WO2024012680A1 - Fehlerbehandlung bei einem terminal eines multiterminal-hochspannungs-gleichstrom-übertragungssystem - Google Patents

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WO2024012680A1
WO2024012680A1 PCT/EP2022/069724 EP2022069724W WO2024012680A1 WO 2024012680 A1 WO2024012680 A1 WO 2024012680A1 EP 2022069724 W EP2022069724 W EP 2022069724W WO 2024012680 A1 WO2024012680 A1 WO 2024012680A1
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voltage
terminal
network
energy
direct
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PCT/EP2022/069724
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Alvaro Jose Hernandez Manchola
Udo Rathje
Matthias Foehr
Thomas Haupt
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
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Publication date
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Priority to PCT/EP2022/069724 priority patent/WO2024012680A1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/001—Methods to deal with contingencies, e.g. abnormalities, faults or failures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between AC networks via a high-tension DC link

Definitions

  • the invention relates to a method for error handling in a terminal of a multi-terminal high-voltage direct current transmission system and such a terminal.
  • multi-terminal high-voltage direct current transmission systems will be used to transmit energy.
  • two or more alternating current networks can be connected to such a multi-terminal high-voltage direct current transmission system.
  • the alternating current networks each represent an energy transmission network.
  • the two or more alternating current networks are therefore coupled to one another via the multi-terminal high-voltage direct current transmission system. If a fault occurs in one of the AC networks, this can lead to effects of the fault also occurring in another of the AC networks, for example in the form of voltage fluctuations, current intensity fluctuations and/or power fluctuations. These effects on the other AC network, in which no error has occurred, are undesirable.
  • the invention is based on the object of specifying a method and a terminal with which, if an error occurs in an AC network that is connected to a multi-terminal high-voltage direct current transmission system, the effects of the error on another AC network can be kept to a minimum.
  • the terminal has an AC voltage connection and a DC voltage connection
  • the AC voltage connection is connected to an AC network and the DC voltage connection is connected to a DC network of the multi-terminal high-voltage direct current transmission system
  • the terminal has a power converter which is designed to convert direct current from the direct current network into alternating current from the alternating current network and/or vice versa, and
  • the terminal has an energy converter for converting electrical energy into thermal energy (by means of at least one electrical resistance element), wherein in the method
  • a DC voltage measurement value measured before the error occurred is used as a setpoint for a DC voltage regulator and the DC voltage occurring at the DC voltage connection is regulated to this setpoint by means of the DC voltage regulator.
  • the DC voltage occurring at the DC voltage connection is regulated to the DC voltage that existed before the error occurred.
  • Information about continuously measured DC voltage values is each buffered for a predetermined period of time.
  • the DC voltage measurement value measured in each case can also be buffered for a predetermined period of time. This means that even after the error occurs, there is an error-free DC voltage value or DC voltage measurement value in order to regulate the DC voltage to this value.
  • the DC voltage is regulated to the value that existed before the error occurred using the buffered information.
  • the DC voltage measurement value measured before the error occurred can be reconstructed from the buffered information and used as a setpoint.
  • the DC voltage measurement value can also be temporarily stored so that it is then immediately available and can be used as a setpoint.
  • the procedure can proceed in such a way that
  • the direct voltage occurring at the direct current connection is regulated to the setpoint by controlling the energy converter in such a way that the energy converter converts electrical energy transmitted from the direct current network to the terminal (which cannot be absorbed by the alternating current network due to the error) into heat in a controlled manner, if such electrical energy is transmitted to the terminal.
  • the energy converter is therefore advantageously used to influence the direct voltage, in particular to regulate the direct voltage.
  • electrical energy that cannot be absorbed by the AC network due to the error is converted into heat.
  • Such electrical energy is also referred to below as “excess electrical energy”.
  • excess electrical energy would lead to an (undesirable) increase in the direct voltage if it is not converted into heat.
  • the procedure can proceed in such a way that
  • the direct voltage occurring at the direct voltage connection is only regulated to the setpoint value by means of the direct voltage regulator if the alternating current network in which the error occurs is an alternating current network into which electrical energy is fed via the alternating voltage connection or from which electrical energy is taken via the alternating voltage connection .
  • the DC voltage occurring at the DC voltage connection is only regulated to the desired value by means of the DC voltage regulator if the AC network in which the error occurs is electrically connected to the terminal for the purpose of feeding energy into the AC network or for the purpose of extracting energy from the AC network.
  • the level of the alternating voltage at the alternating voltage connection is monitored and the occurrence of the error in the alternating current network is detected when the level of the alternating voltage falls below a predetermined value.
  • the occurrence of the error in the AC network can be detected in a simple manner.
  • the procedure can proceed in such a way that
  • the predetermined time period is between 0.5 s and 10 s, in particular between 1 s and 5 s. This ensures that when the error occurs, information is available about at least one DC voltage measurement value that existed before the error occurred.
  • the predetermined time period can be, for example, 0, 5 s, 1 s, 2 s, 5 s or 10 s.
