WO2023217505A1 - Vorrichtung und verfahren zur anpassung eines phasenwinkels einer spannung in einer übertragungsleitung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur anpassung eines phasenwinkels einer spannung in einer übertragungsleitung Download PDF

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WO2023217505A1
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phase angle
voltage
tap changer
load tap
phase
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French (fr)
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Sebastian Rehkopf
Markus Riepl
Christian Hurm
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Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
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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
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1807—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators, e.g. thyristor-controlled series capacitors [TCSC]
    • H02J3/1814—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators, e.g. thyristor-controlled series capacitors [TCSC] having reactive elements actively controlled by bridge converters, e.g. unified power flow controllers [UPFC] or controlled series voltage compensators
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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
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1878—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using tap changing or phase shifting transformers

Definitions

  • the invention relates to a device for adjusting a phase angle of a voltage in a transmission line of a power supply network and a method for adjusting a phase angle of a voltage in a transmission line of a power supply network.
  • phase shifter transformers are special power transformers that can specifically influence the phase angle of the voltage or the electrical load flow via an overhead line by introducing a transverse voltage or an oblique voltage.
  • phase-shifting transformers are equipped with on-load tap changers which are designed for uninterrupted switching between winding taps of a control winding of the phase-shifting transformer.
  • the main difference to mains transformers is the connection of the individual windings to each other. Since the control here is not about the voltage level, the control range of the on-load tap changer is specified in degrees.
  • phase-shifting transformers Various applications for phase-shifting transformers are known from the prior art.
  • the classic application is load flow control over two parallel overhead lines. If two overhead lines are operated in parallel in order to transmit higher power, the load distribution between the two lines depends on the length of the lines and their cross section. A natural load flow occurs over both lines according to their line impedances.
  • the load flow can be changed by using a phase shifter transformer that applies a cross voltage to one of the two lines. This makes it possible to optimize the load flow over both lines and thus achieve the same utilization of both lines as possible.
  • phase shifter transformer is used to throttle or increase the flow of energy via an overhead line that connects two networks. This gives the energy network operator the opportunity to control energy flows, even if he has no influence on their generation.
  • phase shifter transformer It is also possible to couple two networks via a phase shifter transformer have the same frequency but a different phase position. This may be necessary, for example, when rebuilding a network when individual network bubbles need to be connected.
  • Phase-shifting transformers in particular have certain disadvantages here, as they have to be designed for a specific control range long in advance before they are put into operation in a substation and also have to be installed in a fixed location due to their size. They therefore offer little flexibility when it comes to reacting to changes in the network topology.
  • the improved concept is based on the idea of supplementing a classic phase shifter transformer with an on-load tap changer with another series-connected feed module, which is also designed to adjust the phase angle by feeding a voltage into the transmission line, in order to increase the control range of the angular degree and This allows us to react more flexibly to changes in the network topology and increase the transport capacity of the energy supply network.
  • a device for adjusting a phase angle of a voltage in a transmission line of a power supply network comprises a phase shifter transformer which has an on-load tap changer and is arranged in the transmission line.
  • the phase shifter transformer is designed to adjust the phase angle of the voltage using the on-load tap changer.
  • the phase shifter transformer has at least one control winding with winding taps, which are connected through the On-load tap changers can be connected without interruption.
  • the on-load tap changer has a corresponding number of stages, each of which is assigned to a winding tap.
  • the phase angle is changed at least by a certain angular degree, in particular an angular degree greater than one, preferably greater than three degrees.
  • the phase angle which can be adjusted by the control range of the on-load tap changer, is in a range from 1 to, for example, 15 degrees, preferably in a range from 1 to 20 degrees, particularly preferably in a range from 1 to 25 degrees.
  • the on-load tap changer usually has mechanical switching contacts and switching resistors. The switching contacts are designed, for example, as vacuum interrupters.
  • the duration of a changeover i.e. the duration for adjusting the phase angle using the on-load tap changer, is more than one second.
  • phase shifter transformer can be designed in any way.
  • the phase shifter transformer essentially consists of an iron core, several copper windings, oil-paper insulation, a steel boiler, bushings and all other components and auxiliary devices that also have transformers for the usual application, namely the conversion of alternating voltages.
  • the phase shifter transformer can have a single-core or a dual-core design depending on the application.
  • a single-core design the phase shift is achieved with just one iron core.
  • a dual core design uses two separate iron cores, either both installed in the same boiler or in two separate boilers.
  • the phase shifter transformer has a two-core design consisting of a series transformer and an excitation transformer, each of which is arranged on a core.
  • the excitation transformer has a primary side and a secondary side comprising at least one control winding with winding taps and an on-load tap changer for uninterrupted switching between the winding taps.
  • a voltage is coupled out on the primary side via the excitation transformer, and this is regulated in size on the secondary side via the control winding and the on-load tap changer as an additional voltage.
  • this additional voltage generated in the excitation transformer is connected in a delta. This results in a phase shift of the additional voltage of 90 degrees compared to that Input voltage at the phase shifter transformer.
  • the device comprises a feed module, which is arranged in series with the phase shifter transformer in the transmission line and is designed to adapt a phase angle to a voltage, and a control unit.
  • the control unit is designed to determine a request for adjusting the phase angle between an input voltage and an output voltage of the electrical device within a predetermined period of time and then adjust the phase angle by means of the feed module if the required adjustment of the phase angle includes an angular degree that exceeds the control range of the on-load tap changer, for example if the on-load tap changer is already in an end position, and/or if the predetermined time period for the adjustment of the phase angle is smaller than a time period within which the phase angle can be adjusted by means of the on-load tap changer, for example within a few hundred microseconds up to a maximum of one second, and / or if the required adjustment of the phase angle includes an angle degree that is smaller than a phase angle that can be adjusted by means of the on-load tap changer by switching from a winding tap to an adjacent winding tap of the control winding of the phase shifter transformer. This is the case, for example, if the required adjustment of the phase angle includes an angle between 0.1 and 3 degrees.
  • phase angle is adjusted using the on-load tap changer in the phase shifter transformer.
  • the advantage of the device of the improved concept is that an existing phase shifter transformer can be easily retrofitted with one or more feed module(s) when the network topology changes, depending on requirements and space availability.
  • At least one additional feed module enables an additional adjustment of the phase angle that goes beyond the control range of the on-load tap changer. An additional phase shift can thus be generated between the input voltage and the output voltage of the device.
  • feed module can react particularly quickly, especially in the millisecond range, to network fluctuations or changes in the network topology due to the power electronics-based switching technology.
  • phase angle can only be adjusted slightly, for example in an angle degree range of 0.1 to 3, and can therefore be regulated particularly finely.
  • the phase shifter is designed as a transverse regulator or as an inclined regulator.
  • the phase shifter transformer is designed as a transverse regulator and has a two-core design consisting of a series transformer and an excitation transformer, each of which is arranged on a core.
  • the excitation transformer has a primary side and a secondary side comprising at least one control winding with winding taps and an on-load tap changer for uninterrupted switching between the winding taps.
  • a voltage is coupled out via the excitation transformer on its primary side and this is regulated in size on the secondary side via the control winding and the on-load tap changer as additional voltage.
  • this additional voltage generated in the excitation transformer is connected in a delta. This results in a phase shift of the additional voltage by 90 degrees compared to the input voltage at the phase shifter transformer.
  • the electrical device has at least a first sensor which is arranged towards a first end of the transmission line and at least one second sensor which is arranged towards a second end of the transmission line.
  • the sensors are designed as current and/or voltage converters.
  • control unit comprises a signal interface which is designed to record current and voltage measurements from the sensors as well as signals from a higher-level communication system.
  • control unit is designed to respond to the request for adjusting the phase angle based on a signal from the higher-level communication system or locally based on the current and voltage measurement values of the sensors or based on a combination of local current and voltage measurement values and a signal from the higher-level communication system.
  • the higher-level communication system can be designed, for example, as a control center, as a system for fleet monitoring of a large number of electrical resources, or as an equipment-related monitoring system.
  • a corresponding signal can occur from outside if a remote short circuit occurs in the energy supply network, which requires rapid regulation of the load flow, or, for example, if there is a need for rapid load flow regulation in order to ensure the stability of the network in the event of a failure of an equipment or a circuit to continue to ensure, as the (n-1) rule provides for the operation of power grids.
  • control unit can be arranged on a housing of the phase shifter transformer or on a housing of the feed module. It is also possible to arrange the control unit separately at any location within a system in which the device is located, for example in a substation of a power supply network, in particular in the station building of a substation.
  • the feed module has a capacitor and/or a power electronic converter.
  • the capacitor provides reactive power for controlling the load flow in the transmission line, which is regulated by the power electronic converter such that the phase angle between the input voltage of the feed module and the output voltage of the entire device is adjusted by a certain degree of angle.
  • the power electronic converter comprises at least one power electronic switching element, which can be designed as an IGBT, GTO thyristor, triac, MOSFET and/or other power electronic switching elements and/or combinations thereof.
  • the feed module can react particularly quickly, for example in less than a second, preferably within 20 milliseconds, to network fluctuations or changes in the network topology.
