21 of the HVDC track 30.
  • the second six-pulse bridge circuit 26.2 of the first power converter 4 is connected to the first pole 21 of the HVDC track 30.
  • Power converter 5 is connected to the second pole 23 of the HVDC track 30. For this, the second six-pulse
  • FIG. 2 schematically shows two converter stations 1, 2 which are connected to one another via a HVDC link 30 on the DC side.
  • AC side is a first
  • Converter station 1 is connected to a first AC mains 27, and the second converter station 2 is connected to a second AC network 28.
  • the HVDC path 30 is formed bipolar with a first pole 21 and a second pole 23 and high voltage lines 32, 34 between the two converter stations 1, 2.
  • Each converter station 1, 2 is like that in FIG. 1
  • Pole connection line 36 of each converter station 1, 2 is also via a reconfiguration switch 40 with the
  • the power converter connection lines 25 of the converter stations 1, 2 are connected via a
  • Converter station 1, 2 has a control unit 46, through which the valve units 7 of their power converters 4, 5 are driven. Each converter station 1, 2 exchanges with the
  • the station effective power Pi of the converter station i results from the
  • the direction of each active power flow is shown in FIG. 2 by an arrow.
  • Converter stations 1, 2 operated in the first mode of operation of the method according to the invention.
  • the two power converters 4, 5 of each converter station 1, 2 are connected in an anti-parallel connection with the first pole 21 of the HVDC line 30, wherein the first converter 4 of each converter station 1, 2 is connected directly to the first pole 21, while the second Power converter 5 is connected by a Polwendeschalter 38 with the first pole 21.
  • the converter stations 1, 2 are thus each monopolar in the first operating mode, that is, only at one pole 21 of the HVDC line 30, operated.
  • One of the power converters 4, 5 of each converter station 1, 2 is operated as a rectifier, the other power converter 4,
  • the first power converter 4 of a first power converter station 1 as an inverter
  • the second power converter 5 of the first power converter station 1 is operated as a rectifier, that is, it takes the converter active power P12 from the first AC power grid 27.
  • the first power converter 4 of the second power converter station 2 is operated as a rectifier, that is, it takes the converter active power P21 from the second
  • the second power converter 5 of the second power converter station 2 is operated as an inverter, that is, it transmits the power converter active power P22 in the second AC power network 28.
  • Converter station 1, 2 controlled by active power specifications for the converter power Pli, P12, P21, P22.
  • FIG. 2 also shows electrical currents II to 18 and their directions represented by arrows, which are each indicated by a first high-voltage line 32, which
  • FIG. 3 schematically shows three converter stations 1, 2, 3, which are connected to one another on the DC side via an HVDC line 30.
  • AC side is a first
  • Converter station 1 connected to a first AC mains 27, a second converter station 2 is connected to a second AC network 28, and the third
  • Converter station 3 is a third
  • the HVDC path 30 is formed bipolar with a first pole 21 and a second pole 23.
  • Each converter station 1, 2, 3 is designed like the converter station 1 shown in FIG. 1, wherein each of the two converters 4, 5 of each converter station 1, 2,
  • each of the two poles 21, 23 of the HVDC track 30 is connectable.
  • the outputs, connected in each case to a pole 21, 23, of each converter station 1, 2, 3 are connected via a pole connecting line 36 and two
  • the pole connection line 36 of each converter station 1, 2, 3 is also connected via a reconfiguration switch 40 to the converter connection line 25 of the converter station 1, 2, 3 connectable and has between its connection to the reconfiguration switch 40 and each power converter 4, 5 of the converter station 1, 2, 3 an interruption switch 42.
  • Converter station 1, 2, 3 has a control unit 46, through which the valve units 7 of their power converters 4, 5 are driven.
  • Each converter station 1, 2, 3 exchanges with the
  • the station effective power Pi of the converter station i results from the
  • the direction of each active power flow is again shown by an arrow.
  • a first converter station 1 is in the first
  • Converter station 1 in an anti-parallel connection to the same first pole 21 of the HVDC track 30, wherein the first converter 4 of the first converter station 1 is directly connected to this first pole 21, while the second converter 5 of the first converter station 1 by a Polwendeschalter 38 with the first pole 21 is connected.
  • the first power converter 4 is operated as an inverter, that is, it transmits the
  • the second power converter 5 is operated as a rectifier, that is, he takes the
  • Converter station 3 are each operated in a conventional second operating mode, that is, the two
  • Power converters 4, 5 of each of these converter stations 2, 3 are connected to different poles 21, 23 of the HVDC track 30 and both power converters 4, 5 are operated either as a rectifier or as an inverter.
  • Converter station 3 are operated as inverters, which each transmit a converter active power P31 and P32 into the third AC network 29.
  • the station effective power PI, P2, P3 each
  • Converter station 1, 2 is controlled by means of the control unit 46 of this converter station 1, 2 by active power specifications for the converter active power Pli, P12, P21, P22, P31, P32 their power converters 4, 5.
  • the station active power PI, P2, P3 of a converter station 1, 2, 3 in the first operating mode is the difference between the values Power converter active power Pli to P32 of the two power converters 4, 5 of the converter station 1, 2, 3. Therefore, the station active power PI, P2, P3 in the first
  • each converter 4, 5 Operating mode smaller than the power converter active power Pli to P32 each converter 4, 5 and in particular less than a minimum transmission power, by which a gapping operation of the power converter 4, 5 is prevented, be made, even if both converters 4, 5 are operated with at least their minimum transmission power ,
  • a vanishing station effective power PI, P2, P3 a converter station 1, 2, 3 can be adjusted by both converters 4, 5 of the converter station 1, 2, 3 with
  • the first operating mode is therefore preferably for small station effective powers PI, P2, P3 of the
  • Converter stations 1, 2, 3 used.
  • a threshold value for the station effective power PI, P2, P3 of a converter station 1, 2, 3 is given and the
  • Converter station 1, 2, 3 is for
  • Threshold operated in the first mode of operation.
  • the threshold value is, for example, equal to the sum of the minimum transmission powers of the power converters 4, 5 of the converter station 1, 2, 3 or greater than this sum.
  • the converter station 1, 2, 3 is preferably operated in the second operating mode.
  • Power converter 4, 5 set to the realized before operating mode change station effective power PI, P2, P3.
