Beschreibung
Zwölfpuls-Hochspannungsgleichstromübertagung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung elektrischer Leistung zwischen Wechselspannungsnetzen, die über Gleichstromleitungen miteinander verbundene Umrichter mit jeweils mehreren Sechspuls-Stromrichterbrücken ausweist, wobei die Sechspuls-Stromrichterbrücken desselben Umrichters über Induktivitäten mit unterschiedlichen Phasenversatz an ein den Umrichtern jeweils zugeordnetes Wechselspannungsnetz anschließbar sind und eine Steuereinheit zum Zünden von Stromrichterventilen der Sechspuls-Stromrichterbrücken vorgesehen ist.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 33 42 210 C2, der DE 696 21 697 T2 oder der DE 695 08 625 T2 bereits bekannt und beispielhaft in Figur 1 als Stand der Technik dargestellt. Die dort gezeigte Vorrichtung 1 ist zur Übertragung elektrischer Leistung zwischen Wechselspannungsnetzen 2 und 3 vorgesehen, die jeweils drei Phasen 2a, 2b und 2c beziehungsweise 3a, 3b und 3c aufweisen. Die Wechselspannungsnetze 2 und 3 sind über Induktivitäten 4 beziehungsweise 5 an jeweils einen zugeordneten Umrichter 6 beziehungsweise 7 angeschlossen, wobei die Umrichter 6,7 über Gleichspannungsleitungen 8 und 9 miteinander verbunden sind. Durch die Umrichter 6 und 7 sowie die Gleichspannungsleitungen 8 und 9 ist ein bipolarer Gleichspannungskreis 10 ausgebildet, der an einer Erdungsstelle 11 geerdet ist. In dem Gleichspannungs- kreis 10 ist ferner eine Glättungsdrossel 12 zur Glättung der Gleichspannung vorgesehen. Die Induktivitäten 4 und 5, über welche die Umrichter 6 beziehungsweise 7 an das jeweils zugeordnete Wechselspannungsnetz 2 beziehungsweise 3 angeschlos-
sen sind, sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Transformatoren 4 und 5 realisiert, die jeweils eine dreiphasige Primärwicklung 13 beziehungsweise 14 sowie jeweils zwei dreiphasige Sekundärwicklungen 15 und 16 beziehungsweise 17 und 18 aufweisen. Dabei sind die Phasen der Sekundärwicklung, die in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet ist, in einer Sternschaltung während die Phasen der Sekundärwicklung 16 in einer Dreiecksschaltung miteinander verbunden sind. Beim Übertragen von Wechselspannung wird auf diese Weise zwi- sehen den Sekundärwicklungen 15 und 16 eine Phasenverschiebung von 30 Grad erzeugt. Die Sekundärwicklung 15 ist mit einer dreiphasigen Sechspuls-Stromrichterbrücke 19 verbunden, die aus sechs Stromrichtern mit Leistungshalbleiterbauelementen zusammengesetzt ist und deren Aufbau und Verschaltung dem Fachmann bestens bekannt ist, so dass an dieser Stelle hierauf nicht eingegangen zu werden braucht. Entsprechend ist die Sekundärwicklung 16 mit einer Sechspuls-Stromrichterbrücke 20, die Sekundärwicklung 17 mit einer Sechspuls-Stromrichterbrücke 21 und die Sekundärwicklung 18 mit einer Sechspuls- Stromrichterbrücke 22 verbunden. Zur Verbindung der Sekundärwicklungen mit den jeweils zugeordneten Sechspuls-Stromrichterbrücken dienen dreiphasige Verbindungsstränge 23,24,25 beziehungsweise 26. Die Sechspuls-Stromrichterbrücken des Umrichters 6 und die Sechspuls-Stromrichterbrücken 21 und 22 des Umrichters 7 sind jeweils in Reihe zueinander geschaltet. Aufgrund des erwähnten Phasenversatzes von 30 Grad am wech- selstromseitigen Eingang der Sechspuls-Stromrichterbrücken 19,20 und ihre Reihenschaltung kommt es zur Ausbildung eines so genannten Zwölfpuls-Stromrichters, wobei nur der Vollstän- dig halber darauf hingewiesen wird, dass eine entsprechende Reihenschaltung und ein entsprechender Phasenversatz auch zwischen den Sechspuls-Stromrichterbrücken 21 und 22 des Umrichters 7 herrscht.
Die bei Umrichten auftretenden Störströme werden auf bekannte Weise durch wechselstromseitig parallel zu einer Last angeschlossene Filtermittel 27 unterdrückt.