  • the procedure can proceed in such a way that
  • the information about the DC voltage measurement value is each buffered for the predetermined period of time by means of a delay element, in particular a first-order delay element.
  • a delay element in particular a first-order delay element.
  • Such a first-order delay element can also be referred to as a PTl element.
  • the procedure can also be carried out in such a way that:
  • the energy converter has a plurality of energy converter modules, each of the energy converter modules having an electronic switch and an electrical resistance element. This means that the amount of electrical energy converted into heat can be easily adjusted (scalable); The conversion of electrical energy into thermal energy is therefore adjustable/scalable.
  • the procedure can proceed in such a way that
  • the alternating current network is a land-based alternating current network.
  • the method can be used particularly advantageously in the transmission of electrical energy from a wind farm arranged, for example, on the sea to an alternating current network arranged on land (land-side alternating current network).
  • a unit for feeding in renewable energy can advantageously be connected to the multi-terminal high-voltage direct current transmission system.
  • a unit could be, for example, a wind farm or a solar farm.
  • the amount of renewable energy generated depends on factors that cannot be influenced or can only be influenced with difficulty, such as wind strength or solar radiation. Therefore, the amount of renewable energy produced cannot be easily reduced in the short term. The process is therefore particularly advantageous for the transmission of renewable energy.
  • a terminal of a multi-terminal high-voltage direct current transmission system is also disclosed, wherein
  • the terminal has an AC voltage connection and a DC voltage connection
  • the AC voltage connection is connected to an AC network and the DC voltage connection is connected to a DC network of the multi-terminal high-voltage direct current transmission system, - the terminal has a power converter which is designed to convert direct current from the direct current network into alternating current from the alternating current network and/or vice versa,
  • the terminal has an energy converter for converting electrical energy into thermal energy (by means of at least one electrical resistance element),
  • the terminal has a measuring device for continuously measuring a DC voltage occurring at the DC voltage connection of the terminal to form a DC voltage measurement value and a storage device for temporarily storing information about this DC voltage measurement value for a predetermined period of time, and
  • the terminal has a DC voltage regulator which is designed, when an error occurs in the AC network, to use a DC voltage measurement value measured before the error occurred as a setpoint and to regulate the DC voltage occurring at the DC voltage connection to this setpoint.
  • the DC voltage regulator can be designed to regulate the DC voltage occurring at the DC voltage connection to the setpoint by the DC voltage regulator controlling the energy converter in such a way that the energy converter transfers electrical energy from the DC network to the terminal (which cannot be absorbed by the AC network due to the error). ) is converted into heat if such electrical energy is transmitted to the terminal.
  • the DC voltage regulator can also be designed in such a way that it only regulates the DC voltage occurring at the DC voltage connection to the setpoint value if the AC network in which the error occurs is an AC network into which electrical energy is fed via the AC voltage connection or from which via the Electrical energy is taken from the AC voltage connection.
  • the terminal can be designed in such a way that it only regulates the DC voltage occurring at the DC voltage connection to the setpoint value if the AC network in which the error occurs is an AC network into which electrical energy is fed via the AC voltage connection or from which via the Electrical energy is taken from the AC voltage connection.
  • a monitoring device which is designed so that it monitors the level of the alternating voltage at the alternating voltage connection and detects when the level of the alternating voltage falls below a predetermined value. It is then recognized that the fault exists in the AC network.
  • the terminal can be designed in such a way that
  • the memory device has a delay element, in particular a first-order delay element.
  • the terminal can also be designed in such a way that
  • the energy converter has a plurality of energy converter modules, each of the energy converter modules having an electronic switch and an electrical resistance element.
  • Such a terminal may also be referred to as a high-voltage direct current transmission station.
  • An exemplary application is the transmission of (in particular renewable) energy generated offshore (for example by means of a wind farm) to at least two land-based alternating current networks using a multi-terminal high-voltage direct current transmission system.
  • the DC voltage regulator can in particular be implemented in a regulation of the energy converter.
  • the method and the terminal have the same or similar advantages.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a multi-terminal high-voltage direct current transmission system with four terminals, in
  • Figure 2 shows the multi-terminal high-voltage direct current transmission system with exemplary energy flows entered, in
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of an energy converter with several energy converter modules
  • Figure 4 shows an exemplary control circuit for regulating the direct voltage occurring at the first terminal
  • Figure 5 shows an exemplary process sequence using a flow chart.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a multi-terminal high-voltage direct current transmission system 1 with four terminals.
  • This multi-terminal high-voltage direct current transmission system 1 has a first terminal 11, a second terminal 12, a third terminal 13 and a fourth terminal 14.
  • a first AC network 21 is connected to an AC voltage connection 17 of the first terminal 11.
  • a first alternating current source AC1 and a first network impedance Zgridl are shown as models.
  • a direct current network 28 is connected to a direct voltage connection 25 of the first terminal 11 .
  • the DC network 28 connects the DC voltage connections of all four terminals to one another.
  • the direct current network 28 has a first direct current conductor 29 and a second direct current conductor 30.
  • the first DC conductor 29 is a positive DC conductor in the exemplary embodiment
  • the second DC conductor 30 is a negative DC conductor in the exemplary embodiment.