  • the first operating mode is used in particular for switching on and switching off a converter station 1, 2, 3 in order to reduce or completely avoid an active power jump caused by switching on or off. Furthermore, when switching on a converter station 1, 2,
  • Converter station 1, 2, 3 in the first operating mode, preferably by continuously changing the
  • the switch-on active power and / or the switch-off active power can be in particular zero. This will make a gentle turn on and on
  • the first operating mode of a converter station 1, 2, 3 is further preferably for a change of a

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromrichterstation (1) mit zwei netzgeführten Stromrichtern (4, 5) für eine Energieübertragung über eine bipolare Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke (30) und ein Verfahren zum Betrieb der Stromrichterstation (1). In einem ersten Betriebsmodus der Stromrichterstation (1) werden die beiden Stromrichter (4, 5) in einer Antiparallelschaltung mit demselben Pol (21, 23) der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke (30) elektrisch verbunden und einer der Stromrichter (4, 5) wird als Gleichrichter und der andere Stromrichter (4, 5) wird als Wechselrichter an einem Wechselstromnetz (27) betrieben. In einem zweiten Betriebsmodus werden die beiden Stromrichter (4, 5) mit voneinander verschiedenen Polen (21, 23) der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke (30) verbunden und beide Stromrichter (4, 5) werden entweder als Gleichrichter oder als Wechselrichter an dem Wechselstromnetz (27) betrieben. In beiden Betriebsmodi wird eine zwischen der Stromrichterstation (1) und dem Wechselstromnetz (27) ausgetauschte Stationswirkleistung (P1) durch Wirkleistungsvorgaben für Stromrichterwirkleistungen (P11, P12) gesteuert, die zwischen den Stromrichtern (4, 5) und dem Wechselstromnetz (27) ausgetauscht werden.

Description

Beschreibung
Energieübertragung über eine bipolare Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungsstrecke
Die Erfindung betrifft eine Stromrichterstation für eine Energieübertragung über eine bipolare Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungsstrecke und ein Verfahren zu deren Betrieb .
Elektrische Energie zwischen Wechselstromnetzen wird über große Entfernungen häufig mit hoher Gleichspannung
übertragen, da die Energieübertragung mit Gleichspannung über große Entfernungen gegenüber einer Energieübertragung mit Wechselspannung verlustärmer und kostengünstiger ist. Diese Art der Energieübertragung wird als Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) bezeichnet. Die
Energieübertragung kann dabei über eine monopolare oder eine bipolare Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke (HGÜ- Strecke) erfolgen. Eine monopolare HGÜ-Strecke weist nur eine Hochspannungsleitung auf, an der eine Hochspannung gegenüber einem Erdpotential anliegt. Eine bipolare HGÜ-Strecke weist zwei Hochspannungsleitungen auf, wobei an einer
Hochspannungsleitung eine gegenüber einem Erdpotential positive Hochspannung anliegt und an der anderen
Hochspannungsleitung eine gegenüber dem Erdpotential negative Hochspannung anliegt. Die der gleichen Spannungspolarität zugeordneten Teile einer HGÜ-Strecke werden im Folgenden als Pole der HGÜ-Strecke bezeichnet. Eine monopolare HGÜ-Strecke weist somit einen Pol auf, eine bipolare HGÜ-Strecke weist zwei Pole auf.
Um eine HGÜ-Strecke mit einem Wechselstromnetz zu verbinden, ist zwischen dem Wechselstromnetz und einem Ende der HGÜ- Strecke eine Stromrichterstation angeordnet, in der die
Umwandlung zwischen Wechselstrom und Wechselspannung des Wechselstromnetzes in Gleichstrom und Gleichspannung der HGÜ erfolgt. Stromrichterstationen weisen für jeden mit ihr verbundenen Pol der HGÜ-Strecke einen Stromrichter auf, der häufig als ein netzgeführter Stromrichter (LCC = Line
Commutated Converter) auf Thyristorbasis ausgeführt ist.
Diese Stromrichter arbeiten auf dem Prinzip der
wechselseitigen Stromkommutierung zwischen einzelnen
Ventileinheiten, die jeweils einen Thyristor oder mehrere in Reihe geschaltete Thyristoren aufweisen. Der kontinuierliche Stromfluss wird dabei durch Induktivitäten aufrechterhalten.
Geht der Stromfluss während der Leitperiode einer
Ventileinheit durch Null, so dass der Stromfluss durch diese Ventileinheit bereits erloschen ist, bevor die sie bei der Stromkommutierung ablösende Ventileinheit gezündet wird, muss die erloschene Ventileinheit wieder gezündet werden und man spricht dann man von einem Lückbetrieb. Dieser Lückbetrieb verursacht hohe Verluste und beansprucht die Stromrichter sehr stark, weswegen er im Betrieb bestmöglich vermieden wird. Aus diesem Grund werden netzgeführte Stromrichter mit einem Mindeststromfluss betrieben, der beispielsweise etwa 5 bis 10 Prozent des Nennstroms beträgt und bei dem der
Lückbetrieb sicher nicht auftreten kann. Dies bedeutet aber gleichzeitig, dass jeder netzgeführte Stromrichter eine minimale Übertragungsleistung aufweist, die beispielsweise etwa 5 bis 10 Prozent der Nennleistung beträgt, sofern in diesem Betriebsbereich nicht zusätzlich die HGÜ- Gleichspannung abgesenkt wird, was jedoch wiederum erhöhte Verluste bedeutet.
Beim Einschalten (Deblocken) eines netzgeführten
Stromrichters kommt es deshalb ohne weitere Maßnahmen im Übertragungsnetz zu einem Wirkleistungssprung, der mit einem Blindleistungssprung einhergeht. Diese Leistungssprünge haben unerwünschte Nebenwirkungen und verursachen auch einen
Spannungssprung, der in schwachen Wechselstromnetzen zu groß ist und durch kostenintensive Maßnahmen kompensiert werden muss Eine Möglichkeit, den Wirkleistungssprung zu verringern, ist das Absenken der Gleichspannung der HGÜ bei gleichbleibendem Strom, was jedoch die Verluste erhöht.
Bei einer bipolaren HGÜ-Strecke besteht ferner die
Möglichkeit, den Wirkleistungssprung zu verringern, indem über die beiden Pole der HGÜ-Strecke Wirkleistungen in einander entgegensetzten Richtungen übertragen werden. Dabei wird koordiniert auf mehreren mit der HGÜ-Strecke verbundenen Stromrichterstationen jeweils einer der beiden Stromrichter als Gleichrichter betrieben, der eine
Stromrichterwirkleistung aus dem mit ihm verbundenen
Wechselstromnetz entnimmt, während der andere Stromrichter als Wechselrichter betrieben wird, der eine
Stromrichterwirkleistung in das Wechselstromnetz überträgt. Die von einer Stromrichterstation übertragene
Stationswirkleistung ist in diesem Fall die Differenz der Stromrichterwirkleistungen ihrer beiden Stromrichter. Dadurch kann die Stationswirkleistung kleiner als die
Stromrichterwirkleistung jedes Stromrichters und insbesondere kleiner als die minimale Übertragungsleistung jedes
Stromrichters gemacht werden, so dass der Wirkleistungssprung reduziert werden kann, obwohl beide Stromrichter mit
wenigstens ihrer minimalen Übertragungsleistung betrieben werden. Diese Methode hat aber den Nachteil, dass durch die Übertragung von Wirkleistungen über beide Pole der HGÜ- Strecke hohe Übertragungsverluste entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Stromrichterstation mit netzgeführten Stromrichtern für eine Energieübertragung über eine bipolare HGÜ-Strecke und ein Verfahren zu dem Betrieb einer derartigen Stromrichterstation anzugeben, die insbesondere hinsichtlich von
Wirkleistungssprüngen verbessert sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Stromrichterstation mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer
Stromrichterstation mit zwei netzgeführten Stromrichtern für eine Energieübertragung über eine bipolare Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungsstrecke werden in einem ersten
Betriebsmodus die beiden Stromrichter in einer
Antiparallelschaltung mit demselben Pol der Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungsstrecke elektrisch verbunden, einer der Stromrichter wird als Gleichrichter an einem
Wechselstromnetz betrieben und der andere Stromrichter als Wechselrichter an dem Wechselstromnetz betrieben. In einem zweiten Betriebsmodus werden die beiden Stromrichter mit voneinander verschiedenen Polen der Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungsstrecke verbunden und beide
Stromrichter werden entweder als Gleichrichter oder als Wechselrichter an dem Wechselstromnetz betrieben. In beiden Betriebsmodi wird eine zwischen der Stromrichterstation und dem Wechselstromnetz ausgetauschte Stationswirkleistung durch Wirkleistungsvorgaben für Stromrichterwirkleistungen
gesteuert, die zwischen den Stromrichtern und dem
Wechselstromnetz ausgetauscht werden.