Zum Steuern der aus Halbleiterventilen 28 bestehenden Sechspuls-Stromrichterbrücken 19,20,21 und 22 ist eine in Figur 1 nicht dargestellte Steuereinheit vorgesehen. Aufgrund des Phasenversatzes zwischen den Stromrichterbrücken 19 und 20 beziehungsweise 21 und 22 sind zum Zünden der Halbleiterven- tile 28 in einer Periode des Wechselstromes 12 Zündpulse, also ein Puls je Ventil, erforderlich. Aus diesem Grunde werden die Umrichter 6 oder 7 auch Zwölfpuls-Umrichter genannt. Die Pulse weisen zueinander einen Abstand 30° auf. Der große Vorteil eines Zwölfpuls-Umrichters gegenüber einem aus nur einer Sechspuls-Stromrichterbrücke bestehenden Sechspuls-Umrichter besteht darin, dass Stromstörungen, die in Form seiner 5. und 7. harmonischen Oberschwingung der Grundschwingung des Stromes beim Umrichten entstehen, sich gegenseitig auslöschen. Da die anderen harmonischen durch die Umrichtung aus- gelösten Oberschwingungen im Vergleich zur 5. und 7. harmonischen Oberschwingung einfacher durch Filter ausgelöscht werden können, weist die Zwölfpuls-Anordnung gegenüber der Sechspuls-Umrichtung Kostenvorteile auf.
Den vorbekannten Zwölfpuls-Umrichtern haftet jedoch der Nachteil an, dass die eingesetzten Induktivitäten ausgesprochen kostenintensiv sind, da diese zusätzlichen Belastungen ausgesetzt sind. Die erhöhten Belastungen lassen sich auf einen hohen Gleichspannungsanteil an den Sekundärwicklungen der In- duktivitäten zurückführen, die über die Verbindungssträgen
23, 24, 25 und 26 mit der jeweiligen Sechspuls-Stromrichterbrücke verbunden sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine eingangs genannte Vorrichtung bereitzustellen, die kostengünstiger ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Umrichter über mehrere Gleichstromkreise miteinander verbunden sind, wobei jeder Gleichstromkreis galvanisch von wenigstens einem Wechselspannungsnetz getrennt ist.
Erfindungsgemäß sind die jeweils einem Wechselspannungsnetz zugeordneten Umrichter gleichstromseitig über mehrere Gleichstromkreise miteinander verbunden. Dies weist zunächst den Nachteil auf, dass die Sechspuls-Stromrichter über zusätzliche Gleichspannungsleitungen miteinander verbunden werden müssen. Die Verbindung über getrennte Gleichspannungskreise ermöglicht jedoch eine breitere Gestaltungsmöglichkeit bei der Ankopplung der Umrichter an das jeweils zugeordnete Wechselspannungsnetz. Mit anderen Worten ist die Ausgestaltungsmöglichkeit der Induktivitäten, über welche die Umrichter mit dem jeweils zugeordneten Wechselspannungsnetz verbunden wer- den können, vergrößert, so dass durch zweckmäßige Ausgestaltung der Induktivitäten, deren Kosten beträchtlich herabgesetzt sind. Dabei weist jeder Gleichstromkreis zur galvanischen Trennung der miteinander verbundenen Wechselspannungsnetze wenigstens eine elektromagnetische, also induktive oder kapazitive, Kopplung auf. Durch die galvanische Trennung ist die Übertragung hochfrequenter Störungen von einem Wechselspannungsnetz in das andere vermieden. Aufwändige zusätzliche Filter, die beispielsweise in der US 5,414,612 beschrieben sind, können erfindungsgemäß vermieden werden, so dass auch hierdurch Kosten eingespart werden können. Erfindungsgemäß wird an Zwölfpuls-Umrichtern festgehalten, wobei in einer Periode der anliegenden Wechselspannung 12 Auslöseimpulse zum Zünden der Stromrichterventile erzeugt werden. Wie bereits im
Zusammenhang mit dem Stand der Technik ausgeführt wurde, kommt es bei der Zwölfpuls-Umrichtung zu einem Auslöschen der 5. und 7. harmonischen Oberschwingung des Stromes, die bei Sechspuls-Umrichtern nur durch einen erhöhten Aufwand bei der Filterung der Wechselspannung beseitigt werden können. Darüber hinaus können durch Zwölfpuls-Stromrichter höhere Leistungen zwischen den Wechselspannungsnetzen übertragen werden.
Vorteilhafterweise sind ein erster Gleichstromkreis und die mit ihm verbundenen Induktivitäten symmetrisch zu dem zweiten Gleichstromkreis und den mit diesem verbundenen Induktivitäten aufgebaut. Durch einen symmetrischen Aufbau der Anordnungen, die aus einem Gleichstromkreis und den diesem zugeordneten Induktivitäten bestehen, sind Zusatzmittel beim Zusammen- führen der über unterschiedliche Gleichstromkreise übertragenen Leistungen überflüssig geworden, so dass zusätzliche Kosten vermieden sind.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist den Gleich- Stromkreisen über die Erdung der Induktivitäten ein Bezugspotential aufgeprägt. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung erfolgt die Erdung nicht mehr innerhalb des Gleichstromkreises sondern wechselstromseitig bezüglich des jeweiligen Umrichters. Durch die Erdung der Induktivitäten können deren Kosten weiter gesenkt werden. Hierbei gibt es verschiedene
Möglichkeiten und Weiterentwicklungen, die nachfolgend ausgeführt sind.
Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung zweckmäßig, dass jede Sechspuls-Stromrichterbrücke eines ersten Umrichters über einen eigenen Gleichstromkreis mit einer zugeordneten Sechspuls-Stromrichterbrücke eines zweiten Umrichters verbunden ist, so dass in jedem Gleichstromkreis zwei Sechspuls-
Stromrichterbrücken angeordnet sind. Gemäß diesem dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, sind die beiden Anschlussklemmen jeder Sechspuls-Stromrichterbrücke über eine Gleichstromleitung mit jeweils einer Anschlussklemme einer Sechspuls-Stromrichterbrücke eines anderen Umrichters verbunden. Eine Reihenschaltung von Stromrichterbrücken innerhalb eines Gleichstromkreises ist gemäß dieser Weiterentwicklung der Erfindung nicht möglich.
Zweckmäßigerweise sind die Induktivitäten Transformatoren, die jeweils einem Umrichter zugeordnet sind und jeweils eine mit einem zugeordneten Wechselspannungsnetz verbindbare mehrphasige Primärwicklung und mehrere jeweils mit einer Sechspuls-Stromrichterbrücke verbundene mehrphasige Sekundär- Wicklungen aufweisen. Solche Transformatoren mit mehr als einer Sekundärwicklung sind kostenintensiv. Insbesondere können Transformatoren, die für höhere Übertragungsleistungen ausgelegt sind, einphasig ausgestaltet sein, wobei diese zur Ver- schaltung der Phasen der Wicklungen außerhalb der Transforma- toren jeweils mehrere Durchführungen aufweisen, an welche
Hochspannungsfreiluftleitungen anschließbar sind und die den Hochspannungsleiter in ein anderes Isolationsmedium überführen.
Gemäß einer diesbezüglichen Weiterentwicklung sind die Phasen der Primärwicklung und die Phasen einer der Sekundärwicklungen jeweils in Sternschaltung miteinander verbunden, wobei die Phasen einer zweiten Sekundärwicklung in einer Deltaschaltung miteinander verbunden sind. Durch diese zweckmäßige und unterschiedliche Verschaltung der Sekundärwicklungen wird eine für die Zwölfpuls-Umrichtung typische Phasenverschiebung zwischen den jeweiligen wechselstromseitigen Anschlüssen der Sechspuls-Stromrichterbrücken jedes Umrichters bereitge-
stellt. Diese beträgt zweckmäßigerweise 30 Grad, so dass zwölf Zündpulse in einer Periode des Wechselstromes erforderlich sind, um die zwölf Halbleiterventile jedes Umrichters zweckmäßig zu zünden. Die Zündpulse werden erfindungsgemäß durch eine Steuereinheit bereitgestellt, die als solche bekannt und auf die daher an dieser Stelle nicht eingegangen zu werden braucht.
Vorteilhafterweise ist die Sechspuls-Stromrichterbrücke eines ersten Umrichters, die mit der Sekundärwicklung eines ersten Transformators verbunden ist, deren Phasen in Sternschaltung miteinander verbunden sind, gleichstromseitig mit einer Sechspuls-Stromrichterbrücke eines zweiten Umrichters verbunden, die wechselstromseitig mit einer Sekundärwicklung eines zweiten Transformators verbunden ist, deren Phase in Deltaschaltung miteinander verbunden sind. Durch diese Schaltanordnung der Vorrichtung ist die ausschließliche Verwendung von Transformatoren als Induktivitäten ermöglicht, wobei gleichzeitig ein symmetrischer Aufbau der Gleichstromkreise mit den ihnen zugeordneten Sekundärwicklungen der Transformatoren ermöglicht ist. Dabei wird die Symmetrie dadurch hergestellt, dass die eine Sechspuls-Stromrichterbrücke des ersten Umrichters eine Deltaschaltung ihrer Phasen aufweist während die andere Sekundärwicklung des gleichen Transformators mit der anderen Sechspuls-Stromrichterbrücke des ersten Umrichters verbunden ist. Die mit der Deltaschaltung verbundene Sechspuls-Stromrichterbrücke ist gleichstromseitig mit einer der Sechspuls-Strombrücken verbunden, die an eine Sekundärwicklung eines anderen Transformators angeschlossen ist, de- ren Phasen eine Sternschaltung aufweisen. Die Sechspuls- Stromrichterbrücke des ersten Umrichters, die mit einer Sekundärwicklung des ersten Transformators verbunden ist, dessen Phasen in Sternschaltung miteinander verbunden sind, ist
hingegen gleichstromseitig mit einer Sechspuls-Stromrichterbrücke verbunden, die galvanisch mit einer Sekundärwicklung des zweiten Transformators verbunden ist, deren Phasen in Deltaschaltung angeordnet sind. Dabei sind die Sternpunkt bildenden Sekundärwicklungen jeweils geerdet. Wie bereits ausgeführt wurde, ist es insbesondere bei hohen zu übertragenden Leistungen üblich, die HGÜ-Transformatoren einphasig auszubilden. Die einphasigen Transformatoren weisen daher in der Regel drei Durchführungen zum Anschluss von Hochspan- nungsfreileitungen auf. Die Verschaltung der Phasen erfolgt außerhalb des Transformatorgehäuses. Im Falle der Erdung des Sternpunktes wirkt sich dies für jede Phase auf wenigstens eine der Durchführungen der einphasigen Transformatoren aus. Diese Durchführungen können wegen des anliegenden Erdpotenzi- als erheblich kostengünstiger ausgeschaltet werden.