  • the feed module further comprises a series transformer and/or an energy storage device and/or a bypass unit.
  • the bypass unit serves to bridge the converter or the at least one power electronic switching element in order to minimize losses of the power electronic switching element.
  • the bypass unit serves to bridge the fault-related short-circuit current, which could damage the sensitive, power electronic switching elements of the converter.
  • the bypass unit includes, for example, a resistor that is switched on via a switching element arranged in series.
  • the switching element can, for example, be a semiconductor switching element, preferably a thyristor, or a mechanical switching element, e.g. B. a vacuum switching cell.
  • active power is provided via the energy storage device in order to stabilize the network frequency.
  • the active power flow between the transmission line and the energy storage is regulated via the power electronic converter.
  • the energy storage can be designed, for example, as a battery or as at least one power cap.
  • the feed module can have a series transformer via which the adapted voltage is coupled into the transmission line and which ensures galvanic isolation between the power electronic converter and the transmission line.
  • the feed module has a capacitor and a single power electronic switching element.
  • the power electronic switching element is preferably designed as a triac.
  • the feed module can be expanded to include any number of identically constructed feed modules in series and parallel to one another.
  • the identically constructed feed modules can be arranged in series and/or parallel.
  • the device is designed to be three-phase. According to a further embodiment, the device is designed to be three-phase and has at least one first sensor per phase in the direction of a first end of the three-phase transmission line and at least one second sensor in the direction of a second end of the three-phase transmission line.
  • a method for adjusting a phase angle of a voltage in a transmission line of a power supply network using an electrical device comprises a phase shifter which has an on-load tap changer and is arranged in the transmission line and is designed to adjust a phase angle of a voltage by means of the on-load tap changer. Furthermore, the device comprises a feed module, which is arranged in series with the phase shifter in the transmission line and is designed to adapt a phase angle to a voltage, and a control unit.
  • the method has the following steps: In a first step, a request for adjusting the phase angle between an input voltage and an output voltage of the electrical device within a predetermined period of time is determined by means of the control unit.
  • the phase angle is adjusted using the feed module if the required adjustment of the phase angle includes an angle that goes beyond the control range of the on-load tap changer and/or if the predetermined time period for adjusting the phase angle is smaller than a time period, within which the adjustment of the phase angle can take place using the on-load tap changer, and/or if the required adjustment of the phase angle includes an angle degree that is smaller than a phase angle that can be adjusted using the on-load tap changer.
  • the phase angle is adjusted using the on-load tap changer.
  • the request is determined Adjusting the phase angle between the input voltage and the output voltage of the electrical device within a predetermined period of time based on a signal from a higher-level communication system or locally based on current and voltage measurements measured by sensors arranged towards a first end and towards a second end of the transmission line or based on a combination of local current and voltage measurements as well as a signal from the higher-level communication system.
  • Figure 1 shows an exemplary embodiment of a device according to the improved concept in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a device according to the improved concept in a schematic representation
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a device according to the improved concept in a schematic representation
  • Figure 6 shows another vector diagram according to the improved concept
  • Figure 7 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method according to the improved concept.
  • the device 1 in Figure 1 is shown as a single-phase Device formed. However, it can also be designed in two or three phases.
  • the transmission line 2 is shown here in a simplified and schematic manner and leads from a first end 10 and to a second end 11.
  • the two ends 10 and 11 can include any nodes and / or systems of the energy supply network.
  • the first end 10 and the second end 11 can each represent a substation of the energy supply network.
  • the device 1 comprises a phase shifter transformer 3, which is arranged in the transmission line 2 and is designed to adapt the phase angle of a voltage.
  • the phase shifter transformer 3 has an on-load tap changer 13.
  • the device 1 has a feed module 4, which is arranged in series with the phase shifter transformer 3 in the transmission line 2 and is also designed to adapt the phase angle of a voltage.
  • the device 1 also includes a total of four sensors.
  • the sensors 6 and 7 are arranged in the direction of the first end 10 of the transmission line 2, more precisely between the first end 10 and the phase shifter transformer 3.
  • Sensor 6 is designed as a current transformer and measures the amount and phase of the current flowing through the transmission line 2 at the input of the Device 1.
  • Sensor 7 is designed as a voltage converter and measures the voltage in magnitude and phase that is present at the input of device 1 on transmission line 2.
  • the sensors 8 and 9 are arranged in the direction of the second end 11 of the transmission line 2, more precisely between the feed module 4 and the second end 11 of the transmission line 2.
  • the sensor 8 is designed as a current transformer and measures the amount of current flowing through the transmission line 2 and phase at the end of the device 1.
  • Sensor 9 is designed as a voltage converter and measures the magnitude and phase of the voltage that is present at the output of the device 1 on the transmission line 2.
  • the device 1 further comprises a control unit 5, which is designed to determine a request for adjusting the phase angle between the input voltage measured by the sensor 7 and the output voltage of the device 1 measured by the sensor 9 within a predetermined period of time, and then, depending on the size of the phase angle to be adjusted and the predetermined period of time within which the phase angle is to be adjusted, either the on-load tap changer 13 or the feed module 4 to actuate the phase angle.
  • the control unit 5 determines that an adjustment of the phase angle is required based on the current and voltage values measured by the sensors 6, 7, 8, 9 and/or based on a signal higher-level communication unit 14, for example a control center.
  • the control unit 5 has a signal interface 12 to receive these measured values and signals.
  • the feed module 4 comprises a power electronic converter 16, a capacitor 15, an energy storage 18, a series transformer 17 and a bypass unit 19.
  • the capacitor 15 provides reactive power for controlling the load flow in the transmission line, which is regulated by the power electronic converter 16, such that the phase angle between the voltage present at the input of the feed module 4 and the output voltage of the entire device 1 is adjusted by a certain angular degree.
  • the power electronic converter 16 comprises at least one power electronic switching element, which can be designed as an IGBT, GTO thyristor, triac and/or combinations thereof.
  • the adjusted voltage is coupled into the transmission line 2 via the series transformer 17.
  • the energy storage 18 provides the required active power when required.
  • the active power flow between the transmission line 2 and the energy storage 18 is regulated via the power electronic converter 16.
  • the bypass unit 19 serves to bridge the at least one power electronic switching element of the converter 16 when the feed module 4 is in standby mode, or in the case of fault-related short-circuit currents.
  • Figure 2 shows a further exemplary embodiment of a device according to the improved concept in a schematic representation.
  • the device 1 from FIG. 2 reference is made to the previous explanations of the device from FIG. 1 in an analogous manner and only the differences from the device from FIG.
  • the feed module 4 comprises a power electronic converter 16, a capacitor 15, an energy storage 18 and a bypass unit 19. Accordingly, in this embodiment there is no need for a series transformer and the changed voltage is coupled directly into the transmission line 2. For practical implementation in the substation, this means that a larger space requirement must be planned for the feed module, as additional insulators, surge arresters, varistors, etc. are required to maintain the necessary insulation distances.
  • Figure 3 shows a further exemplary embodiment of a device according to the improved concept in a schematic representation. With regard to the device 1 from FIG. 3, reference is made to the previous explanations of the device from FIGS. 1 and 2 in an analogous manner and only the differences will be discussed below.
  • the feed module 4 comprises a capacitor 15, which is arranged in series with the phase shifter transformer 3 in the transmission line 2, and a single power electronic switching element 20, in particular a triac switch, which is arranged in parallel to the capacitor 15 and short-circuits it.
  • the reactive power that the capacitor 15 provides is regulated here by the duty cycle of the short-circuited switching element 20. If the switching element 20 is switched on, no phase shift is generated. If the switching element 20 is switched off, a maximum phase shift is achieved.
  • FIG. 4 a further exemplary embodiment of a device according to the improved concept is shown in a schematic representation.
  • the device 1 from FIG. 4 reference is made to the previous explanations of the device from FIGS. 1 to 3 in an analogous manner and only the differences will be discussed below.
  • the device 1 is designed as a three-phase system. Accordingly, three parallel transmission lines 2 are provided, which connect a first end 10 with a second end 11, the ends 10 and 11 being substations of a power supply network. Furthermore, a current and/or a voltage sensor 6, 7 is arranged in each transmission line in the direction of the first end 10 and a current and/or a voltage sensor 8, 9 in the direction of the second end 11 of the transmission lines 2.
  • the device 1 has a phase shifter transformer 3, which consists of two transformers, a series transformer 22 and an excitation transformer 21.
  • the excitation transformer 21 has a primary side and a secondary side with a control winding and an on-load tap changer 13 per phase and serves to have one on its primary side To decouple voltage, for example 220 kV, and to regulate the size of this additional voltage on its secondary side using the on-load tap changer 13 on the control winding.
  • the on-load tap changer 13 has 20 stages for this purpose. The choice of stage determines the phase angle between the input voltage and the output voltage of the Exciter transformer 21 adapted.
  • the additional voltage generated and regulated in the excitation transformer 21 is connected again in a delta, which results in a phase shift of the additional voltage by 90 degrees.