  • the first terminal 11 has an energy converter 31.
  • the energy converter 31 has a resistance element 34.
  • the energy converter 31 is connected in parallel to the DC voltage connection 25. The energy converter 31 is therefore connected between the first direct current conductor 29 and the second direct current conductor 30.
  • the first terminal 11 has a power converter 39.
  • the power converter 39 connects the AC voltage connection 17 to the DC voltage connection 25.
  • the power converter 39 is designed to convert alternating current present at the alternating voltage connection 17 into direct current present at the direct voltage connection 25 and/or vice versa.
  • the power converter 39 can in particular be a modular multilevel power converter (MMC).
  • the fourth terminal 14 is similar to the first terminal
  • An AC voltage connection of the fourth terminal 14 is electrically connected to a second AC network 44 .
  • a second alternating current source AC2 and a second network impedance Zgrid2 are shown as models.
  • the direct current network 28 is connected to a direct voltage connection of the second terminal 14.
  • the fourth terminal 14 has a further energy converter 48 and a further power converter 52.
  • the second terminal is also connected to the direct current network 28
  • the second terminal 12 has a power converter, but no energy converter.
  • the third terminal 13 also has a power converter, but no energy converter.
  • a first wind farm 58 is connected to an AC voltage connection of the second terminal 12;
  • a second wind farm 60 is connected to an AC voltage connection of the third terminal 13.
  • the second terminal 12 is therefore electrically connected to the first (offshore) wind farm 58;
  • the third terminal 13 is electrically connected to the second (offshore) wind farm 60.
  • the first alternating current network 21 and the second alternating current network 44 are each land-side alternating current networks, i.e. H .
  • the first AC network 21 and the second AC network 44 are located on land (and not in a sea).
  • the first AC network 21 and the second AC network 44 are operated by different network operators in the exemplary embodiment. If a fault occurs in the first AC network 21 (for example a short circuit between two AC voltage lines), then significant transient events can also occur in the second AC network 44, for example fluctuations in the active power and in the reactive power during and shortly after the error occurs. These fluctuations in the “healthy” (i.e. error-free) second AC network 44 are not welcomed by the network operator of this second AC network 44 and should be kept as low as possible.
  • the energy converter 31 is arranged on the direct current side of the power converter 39. As in the exemplary embodiment, it can be connected between the two poles 29, 30; However, it can also be connected between one of the poles and a neutral conductor or between one of the poles and ground potential.
  • the energy converter 31 serves to absorb an excess of generated electrical energy ("excess electrical energy") and convert it into heat energy. Such excess electrical energy is in particular electrical energy that cannot be transferred to the AC network for a short time due to the error.
  • the energy converter 31 can be designed so that it can absorb and convert the excess electrical energy for a few seconds.
  • the first terminal 11 and the fourth terminal 14 can each have two different control methods operate . However, both terminals may not use the same control procedure at the same time.
  • the first control method regulates the direct voltage Vd of the direct current network. This regulates the converter energy.
  • a terminal that is operated with the first control method emits the electrical energy required by the remaining multi-terminal high-voltage direct current transmission system or absorbs the electrical energy supplied by the remaining multi-terminal high-voltage direct current transmission system.
  • the second control method regulates the active power that is transmitted to the connected AC network. If the converter energy leaves the permissible range, an energy control becomes active, which adjusts the reference value for the active current and thus brings the converter energy back into the permissible range.
  • FIG. 1 An exemplary operating state of the multi-terminal high-voltage direct current transmission system 1 is shown in FIG.
  • the first wind farm 58 generates an electrical output of 900 MW; the second wind farm 60 does not generate any electrical power (0 MW).
  • the electrical power generated by the first wind farm 58 is divided into a first portion of 400 MW and a second portion of 500 MW.
  • the first share (400 MW) is transmitted from the second terminal 12 to the first terminal 11 and from the first terminal 11 to the first AC network 21.
  • the first AC network 21 further transmits this first share to consumers (not shown).
  • the second portion (500 MW) is transmitted from the second terminal 12 to the fourth terminal 14 and from the fourth terminal 14 to the second AC grid 44.
  • the second AC network 44 further transmits this second share to consumers (not shown).
  • the energy converter 31 is shown in a detailed exemplary embodiment.
  • the energy converter 31 is connected between the first positive direct current conductor 29 and the second negative direct current conductor 30.
  • the energy converter 31 has two inductors in the form of choke coils 303, a first energy converter module 306, a second energy converter module 309, a third energy converter module 312 and a fourth energy converter module 316.
  • Each of the energy converter modules 306, 309, 312 and 316 includes an electronic switch 322 and the resistance element 34.
  • the electronic switch can be switched independently of one another so that the electrical current flows through the respective resistance element and the electrical energy in this resistance element is converted into thermal energy. Then the energy converter module is switched on or active. Depending on the number of switched on/active energy converter modules, a different amount of energy is converted into thermal energy. This means that the level of energy conversion is adjustable/scalable.
  • the second energy converter 48 is constructed in the same way.