Gemäß einem hiervon abweichenden Ausführungsbeispiel umfassen die einem Umrichter zugeordneten Induktivitäten jeweils einen Transformator und eine von der Anzahl der Phasen des zugeord- neten Wechselspannungsnetzes abhängige Anzahl von Drosselspulen, wobei eine erste Sechspuls-Stromrichterbrücke eines ersten Umrichters über erste Drosselspulen und eine zweite Sechspuls-Stromrichterbrücke des ersten Umrichters über einen ersten Transformator an ein erstes Wechselspannungsnetz an- schließbar sind und wobei die Phasen einer Primärwicklung des ersten Transformators in einer geerdeten Sternschaltung miteinander verbunden sind und dessen Sekundärwicklung eine Deltaschaltung aufweist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird auf die Verwendung eines Transformators, der über zwei Sekun- därwicklungen mit unterschiedlicher Verschaltung der Phasen verfügt, aus Kostengründen verzichtet. Stattdessen gelangt ein üblicher Transformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung zum Einsatz. Die Primärwicklung ist im Be-
trieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem sowohl dem zugeordneten Wechselspannungsnetz galvanisch verbunden, wobei die Primärwicklung einen geerdeten Sternpunkt aufweist. Die Sekundärwicklung dieses Transformators ist mit einer ersten Sechspuls-Stromrichterbrücke des ersten Umrichters verbunden. Die zweite Sechspuls-Stromrichterbrücke dieses Umrichters ist hingegen dem Wechselspannungsnetz über Drosselspulen galvanisch verbunden, wobei über die Erdung der Primärwicklung des Transformators über die galvanische Anbindung der zweiten Um- richterbrücke ein Bezugspunkt für das Potenzial des Gleichspannungskreises bereitgestellt ist, in dem die zweite Sechspuls-Stromrichterbrücke des ersten Umrichters angeordnet ist. Ein Transformator mit nur einer Sekundärwicklung und der Einsatz von Drosselspulen anstelle eines Transformators mit zwei oder mehr Sekundärwicklungen und unterschiedlicher Verschal- tung ist wesentlich kostengünstiger und wirkt sich somit auf die Wirtschaftlichkeit der gesamten Vorrichtung aus.
Gemäß einer dies bezüglich vorteilhaften Weiterentwicklung ist die erste Sechspuls-Stromrichterbrücke des ersten Umrichters mit einer ersten Sechspuls-Stromrichterbrücke eines zweiten Umrichters und die zweite Sechspuls-Stromrichterbrücke des ersten Umrichters mit einer zweiten Sechspuls-Stromrichterbrücke eines zweiten Umrichters verbunden, wobei die erste Sechspuls-Stromrichterbrücke des zweiten Umrichters über einen zweiten Transformator und die zweite Sechspuls- Stromrichterbrücke des zweiten Umrichters über zweite Drosselspulen mit dem zweiten Wechselstromnetz verbindbar sind, wobei die Phasen einer Primärwicklung des zweiten Transforma- tors in einer geerdeten Sternschaltung miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kommt es zur Ausbildung von symmetrischen Anordnungen, die jeweils aus einem Gleichstromkreis und den diesen zugeordneten Induktivitäten bestehen, über die
Gleichstromkreise im Betrieb mit dem jeweiligen Wechselspannungsnetz verbunden sind. Der Bezugspunkt des Potenzials der jeweiligen Anordnung wird über die Erdung der Primärwicklung des jeweiligen Transformators festgelegt. Zweckmäßigerweise ist der Unterschied der Phasenverschiebung zwischen dem ersten Transformator und den ersten Drosselspulen gleich dem Unterschied der Phasenverschiebung zwischen dem zweiten Transformator und den zweiten Drosselspulen.
Bei einer diesbezüglichen zweckmäßigen Weiterentwicklung ist jede Drosselspule jeweils mit einer Anzapfung einer Phase der geerdeten Primärwicklung des zugeordneten Transformators verbunden. Anstelle direkt mit den Phasen des zugeordneten Wechselspannungsnetzes galvanisch verbunden zu sein, werden die Drosselspulen und somit die zugeordnete Sechspuls-Stromrichterbrücke mit einer Anzapfung der mehrphasigen Primärwicklung verbunden. Die Primärwicklung ist beispielsweise dreiphasig ausgebildet und weist für jede Phase eine Anzapfung der Wicklung, beispielsweise in deren Mitte, auf. Die Anzapfung ist aus dem Transformator nach außen geführt und kann dann mit den Drosselspulen galvanisch verbunden werden. Der Anschluss der Vorrichtung an das Wechselspannungsnetz wird daher vereinfacht und kostengünstiger ausgestaltet.