  • the phase-shifted additional voltage is coupled back into the transmission lines 2 via the series transformer 22.
  • the device has three feed modules 4, one feed module 4 being arranged in a transmission line 2 parallel to the other two feed modules 4 and each in series with the phase shift transformer 3.
  • the phase angle which is set via the on-load tap changer 13 via the position of the respective stage, can be further adjusted, in particular continuously, in each phase L1, L2, L3, and so can the output voltage of the device 1, i.e. the voltage at the second end 11, can be further adjusted if the conditions for this are met.
  • Both the on-load tap changer 13 and the feed modules 4 are operated by the control unit 5.
  • the embodiment shown in Figure 4 can also be designed as an inclined regulator, which feeds an additional voltage shifted by 60 degrees into the transmission lines 2 instead of 90 degrees.
  • FIG. 5a shows a vector diagram which exemplifies a state of the device 1 in which the on-load tap changer 13 is in an end position in which it feeds the maximum additional voltage U s ti into the transmission power, i.e. the maximum that can be achieved via the on-load tap changer 13 Phase angle q>i is set. This is done by regulating the size of the additional voltage U s ti in the phase shifter transformer 3. The on-load tap changer 13 is therefore in an end position in which its control range is fully exhausted and it cannot increase the phase angle epi any further.
  • phase angle epi should be further increased or reduced, but this adjustment should take place particularly quickly, for example within a few tenths of a millisecond, or also in the case that the phase angle epi should only be adjusted slightly, in such a way that This adjustment cannot be carried out with the on-load tap changer 13, since switching from one winding tap to an adjacent winding tap of the control winding, ie from one stage to a next stage of the on-load tap changer, would produce too large a change in the degree of angle, which can now be arranged in series in the transmission line 2 Feed module 4 can be used to adjust the phase angle epi.
  • a new additional voltage U S ii is generated based on the voltage L1 ', which is present at the output of the phase shifter transformer 3, and is also fed into the transmission line 2.
  • the phase angle (p between the input voltage L1 and the output voltage L1 "of the device 1 is finally further adjusted and can be continuously increased (q> 2 ) or reduced (q> 3 ).
  • the phase angle, which can be continuously adjusted by means of the feed module 4 is between 0.1 and 3 degrees.
  • the phase angle (p between the input voltage and the output voltage of the device 1 is in a total range of +/- 30 degrees.
  • 5b shows a vector diagram which exemplifies a state of the device 1 in which the on-load tap changer 13 is in an end position in which it does not feed in any additional voltage U s ti and therefore no adjustment of the phase angle by the on-load tap changer 13, but rather solely through the feed module 4. Consequently, the voltage L1 ', which is present at the output of the phase shifter transformer 3, corresponds to the input voltage L1 of the device 1.
  • An additional voltage U S ii is fed into the transmission line 2 via the feed module 4 and the phase angle q>2 or q) 3 between the input voltage L1 and the output voltage L1 “of the device 1 changed.
  • Figure 6 shows another phasor diagram according to the improved concept, which, however, relates to a skew regulator which produces a 60 degree phase shift between the input voltage and the additional voltage impressed into the transmission line 2.
  • a phasor diagram of a transverse regulator with the difference that in this case a 90 degree phase shift is generated between the input voltage and the additional voltage impressed into the transmission line 2.
  • the vector diagram from Figure 6 gives an exemplary state of the device 1, in in which a phase angle epi is set via the on-load tap changer 13, which lies in the middle range of the control range of the on-load tap changer 13, so the on-load tap changer 13 is not in an end position here. This is done by regulating the size of the additional voltage U s ti on the control winding.
  • the phase angle epi can also be further adjusted here via the feed module 4. Starting from the voltage L1 ', which is present at the output of the phase shifter transformer 3, a new additional voltage U S ii is generated by the feed module 4 and also fed into the transmission line 2. Depending on the size of this voltage U S ii, the phase angle (p between the input voltage L1 and the output voltage L1 "of the device 1 is finally further adjusted and can be increased (q> 2 ) or reduced (q> 3 ).
  • Figure 7 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method according to the improved concept. The method is preferably carried out using a device 1 according to one of the embodiments explained in connection with FIGS. 1 to 4.
  • step a the control unit 5 receives current and voltage measurement values from the sensors 6, 7, 8, 9 via its signal interface 12, based on which the control unit 5, in a subsequent step b, receives a request to adjust the phase angle (p between an input voltage and an output voltage of the electrical device 1 within a predetermined period of time.
  • step b can also be carried out by a signal received by the control unit 5 from a higher-level control center 14.
  • the control unit 15 checks whether the required adjustment of the phase angle includes an angular degree that goes beyond the control range of the on-load tap changer 13, whether the predetermined period of time for the adjustment of the phase angle is smaller than a period of time within which the phase angle can be adjusted by means of the on-load tap changer 13, or whether the required adjustment of the phase angle Includes angle degrees that are smaller than a phase angle that can be adjusted by means of the on-load tap changer 13.
  • step c If the test in step c has shown that the required adjustment of the phase angle includes an angular degree that goes beyond the control range of the on-load tap changer 13, and/or that the specified time period for adjusting the phase angle is smaller than a time period within which the adjustment of the phase angle can be done by means of the on-load tap changer 13, and/or that the required adjustment of the phase angle includes an angle degree that is smaller than a phase angle that can be adjusted by means of the on-load tap changer 13, then in a step d1 the feed module 4 pressed. However, if none of the aforementioned conditions apply, the on-load tap changer 13 of the phase shifter transformer is actuated by means of the control unit 15.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

Vorrichtung (1) zur Anpassung eines Phasenwinkels einer Spannung in einer Übertragungsleitung (2) eines Energieversorgungsnetzes umfassend: - einen Phasenschiebertransformator (3), der einen Laststufenschalter (13) aufweist und in der Übertragungsleitung (2) angeordnet und dazu ausgebildet ist, einen Phasenwinkel einer Spannung mittels des Laststufenschalters (13) anzupassen, - ein Einspeisemodul (4), das seriell zu dem Phasenschiebertransformator (3) in der Übertragungsleitung (2) angeordnet und dazu ausgebildet ist, einen Phasenwinkel einer Spannung anzupassen, - eine Steuereinheit (5), wobei - die Steuereinheit (5) dazu ausgebildet ist, eine Anforderung zur Anpassung des Phasenwinkels zwischen einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung der Vorrichtung (1) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne zu ermitteln, - den Phasenwinkel mittels des Einspeisemoduls (4) anzupassen, wenn - die geforderte Anpassung des Phasenwinkels einen Winkelgrad umfasst, der über den Regelbereich des Laststufenschalters (13) hinaus geht, und/oder - die vorgegebene Zeitspanne für die Anpassung des Phasenwinkels kleiner ist als eine Zeitspanne, innerhalb der die Anpassung des Phasenwinkels mittels des Laststufenschalters (13) erfolgen kann, und/oder - die geforderte Anpassung des Phasenwinkels einen Winkelgrad umfasst, der kleiner ist als ein Phasenwinkel, der mittels des Laststufenschalters (13) angepasst werden kann.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR ANPASSUNG EINES PHASENWINKELS EINER SPANNUNG IN EINER ÜBERTRAGUNGSLEITUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anpassung eines Phasenwinkels einer Spannung in einer Übertragungsleitung eines Energieversorgungsnetzes und ein Verfahren zur Anpassung eines Phasenwinkels einer Spannung in einer Übertragungsleitung eines Energieversorgungsnetzes.
Eine bekannte Vorrichtung zur Anpassung eines Phasenwinkels einer Spannung in einer Übertragungsleitung eines Energieversorgungsnetzes stellt der Phasenschiebertransformator dar. Phasenschiebertransformatoren sind spezielle Leistungstransformatoren, die durch Einbringen einer Querspannung oder einer Schrägspannung den Phasenwinkel der Spannung bzw. den elektrischen Lastfluss über eine Freileitung gezielt beeinflussen können. Um dies zu bewerkstelligen, werden Phasenschiebertransformatoren mit Laststufenschaltern ausgestattet, die zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen einer Regelwicklung des Phasenschiebertransformators ausgebildet sind. Der wesentliche Unterschied zu Netztransformatoren besteht in der Verbindung der einzelnen Wicklungen zueinander. Da es hier bei der Regelung nicht um die Spannungshöhe geht, wird der Regelbereich des Laststufenschalters in Winkelgrad angegeben.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Anwendungen für Phasenschiebertransformatoren bekannt. Die klassische Anwendung ist die Lastflussregelung über zwei parallele Freileitungen. Werden zwei Freileitungen parallel betrieben, um höhere Leistungen zu übertragen, so ist die Lastaufteilung auf die beiden Leitungen von der Länge der Leitungen und deren Querschnitt abhängig. Es stellt sich ein natürlicher Lastfluss über beide Leitungen gemäß ihrer Leitungsimpedanzen ein. Durch den Einsatz eines Phasenschiebertransformators, der eine Querspannung auf eine der beiden Leitungen einbringt, kann der Lastfluss verändert werden. Somit besteht die Möglichkeit, den Lastfluss über beide Leitungen zu optimieren und so eine möglichst gleiche Auslastung beider Leitungen zu erzielen.