  • the direct voltage Vd is the direct voltage of the direct current network 28 of the multi-terminal high-voltage direct current transmission system 1.
  • the first terminal 11 with the power converter 39 and the energy converter 31 is shown in the upper part of FIG.
  • the energy converter 31 should be activated when an undesirably high direct voltage Vd occurs in the direct current network.
  • the first AC network 21 is connected to the first terminal 11.
  • a measuring transducer 404 By means of a measuring transducer 404, the alternating voltage Va of the first alternating current network 21 is measured, forming alternating voltage measured values Vac.
  • the AC voltage measurements Vac are then transmitted to three different sections of the control loop 401. More precisely, The AC voltage measurement values Vac are transmitted to a first monitoring device 411, a second monitoring device 412 and a third monitoring device 413.
  • the first monitoring device 411, the second monitoring device 412 and the third monitoring device 413 are constructed similarly and monitor the alternating voltage for the presence of an undervoltage.
  • the monitoring devices therefore carry out undervoltage detection. The presence of an undervoltage is detected when the level of the alternating voltage falls below a predetermined value.
  • the first monitoring device 411 is arranged in a first section 421 of the control loop; the second monitoring device 412 is arranged in a second section 422 of the control loop and the third monitoring device 413 is arranged in a third section 423 of the control loop.
  • the control circuit/regulation works as follows: Using a measuring device 407, the DC voltage Vd of the DC network 28 (which is present between the first DC conductor 29 and the second DC conductor 30) is measured to form a DC voltage measurement value Vdc. The DC voltage measurement value Vdc is compared with a DC voltage reference value Vdc*, the deviation (difference) between the DC voltage reference value Vdc* and the DC voltage measurement value Vdc is formed. This deviation (Vdc* - Vdc) is supplied to a DC voltage regulator 429.
  • the DC voltage regulator 429 If the deviation (difference) between the DC voltage reference value Vdc* and the DC voltage measurement value Vdc is greater than a permitted tolerance value ("margin"), then the DC voltage regulator 429 outputs an energy converter reference current Ichop*, which is supplied to a modulator 431.
  • the tole The margin value can correspond, for example, to a single-digit percentage value of a nominal direct voltage Vdc_nom.
  • the direct voltage reference value Vdc* represents a setpoint for the direct voltage Vd (direct voltage setpoint Vdc*).
  • the modulator 431 then controls the energy converter 31 so that a current corresponding to the energy converter reference current Ichop* flows through the energy converter 31 and a corresponding amount of electrical energy is converted into thermal energy.
  • the modulator 431 controls the energy converter 31 in such a way that as many energy converter modules 306, 309, 312, 316 of the energy converter 31 are switched on by means of the electronic switch 322 that a current corresponding to the energy converter reference current Ichop* flows through the energy converter 31 .
  • the three monitoring devices 411, 412 and 413 detect this error based on the voltage drop in the AC voltage of the first AC network and output an error signal 435.
  • This error signal 435 is used in the first section 421, in the second section 422 and in the third section 423.
  • the energy converter reference current Ichop* output by the DC voltage regulator 429 is only transmitted to the modulator 431 when the error signal 435 is present, i.e. H . if an error has occurred in the AC network 21.
  • the energy converter of a terminal here: the first terminal 11
  • the energy converter 31 is only activated and only carries out energy conversion if an error occurs in the first AC network 21 connected to the first terminal 11.
  • the first portion of electrical energy (400 MW) is transferred from the second terminal 12 to the first terminal 11.
  • the first portion of electrical energy cannot be further transmitted to the first AC network 21.
  • This first portion would lead to an increase in the direct voltage Vd in the direct current network 28, which would also have undesirable effects on the second alternating current network 44.
  • the first portion of electrical energy (400 MW) is converted into heat by means of the energy converter 31, so that the effects on the second AC network 44 are reduced.
  • information about the respective measured DC voltage value Vdc is continuously stored in a memory device 410 for a predetermined period of time.
  • the nominal DC voltage value Vdc_nom is forwarded to the DC voltage regulator 429 by means of a third signal selection device 445.
  • the third signal selection device 445 forwards the stored DC voltage measurement value Vdc_filt to the DC voltage regulator 429 instead of the nominal DC voltage value Vdc_nom.
  • the memory device 410 is designed as a delay element, in particular as a first-order delay element. This delay element represents a measurement filter.
  • the filtered DC voltage measurement value Vdc_filt (i.e. the buffered DC voltage measurement value Vdc_filt) is used as the nominal DC voltage value for the DC voltage regulator 429.
  • the time constant of the delay element (which corresponds to the predetermined duration of the buffer storage) can be, for example, between 0.5 s and 10 s, preferably between 1 s and 5 s. A possible value would be, for example, 2 s.
  • the memory device 410 can also be designed differently, for example as a memory cell or as a shift register.
  • the direct voltage Vd of the direct current network 28 (which is present between the first direct current conductor 29 and the second direct current conductor 30) is measured using a measuring device 407 to form direct voltage measurement values. th Vdc measured.