Vorteilhafterweise weisen die Induktivitäten einen Transformator mit einer Sekundärwicklung auf, deren Phasen in einer geerdeten Sternschaltung miteinander verbunden sind. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung wird jedem Gleichstromkreis durch die Erdung der Sekundärwicklung ein Potenzi- albezugspunkt aufgeprägt. Eine gleichspannungsseitige Erdung ist überflüssig geworden.
Vorteilhafterweise weist jeder Gleichstromkreis wenigstens eine Glättungsdrossel auf. Dabei dient die Glättungsdrossel zum Glätten der Gleichspannung. Der Einsatz von Glättungs- drosseln in einer Hochspannungsgleichstromübertragung ist allgemein bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht eingegangen zu werden braucht.
Vorteilhafterweise sind Filtermittel zum wechselstromseitigen Unterdrücken von beim Umrichten entstehenden Oberschwingungen vorgesehen.
Zweckmäßigerweise sind die Stromrichterventile als Thyristorventile realisiert.
Vorteilhafterweise weisen die Gleichstromleiter eine Länge von weniger als 50 km auf. Der Vorteil der kostengünstigeren Gestaltungsmöglichkeit geht bei größeren Entfernungen der Umrichter verloren, da im Vergleich zum Stand der Technik mehr Gleichstromleiter im Rahmen der Erfindung erforderlich sind. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung eine Kurzkupplung, bei der die Umrichter in der gleichen Anlage in so genannter „Back to back"-Anordnung aufgestellt sind.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleich wirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und wobei
Figur 1 eine vorbekannte Zwölfpuls-Vorrichtung zum Übertragen elektrischer Leistung zwi-
sehen Wechselspannungsnetzen über Gleichstrom gemäß dem Stand der Technik,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schema- tischer Darstellung,
Figuren 3-7 Spannungsverläufe am sekundärseitigen An- schluss des Transformators 4 einer Vorrichtung gemäß Figur 1 und somit gemäß dem Stand der Technik,
Figuren 8-12 Spannungsverläufe am sekundärseitigen An- schluss des Transformators 4 einer Vorrichtung gemäß Figur 2 als Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 13-17 Spannungsverläufe am sekundärseitigen An- schluss des in Figur 1 rechts dargestellten Transformators 5 einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik,
Figur 18-22 die Spannungsverläufe an dem sekundärseitigen Anschluss des in Figur 2 rechts dargestellten Transformators 5 einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 23 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 24 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 25 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Figur 26 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen.
Figur 1 zeigt eine vorbekannte Vorrichtung 1 zum Übertragen elektrischer Leistungen zwischen Wechselspannungsnetzen 2,3 über Hochspannungsgleichstrom mit Halbleiterventile aufwei- senden Umrichtern 6,7, die durch eine figürlich nicht dargestellte Steuerungseinheit in einer Periode des Wechselstromes zwölfmal gezündet werden. Die vorbekannte Vorrichtung 1 wurde bereits im Zusammenhang mit der Würdigung des Standes der Technik beschrieben.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 29 in einer schematischen Darstellung. Die gezeigte Vorrichtung 29 dient der Übertragung elektrischer Leistung von dem Wechselspannungsnetz 3 zu dem in Figur 2 rechts dargestellten Wechselspannungsnetz 3, die jeweils aus drei Phasen 2a, 2b, 2c beziehungsweise 3a, 3b, 3c bestehen. Die Wechselspannungsnetze 2 und 3 sind über zugeordnete Induktivitäten 4 beziehungsweise 5, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Transformatoren 4 und 5 realisiert sind, mit Umrichtern 6 und 7 verbunden, die jeweils zwei Sechspuls- Stromrichterbrücken 19 und 20 beziehungsweise 21 und 22 aufweisen.