Eine weitere Anwendung ist der Einsatz eines Phasenschiebertransformators als Ventil. Dabei wird mittels des Phasenschiebertransformators der Energiefluss über eine Freileitung, die zwei Netze miteinander verbindet, gedrosselt oder erhöht. Dadurch bekommt der Energienetzbetreiber die Möglichkeit, Energieflüsse zu steuern, selbst wenn er keinen Einfluss auf deren Erzeugung hat.
Zudem ist es möglich über einen Phasenschiebertransformator zwei Netze zu koppeln, die eine gleiche Frequenz, jedoch eine unterschiedliche Phasenlage aufweisen. Dies kann beispielsweise beim Wiederaufbau eines Netzes erforderlich sein, wenn einzelne Netzblasen zusammengeschlossen werden müssen.
Bedingt durch die Energiewende, europaweite regulatorische Vorgaben sowie die fortlaufende Integration dezentraler Energieerzeugung in den Netzbetrieb, ist ein schneller und vielfältiger Ausbau der Transportkapazität des Energieversorgungsnetzes erforderlich. Der Netzausbau durch Einrichtung neuer Leitungen, Betriebsmittel und Anlagen ist jedoch zeitaufwendig, kostspielig und bringt letztlich einen gewissen Platzbedarf mit sich, der teilweise nicht oder nur begrenzt zur Verfügung steht. Insbesondere Phasenschiebertransformatoren bringen hier gewisse Nachteile mit sich, da sie bereits lange im Vorfeld vor der Inbetriebnahme in einem Umspannwerk auf einen bestimmten Regelbereich ausgelegt und zudem aufgrund ihrer Größe standortfest installiert werden müssen. Sie bieten somit wenig Flexibilität, wenn es darum geht, auf Änderungen in der Netztopologie zu reagieren.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept für die Anpassung eines Phasenwinkels einer Spannung in einer Übertragungsleitung anzugeben, welches einen zusätzlichen Regelbereich des Winkelgrades ermöglicht und zugleich für die einfache Nachrüstung in bereits bestehenden Anlagen und Betriebsmitteln des Energieversorgungsnetzes geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, einen klassischen Phasenschiebertransformator mit Laststufenschalter, um ein weiteres, in Reihe geschaltetes Einspeisemodul, das ebenfalls zur Anpassung des Phasenwinkels durch Einspeisung einer Spannung in die Übertragungsleitung ausgebildet ist, zu ergänzen, um den Regelbereich des Winkelgrades zu erhöhen und damit flexibler auf Änderungen in der Netztopologie reagieren zu können und die Transportkapazität des Energieversorgungsnetzes zu erhöhen.
Gemäß einem ersten Aspekt des verbesserten Konzepts wird eine Vorrichtung zur Anpassung eines Phasenwinkels einer Spannung in einer Übertragungsleitung eines Energieversorgungsnetzes angegeben. Die Vorrichtung umfasst einen Phasenschiebertransformator, der einen Laststufenschalter aufweist und in der Übertragungsleitung angeordnet ist. Der Phasenschiebertransformator ist dazu ausgebildet, den Phasenwinkel der Spannung mittels des Laststufenschalters anzupassen. Hierfür weist der Phasenschiebertransformator wenigstens eine Regelwicklung mit Wicklungsanzapfungen auf, die durch den Laststufenschalter unterbrechungslos beschältet werden. Der Laststufenschalter weist abhängig von der Anzahl der Wicklungsanzapfungen eine entsprechende Anzahl an Stufen auf, die jeweils einer Wicklungsanzapfung zugeordnet sind. Durch die Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung auf eine benachbarte Wicklungsanzapfung der Regelwicklung, d. h. durch die Umschaltung von einer Stufe auf eine nächste Stufe des Laststufenschalters, wird der Phasenwinkel mindestens um einen bestimmten Winkelgrad, insbesondere einen Winkelgrad größer eins, bevorzugt größer drei Grad verändert. Insgesamt liegt der Phasenwinkel, der durch den Regelbereich des Laststufenschalters anpassbar ist, in einem Bereich von 1 bis beispielsweise 15 Grad, bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 20 Grad, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 25 Grad. Für die Umschaltung weist der Laststufenschalter üblicherweise mechanische Schaltkontakte und Überschaltwiderstände auf. Die Schaltkontakte sind beispielsweise als Vakuumschaltröhren ausgebildet. Die Dauer einer Umschaltung, also die Dauer für die Anpassung des Phasenwinkels mittels des Laststufenschalters, beträgt dabei mehr als eine Sekunde.
Der Phasenschiebertransformator kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein. Im Wesentlichen besteht der Phasenschiebertransformator jedoch aus einem Eisenkern, mehreren Kupferwicklungen, einer Öl-Papierisolation, einem Stahlkessel, Durchführungen sowie allen anderen Bauteilen und Hilfseinrichtungen, die auch Transformatoren für die übliche Anwendung, nämlich die Umsetzung von Wechselspannungen, aufweisen.
Der Phasenschiebertransformator kann abhängig von dem Einsatzgebiet ein Einkern- oder ein Zweikerndesign aufweisen. Bei einem Einkerndesign wird die Phasenverschiebung mit nur einem Eisenkern realisiert. Bei einem Zweikerndesign werden zwei getrennte Eisenkerne verwendet, die entweder beide in demselben Kessel oder in zwei getrennten Kesseln verbaut sind.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Phasenschiebertransformator ein Zweikerndesign bestehend aus einem Serientransformator und einem Erregertransformator, die jeweils auf einem Kern angeordnet sind, auf. Der Erregertransformator weist eine Primärseite und eine Sekundärseite umfassend wenigstens eine Regelwicklung mit Wicklungsanzapfungen und einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen den Wicklungsanzapfungen auf. Über den Erregertransformator wird auf dessen Primärseite eine Spannung ausgekoppelt, und diese auf der Sekundärseite über die Regelwicklung und den Laststufenschalter als Zusatzspannung der Größe nach geregelt. Im Serientransformator wird diese, im Erregertransformator erzeugte, Zusatzspannung im Dreieck geschalten. Daraus resultiert eine Phasenverschiebung der Zusatzspannung um 90 Grad gegenüber der Eingangsspannung am Phasenschiebertransformator.
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung ein Einspeisemodul, das seriell zu dem Phasenschiebertransformator in der Übertragungsleitung angeordnet und dazu ausgebildet ist, einen Phasenwinkel einer Spannung anzupassen, sowie eine Steuereinheit.
Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, eine Anforderung zur Anpassung des Phasenwinkels zwischen einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung der elektrischen Vorrichtung innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne zu ermitteln und daraufhin den Phasenwinkel mittels des Einspeisemoduls anzupassen, wenn die geforderte Anpassung des Phasenwinkels einen Winkelgrad umfasst, der über den Regelbereich des Laststufenschalters hinaus geht, beispielsweise wenn sich der Laststufenschalter bereits in einer Endstellung befindet, und/oder wenn die vorgegebene Zeitspanne für die Anpassung des Phasenwinkels kleiner ist als eine Zeitspanne, innerhalb der die Anpassung des Phasenwinkels mittels des Laststufenschalters erfolgen kann, beispielsweise innerhalb von wenigen hundert Mikrosekunden bis zu maximal einer Sekunde, und/oder wenn die geforderte Anpassung des Phasenwinkels einen Winkelgrad umfasst, der kleiner ist als ein Phasenwinkel, der mittels des Laststufenschalters durch die Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung auf eine benachbarte Wicklungsanzapfung der Regelwicklung des Phasenschiebertransformators angepasst werden kann. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die erforderliche Anpassung des Phasenwinkels einen Winkel zwischen 0,1 und 3 Grad umfasst.
Trifft keine dieser Bedingungen zu, so erfolgt die Anpassung des Phasenwinkels mittels des Laststufenschalters in dem Phasenschiebertransformator.
Vorteilhaft an der Vorrichtung des verbesserten Konzeptes ist, dass ein bereits bestehender Phasenschiebertransformator, bei sich ändernder Netztopologie, einfach und je nach Bedarf und Platzangebot mit einem oder mehreren Einspeisemodul(en) nachrüstbar ist.
Des Weiteren wird durch den Einsatz wenigstens eines zusätzlichen Einspeisemoduls eine zusätzliche Anpassung des Phasenwinkels ermöglicht, die über den Regelbereich des Laststufenschalters hinausgeht. Somit kann eine zusätzliche Phasenverschiebung zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung der Vorrichtung generiert werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Einspeisemodul aufgrund der leistungselektro- nisch-basierten Schalttechnologie besonders schnell, insbesondere im Millisekundenbereich, auf Netzschwankungen oder Änderungen in der Netztopologie reagieren kann.