  • the DC voltage measurement values Vdc are supplied to the storage device 410.
  • the storage device 410 stores information about the DC voltage measurements Vdc for a predetermined period of time.
  • the memory device 410 ensures that when the error occurs, information is available about at least one DC voltage measurement value Vdc that existed before the error occurred.
  • a stored DC voltage measurement value Vdc_filt is used as the nominal DC voltage value for the DC voltage regulator 429.
  • the DC voltage regulator 429 regulates the DC voltage Vd to the value that existed before the error occurred.
  • the direct voltage Vd is an electrical quantity that couples the first alternating current network 21 to the second alternating current network 44, see FIG. 1. Because the DC voltage Vd is regulated again to the value that it had before the error occurred after the error has occurred, the effects of the error in the first AC network 21 on the second AC network 44 are comparatively small. The second AC network 44 is therefore decoupled from the first AC network 21 with regard to the effects of errors.
  • control method described in connection with FIG. 4 is in particular independent of the above-mentioned first control process and the second control process.
  • the control method described in connection with FIG. 4 can be implemented in particular as a control system for the energy converter.
  • the energy converter 31 of this first terminal 11 and the control for this energy converter 31, which is also carried out in particular in the first terminal 11, are used.
  • the further energy converter 48 of the fourth terminal 14 and the control for this further energy converter 48, which can in particular also be arranged in the fourth terminal 14, are not used for error treatment.
  • the method described runs in the same way with the further energy converter 48 of the fourth terminal 14 and with the control for this further energy converter 48.
  • the further energy converter 48 and the associated regulation this is the case fourth terminal 14 designed in the same way as the first terminal 11.
  • a method and a terminal of a multi-terminal high-voltage direct current transmission system have been described with which, when a fault occurs in an AC network connected to the multi-terminal high-voltage direct current transmission system, the effects of the fault on another connected AC network are minimized can be. This is done by temporarily storing information about continuously measured DC voltage values for the time after the potential occurrence of an error. In the event of an error, the DC voltage is regulated to the value that existed before the error occurred using the buffered information.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerbehandlung bei einem Terminal (11) eines Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystems (1). Dabei wird fortlaufend die an einem Gleichspannungsanschluss (25) des Terminals (11) auftretende Gleichspannung unter Bildung eines Gleichspannungsmesswerts (Vdc) gemessen und Informationen über diesen Gleichspannungsmesswert (Vdc) werden jeweils für eine vorbestimmte Zeitdauer zwischengespeichert. Bei Auftreten eines Fehlers in einem Wechselstromnetz (21) wird ein vor dem Auftreten des Fehlers gemessener Gleichspannungsmesswert als Sollwert für einen Gleichspannungsregler (429) verwendet und mittels des Gleichspannungsreglers (429) wird die an dem Gleichspannungsanschluss (25) auftretende Gleichspannung auf diesen Sollwert geregelt.

Description

Beschreibung
Fehlerbehandlung bei einem Terminal eines Multiterminal- Hochspannungs -Gleichstrom-Übertragungs system
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zur Fehlerbehandlung bei einem Terminal eines Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungssystems und ein solches Terminal .
Zukünftig werden zur Energieübertragung Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssysteme eingesetzt werden . An ein solches Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystem können zum Beispiel zwei oder mehr Wechselstromnetze angeschlossen sein . Die Wechselstromnetze stellen dabei insbesondere j eweils ein Energieübertragungsnetz dar . Die zwei oder mehr Wechselstromnetze sind also über das Multi terminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs system miteinander gekoppelt . Wenn in einem der Wechselstromnetze ein Fehler auftritt , kann das dazu führen, dass auch in einem anderen der Wechselstromnetze Auswirkungen des Fehlers auftreten, zum Beispiel in Form von Spannungsschwankungen, Stromstärkeschwankungen und/oder Leistungsschwankungen . Diese Auswirkungen auf das andere Wechselstromnetz , in welchem kein Fehler aufgetreten ist , sind unerwünscht .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , ein Verfahren und ein Terminal anzugeben, mit denen bei Auftreten eines Fehlers in einem Wechselstromnetz , das an ein Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystem angeschlossen ist , die Auswirkungen des Fehlers auf ein anderes Wechselstromnetz geringgehalten werden können .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren und durch ein Terminal nach den unabhängigen Patentansprüchen . Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Terminals sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben . Of fenbart wird ein Verfahren zur Fehlerbehandlung bei einem Terminal eines Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystems , wobei
- das Terminal einen Wechselspannungsanschluss und einen Gleichspannungsanschluss aufweist ,
- der Wechselspannungsanschluss mit einem Wechselstromnetz verbunden ist und der Gleichspannungsanschluss mit einem Gleichstromnetz des Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungssystems verbunden ist ,
- das Terminal einen Stromrichter aufweist , der ausgestaltet ist zur Wandlung von Gleichstrom des Gleichstromnetzes in Wechselstrom des Wechselstromnetzes und/oder umgekehrt , und
- das Terminal einen Energiewandler zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie (mittels mindestens eines elektrischen Widerstandselements ) aufweist , wobei bei dem Verfahren
- fortlaufend die an dem Gleichspannungsanschluss des Terminals auftretende Gleichspannung unter Bildung eines Gleichspannungsmesswerts gemessen wird und Informationen über diesen Gleichspannungsmesswert j eweils für eine vorbestimmte Zeitdauer zwischengespeichert werden, und
- bei Auftreten eines Fehlers in dem Wechselstromnetz ein vor dem Auftreten des Fehlers gemessener Gleichspannungsmesswert als Sollwert für einen Gleichspannungsregler verwendet wird und mittels des Gleichspannungsreglers die an dem Gleichspannungsanschluss auftretende Gleichspannung auf diesen Sollwert geregelt wird .