Die als solche bekannten Sechspuls-Strombrückenschaltungen bestehen aus drei Phasen, wobei in jeder Phase zwei aus Leistungshalbleitern aufgebaute Stromrichterventile, in diesem Fall Thyristorventile 28, angeordnet sind. Im Gegensatz zu der in Figur 1 gezeigten vorbekannten Vorrichtung sind die
Sechspuls-Stromrichterbrücken 19 und 20 beziehungsweise 21 und 22 nicht in Reihe miteinander geschaltet und über einen gemeinsamen Gleichspannungskreis mit dem jeweils anderen Umrichter verbunden. Vielmehr sind die Sechspuls-Stromrichter- brücken 19 und 21 Teil eines Gleichspannungskreises 30, der neben den Sechspuls-Stromumrichterbrücken 19 und 21 die Gleichstromleitungen 8a und 8b umfasst. Ein weiterer Gleichstromkreis 31 besteht aus den Sechspuls-Stromrichterbrücken 20 und 22 sowie den Gleichstromleitungen 9a und 9b. Die Um- richter 6 und 7 sind daher mittels zweier Gleichspannungskreise 30 und 31 miteinander verbunden. Gegenüber dem Stand der Technik sind zwei weitere Gleichstromleitungen im Rahmen der Erfindung vorzusehen, so dass sich aus wirtschaftlichen Betrachtungen heraus die Abstände der Umrichter 6 und 7 zu- einander auf ein bestimmtes Maß beschränkt bleiben sollte. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die gezeigte Vorrichtung eine so genannte Kurzkupplung, bei der die Umrichter 6 und 7 unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Mit anderen Worten weisen die Gleichstromleitungen 8a, 8b, 9a und 9b eine Länge in der Größenordnung von wenigen Metern auf. Die
Gleichstromkreise sind über die Verbindungsstränge 23 und 25 beziehungsweise 24 und 26 wechselstromseitig mit jeweils einer Sekundärwicklung verbunden, die wie die Verbindungsstränge 23, 24, 25 und 26 dreiphasig ausgebildet sind. Die aus der dreiphasigen Sekundärwicklung 15, dem Gleichspannungskreis 30 sowie der Sekundärwicklung 17 bestehende Anordnung ist symmetrisch zu der aus der Sekundärwicklung 16, dem Gleichstromkreis 31 sowie der Sekundärwicklung 18 bestehenden Anordnung aufgebaut. So sind die Phasen jeweils einer Sekun- därwicklung dieser Anordnungen 15 beziehungsweise 18 in einer Deltaschaltung miteinander verbunden, wohingegen die jeweils andere Sekundärwicklung über eine Phasenverschaltung unter Sternpunktbildung verfügt. Dabei ist der Sternpunkt geerdet,
so dass den Gleichstromkreisen 30 und 31 über die Teilinduktivitäten 17 und 16 ein Erdbezugspotenzial aufgeprägt ist. Eine Erdung auf der Gleichstromseite entfällt im Rahmen der Erfindung. Durch den symmetrischen Aufbau wird die Phasenver- Schiebung zwischen den Verbindungssträngen 23 und 24 beziehungsweise 25 und 26 wieder aufgehoben. Auch in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind Filtermittel 27 zum Unterdrücken von harmonischen Oberschwingungen der Nennfrequenz des Wechselstromes vorgesehen.
Die Figuren 3 bis 7 zeigen die an den Verbindungssträngen 23 und somit an den figürlich nicht dargestellten Durchführungen der Transformatoren 4 und 5 abfallenden Spannungen gegenüber dem Erdpotenzial in den Einheiten Kilovolt (kV) als Funktion der Zeit. Die gezeigten Spannungsverläufe wurden mit einem digitalen Simulationsprogramm gemäß D. A. Woodford, „Valida- tion of Digital Simulation of DC Links, IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems, PAS-104,#9, Seiten 2588-2596, September 1985, berechnet. Hierbei wurde davon ausgegangen, dass die Energie aus dem Wechselspannungsnetz 2 zum Wechselspannungsnetz 3 übertragen wird. Es wurde bei den Simulationen ein Gesamtwiderstand von 0,35 Ω und eine Induktanz von 35 mH für den Gleichspannungskreis einschließlich Glättungsdros- seln angenommen.
In Figur 3 entspricht die durchgezogene Linie dem Spannungsverlauf an dem Verbindungsstrang 23a, die punktierte Linie gibt den Spannungsverlauf am Verbindungsstrang 23b und die gestrichelte Linie den Spannungsverlauf in dem Verbindungs- sträng 23c an. Aus Gründen der Übersicht ist in Figur 4 der
Spannungsverlauf eines einzigen Verbindungsstranges, und zwar der Spannungsverlauf des Verbindungsstranges 23a, gezeigt.
Figur 5 ist eine entsprechende Darstellung des Spannungsverlaufes als Funktion der Zeit, wobei die Spannung hier an den Verbindungssträngen 24 und damit an den Durchführungen der Sekundärwicklung 16 des Transformators 4 an abfällt, deren Phasen eine Deltaverschaltung aufweisen. Die durchgezogene Linie stellt die in dem Verbindungsstrang 24a abfallende Spannung dar, die gepunktete Linie ist der Spannungsabfall in dem Verbindungsstrang 24b und die gestrichelte Linie ist die in dem Verbindungsstrang 24c abfallende Spannung. Wieder aus Gründen der Übersicht ist in Figur 6 der Spannungsverlauf des Verbindungsstranges 24a gezeigt. Figur 7 zeigt den Spannungsverlauf am Sternpunkt. Es ist aus den Figuren 3 und 4 erkennbar, dass in den Verbindungssträngen ein hoher Gleichspannungsanteil abfällt. So wechselt die Spannung nicht ihr Vor- zeichen, sondern schwankt zwischen 70 und 30 kV. Entsprechendes gilt für die Verbindungsstränge, die mit der Sekundärwicklung in Deltaschaltung verbunden sind. Wie besonders in Figur 6 zu erkennen ist, schwankt die Spannung zwischen 0 und 35 kV. Auch der Nullpunkt weist einen mehr oder weniger kon- stanten Gleichspannungsanteil von 40 kV auf. Durch den hohen Gleichspannungsanteil werden die Transformatoren mehr als üblich belastet. Um diesen Belastungen gerecht zu werden, sind solche HGÜ-Transformatoren entsprechend ausgelegt und daher kostenintensiv.