Weiterhin vorteilhaft an der leistungselektronisch-basierten Schalttechnologie ist, dass diese eine stufenlose Anpassung des Phasenwinkels ermöglicht und somit der Phasenwinkel auch nur gering, beispielsweise in einem Winkelgradbereich von 0,1 bis 3 angepasst und folglich besonders fein reguliert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Phasenschieber als Querregler oder als Schrägregler ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Phasenschiebertransformator als Querregler ausgebildet und weist ein Zweikerndesign bestehend aus einem Serientransformator und einem Erregertransformator, die jeweils auf einem Kern angeordnet sind, auf. Der Erregertransformator weist eine Primärseite und eine Sekundärseite umfassend wenigstens eine Regelwicklung mit Wicklungsanzapfungen und einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen den Wicklungsanzapfungen auf. Über den Erregertransformator wird auf dessen Primärseite eine Spannung ausgekoppelt und diese auf der Sekundärseite über die Regelwicklung und den Laststufenschalter als Zusatzspannung der Größe nach geregelt. Im Serientransformator wird diese, im Erregertransformator erzeugte, Zusatzspannung im Dreieck geschalten. Daraus resultiert eine Phasenverschiebung der Zusatzspannung um 90 Grad gegenüber der Eingangsspannung am Phasenschiebertransformator.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die elektrische Vorrichtung wenigstens einen ersten Sensor, der in Richtung eines ersten Endes der Übertragungsleitung und wenigstens einen zweiten Sensor, der in Richtung eines zweiten Endes der Übertragungsleitung angeordnet ist, auf.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Sensoren als Strom- und/oder Spannungswandler ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Steuereinheit eine Signalschnittstelle, die dazu ausgebildet ist, Strom- und Spannungsmesswerte der Sensoren sowie Signale eines übergeordneten Kommunikationssystems zu erfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, die Anforderung zur Anpassung des Phasenwinkels, basierend auf einem Signal des übergeordneten Kommunikationssystems oder lokal basierend auf den Strom- und Spannungsmesswerten der Sensoren oder basierend auf einer Kombination aus lokalen Strom- und Spannungsmesswerten sowie einem Signal des übergeordneten Kommunikationssystems, zu ermitteln. Das übergeordnete Kommunikationssystem kann beispielsweise als Leitstelle, als System zum Flottenmonitoring einer Vielzahl von elektrischen Betriebsmitteln, oder als betriebsmittelbezogenes Monitoringsystem ausgebildet sein.
Insbesondere kann es dann zu einem entsprechenden Signal von außen kommen, wenn ein entfernter Kurzschluss im Energieversorgungsnetz auftritt, der eine schnelle Regelung des Lastflusses erfordert, oder beispielsweise, wenn Bedarf zur schnellen Lastflussregelung besteht, um bei Ausfall eines Betriebsmittels oder eines Stromkreises die Stabilität des Netzes weiterhin zu gewährleisten, wie es die (n-1 )-Regel bei dem Betrieb von Stromnetzen vorsieht.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit an einem Gehäuse des Phasenschiebertransformators oder an einem Gehäuse des Einspeisemoduls anordenbar. Ebenso möglich ist es, die Steuereinheit an beliebiger Stelle innerhalb einer Anlage, in der sich die Vorrichtung befindet, beispielsweise in einem Umspannwerk eines Energieversorgungsnetzes, insbesondere im Stationsgebäude eines Umspannwerkes, separat anzuordnen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Einspeisemodul einen Kondensator und/oder einen leistungselektronischen Umformer auf.
Der Kondensator stellt Blindleistung für die Steuerung des Lastflusses in der Übertragungsleitung zur Verfügung, die durch den leistungselektronischen Umformer geregelt wird, derart, dass der Phasenwinkel zwischen der Eingangsspannung des Einspeisemoduls und der Ausgangsspannung der gesamten Vorrichtung um einen bestimmten Winkelgrad angepasst wird.
Der leistungselektronische Umformer umfasst hierfür wenigstens ein leistungselektronisches Schaltelement, das als IGBT, GTO-Thyristor, Triac, MOSFET und/oder sonstigen leistungselektronischen Schaltelementen und/oder Kombinationen hiervon ausgebildet sein kann.
Bedingt durch die leistungselektronisch-basierte Schalttechnologie kann das Einspeisemodul besonders schnell, beispielsweise in unter einer Sekunde, bevorzugt innerhalb von 20 Millisekunden, auf Netzschwankungen oder Änderungen in der Netztopologie reagieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Einspeisemodul weiterhin einen Serientransformator und/oder einen Energiespeicher und/oder eine Bypasseinheit.
Während dem Standby-Betrieb des Einspeisemoduls, d. h., wenn gerade keine Anpassung des Phasenwinkels erfolgt oder diese mittels des Laststufenschalters durchgeführt wird, dient die Bypasseinheit zur Überbrückung des Umformers bzw. des wenigstens einen leistungselektronischen Schaltelementes, um so Verluste des leistungselektronischen Schaltelementes zu minimieren.
Im Fehlerfall, beispielsweise wenn ein Kurzschluss auftritt, dient die Bypasseinheit zur Überbrückung des fehlerbedingten Kurzschlussstromes, der die sensiblen, leistungselektronischen Schaltelemente des Umformers beschädigen könnte.
Für die Kurzschlussstrombegrenzung umfasst die Bypasseinheit beispielsweise einen Widerstand, der über ein seriell angeordnetes Schaltelement zugeschaltet wird. Das Schaltelement kann beispielsweise ein Halbleiterschaltelement, bevorzugt einen Thyristor, oder ein mechanisches Schaltelement, z. B. eine Vakuumschaltzelle, umfassen.
Über den Energiespeicher wird bei Bedarf, beispielsweise im Falle von Lastsprüngen im Energieversorgungsnetz, Wirkleistung bereitgestellt, um die Netzfrequenz zu stabilisieren. In diesem Fall wird der Wirkleistungsfluss zwischen der Übertragungsleitung und dem Energiespeicher über den leistungselektronischen Umformer geregelt. Der Energiespeicher kann beispielsweise als Batterie oder als wenigstens ein Powercap ausgebildet sein.
Das Einspeisemodul kann einen Serientransformator aufweisen, über den die angepasste Spannung in die Übertragungsleitung eingekoppelt wird und der für eine galvanische Trennung zwischen dem leistungselektronischen Umformer und der Übertragungsleitung sorgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Einspeisemodul einen Kondensator und ein einzelnes leistungselektronisches Schaltelement auf. Bevorzugt ist das leistungselektronische Schaltelement als Triac ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Einspeisemodul um weitere, beliebig viele, identisch aufgebaute Einspeisemodule seriell und parallel zueinander erweiterbar. Die identisch aufgebauten Einspeisemodule können dabei seriell und/oder parallel angeordnet sein.
Durch die Erhöhung der Anzahl der Einspeisemodule wird der Regelbereich für die Anpassung des Phasenwinkels zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung der Vorrichtung vergrößert. Somit kann flexibler auf die aktuellen Gegebenheiten im Energieversorgungsnetz reagiert werden. Ein weiterer Vorteil, den diese Modularität bietet, ist die inhärente Redundanz bei einer Vielzahl von Einspeisemodulen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung dreiphasig ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung dreiphasig ausgebildet und weist pro Phase wenigstens einen ersten Sensor in Richtung eines ersten Endes der dreiphasig ausgebildeten Übertragungsleitung und wenigstens einen zweiten Sensor in Richtung eines zweiten Endes der dreiphasig ausgebildeten Übertragungsleitung auf.
Gemäß einem zweiten Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Verfahren zur Anpassung eines Phasenwinkels einer Spannung in einer Übertragungsleitung eines Energieversorgungsnetzes mittels einer elektrischen Vorrichtung angegeben. Die elektrische Vorrichtung umfasst einen Phasenschieber, der einen Laststufenschalter aufweist und in der Übertragungsleitung angeordnet und dazu ausgebildet ist, einen Phasenwinkel einer Spannung mittels des Laststufenschalters anzupassen. Weiterhin umfasst die Vorrichtung ein Einspeisemodul, das seriell zu dem Phasenschieber in der Übertragungsleitung angeordnet und dazu ausgebildet ist, einen Phasenwinkel einer Spannung anzupassen, sowie eine Steuereinheit. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: In einem ersten Schritt wird eine Anforderung zur Anpassung des Phasenwinkels zwischen einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung der elektrischen Vorrichtung innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne mittels der Steuereinheit ermittelt. In einem zweiten Schritt erfolgt das Anpassen des Phasenwinkels mittels des Einspeisemoduls, wenn die geforderte Anpassung des Phasenwinkels einen Winkelgrad umfasst, der über den Regelbereich des Laststufenschalters hinaus geht, und/oder wenn die vorgegebene Zeitspanne für die Anpassung des Phasenwinkels kleiner ist als eine Zeitspanne, innerhalb der die Anpassung des Phasenwinkels mittels des Laststufenschalters erfolgen kann, und/oder wenn die geforderte Anpassung des Phasenwinkels einen Winkelgrad umfasst, der kleiner ist als ein Phasenwinkel, der mittels des Laststufenschalters angepasst werden kann.