Mit anderen Worten gesagt , wird also nach dem Auftreten des Fehlers die an dem Gleichspannungsanschluss auftretende Gleichspannung auf diej enige Gleichspannung geregelt , die vor dem Auftreten des Fehlers vorlag . Damit werden die Auswirkungen des Fehlers auf das Gleichspannungsnetz des Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystems reduziert . Damit werden auch die Auswirkungen des Fehlers auf ein anderes an das Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertra- gungssystem angeschlossenes Wechselstromnetz , wie beispielsweise auf ein an ein anderes Terminal angeschlossenes Wechselstromnetz , reduziert . Um dies zu erreichen, werden Infor- mationen über fortlaufend gemessene Gleichspannungsmesswerte j eweils für eine vorbestimmte Zeitdauer zwischengespeichert . Insbesondere kann auch der j eweils gemessene Gleichspannungsmesswert für eine vorbestimmte Zeitdauer zwischengespeichert werden . Dadurch liegt auch nach Auftreten des Fehlers ein fehlerfreier Gleichspannungswert bzw . Gleichspannungsmesswert vor, um die Gleichspannung auf diesen Wert zu regeln .
Im Fehlerfall wird also mittels der zwischengespeicherten Informationen die Gleichspannung auf den Wert geregelt , der vor Auftreten des Fehlers vorlag . Insbesondere kann aus den zwischengespeicherten Informationen der vor dem Auftreten des Fehlers gemessene Gleichspannungsmesswert rekonstruiert und als Sollwert verwendet werden . Es kann aber auch der Gleichspannungsmesswert zwischengespeichert werden, so dass dieser dann unmittelbar vorliegt und als Sollwert verwendet werden kann .
Das Verfahren kann so ablaufen, dass
- die an dem Gleichspannungsanschluss auftretende Gleichspannung auf den Sollwert geregelt wird, indem der Energiewandler so angesteuert wird, dass der Energiewandler aus dem Gleichstromnetz zu dem Terminal übertragene elektrische Energie (die von dem Wechselstromnetz aufgrund des Fehlers nicht aufgenommen werden kann) kontrolliert in Wärme umwandelt , falls solche elektrische Energie zu dem Terminal übertragen wird .
Dadurch sinkt die Gleichspannung im Gleichstromnetz . Es wird also der Energiewandler vorteilhafterweise zur Beeinflussung der Gleichspannung verwendet , insbesondere zur Regelung der Gleichspannung . Dabei wird insbesondere elektrische Energie , die von dem Wechselstromnetz aufgrund des Fehlers nicht aufgenommen werden kann, in Wärme umgewandelt . Solche elektrische Energie wird im Folgenden auch als „überschüssige elektrische Energie" bezeichnet . Solche überschüssige elektrische Energie würde zu einer (unerwünschten) Erhöhung der Gleichspannung führen, wenn sie nicht in Wärme umgewandelt wird . Das Verfahren kann so ablaufen, dass
- nur dann mittels des Gleichspannungsreglers die an dem Gleichspannungsanschluss auftretende Gleichspannung auf den Sollwert geregelt wird, wenn das Wechselstromnetz , in dem der Fehler auftritt , ein Wechselstromnetz ist , in das über den Wechselspannungsanschluss elektrische Energie eingespeist oder aus dem über den Wechselspannungsanschluss elektrische Energie entnommen wird . Mit anderen Worten gesagt , wird nur dann mittels des Gleichspannungsreglers die an dem Gleichspannungsanschluss auftretende Gleichspannung auf den Sollwert geregelt , wenn das Wechselstromnetz , in dem der Fehler auftritt , mit dem Terminal elektrisch verbunden ist zum Zwecke einer Energieeinspeisung in das Wechselstromnetz oder zum Zwecke einer Energieentnahme aus dem Wechselstromnetz .
Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass
- die Höhe der Wechselspannung an dem Wechselspannungsanschluss überwacht wird und das Auftreten des Fehlers in dem Wechselstromnetz erkannt wird, wenn die Höhe der Wechselspannung einen vorbestimmten Wert unterschreitet . Vorteilhafterweise kann so das Auftreten des Fehlers in dem Wechselstromnetz auf eine einfache Art und Weise erkannt werden .