Die Erfindung sieht also zwei verschiedene Betriebsmodi für das Betreiben einer Stromrichterstation mit zwei
netzgeführten Stromrichtern an einer bipolaren HGÜ-Strecke vor. In einen ersten Betriebsmodus werden die Stromrichter in einer Antiparallelschaltung monopolar, das heißt an demselben Pol der HGÜ-Strecke betrieben. In diesem Betriebsmodus wird einer der Stromrichter als Gleichrichter an dem
Wechselstromnetz betrieben, das heißt dieser Stromrichter entnimmt Wirkleistung aus dem Wechselstromnetz. Der andere Stromrichter wird als Wechselrichter an dem Wechselstromnetz betrieben, das heißt dieser Stromrichter überträgt
Wirkleistung in das Wechselstromnetz. In dem zweiten
Betriebsmodus werden die beiden Stromrichter in einer herkömmlichen Weise betrieben, in der sie mit voneinander verschiedenen Polen der Hochspannungs-Gleichstrom
übertragungsstrecke verbunden werden und beide Stromrichter entweder als Gleichrichter oder als Wechselrichter an dem Wechselstromnetz betrieben werden.
In dem ersten Betriebsmodus ist die Stationswirkleistung, die die Stromrichterstation mit dem Wechselstromnetz austauscht, die Differenz der Stromrichterwirkleistungen der beiden
Stromrichter, da einer der Stromrichter als Gleichrichter betrieben wird und der andere Stromrichter als Wechselrichter betrieben wird. Dadurch kann die Stationswirkleistung kleiner als die Stromrichterwirkleistung jedes Stromrichters und insbesondere kleiner als die minimale Übertragungsleistung jedes Stromrichters gemacht werden, auch wenn beide
Stromrichter mit wenigstens ihrer minimalen
Übertragungsleistung betrieben werden. Insbesondere kann eine verschwindende Stationswirkleistung eingestellt werden, wenn beide Stromrichter mit gleichen Stromrichterwirkleistungen betrieben werden. Der erste Betriebsmodus eignet sich daher insbesondere zum Einschalten und Abschalten der
Stromrichterstation, um einen bei dem Einschalten oder
Abschalten verursachten Wirkleistungssprung zu reduzieren oder ganz zu vermeiden. Da in dem ersten Betriebsmodus bei hohen Stromrichterwirkleistungen die Stationswirkleistung und die über die HGÜ-Strecke übertragene Leistung klein sein können, eignet sich der erste Betriebsmodus ferner für Tests mit hohen Stromrichterwirkleistungen im Rahmen einer
Erstinbetriebnahme einer HGÜ-Anlage, auch wenn die
Wechselstromsysteme oder/und die HGÜ-Strecke noch nicht für hohe Leistungen ausgelegt oder verfügbar sind.
In dem zweiten Betriebsmodus ist die Stationswirkleistung, die die Stromrichterstation mit dem Wechselstromnetz
austauscht, die Summe der Stromrichterwirkleistungen der beiden Stromrichter, da beide Stromrichter entweder als Gleichrichter oder als Wechselrichter betrieben werden. Dieser Betriebsmodus eignet sich daher zur Übertragung hoher Wirkleistungen über die HGÜ-Strecke.
In beiden Betriebsmodi wird die Stromrichterstation durch Wirkleistungsvorgaben für die Stromrichterwirkleistungen gesteuert, die zwischen den Stromrichtern und dem
Wechselstromnetz ausgetauscht werden. In dem ersten
Betriebsmodus unterscheiden sich die Wirkleistungsvorgaben für die beiden Stromrichter in der Regel voneinander, können in bestimmten Situationen jedoch auch übereinstimmen, insbesondere um eine verschwindende Stationswirkleistung einzustellen, beispielsweise um die Stromrichterstation ohne einen Wirkleistungssprung ein- oder abzuschalten. In dem zweiten Betriebsmodus werden beide Stromrichter üblicherweise mit übereinstimmenden Wirkleistungsvorgaben betrieben, so dass jede Stromrichterwirkleistung halb so groß wie die
Stationswirkleistung ist. Jedoch können die beiden
Stromrichter auch in dem zweiten Betriebsmodus mit
voneinander verschiedenen Wirkleistungsvorgaben betrieben werden .
Die Erfindung ermöglicht also neben dem herkömmlichen
(zweiten) Betriebsmodus der Stromrichterstation, in dem die beiden Stromrichter an verschiedenen Polen der HGÜ-Strecke beide entweder als Gleichrichter oder als Wechselrichter betrieben werden, einen weiteren (ersten) Betriebsmodus, in dem die Stromrichterstation mit kleinen
Stationswirkleistungen betrieben und insbesondere mit
reduzierten Auswirkungen auf das Wechselstromnetz ein- und abgeschaltet werden kann.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bei einem Betriebsmoduswechsel zwischen den beiden Betriebsmodi zunächst einer der beiden Stromrichter abgeschaltet wird und gleichzeitig die Stromrichterwirkleistung des anderen
Stromrichters auf die vor dem Betriebsmoduswechsel
realisierte Stationswirkleistung eingestellt wird, danach der abgeschaltete Stromrichter von demjenigen Pol, mit dem er vor seiner Abschaltung verbunden war, getrennt und mit dem anderen Pol verbunden wird, und schließlich der abgeschaltete Stromrichter eingeschaltet wird und die Stromrichterstation mit derselben Stationswirkleistung wie vor dem
Betriebsmoduswechsel in dem geänderten Betriebsmodus
betrieben wird. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht, einen durch eine Änderung des Betriebsmodus verursachten Wirkleistungssprung in der Stationswirkleistung zu vermeiden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Schwellenwert für die Stationswirkleistung vorgegeben wird und die Stromrichterstation für Stationswirkleistungen unterhalb des Schwellenwerts in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird. Oberhalb des Schwellenwerts wird die
Stromrichterstation beispielsweise in dem zweiten
Betriebsmodus betrieben. Diese Ausgestaltung der Erfindung berücksichtigt, dass sich der erste Betriebsmodus vor allem für kleine Stationswirkleistungen eignet, da in diesem
Betriebsmodus die Stationswirkleistung die Differenz der Stromrichterwirkleistungen der beiden Stromrichter ist.