Trifft keine der zwei Bedingungen zu, so erfolgt die Anpassung des Phasenwinkels mittels des Laststufenschalters.
Die Schritte des Verfahrens korrespondieren zu den Merkmalen der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt des verbesserten Konzepts. Für das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt sowie der im folgenden Absatz erläuterten Ausführungsform des Verfahrens wird deshalb auf die vorteilhaften Erläuterungen, bevorzugten Merkmale, technischen Effekte und/oder Vorteile in analoger Weise Bezug genommen, wie sie für die Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt des verbesserten Konzepts und den deren Ausführungsformen bereits erläutert worden sind. Auf eine Wiederholung wird deshalb verzichtet.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Ermitteln der Anforderung zur Anpassung des Phasenwinkels zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung der elektrischen Vorrichtung innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne basierend auf einem Signal eines übergeordneten Kommunikationssystems oder lokal basierend auf Strom- und Spannungsmesswerten, die mittels in Richtung eines ersten Endes und in Richtung eines zweiten Endes der Übertragungsleitung angeordneter Sensoren gemessen werden oder basierend auf einer Kombination aus lokalen Strom- und Spannungsmesswerten sowie einem Signal des übergeordneten Kommunikationssystems.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die identisch oder funktionell identisch sind oder einen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Umständen nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen
Figur 1 eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung,
Figur 2 eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung,
Figur 3 eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung,
Figur 4 eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung,
Figur 5a, b jeweils ein Zeigerdiagramm gemäß dem verbesserten Konzept,
Figur 6 ein weiteres Zeigerdiagramm gemäß dem verbesserten Konzept,
Figur 7 ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens gemäß dem verbesserten Konzept.
In Figur 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung gezeigt.
Zum Zwecke der besseren Übersichtlichkeit ist die Vorrichtung 1 in Figur 1 als einphasige Vorrichtung ausgebildet. Sie kann jedoch ebenso zwei- oder dreiphasig ausgebildet sein.
Gezeigt ist eine Vorrichtung 1 zur Anpassung eines Phasenwinkels einer Spannung in einer Übertragungsleitung 2 eines Energieversorgungsnetzes. Die Übertragungsleitung 2 ist hier vereinfacht und schematisch dargestellt und führt von einem ersten Ende 10 und zu einem zweiten Ende 11. Die beiden Enden 10 und 11 können beliebige Knotenpunkte und/oder Anlagen des Energieversorgungsnetzes umfassen. Beispielsweise können das erste Ende 10 und das zweite Ende 1 1 jeweils ein Umspannwerk des Energieversorgungsnetzes abbilden. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Phasenschiebertransformator 3, der in der Übertragungsleitung 2 angeordnet und dazu ausgebildet ist, den Phasenwinkel einer Spannung anzupassen. Hierfür weist der Phasenschiebertransformator 3 einen Laststufenschalter 13 auf. Des Weiteren weist die Vorrichtung 1 ein Einspeisemodul 4 auf, das seriell zu dem Phasenschiebertransformator 3 in der Übertragungsleitung 2 angeordnet und ebenfalls dazu ausgebildet ist, den Phasenwinkel einer Spannung anzupassen. Die Vorrichtung 1 umfasst außerdem insgesamt vier Sensoren. Die Sensoren 6 und 7 sind in Richtung des ersten Endes 10 der Übertragungsleitung 2 angeordnet, genauer zwischen dem ersten Ende 10 und dem Phasenschiebertransformator 3. Sensor 6 ist als Stromwandler ausgebildet und misst den durch die Übertragungsleitung 2 fließenden Strom in Betrag und Phase am Eingang der Vorrichtung 1. Sensor 7 ist als Spannungswandler ausgebildet und misst die Spannung in Betrag und Phase, die am Eingang der Vorrichtung 1 an der Übertragungsleitung 2 anliegt. Die Sensoren 8 und 9 sind in Richtung des zweiten Endes 11 der Übertragungsleitung 2 angeordnet, genauer zwischen dem Einspeisemodul 4 und dem zweiten Ende 1 1 der Übertragungsleitung 2. Der Sensor 8 ist als Stromwandler ausgebildet und misst den durch die Übertragungsleitung 2 fließenden Strom in Betrag und Phase am Ende der Vorrichtung 1 . Sensor 9 ist als Spannungswandler ausgebildet und misst die Spannung in Betrag und Phase, die am Ausgang der Vorrichtung 1 an der Übertragungsleitung 2 anliegt. Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Steuereinheit 5, die dazu ausgebildet ist, eine Anforderung zur Anpassung des Phasenwinkels zwischen der, mittels des Sensors 7 gemessenen, Eingangsspannung und der, mittels des Sensors 9, gemessenen Ausgangsspannung der Vorrichtung 1 innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne zu ermitteln, und daraufhin, abhängig von der Größe des anzupassenden Phasenwinkels sowie der vorgegebenen Zeitspanne, innerhalb der die Anpassung des Phasenwinkels erfolgen soll, entweder den Laststufenschalter 13 oder das Einspeisemodul 4 für die Anpassung des Phasenwinkels zu betätigen. Die Ermittlung, dass eine Anpassung des Phasenwinkels erforderlich ist, führt die Steuereinheit 5 basierend auf den mittels der Sensoren 6, 7, 8, 9 gemessenen Strom- und Spannungswerten und/oder ausgehend von einem Signal einer übergeordneten Kommunikationseinheit 14, beispielsweise einer Leitstelle, durch. Für den Empfang dieser Messwerte und Signale weist die Steuereinheit 5 eine Signalschnittstelle 12 auf.
Gemäß der in Figur 1 gezeigten, beispielhaften Ausführungsform umfasst das Einspeisemodul 4 einen leistungselektronischen Umformer 16, einen Kondensator 15, einen Energiespeicher 18, einen Serientransformator 17 sowie eine Bypasseinheit 19. Der Kondensator 15 stellt Blindleistung für die Steuerung des Lastflusses in der Übertragungsleitung zur Verfügung, die durch den leistungselektronischen Umformer 16 geregelt wird, derart, dass der Phasenwinkel zwischen der am Eingang des Einspeisemoduls 4 anliegenden Spannung und der Ausgangsspannung der gesamten Vorrichtung 1 um einen bestimmten Winkelgrad angepasst wird. Der leistungselektronische Umformer 16 umfasst hierfür wenigstens ein leistungselektronisches Schaltelement, das als IGBT, GTO-Thyristor, Triac und/oder Kombinationen hiervon ausgebildet sein kann. Über den Serientransformator 17 wird die angepasste Spannung in die Übertragungsleitung 2 eingekoppelt. Der Energiespeicher 18 stellt bei Bedarf die erforderliche Wirkleistung bereit. Der Wirkleistungsfluss zwischen der Übertragungsleitung 2 und dem Energiespeicher 18 wird über den leistungselektronischen Umformer 16 geregelt. Die Bypasseinheit 19 dient zur Überbrückung des wenigstens einen leistungselektronischen Schaltelementes des Umformers 16, wenn sich das Einspeisemodul 4 im Standby-Betrieb befindet, oder im Fall von fehlerbedingten Kurzschlussströmen.
Figur 2 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung. Bezüglich der Vorrichtung 1 aus der Figur 2 wird auf die vorangegangenen Erläuterungen zu der Vorrichtung aus Figur 1 in analoger Weise Bezug genommen und im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zu der Vorrichtung aus Figur 1 eingegangen.
Gemäß der in Figur 2 gezeigten, beispielhaften Ausführungsform umfasst das Einspeisemodul 4 einen leistungselektronischen Umformer 16, einen Kondensator 15, einen Energiespeicher 18 und eine Bypasseinheit 19. Demnach wird bei dieser Ausführungsform auf einen Serientransformator verzichtet und die geänderte Spannung direkt in die Übertragungsleitung 2 eingekoppelt. Für die praktische Umsetzung im Umspannwerk bedeutet dies, dass ein größerer Platzbedarf für das Einspeisemodul eingeplant werden muss, da zusätzliche Isolatoren, Überspannungsableiter, Varistoren, etc. erforderlich sind, um die notwendigen Isolierstrecken einzuhalten. Figur 3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung. Bezüglich der Vorrichtung 1 aus der Figur 3 wird auf die vorangegangenen Erläuterungen zu der Vorrichtung aus den Figuren 1 und 2 in analoger Weise Bezug genommen und im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
Gemäß der in Figur 3 gezeigten, beispielhaften Ausführungsform umfasst das Einspeisemodul 4 einen Kondensator 15, der seriell zum Phasenschiebertransformator 3 in der Übertragungsleitung 2 angeordnet ist, sowie ein einzelnes leistungselektronisches Schaltelement 20, insbesondere einen Triac-Schalter, welches parallel zu dem Kondensator 15 angeordnet ist und diesen kurzschließt. Die Blindleistung, die der Kondensator 15 zur Verfügung stellt, wird hier durch die Einschaltdauer des kurzgeschlossenen Schaltelementes 20 geregelt. Ist das Schaltelement 20 eingeschaltet, wird keine Phasenverschiebung erzeugt. Ist das Schaltelement 20 ausgeschaltet, so wird eine maximale Phasenverschiebung erreicht.