Das Verfahren kann so ablaufen, dass
- die vorbestimmte Zeitdauer zwischen 0 , 5 s und 10 s beträgt , insbesondere zwischen 1 s und 5 s . Dadurch wird erreicht , dass bei Auftreten des Fehlers Informationen vorliegen über mindestens einen Gleichspannungsmesswert , der vor Auftreten des Fehlers vorlag . Die vorbestimmte Zeitdauer kann beispielsweise 0 , 5 s , 1 s , 2 s , 5 s oder 10 s betragen .
Das Verfahren kann so ablaufen, dass
- die Informationen über den Gleichspannungsmesswert ( oder über mehrere Gleichspannungsmesswerte ) j eweils für die vorbestimmte Zeitdauer zwischengespeichert werden mittels eines Verzögerungsglieds , insbesondere eines Verzögerungsglieds erster Ordnung . Ein solches Verzögerungsglied erster Ordnung kann auch als ein PTl-Glied bezeichnet werden . Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass
- der Energiewandler mehrere Energiewandlermodule aufweist , wobei j edes der Energiewandlermodule einen elektronischen Schalter und ein elektrisches Widerstandselement aufweist . Dadurch ist die Menge der in Wärme umgewandelten elektrischen Energie einfach einstellbar ( skalierbar ) ; die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie ist also einstellbar / skalierbar .
Das Verfahren kann so ablaufen, dass
- das Wechselstromnetz ein landseitiges Wechselstromnetz ist . Das Verfahren ist insbesondere vorteilhaft anwendbar bei der Übertragung von elektrischer Energie von einem beispielsweise auf dem Meer angeordneten Windpark zu einem auf dem Land angeordneten Wechselstromnetz ( landseitiges Wechselstromnetz ) .
Bei dem Verfahren kann an das Multiterminal-Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungssystem vorteilhafterweise eine Einheit zur Einspeisung von erneuerbarer Energie angeschlossen sein . Eine solche Einheit kann beispielsweise ein Windpark oder ein Solarpark sein . Die Menge von erzeugter erneuerbarer Energie ist dabei nämlich von Einfluss faktoren abhängig, die sich nicht oder nur schwer beeinflussen lassen, wie beispielsweise von der Windstärke oder der Sonneneinstrahlung . Daher lässt sich die Menge der erzeugten erneuerbaren Energie kurz fristig nicht einfach reduzieren . Daher ist das Verfahren bei der Übertragung von erneuerbarer Energie besonders vorteilhaft .
Of fenbart wird weiterhin ein Terminal eines Multiterminal- Hochspannungs -Gleichstrom-Übertragungs systems , wobei
- das Terminal einen Wechselspannungsanschluss und einen Gleichspannungsanschluss aufweist ,
- der Wechselspannungsanschluss mit einem Wechselstromnetz verbunden ist und der Gleichspannungsanschluss mit einem Gleichstromnetz des Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungssystems verbunden ist , - das Terminal einen Stromrichter aufweist , der ausgestaltet ist zur Wandlung von Gleichstrom des Gleichstromnetzes in Wechselstrom des Wechselstromnetzes und/oder umgekehrt ,
- das Terminal einen Energiewandler zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie (mittels mindestens eines elektrischen Widerstandselements ) aufweist ,
- das Terminal eine Messeinrichtung zum fortlaufenden Messen einer an dem Gleichspannungsanschluss des Terminals auftretenden Gleichspannung unter Bildung eines Gleichspannungsmesswerts und eine Speichereinrichtung zum Zwischenspeichern von Informationen über diesen Gleichspannungsmesswert für eine vorbestimmte Zeitdauer aufweist , und
- das Terminal einen Gleichspannungsregler aufweist , der ausgestaltet ist , bei Auftreten eines Fehlers in dem Wechselstromnetz einen vor dem Auftreten des Fehlers gemessenen Gleichspannungsmesswert als Sollwert zu verwenden und die an dem Gleichspannungsanschluss auftretende Gleichspannung auf diesen Sollwert zu regeln .
Dabei kann
- der Gleichspannungsregler ausgestaltet sein, die an dem Gleichspannungsanschluss auftretende Gleichspannung auf den Sollwert zu regeln, indem der Gleichspannungsregler den Energiewandler so ansteuert , dass der Energiewandler aus dem Gleichstromnetz zu dem Terminal übertragene elektrische Energie ( die von dem Wechselstromnetz aufgrund des Fehlers nicht aufgenommen werden kann) in Wärme umwandelt , falls solche elektrische Energie zu dem Terminal übertragen wird .
Dabei kann
- der Gleichspannungsregler auch so ausgestaltet sein, dass er nur dann die an dem Gleichspannungsanschluss auftretende Gleichspannung auf den Sollwert regelt , wenn das Wechselstromnetz , in dem der Fehler auftritt , ein Wechselstromnetz ist , in das über den Wechselspannungsanschluss elektrische Energie eingespeist oder aus dem über den Wechselspannungsanschluss elektrische Energie entnommen wird . Das Terminal kann
- eine Überwachungseinrichtung aufweisen, die so ausgestaltet ist , dass sie die Höhe der Wechselspannung an dem Wechselspannungsanschluss überwacht und erkennt , wenn die Höhe der Wechselspannung einen vorbestimmten Wert unterschreitet . Dann wird erkannt , dass der Fehler in dem Wechselstromnetz vorliegt .