Die Figuren 8 bis 12 zeigen eine den Figuren 3 bis 7 entsprechende Darstellung, diesmal jedoch einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 2. Die zwischen den Phasen der Sekundärwicklungen abfallenden Spannungen und der durch die Sekun- därwicklungen fließende Strom entsprechen ihrem jeweiligen Analogon bei den Berechnungen, die in den Fig. 3 bis 5 verdeutlicht sind. Der durch die beziehungsweise den Gleichstromkreis fließende Strom betrug in beiden berechneten Bei-
spielen 3000 A. Die zwischen den Umrichtern 6 und 7 übertragene Leistung ist in beiden Fällen ebenfalls die gleiche.
In Figur 8 sind die Spannungsverläufe der Verbindungsstränge 24 gezeigt, die mit einer Sekundärwicklung verbunden sind, deren Phasen in einer geerdeten Sternschaltung miteinander verbunden sind. Dabei entspricht die durchgezogene Linie dem Spannungsverlauf im Verbindungsstrang 24a, die punktierten dem Spannungsverlauf im Verbindungsstrang 24b und die gestri- chelte Linie dem Spannungsverlauf im Verbindungsstrang 24c. Figur 9 entspricht wiederum dem Spannungsverlauf im Verbindungsstrang 24a. In Figur 10 sind wiederum die Spannungsverläufe der Verbindungsstränge 23a, 23b beziehungsweise 23c gezeigt, die mit einer Sekundärwicklung verbunden sind, deren Phase eine Deltaschaltung ausbilden. In Figur 11 ist der
Spannungsverlauf nur eines einzigen Verbindungsstranges 23a gezeigt ist. Figur 12 zeigt den Spannungsverlauf des geerdeten Sternpunktes der Sekundärwicklung 16. Aus den Figuren 8 und 9 ist erkennbar, dass die Spannungsverläufe des jeweili- gen Verbindungsstranges um einen Nullpunkt schwanken und ein Vorzeichenwechsel aufweisen. Die Spannungsamplitude liegt in einer Größenordnung von etwa 17 kV. Entsprechendes lässt sich auch an den Verbindungssträngen 23a bis 23c beobachten, die mit der Sekundärwicklung in Deltaschaltung verbunden sind. Gleichspannungsanteile können nicht beobachtet werden, die
Spannung variiert periodisch zwischen etwa +20 und -20 kV. Am geerdeten Sternpunkt der Sekundärwicklung 16 des Transformators 4 ist die Spannung erwartungsgemäß gleich null.
In den Figuren 13 bis 17 beziehungsweise in den Figuren 18 bis 22 sind entsprechende Berechnungen für den dem Wechselspannungsnetz 3 zugeordneten Umrichter 7 beziehungsweise für den Transformator 5 verdeutlicht. Die Figuren 13 beziehungsweise 18 zeigen die zwischen der jeweiligen Phase des Verbin- dungsstranges 25a, 25b und 25c und dem Erdpotenzial abfallende Spannung, wobei die Phasen der Sekundärwicklung jeweils in Sternschaltung miteinander verbunden sind. Die Figur 14
zeigt die an dem Verbindungsstrang 24a in Figur 1 und die Figur 19 die in dem Verbindungsstrang 25a gemäß Figur 2 abfallende Spannung. Die Figuren 15, 16 beziehungsweise 20, 21 zeigen die Spannungsverläufe der Phasen des Verbindungsstran- ges 26 der vorbekannten Vorrichtung 1 gemäß Figur 1 beziehungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 29 gemäß Figur 2. Die Figur 17 beziehungsweise Figur 22 zeigt den Spannungsverlauf des zugeordneten Sternpunktes. Wie bereits im Zusammenhang mit den Figuren 3 bis 7 und 8 bis 12 beschrieben wurde, weisen die Verbindungsstränge und somit die Sekundärwicklungen des Transformators 5 erfindungsgemäß eine weniger starke Belastung durch Gleichstromanteile auf. So schwankt die Spannung zwischen Verbindungsstrang 25 und Erdpotenzial zwischen etwa 70 und 40 kV, wohingegen erfindungsgemäß Ampli- tuden in der Größenordnung von 20 kV erhalten werden und die Spannung periodisch um den Nullpunkt schwankt.
Die Amplitude der Spannung an der Sekundärwicklung 18 des Transformators 5 mit Deltaschaltung beträgt etwa 35 kV, wohin gegen im Rahmen der Erfindung an entsprechender Sekundärwicklung 18 eine maximale Amplitude von etwa 25 kV erreicht wird. Definitionsgemäß ist im Rahmen der Erfindung die im Sternpunkt abfallende Spannung gleich null.