Insbesondere kann in dem ersten Betriebsmodus eine
Stationswirkleistung eingestellt werden, die kleiner als eine minimale Übertragungsleistung der Stromrichter ist, die zur Vermeidung eines Lückbetriebs der Stromrichter dient. Der Schwellenwert ist dabei beispielsweise gleich der Summe der minimalen Übertragungsleistungen der Stromrichter der
Stromrichterstation oder größer als diese Summe.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die Stationswirkleistung beim Einschalten der Stromrichterstation in dem ersten Betriebsmodus durch stufenloses Ändern der Wirkleistungsvorgaben von einer Einschaltwirkleistung erhöht und/oder beim Abschalten der Stromrichterstation in dem ersten Betriebsmodus durch stufenloses Ändern der
Wirkleistungsvorgaben auf eine Abschaltwirkleistung gesenkt wird. Dabei können die Einschaltwirkleistung und/oder die Abschaltwirkleistung insbesondere Null sein. Diese
Ausgestaltungen der Erfindung ermöglichen ein sanftes Einschalten und/oder Abschalten der Stromrichterstation ohne Wirkleistungssprünge oder mit gegenüber dem herkömmlichen Betrieb reduzierten Wirkleistungssprüngen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Stromrichterstation für eine Änderung einer Fließrichtung der Stationswirkleistung in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird, wobei die Stationswirkleistung durch stufenloses Ändern der Wirkleistungsvorgaben geändert wird. Diese Ausgestaltung der Erfindung bewirkt, dass die Stationswirkleistung beim Ändern ihrer Fließrichtung kontinuierlich geändert wird und Wirkleistungssprünge in der Stationswirkleistung vermieden werden .
Eine erfindungsgemäße Stromrichterstation für eine
Energieübertragung über eine bipolare Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungsstrecke umfasst zwei netzgeführte Stromrichter, die jeweils wahlweise als ein Gleichrichter oder als ein Wechselrichter an einem Wechselstromnetz betreibbar und mit jedem der beiden Pole der Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungsstrecke elektrisch verbindbar sind, und eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, eine von der Stromrichterstation aus dem Wechselstromnetz entnommene
Stationswirkleistung durch Wirkleistungsvorgaben für
Stromrichterwirkleistungen, die zwischen den Stromrichtern und dem Wechselstromnetz ausgetauscht werden, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu steuern.
Eine erfindungsgemäße Stromrichterstation ermöglicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den oben genannten Vorteilen. Gegenüber einer herkömmlichen
Stromrichterstation mit netzgeführten Stromrichtern werden lediglich eine Schaltung, die die Antiparallelisierung der beiden Stromrichter ermöglicht, sowie eine Steuereinheit, die zur erfindungsgemäßen Steuerung der
Stromrichterwirkleistungen der antiparallel geschalteten Stromrichter eingerichtet ist, benötigt. Für die Schaltung können gegebenenfalls bereits vorhandene Schaltvorrichtungen einer Stromrichterstation verwendet werden, wobei erforderlichenfalls ein Isolationspegel dieser
Schaltvorrichtungen auf ein Hochspannungspotential erhöht werden muss. Die Einrichtung der Steuereinheit kann
beispielsweise durch eine entsprechende Programmierung realisiert werden. Daher ist der zusätzliche Hardwareaufwand für eine erfindungsgemäße Stromrichterstation gegenüber einer herkömmlichen Stromrichterstation mit netzgeführten
Stromrichtern relativ gering. Die Erfindung kann daher gegebenenfalls auch zur Aufrüstung existierender bipolarer Stromrichterstationen mit netzgeführten Stromrichtern genutzt werden .
Eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Stromrichterstation sieht vor, dass jeder Stromrichter mit einem Pol der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke direkt und mit dem anderen Pol durch einen Polwendeschalter verbindbar ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist
besonders vorteilhaft, wenn die Stromrichterstation mit mehr als einer weiteren Stromrichterstation über eine HGÜ-Strecke verbunden ist (so genannter Multiterminal-Betrieb) , da in diesem Fall eine einfache Umpolung der HGÜ-Strecke nicht möglich ist und daher oftmals Polwendeschalter ohnehin vorgesehen sind.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Wechselstromnetz dreiphasig ist. In diesem Fall kann jeder Stromrichter beispielsweise zwölf in einer aus zwei
Sechspuls-Brückenschaltungen bestehenden Zwölfpuls- Brückenschaltung angeordnete Ventileinheiten aufweisen, wobei jede Ventileinheit insbesondere wenigstens einen Thyristor aufweisen kann. Ferner kann dabei jeder Stromrichter durch eine Transformatoreinheit mit dem Wechselstromnetz verbunden sein, die für jede Phase des Wechselstromnetzes eine
Primärwicklung, eine erste Sekundärwicklung und eine zweite Sekundärwicklung aufweist, wobei die Primärwicklungen durch eine Sternschaltung miteinander verbunden sind, die ersten Sekundärwicklungen durch eine Dreieckschaltung miteinander verbunden sind und die zweiten Sekundärwicklungen durch eine Sternschaltung miteinander verbunden sind. Die vorgenannten Ausgestaltungen der Erfindung beziehen sich auf die
vorherrschende Ausbildung von HGÜ-Strecken zwischen
dreiphasigen Wechselstromnetzen. In diesen Fällen haben sich insbesondere Stromrichterstationen mit zwölfpulsigen
Stromrichtern und den weiteren vorgenannten Eigenschaften bewährt, die daher auch vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung darstellen. Es sei jedoch betont, dass die Erfindung nicht auf dreiphasige Wechselstromnetze
und/oder Stromrichter der vorgenannten Art eingeschränkt ist, sondern beispielsweise auch für einphasige Wechselstromnetze und/oder sechspulsige Stromrichter anwendbar ist.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den
Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
FIG 1 einen Schaltplan einer Stromrichterstation gemäß dem Stand der Technik,
FIG 2 schematisch zwei Stromrichterstationen, die über eine HGÜ-Strecke verbunden sind,
FIG 3 schematisch drei Stromrichterstationen, die über eine HGÜ-Strecke verbunden sind.
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt einen Schaltplan einer Stromrichterstation 1 gemäß dem Stand der Technik für eine Energieübertragung über eine bipolare HGÜ-Strecke 30. Die Stromrichterstation 1 umfasst zwei netzgeführte Stromrichter 4, 5 (LCC = Line
Commutated Converter), die jeweils wahlweise als ein Gleichrichter oder als ein Wechselrichter an einem dreiphasigen Wechselstromnetz 27, 28, 29 betreibbar sind.