In Figur 4 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung gezeigt. Bezüglich der Vorrichtung 1 aus der Figur 4 wird auf die vorangegangenen Erläuterungen zu der Vorrichtung aus den Figuren 1 bis 3 in analoger Weise Bezug genommen und im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
Gemäß der in Figur 4 gezeigten, beispielhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung 1 als dreiphasiges System ausgebildet. Demnach sind drei parallele Übertragungsleitungen 2 vorgesehen, die ein erstes Ende 10 mit einem zweiten Ende 1 1 verbinden, wobei die Enden 10 und 1 1 Umspannwerke eines Energieversorgungsnetzes sind. Weiterhin ist in jeder Übertragungsleitung jeweils ein Strom- und/oder ein Spannungssensor 6, 7 in Richtung des ersten Endes 10 und jeweils ein Strom- und/oder ein Spannungssensor 8, 9 in Richtung des zweiten Endes 1 1 der Übertragungsleitungen 2 angeordnet. Die Vorrichtung 1 weist einen Phasenschiebertransformator 3 auf, der aus zwei Transformatoren besteht, einem Serientransformator 22 und einem Erregertransformator 21. Der Erregertransformator 21 weist pro Phase eine Primärseite und eine Sekundärseite mit einer Regelwicklung und einem Laststufenschalter 13 auf und dient dazu, auf seiner Primärseite eine Spannung, beispielsweise 220 kV, auszukoppeln und diese Zusatzspannung auf seiner Sekundärseite mittels des Laststufenschalters 13 an der Regelwicklung der Größe nach, zu regeln. Beispielsweise weist der Laststufenschalter 13 hierfür 20 Stufen auf. Über die Wahl der Stufe wird der Phasenwinkel zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung des Erregertransformators 21 angepasst. In dem Serientransformator 22 wird die im Erregertransformator 21 erzeugte und geregelte Zusatzspannung wieder im Dreieck geschalten, wodurch eine Phasenverschiebung der Zusatzspannung um 90 Grad resultiert. Die phasenverschobene Zusatzspannung wird über den Serientransformator 22 wieder in die Übertragungsleitungen 2 eingekoppelt. Zusätzlich zu dem Phasenschiebertransformator 3 weist die Vorrichtung drei Einspeisemodule 4 auf, wobei jeweils ein Einspeisemodul 4 in einer Übertragungsleitung 2 parallel zu den anderen beiden Einspeisemodulen 4 und jeweils seriell zu dem Phasenschiebertransformator 3 angeordnet ist. Über die Einspeisemodule 4 kann in jeder Phase L1 , L2, L3 der Phasenwinkel, der über den Laststufenschalter 13 über die Stellung der jeweiligen Stufe eingestellt ist, weiter, insbesondere stufenlos, angepasst und so auch die Ausgangsspannung der Vorrichtung 1 , also die Spannung, die an dem zweiten Ende 11 anliegt, weiter angepasst werden, wenn die Bedingungen hierfür erfüllt sind. Sowohl der Laststufenschalter 13 als auch die Einspeisemodule 4 werden von der Steuereinheit 5 betätigt.
Alternativ kann die in Figur 4 gezeigte Ausführungsform auch als Schrägregler ausgebildet sein, der statt 90 Grad, eine um 60 Grad verschobene Zusatzspannung in die Übertragungsleitungen 2 einspeist.
Die zuvor beschriebene Anpassung des Phasenwinkels über den Phasenschiebertransformator 3 beziehungsweise Laststufenschalter 13 und die Einspeisemodule 4 wird in den Figuren 5a und 5b in Form von Zeigerdiagrammen nochmals veranschaulicht. Zur besseren Übersichtlichkeit ist die Anpassung des Phasenwinkels lediglich in einer von drei Phasen dargestellt. Die dargestellten Zeigerdiagramme beziehen sich auf einen Querregler, der 90 Grad Phasenverschiebung zwischen der Eingangsspannung und der in die Übertragungsleitung 2 eingeprägten Zusatzspannung erzeugt. Die nachfolgende Beschreibung kann jedoch analog auch für Zeigerdiagramme eines Schrägreglers gelten, mit dem Unterschied, dass in diesem Fall lediglich 60 Grad Phasenverschiebung zwischen der Eingangsspannung und der in die Übertragungsleitung 2 eingeprägten Zusatzspannung erzeugt wird.
In Figur 5a ist ein Zeigerdiagramm dargestellt, das beispielhaft einen Zustand der Vorrichtung 1 angibt, in dem sich der Laststufenschalter 13 in einer Endstellung befindet, in der er die maximale Zusatzspannung Usti in die Übertragungsleistung einspeist, also der über den Laststufenschalter 13 maximal erreichbare Phasenwinkel q>i eingestellt ist. Erfolgt ist dies durch die Regelung der Größe der Zusatzspannung Usti in dem Phasenschiebertransformator 3. Der Laststufenschalter 13 befindet sich also in einer Endstellung, in der sein Regelbereich voll ausgeschöpft ist und er den Phasenwinkel epi nicht weiter vergrößern kann. Für den Fall, dass der Phasenwinkel epi weiter vergrößert werden soll, oder verkleinert, diese Anpassung jedoch besonders schnell, beispielsweise innerhalb weniger Zehntel Millisekunden, erfolgen soll, oder auch für den Fall, dass der Phasenwinkel epi nur gering angepasst werden soll, derart, dass diese Anpassung nicht mit dem Laststufenschalter 13 erfolgen kann, da die Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung auf eine benachbarte Wicklungsanzapfung der Regelwicklung, d. h. von einer Stufe auf eine nächste Stufe des Laststufenschalters, eine zu große Winkelgradveränderung erzeugen würde, kann nun das seriell in der Übertragungsleitung 2 angeordnete Einspeisemodul 4 genutzt werden, um den Phasenwinkel epi anzupassen. Mittels des Einspeisemoduls 4 wird ausgehend von der Spannung L1 ‘, die am Ausgang des Phasenschiebertransformators 3 anliegt, eine neue Zusatzspannung USii erzeugt und ebenfalls in die Übertragungsleitung 2 eingespeist. Abhängig von der Größe dieser Spannung USii wird schließlich der Phasenwinkel (p zwischen der Eingangsspannung L1 und der Ausgangsspannung L1 “ der Vorrichtung 1 weiter angepasst, und kann stufenlos vergrößert (q>2) oder verkleinert (q>3) werden. Bevorzugt beträgt der Phasenwinkel, der mittels des Einspeisemoduls 4 stufenlos anpassbar ist, zwischen 0,1 und 3 Grad. Üblicherweise liegt der Phasenwinkel (p zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung der Vorrichtung 1 insgesamt in einem Bereich von +/- 30 Grad.
In Figur 5b ist ein Zeigerdiagramm dargestellt, das beispielhaft einen Zustand der Vorrichtung 1 angibt, in dem sich der Laststufenschalter 13 in einer Endstellung befindet, in der er keine Zusatzspannung Usti einspeist und demnach auch keine Anpassung des Phasenwinkels durch den Laststufenschalter 13, sondern allein durch das Einspeisemodul 4 erfolgt. Folglich entspricht die Spannung L1 ‘, die am Ausgang des Phasenschiebertransformators 3 anliegt, der Eingangsspannung L1 der Vorrichtung 1. Über das Einspeisemodul 4 wird eine Zusatzspannung USii in die Übertragungsleitung 2 eingespeist und hierüber der Phasenwinkel q>2 bzw. q)3 zwischen der Eingangsspannung L1 und der Ausgangsspannung L1 “ der Vorrichtung 1 verändert.
Figur 6 zeigt ein weiteres Zeigerdiagramm gemäß dem verbesserten Konzept, das sich jedoch auf einen Schrägregler bezieht, der 60 Grad Phasenverschiebung zwischen der Eingangsspannung und der in die Übertragungsleitung 2 eingeprägten Zusatzspannung erzeugt. Die nachfolgende Beschreibung kann jedoch gleichermaßen für ein Zeigerdiagramm eines Querreglers gelten, mit dem Unterschied, dass in diesem Fall 90 Grad Phasenverschiebung zwischen der Eingangsspannung und der in die Übertragungsleitung 2 eingeprägten Zusatzspannung erzeugt wird.
Das Zeigerdiagramm aus Figur 6 gibt einen beispielhaften Zustand der Vorrichtung 1 an, in dem über den Laststufenschalter 13 ein Phasenwinkel epi eingestellt ist, der im mittleren Bereich des Regelbereiches des Laststufenschalters 13 liegt, der Laststufenschalter 13 befindet sich hier also nicht in einer Endstellung. Erfolgt ist dies durch die Regelung der Größe der Zusatzspannung Usti an der Regelwicklung. Über das Einspeisemodul 4 kann auch hier der Phasenwinkel epi weiter angepasst werden. Ausgehend von der Spannung L1 ‘, die am Ausgang des Phasenschiebertransformators 3 anliegt, wird durch das Einspeisemodul 4 eine neue Zusatzspannung USii erzeugt und ebenfalls in die Übertragungsleitung 2 eingespeist. Abhängig von der Größe dieser Spannung USii wird schließlich der Phasenwinkel (p zwischen der Eingangsspannung L1 und der Ausgangsspannung L1“ der Vorrichtung 1 weiter angepasst, und kann vergrößert (q>2) oder verkleinert (q>3) werden.