Es ist erkennbar, dass die Spannungsbelastungen beider Transformatoren im Rahmen der Erfindung wesentlich verringert sind, so dass die Transformatoren kostengünstiger ausgestaltet werden können. So müssen zwischen den Anschlüssen der beispielsweise einphasig ausgebildeten Transformatoren, also zwischen Freiluftdurchführungen, erfindungsgemäß wesentlich geringere Abstände eingehalten, als bei Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik.
Figur 23 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung. Das gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Transformator 4 lediglich eine
dreiphasige Sekundärwicklung 15 mit Deltaschaltung aufweist, die über die dreiphasigen Verbindungsstränge 23 mit der Sech- suls-Stromrichterbrücke 19 verbunden ist. Die Sechsuls-Strom- richterbrücke 20 des gleichen Umrichters 6 ist hingegen über Drosselspulen 16 mit Anzapfungen 32 der dreiphasigen Primärwicklung 13 des Transformators 4 verbunden. Der aus den Sech- suls-Stromrichterbrücken 19 und 21 sowie aus den Gleichstromleitungen 8a und 8b bestehende Gleichstromkreis 30 ist daher galvanisch von dem Versorgungsnetz 2 getrennt. Durch den dreiphasigen Verbindungsstrang 25 und die Drosselspulen 23 ist die Stromrichterbrücke 21 mit Anzapfungen 34 der dreiphasigen Primärwicklung des Wechselspannungsnetzes 3 verbunden. Die Erdung des Gleichstromkreises 30 erfolgt über die galvanische Verbindung mit der dreiphasigen Primärwicklung 14, de- ren Phasen in Sternschaltung miteinander verbunden und deren Sternpunkt geerdet ist. Die aus der Sekundärwicklung 15, dem Gleichstromkreis 30 und den Drosselspulen 33b bestehende Anordnung ist symmetrisch zu der Anordnung, die aus den Drosselspulen 33a im Gleichstromkreis 31 und der dreiphasigen Se- kundärwicklung 18 mit Deltaschaltung besteht. Somit erfolgt die Erdung des Gleichstromkreises 31 über die Erdung der Primärwicklung 13 des Transformators 5, deren Phasen in Sternschaltung miteinander verbunden sind und dessen Sternpunkt geerdet ist.
Figur 24 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, die sich von dem in Figur 23 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass die Drosselspulen 33a beziehungsweise 33b nicht mit Anzapfungen der Primärwicklung eines Transformators verbunden sind. Vielmehr sind die Sechspuls-Stromrichterbrücken 20 beziehungsweise 21 über die Drosselspulen 33a beziehungsweise 33b direkt mit dem jeweils zugeordneten Drehspannungsnetz 2 beziehungsweise 3 verbunden. Auch hier erfolgt die Erdung der Gleichstromkreise 30 und 31 über die Erdung des Sternpunktes der mehrphasigen Primärwicklung 13 bzw. 14 des Transformators 4 beziehungsweise 5. Die aus den Induktivitäten und den Gleichstromkreisen bestehenden
Anordnungen sind wieder symmetrisch zueinander aufgebaut. Es sei darauf hingewiesen, dass bei Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 29 auch bei allen Ausführungsbeispielen die Wechselspannungsnetze 2 und 3 galvanisch voneinander getrennt sind. Maßnahmen zum Verhindern oder Unterdrücken von so genannten Null-System-Störströmen sind erfindungsgemäß überflüssig geworden. Die galvanische Trennung erfolgt in den gezeigten Ausführungsbeispielen durch die Transformatoren 4 beziehungsweise 5.
Figur 25 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 29, die sich von dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel durch den Einsatz von Kondensatoren 35 unterscheidet, die jeweils wechselspannungsseitig in die Vorrichtung 29 integriert sind. Die Kondensatoren 35 dienen der Blindleistungskompensation. Die Anordnung der Kondensatoren 35 auf der Wechselspannungsseite der erfindungsgemäßen Vorrichtung 29 ist grundsätzlich beliebig. So ist es beispielsweise möglich, die Kondensatoren 35 oder Kondensator- batterie, die für jede Phase des Systems einen Kondensator aufweist, zwischen dem Wechselspannungsnetz 2 und der Primärwicklung 13 des Transformators 4 anzuordnen. Dies ist beispielsweise in der linken Hälfte der Figur 25 gezeigt. Abweichend hiervon ist es möglich die Kondensatoren 35 oder Kon- densatorbatterie zwischen dem Umrichter 7 und dem Transformator 5 anzuordnen, wie in Figur 25 auf der rechten Seite in Zusammenhang mit dem Umrichter 7 und dem Transformator 5 gezeigt ist.
Figur 26 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 29, die sich von dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel nur durch den Einsatz mehrerer Glättungsdrosseln in den Gleichspannungskreisen 30 beziehungsweise 31 unterscheidet. So sind die Glättungsdrosseln 12 gleichspannungsseitig an jeder Klemme der Sechspuls-Stromrichterbrücke angeordnet, so dass insgesamt vier Glättungs-
drosseln 12 in dem jeweiligen Gleichspannungskreis 30 bzw. 31 angeordnet sind.