Jeder Stromrichter 4, 5 weist zwölf Ventileinheiten 7 auf, die in einer aus zwei Sechspuls-Brückenschaltungen 26.1, 26.2 bestehenden Zwölfpuls-Brückenschaltung 26 angeordnet sind. Jede Ventileinheit 7 weist einen Thyristor oder mehrere in Reihe oder parallel geschaltete Thyristoren auf. Zu jeder Ventileinheit 7 ist ein Überspannungsableiter 9 parallel geschaltet .
Jeder Stromrichter 4, 5 ist durch eine
Transformatoreinheit 11 mit dem Wechselstromnetz 27
verbunden, die für jede Phase des Wechselstromnetzes 27 eine Primärwicklung 13, eine erste Sekundärwicklung 15 und eine zweite Sekundärwicklung 17 aufweist. Die Primärwicklungen 11 jeder Transformatoreinheit 11 sind durch eine Sternschaltung miteinander verbunden, die ersten Sekundärwicklungen 15 sind durch eine Dreieckschaltung miteinander verbunden und die zweiten Sekundärwicklungen 17 sind durch eine Sternschaltung miteinander verbunden.
Jedes Wicklungsende jeder ersten Sekundärwicklung 15 ist mit einer von sechs Ventileinheiten 7 gebildeten ersten
Sechspuls-Brückenschaltung 26.1 verbunden. Ein von einem Sternpunkt 19 der Sternschaltung abgewandtes Wicklungsende jeder zweiten Sekundärwicklung 17 ist mit einer von den anderen sechs Ventileinheiten 7 des jeweiligen
Stromrichter 4, 5 gebildeten zweiten Sechspuls- Brückenschaltung 26.2 verbunden.
Ein erster Stromrichter 4 ist mit einem ersten Pol 21 der HGÜ-Strecke 30 verbunden. Dazu ist die zweite Sechspuls- Brückenschaltung 26.2 des ersten Stromrichters 4 mit dem ersten Pol 21 der HGÜ-Strecke 30 verbunden. Der zweite
Stromrichter 5 ist mit dem zweiten Pol 23 der HGÜ-Strecke 30 verbunden. Dazu ist die zweite Sechspuls-
Brückenschaltung 26.2 des zweiten Stromrichters 5 mit dem zweiten Pol 23 der HGÜ-Strecke 30 verbunden. Ferner sind die beiden Stromrichter 4, 5 über eine auf Mittelspannung
ausgelegte Stromrichterverbindungsleitung 25 miteinander verbunden. Dazu sind die ersten Sechspuls- Brückenschaltungen 26.1 beider Stromrichter 4, 5 mit der Stromrichterverbindungsleitung 25 verbunden.
Figur 2 zeigt schematisch zwei Stromrichterstationen 1, 2, die gleichstromseitig miteinander über eine HGÜ-Strecke 30 verbunden sind. Wechselstromseitig ist eine erste
Stromrichterstation 1 mit einem ersten Wechselstromnetz 27 verbunden, und die zweite Stromrichterstation 2 ist mit einem zweiten Wechselstromnetz 28 verbunden.
Die HGÜ-Strecke 30 ist bipolar mit einem ersten Pol 21 und einem zweiten Pol 23 und Hochspannungsleitungen 32, 34 zwischen den beiden Stromrichterstationen 1, 2 ausgebildet.
Jede Stromrichterstation 1, 2 ist wie die in Figur 1
dargestellte Stromrichterstation 1 ausgebildet, wobei jeder der beiden Stromrichter 4, 5 jeder Stromrichterstation 1, 2 wahlweise mit jedem der beiden Pole 21, 23 der HGÜ-Strecke 30 verbindbar ist. Dazu sind die mit jeweils einem Pol 21, 23 verbundenen Ausgänge jeder Stromrichterstation 1, 2 über eine Polverbindungsleitung 36 und zwei Unterbrechungsschalter 42 oder über Polwendeleitungen 48, 49 und zwei
Polwendeschalter 38 miteinander verbindbar. Die
Polverbindungsleitung 36 jeder Stromrichterstation 1, 2 ist ferner über einen Umkonfigurationsschalter 40 mit der
Stromrichterverbindungsleitung 25 der Stromrichterstation 1,
2 verbindbar. Die Stromrichterverbindungsleitungen 25 der Stromrichterstationen 1, 2 sind über eine
Mittelspannungsleitung 44 miteinander verbunden. Jede
Stromrichterstation 1, 2 weist eine Steuereinheit 46 auf, durch die die Ventileinheiten 7 ihrer Stromrichter 4, 5 angesteuert werden. Jede Stromrichterstation 1, 2 tauscht mit dem
Wechselstromnetz 27, 28, mit dem sie verbunden ist, eine Stationswirkleistung PI, P2 aus, wobei Pi die
Stationswirkleistung der Stromrichterstation i bezeichnet (für i = 1, 2) . Dabei ergibt sich die Stationswirkleistung Pi der Stromrichterstation i aus der
Stromrichterwirkleistung Pil des ersten Stromrichters 4 der Stromrichterstation i und der Stromrichterwirkleistung Pi2 des zweiten Stromrichters 5 der Stromrichterstation i. Die Richtung jedes Wirkleistungsflusses ist in Figur 2 durch einen Pfeil dargestellt.
In dem in Figur 2 dargestellten Fall werden beide
Stromrichterstationen 1, 2 in dem ersten Betriebsmodus des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben. Dabei werden die beiden Stromrichter 4, 5 jeder Stromrichterstation 1, 2 in einer Antiparallelschaltung mit dem ersten Pol 21 der HGÜ- Strecke 30 verbunden, wobei der erste Stromrichter 4 jeder Stromrichterstation 1, 2 direkt mit dem ersten Pol 21 verbunden wird, während der zweite Stromrichter 5 durch einen Polwendeschalter 38 mit dem ersten Pol 21 verbunden wird. Die Stromrichterstationen 1, 2 werden in dem ersten Betriebsmodus also jeweils monopolar, das heißt nur an einem Pol 21 der HGÜ-Strecke 30, betrieben.
Einer der Stromrichter 4, 5 jeder Stromrichterstation 1, 2 wird als Gleichrichter betrieben, der andere Stromrichter 4,
5 der Stromrichterstation 1, 2 wird als Wechselrichter betrieben .
In dem dargestellten Beispiel wird der erste Stromrichter 4 einer ersten Stromrichterstation 1 als Wechselrichter
betrieben, das heißt er überträgt die
Stromrichterwirkleistung Pli in das erste
Wechselstromnetz 27. Der zweite Stromrichter 5 der ersten Stromrichterstation 1 wird als Gleichrichter betrieben, das heißt er entnimmt die Stromrichterwirkleistung P12 aus dem ersten Wechselstromnetz 27. In dem dargestellten Beispiel ist angenommen, dass Pli größer als P12 ist, so dass die erste Stromrichterstation 1 die Stationswirkleistung PI = Pli - P12 in das erste Wechselstromnetz 27 überträgt.