Figur 7 zeigt ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens gemäß dem verbesserten Konzept. Das Verfahren wird vorzugsweise mit einer Vorrichtung 1 gemäß einer der Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 4 erläutert wurden, durchgeführt.
In einem Schritt a erhält die Steuereinheit 5 über ihre Signalschnittstelle 12 Strom- und Spannungsmesswerte der Sensoren 6, 7, 8, 9 basierend auf welchen die Steuereinheit 5 in einem darauffolgenden Schritt b eine Anforderung zur Anpassung des Phasenwinkels (p zwischen einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung der elektrischen Vorrichtung 1 innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ermittelt. Alternativ oder zusätzlich kann Schritt b auch durch ein bei der Steuereinheit 5 eingehendes Signal von einer übergeordneten Leitstelle 14 durchgeführt werden. In einem Schritt c wird mittels der Steuereinheit 15 geprüft, ob die geforderte Anpassung des Phasenwinkels einen Winkelgrad umfasst, der über den Regelbereich des Laststufenschalters 13 hinaus geht, ob die vorgegebene Zeitspanne für die Anpassung des Phasenwinkels kleiner ist als eine Zeitspanne, innerhalb der die Anpassung des Phasenwinkels mittels des Laststufenschalters 13 erfolgen kann, oder ob die geforderte Anpassung des Phasenwinkels einen Winkelgrad umfasst, der kleiner ist als ein Phasenwinkel, der mittels des Laststufenschalters 13 angepasst werden kann. Wenn die Prüfung in Schritt c ergeben hat, dass die geforderte Anpassung des Phasenwinkels einen Winkelgrad umfasst, der über den Regelbereich des Laststufenschalters 13 hinaus geht, und/oder, dass die vorgegebene Zeitspanne für die Anpassung des Phasenwinkels kleiner ist als eine Zeitspanne, innerhalb der die Anpassung des Phasenwinkels mittels des Laststufenschalters 13 erfolgen kann, und/oder, dass die geforderte Anpassung des Phasenwinkels einen Winkelgrad umfasst, der kleiner ist als ein Phasenwinkel, der mittels des Laststufenschalters 13 angepasst werden kann, so wird daraufhin in einem Schritt d1 das Einspeisemodul 4 betätigt. Trifft hingegen keine der zuvor genannten Bedingungen zu, so wird mittels der Steuereinheit 15 der Laststufenschalter 13 des Phasenschiebertransformators betätigt.
BEZUGSZEICHEN
1 Vorrichtung
2 Übertragungsleitung
3 Phasenschiebertransformator
4 Einspeisemodul
5 Steuereinheit
6 Sensor
7 Sensor
8 Sensor
9 Sensor
10 erstes Ende von 2
11 zweites Ende von 2
12 Signalschnittstelle
13 Laststufenschalter
14 übergeordnetes Kommunikationssystem
15 Kondensator
16 leistungselektronischer Umformer
17 Serientransformator von 4
18 Energiespeicher
19 Bypasseinheit
20 leistungselektronisches Schaltelement
21 Erregertransformator von 3
22 Serientransformator von 3

Claims

ANSPRÜCHE
1 . Vorrichtung (1 ) zur Anpassung eines Phasenwinkels einer Spannung in einer Übertragungsleitung (2) eines Energieversorgungsnetzes umfassend:
- einen Phasenschiebertransformator (3), der einen Laststufenschalter (13) aufweist und in der Übertragungsleitung (2) angeordnet und dazu ausgebildet ist, einen Phasenwinkel einer Spannung mittels des Laststufenschalters (13) anzupassen, ein Einspeisemodul (4), das seriell zu dem Phasenschiebertransformator (3) in der Übertragungsleitung (2) angeordnet und dazu ausgebildet ist, einen Phasenwinkel einer Spannung anzupassen,
- eine Steuereinheit (5), wobei
- die Steuereinheit (5) dazu ausgebildet ist, eine Anforderung zur Anpassung des Phasenwinkels zwischen einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung der Vorrichtung (1 ) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne zu ermitteln, den Phasenwinkel mittels des Einspeisemoduls (4) anzupassen, wenn die geforderte Anpassung des Phasenwinkels einen Winkelgrad umfasst, der über den Regelbereich des Laststufenschalters (13) hinaus geht, und/oder
- die vorgegebene Zeitspanne für die Anpassung des Phasenwinkels kleiner ist als eine Zeitspanne, innerhalb der die Anpassung des Phasenwinkels mittels des Laststufenschalters (13) erfolgen kann, und/oder die geforderte Anpassung des Phasenwinkels einen Winkelgrad umfasst, der kleiner ist als ein Phasenwinkel, der mittels des Laststufenschalters (13) angepasst werden kann.
2. Vorrichtung (1 ) nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- der Phasenschiebertransformator (3) als Querregler oder als Schrägregler aus-gebildet ist.
3. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 oder 2, wobei die Vorrichtung (1 ) wenigstens einen ersten Sensor (6, 7), der in Richtung eines ersten Endes (10) der Übertragungsleitung (2) und wenigstens einen zweiten Sensor (8, 9), der in Richtung eines zweiten Endes (1 1 ) der Übertragungsleitung (2) angeordnet ist, aufweist,
- die Sensoren (6, 7, 8, 9) als Strom- und/oder Spannungswandler ausgebildet sind.
4. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, wobei
- die Steuereinheit (5) eine Signalschnittstelle (12) zum Erfassen von Strom- und Spannungsmesswerten der Sensoren (6, 7, 8, 9) und von Signalen eines übergeordneten Kommunikationssystems (14) umfasst.
5. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, wobei
- die Steuereinheit (5) dazu ausgebildet ist, die Anforderung zur Anpassung des Phasenwinkels basierend auf einem Signal des übergeordneten Kommunikationssystems (14) oder basierend auf den Strom- und Spannungsmesswerten der Sensoren (6, 7, 8, 9) zu ermitteln.
6. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, wobei
- die Steuereinheit (5) an einem Gehäuse des Phasenschiebertransformators (3) oder an einem Gehäuse des Einspeisemoduls (4) anordenbar ist.
7. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, wobei das Einspeisemodul (4) einen Kondensator (15) und/oder einen leistungselektronischen Umformer (16) oder ein leistungselektronisches Schaltelement (20) aufweist.
8. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7, wobei das Einspeisemodul (4) weiterhin einen Serientransformator (17) und/oder einen Energiespeicher (18) und/oder eine Bypasseinheit (19) umfasst.
9. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8, wobei
- das Einspeisemodul (4) um weitere, identisch aufgebaute Einspeisemodule (4) erweiterbar ist.
10. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüchel bis 9, wobei
- die Vorrichtung (1 ) dreiphasig ausgebildet ist.
11 . Verfahren zur Anpassung eines Phasenwinkels einer Spannung in einer Übertragungsleitung (2) eines Energieversorgungsnetzes mittels einer elektrischen Vorrichtung (1 ), die Vorrichtung (1 ) umfassend: - einen Phasenschiebertransformator (3), der einen Laststufenschalter (13) aufweist und in der Übertragungsleitung (2) angeordnet und dazu ausgebildet ist, einen Phasenwinkel einer Spannung mittels des Laststufenschalters (13) anzupassen, ein Einspeisemodul (4), das seriell zu dem Phasenschiebertransformator (3) in der Übertragungsleitung (2) angeordnet und dazu ausgebildet ist, einen Phasenwinkel einer Spannung anzupassen,
- eine Steuereinheit (5), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Ermitteln einer Anforderung zur Anpassung des Phasenwinkels zwischen einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung der elektrischen Vorrichtung (1 ) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne mittels der Steuereinheit (5), Anpassen des Phasenwinkels mittels des Einspeisemoduls (4), wenn die geforderte Anpassung des Phasenwinkels einen Winkelgrad umfasst, der über den Regelbereich des Laststufenschalters (13) hinaus geht, und/oder
- die vorgegebene Zeitspanne für die Anpassung des Phasenwinkels kleiner ist als eine Zeitspanne, innerhalb der die Anpassung des Phasenwinkels mittels des Laststufenschalters (13) erfolgen kann, und/oder
- die geforderte Anpassung des Phasenwinkels einen Winkelgrad umfasst, der kleiner ist als ein Phasenwinkel, der mittels des Laststufenschalters (13) angepasst werden kann.
12. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- das Ermitteln der Anforderung zur Anpassung des Phasenwinkels zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung der elektrischen Vorrichtung (1) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne basierend auf einem Signal eines übergeordneten Kommunikationssystems (14), mittels Sensoren (6, 7, 8, 9) gemessener Strom- und Spannungsmesswerten erfolgt.
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