Der erste Stromrichter 4 der zweiten Stromrichterstation 2 wird als Gleichrichter betrieben, das heißt er entnimmt die Stromrichterwirkleistung P21 aus dem zweiten
Wechselstromnetz 28. Der zweite Stromrichter 5 der zweiten Stromrichterstation 2 wird als Wechselrichter betrieben, das heißt er überträgt die Stromrichterwirkleistung P22 in das zweite Wechselstromnetz 28. In dem dargestellten Beispiel ist angenommen, dass P21 größer als P22 ist, so dass die zweite Stromrichterstation 2 die Stationswirkleistung P2 = P21 - P22 aus dem zweiten Wechselstromnetz 28 entnimmt.
Die Stationswirkleistung PI, P2 jeder Stromrichterstation 1,
2 wird mittels der Steuereinheit 46 dieser
Stromrichterstation 1, 2 durch Wirkleistungsvorgaben für die Stromrichterwirkleistungen Pli, P12, P21, P22 gesteuert.
Durch gleiche Wirkleistungsvorgaben für beide Stromrichter 4, 5 jeder Stromrichterstation 1, 2, das heißt für Pli = P12 und P21 = P22, können insbesondere verschwindende
Stationswirkleistungen PI, P2, das heißt PI = 0 und P2 = 0 eingestellt werden.
In Figur 2 sind außerdem elektrische Ströme II bis 18 und deren durch Pfeile dargestellte Richtungen vermerkt, die jeweils durch eine erste Hochspannungsleitung 32, die
Mittelspannungsleitung 44, die Stromrichter 4, 5 beider
Stromrichterstationen 1, 2 und Polwendeleitungen 48, 49 fließen. In dem dargestellten Beispiel teilt sich
beispielsweise der durch den ersten Stromrichter 4 der ersten Stromrichterstation 1 fließende Strom 13 auf die durch die erste Hochspannungsleitung 32 und die Polwendeleitung 48 fließenden Ströme II, 17 auf. Gegenüber dem eingangs
beschriebenen Verfahren, bei dem ein Wirkleistungssprung beim Ein- oder Abschalten von Stromrichterstationen 1, 2 vermieden wird, indem über die beiden Hochspannungsleitungen 32, 34 der HGÜ-Strecke 30 bei verschwindenden Stationswirkleistungen PI, P2 Wirkleistungen in einander entgegensetzten Richtungen übertragen werden, wird dabei vorteilhaft eine
Verlustleistung verringert, die durch einen Stromfluss durch die Hochspannungsleitung 32 entsteht. In dem Spezialfall verschwindender Stationswirkleistungen PI, P2, das heißt für PI = 0 und P2 = 0, können Verlustleistungen, die durch
Ströme II, 12 durch die Hochspannungsleitung 32 und die
Mittelspannungsleitung 44 entstehen, sogar vollständig vermieden werden, da diese Ströme II, 12 in diesem
Spezialfall verschwinden.
Figur 3 zeigt schematisch drei Stromrichterstationen 1, 2, 3, die gleichstromseitig miteinander über eine HGÜ-Strecke 30 verbunden sind. Wechselstromseitig ist eine erste
Stromrichterstation 1 mit einem ersten Wechselstromnetz 27 verbunden, eine zweite Stromrichterstation 2 ist mit einem zweiten Wechselstromnetz 28 verbunden, und die dritte
Stromrichterstation 3 ist mit einem dritten
Wechselstromnetz 29 verbunden.
Die HGÜ-Strecke 30 ist bipolar mit einem ersten Pol 21 und einem zweiten Pol 23 ausgebildet. Die
Stromrichterstationen 1, 2, 3 sind über
Hochspannungsleitungen 32, 34 miteinander verbunden.
Jede Stromrichterstation 1, 2, 3 ist wie die in Figur 1 dargestellte Stromrichterstation 1 ausgebildet, wobei jeder der beiden Stromrichter 4, 5 jeder Stromrichterstation 1, 2,
3 wahlweise mit jedem der beiden Pole 21, 23 der HGÜ- Strecke 30 verbindbar ist. Dazu sind die mit jeweils einem Pol 21, 23 verbundenen Ausgänge jeder Stromrichterstation 1, 2, 3 über eine Polverbindungsleitung 36 und zwei
Unterbrechungsschalter 42 oder über Polwendeleitungen 48, 49 und zwei Polwendeschalter 38 miteinander verbindbar. Die Polverbindungsleitung 36 jeder Stromrichterstation 1, 2, 3 ist ferner über einen Umkonfigurationsschalter 40 mit der Stromrichterverbindungsleitung 25 der Stromrichterstation 1, 2, 3 verbindbar und weist zwischen ihrer Verbindung mit dem Umkonfigurationsschalter 40 und jedem Stromrichter 4, 5 der Stromrichterstation 1, 2, 3 einen Unterbrechungsschalter 42 auf. Die Stromrichterverbindungsleitungen 25 der
Stromrichterstationen 1, 2, 3 sind über
Mittelspannungsleitungen 44 miteinander verbunden. Jede
Stromrichterstation 1, 2, 3 weist eine Steuereinheit 46 auf, durch die die Ventileinheiten 7 ihrer Stromrichter 4, 5 angesteuert werden.
Jede Stromrichterstation 1, 2, 3 tauscht mit dem
Wechselstromnetz 27, 28, 29, mit dem sie verbunden ist, eine Stationswirkleistung PI, P2, P3 aus, wobei Pi die
Stationswirkleistung der Stromrichterstation i bezeichnet (für i = 1, 2, 3) . Dabei ergibt sich die Stationswirkleistung Pi der Stromrichterstation i aus der
Stromrichterwirkleistung Pil des ersten Stromrichters 4 der Stromrichterstation i und der Stromrichterwirkleistung Pi2 des zweiten Stromrichters 5 der Stromrichterstation i. Die Richtung jedes Wirkleistungsflusses ist wiederum durch einen Pfeil dargestellt.
Eine erste Stromrichterstation 1 wird in dem ersten
Betriebsmodus des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben. Dabei werden die beiden Stromrichter 4, 5 der ersten
Stromrichterstation 1 in einer Antiparallelschaltung mit demselben ersten Pol 21 der HGÜ-Strecke 30 verbunden, wobei der erste Stromrichter 4 der ersten Stromrichterstation 1 direkt mit diesem ersten Pol 21 verbunden wird, während der zweite Stromrichter 5 der ersten Stromrichterstation 1 durch einen Polwendeschalter 38 mit dem ersten Pol 21 verbunden wird. Der erste Stromrichter 4 wird als Wechselrichter betrieben, das heißt er überträgt die
Stromrichterwirkleistung Pli in das erste
Wechselstromnetz 27. Der zweite Stromrichter 5 wird als Gleichrichter betrieben, das heißt er entnimmt die
Stromrichterwirkleistung P12 aus dem ersten
Wechselstromnetz 27. In dem dargestellten Beispiel ist angenommen, dass Pli größer als P12 ist, so dass die erste Stromrichterstation 1 die Stationswirkleistung PI = Pli - P12 in das erste Wechselstromnetz 27 überträgt.
Eine zweite Stromrichterstation 2 und die dritte
Stromrichterstation 3 werden jeweils in einem konventionellen zweiten Betriebsmodus betrieben, das heißt die beiden
Stromrichter 4, 5 jeder dieser Stromrichterstationen 2, 3 sind mit unterschiedlichen Polen 21, 23 der HGÜ-Strecke 30 verbunden und beide Stromrichter 4, 5 werden entweder als Gleichrichter oder als Wechselrichter betrieben.
In dem dargestellten Beispiel werden die beiden
Stromrichter 4, 5 der zweiten Stromrichterstation 2 als Gleichrichter betrieben, die jeweils eine
Stromrichterwirkleistung P21 und P22 aus dem zweiten
Wechselstromnetz 28 entnehmen. Die zweite
Stromrichterstation 2 entnimmt daher die
Stationswirkleistung P2 = P21 + P22 aus dem zweiten
Wechselstromnetz 28.
Die beiden Stromrichter 4, 5 der dritten
Stromrichterstation 3 werden als Wechselrichter betrieben, die jeweils eine Stromrichterwirkleistung P31 und P32 in das dritte Wechselstromnetz 29 übertragen. Die dritte
Stromrichterstation 3 überträgt daher die
Stationswirkleistung P3 = P31 + P32 in das dritte
Wechselstromnetz 29.
Die Stationswirkleistung PI, P2, P3 jeder
Stromrichterstation 1, 2 wird mittels der Steuereinheit 46 dieser Stromrichterstation 1, 2 durch Wirkleistungsvorgaben für die Stromrichterwirkleistungen Pli, P12, P21, P22, P31, P32 ihrer Stromrichter 4, 5 gesteuert.
In den in Figuren 2 und 3 dargestellten Beispielen ist die Stationswirkleistung PI, P2, P3 einer Stromrichterstation 1, 2, 3 in dem ersten Betriebsmodus die Differenz der Stromrichterwirkleistungen Pli bis P32 der beiden Stromrichter 4, 5 der Stromrichterstation 1, 2, 3. Daher kann die Stationswirkleistung PI, P2, P3 in dem ersten
Betriebsmodus kleiner als die Stromrichterwirkleistung Pli bis P32 jedes Stromrichters 4, 5 und insbesondere kleiner als eine minimale Übertragungsleistung, durch die ein Lückbetrieb des Stromrichters 4, 5 verhindert wird, gemacht werden, auch wenn beide Stromrichter 4, 5 mit wenigstens ihrer minimalen Übertragungsleistung betrieben werden. Insbesondere kann auch eine verschwindende Stationswirkleistung PI, P2, P3 einer Stromrichterstation 1, 2, 3 eingestellt werden, indem beide Stromrichter 4, 5 der Stromrichterstation 1, 2, 3 mit
gleichen Stromrichterwirkleistungen Pli bis P32 betrieben werden .
Der erste Betriebsmodus wird daher vorzugsweise für kleine Stationswirkleistungen PI, P2, P3 der
Stromrichterstationen 1, 2, 3 verwendet. Beispielsweise wird ein Schwellenwert für die Stationswirkleistung PI, P2, P3 einer Stromrichterstation 1, 2, 3 vorgegeben und die
Stromrichterstation 1, 2, 3 wird für
Stationswirkleistungen PI, P2, P3 unterhalb des
Schwellenwerts in dem ersten Betriebsmodus betrieben. Der Schwellenwert ist dabei beispielsweise gleich der Summe der minimalen Übertragungsleistungen der Stromrichter 4, 5 der Stromrichterstation 1, 2, 3 oder größer als diese Summe. Für Stationswirkleistungen PI, P2, P3 oberhalb des Schwellenwerts wird die Stromrichterstation 1, 2, 3 vorzugsweise in dem zweiten Betriebsmodus betrieben.
Bei einem Betriebsmoduswechsel zwischen den beiden
Betriebsmodi einer Stromrichterstation 1, 2, 3 wird zunächst einer der beiden Stromrichter 4, 5 der Stromrichterstation 1, 2, 3 abgeschaltet und gleichzeitig wird die
Stromrichterwirkleistung Pli bis P32 des anderen
Stromrichters 4, 5 auf die vor dem Betriebsmoduswechsel realisierte Stationswirkleistung PI, P2, P3 eingestellt.
Danach wird der abgeschaltete Stromrichter 4, 5 von demjenigen Pol 21, 23, mit dem er vor seiner Abschaltung verbunden war, getrennt und mit dem anderen Pol 21, 23 verbunden. Schließlich wird der abgeschaltete Stromrichter 4, 5 wieder eingeschaltet und die Stromrichterstation 1, 2, 3 wird mit derselben Stationswirkleistung PI, P2, P3 wie vor dem Betriebsmoduswechsel in dem geänderten Betriebsmodus betrieben. Auf diese Weise wird ein durch eine Änderung des Betriebsmodus verursachter Wirkleistungssprung in der
Stationswirkleistung PI, P2, P3 vermieden.
Der erste Betriebsmodus wird insbesondere zum Einschalten und Abschalten einer Stromrichterstation 1, 2, 3 verwendet, um einen durch das Einschalten oder Abschalten verursachten Wirkleistungssprung zu reduzieren oder ganz zu vermeiden. Ferner wird beim Einschalten einer Stromrichterstation 1, 2,
3 die Stationswirkleistung PI, P2, P3 der
Stromrichterstation 1, 2, 3 in dem ersten Betriebsmodus vorzugsweise durch stufenloses Ändern der
Wirkleistungsvorgaben für die Stromrichterwirkleistungen Pli bis P32 von einer Einschaltwirkleistung erhöht. Beim
Abschalten der Stromrichterstation 1, 2, 3 wird die
Stationswirkleistung PI, P2, P3 in dem ersten Betriebsmodus durch stufenloses Ändern der Wirkleistungsvorgaben für die Stromrichterwirkleistungen Pli bis P32 auf eine
Abschaltwirkleistung gesenkt. Die Einschaltwirkleistung und/oder die Abschaltwirkleistung können dabei insbesondere Null sein. Dadurch wird ein sanftes Einschalten und
Abschalten einer Stromrichterstation 1, 2, 3 ohne
Wirkleistungssprünge ermöglicht.
Der erste Betriebsmodus einer Stromrichterstation 1, 2, 3 wird ferner vorzugsweise für eine Änderung einer
Fließrichtung der Stationswirkleistung PI, P2, P3 verwendet. Auch dabei wird die Stationswirkleistung PI, P2, P3
vorzugsweise durch stufenloses Ändern der
Wirkleistungsvorgaben geändert, so dass die
Stationswirkleistung PI, P2, P3 auch beim Ändern ihrer
Fließrichtung kontinuierlich geändert wird und Wirkleistungssprünge in der Stationswirkleistung PI, P2, P3 vermieden werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte
Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der
Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
I bis 3 Stromrichterstation
4, 5 Stromrichter
7 Ventileinheit
9 Überspannungsableiter
II Transformatoreinheit
13 Primärwicklung
15, 17 Sekundärwicklung
19 sekundärseitiger Sternpunkt
21, 23 Pol
25 Stromrichterverbindungsleitung
26 Zwölfpuls-Brückenschaltung
26.1, 26.2 Sechspuls-Brückenschaltung
27 bis 29 Wechselstromnetz
30 Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke
32, 34 Hochspannungsleitung
36 Polverbindungsleitung
38 Polwendeschalter
40 Umkonfigurationsschalter
42 Unterbrechungsschalter
44 Mittelspannungsleitung
46 Steuereinheit
48, 49 Polwendeleitung
II bis 18 Strom
PI bis P3 Stationswirkleistung
Pli bis P32 Stromrichterwirkleistung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Stromrichterstation (1) mit zwei netzgeführten Stromrichtern (4, 5) für eine
Energieübertragung über eine bipolare Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungsstrecke (30), wobei
- in einem ersten Betriebsmodus die beiden Stromrichter (4,
5) in einer Antiparallelschaltung mit demselben Pol (21, 23) der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke (30) elektrisch verbunden werden, einer der Stromrichter (4, 5) als Gleichrichter an einem Wechselstromnetz (27) betrieben wird und der andere Stromrichter (4, 5) als Wechselrichter an dem Wechselstromnetz (27) betrieben wird,
- in einem zweiten Betriebsmodus die beiden Stromrichter (4, 5) mit voneinander verschiedenen Polen (21, 23) der
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke (30) verbunden werden und beide Stromrichter (4, 5) entweder als
Gleichrichter oder als Wechselrichter an dem
Wechselstromnetz (27) betrieben werden,
- und in beiden Betriebsmodi eine zwischen der
Stromrichterstation (1) und dem Wechselstromnetz (27) ausgetauschte Stationswirkleistung (PI) durch
Wirkleistungsvorgaben für Stromrichterwirkleistungen (Pli, P12), die zwischen den Stromrichtern (4, 5) und dem
Wechselstromnetz (27) ausgetauscht werden, gesteuert wird.
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
bei einem Betriebsmoduswechsel zwischen den beiden
Betriebsmodi zunächst einer der beiden Stromrichter (4, 5) abgeschaltet wird und gleichzeitig die
Stromrichterwirkleistung (Pli, P12) des anderen
Stromrichters (4, 5) auf die vor dem Betriebsmoduswechsel realisierte Stationswirkleistung (PI) eingestellt wird, danach der abgeschaltete Stromrichter (4, 5) von demjenigen Pol (21, 23), mit dem er vor seiner Abschaltung verbunden war, getrennt und mit dem anderen Pol (21, 23) verbunden wird, und schließlich der abgeschaltete Stromrichter (4, 5) eingeschaltet wird und die Stromrichterstation (1) mit derselben Stationswirkleistung (PI) wie vor dem
Betriebsmoduswechsel in dem geänderten Betriebsmodus betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Schwellenwert für die Stationswirkleistung (PI)
vorgegeben wird und die Stromrichterstation (1) für
Stationswirkleistungen (PI) unterhalb des Schwellenwerts in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird.
4. Verfahren 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 die Stromrichterstation (1) für Stationswirkleistungen (PI) oberhalb des Schwellenwerts in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Stationswirkleistung (PI) beim Einschalten der
Stromrichterstation (1) in dem ersten Betriebsmodus durch stufenloses Ändern der Wirkleistungsvorgaben von einer Einschaltwirkleistung erhöht wird.
6. Verfahren 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 die Einschaltwirkleistung Null ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Stationswirkleistung (PI) beim Abschalten der
Stromrichterstation (1) in dem ersten Betriebsmodus durch stufenloses Ändern der Wirkleistungsvorgaben auf eine
Abschaltwirkleistung gesenkt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abschaltwirkleistung Null ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Stromrichterstation (1) für eine Änderung einer
Fließrichtung der Stationswirkleistung (PI) in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird, wobei die
Stationswirkleistung (PI) durch stufenloses Ändern der
Wirkleistungsvorgaben geändert wird.
10. Stromrichterstation (1) für eine Energieübertragung über eine bipolare Hochspannungs-Gleichstrom
übertragungsstrecke (30), die Stromrichterstation (1)
umfassend
- zwei netzgeführte Stromrichter (4, 5), die jeweils
wahlweise als ein Gleichrichter oder als ein Wechselrichter an einem Wechselstromnetz (27) betreibbar und mit jedem der beiden Pole (21, 23) der Hochspannungs-Gleichstrom
übertragungsstrecke (30) elektrisch verbindbar sind,
- und eine Steuereinheit (46), die eingerichtet ist, eine von der Stromrichterstation (1) aus dem Wechselstromnetz (27) entnommene Stationswirkleistung (PI) durch
Wirkleistungsvorgaben für Stromrichterwirkleistungen (Pli, P12), die zwischen den Stromrichtern (4, 5) und dem
Wechselstromnetz (27) ausgetauscht werden, gemäß dem
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu steuern.
11. Stromrichterstation (1) nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
jeder Stromrichter (4, 5) mit einem Pol (21, 23) der
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke (30) direkt und mit dem anderen Pol (21, 23) durch eine Polwendeleitung (48, 49) und einen Polwendeschalter (38) oder durch eine
Polverbindungsleitung (36) und Unterbrechungsschalter (42) verbindbar ist.
12. Stromrichterstation (1) nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Wechselstromnetz (27) dreiphasig ist.
13. Stromrichterstation (1) nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
jeder Stromrichter (4, 5) zwölf in einer aus zwei Sechspuls- Brückenschaltungen (26.1, 26.2) bestehenden Zwölfpuls- Brückenschaltung (26) angeordnete Ventileinheiten (7)
aufweist .
14. Stromrichterstation (1) nach Anspruch 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
jede Ventileinheit (7) wenigstens einen Thyristor aufweist.
15. Stromrichterstation (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
jeder Stromrichter (4, 5) durch eine
Transformatoreinheit (11) mit dem Wechselstromnetz (27) verbunden ist, die für jede Phase des Wechselstromnetzes (27) eine Primärwicklung (13), eine erste Sekundärwicklung (15) und eine zweite Sekundärwicklung (17) aufweist, wobei die Primärwicklungen (13) durch eine Sternschaltung miteinander verbunden sind, die ersten Sekundärwicklungen (15) durch eine Dreieckschaltung miteinander verbunden sind und die zweiten Sekundärwicklungen (17) durch eine Sternschaltung miteinander verbunden sind.
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