Das Terminal kann so ausgestaltet sein, dass
- die Speichereinrichtung ein Verzögerungsglied aufweist , insbesondere ein Verzögerungsglied erster Ordnung .
Das Terminal kann auch so ausgestaltet sein, dass
- der Energiewandler mehrere Energiewandlermodule aufweist , wobei j edes der Energiewandlermodule einen elektronischen Schalter und ein elektrisches Widerstandselement aufweist .
Ein solches Terminal kann auch als eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstation bezeichnet werden .
Ein beispielhafter Anwendungs fall ist die Übertragung von seeseitig (beispielsweise mittels eines Windparks ) erzeugter ( insbesondere erneuerbarer ) Energie zu mindestens zwei landseitigen Wechselstromnetzen mittels eines Multiterminal- Hochspannungs -Gleichstrom-Übertragungs systems .
Der Gleichspannungsregler kann insbesondere in einer Regelung des Energiewandlers realisiert sein .
Das Verfahren und das Terminal weisen gleiche oder gleichartige Vorteile auf .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Gleiche Bezugs zeichen verweisen dabei auf gleiche oder gleich wirkende Elemente . Dazu ist in Figur 1 ein Aus führungsbeispiel eines Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystems mit vier Terminals , in
Figur 2 das Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystem mit eingetragenen beispielhaften Energieflüssen, in
Figur 3 ein Aus führungsbeispiel eines Energiewandlers mit mehreren Energiewandlermodulen, in
Figur 4 ein beispielhafter Regelkreis zur Regelung der an dem ersten Terminal auftretenden Gleichspannung, und in
Figur 5 mittels eines Ablauf diagramms ein beispielhafter Verfahrens ab lauf dargestellt .
In Figur 1 ist ein Aus führungsbeispiel eines Multiterminal- Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystems 1 mit vier Terminals dargestellt . Dieses Multiterminal-Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungssystem 1 weist ein erstes Terminal 11 , ein zweites Terminal 12 , ein drittes Terminal 13 und ein viertes Terminal 14 auf . An einen Wechselspannungsanschluss 17 des ersten Terminals 11 ist ein erstes Wechselstromnetz 21 angeschlossen . Von dem ersten Wechselstromnetz 21 sind mo- dellhaft eine erste Wechselstromquelle AC1 und eine erste Netzimpedanz Zgridl dargestellt . An einen Gleichspannungsanschluss 25 des ersten Terminals 11 ist ein Gleichstromnetz 28 angeschlossen . Das Gleichstromnetz 28 verbindet die Gleichspannungsanschlüsse aller vier Terminals miteinander . Das Gleichstromnetz 28 weist einen ersten Gleichstromleiter 29 und einen zweiten Gleichstromleiter 30 auf . Der erste Gleichstromleiter 29 ist im Aus führungsbeispiel ein positiver Gleichstromleiter, der zweite Gleichstromleiter 30 ist im Aus führungsbeispiel ein negativer Gleichstromleiter . Weiterhin weist das erste Terminal 11 einen Energiewandler 31 auf . Der Energiewandler 31 weist ein Widerstandselement 34 auf . Der Energiewandler 31 ist parallel zu dem Gleichspannungsanschluss 25 geschaltet . Der Energiewandler 31 ist also zwischen den ersten Gleichstromleiter 29 und den zweiten Gleichstromleiter 30 geschaltet .
Das erste Terminal 11 weist einen Stromrichter 39 auf . Der Stromrichter 39 verbindet den Wechselspannungsanschluss 17 mit dem Gleichspannungsanschluss 25 . Der Stromrichter 39 ist dazu ausgebildet , an dem Wechselspannungsanschluss 17 anliegenden Wechselstrom umzuwandeln in an dem Gleichspannungsanschluss 25 anliegenden Gleichstrom und/oder umgekehrt . Bei dem Stromrichter 39 kann es sich insbesondere um einen modularen Multilevelstromrichter (MMC ) handeln .
Das vierte Terminal 14 ist gleichartig zu dem ersten Terminal
11 aufgebaut . Ein Wechselspannungsanschluss des vierten Terminals 14 ist mit einem zweiten Wechselstromnetz 44 elektrisch verbunden . Von dem zweiten Wechselstromnetz 44 sind modellhaft eine zweite Wechselstromquelle AC2 und eine zweite Netzimpedanz Zgrid2 dargestellt . An einen Gleichspannungsanschluss des zweiten Terminals 14 ist das Gleichstromnetz 28 angeschlossen . Das vierte Terminal 14 weist einen weiteren Energiewandler 48 sowie einen weiteren Stromrichter 52 auf .
An das Gleichstromnetz 28 sind außerdem das zweite Terminal
12 und das dritte Terminal 13 angeschlossen . Das zweite Terminal 12 weist einen Stromrichter, j edoch keinen Energiewandler auf . Auch das dritte Terminal 13 weist einen Stromrichter, aber keinen Energiewandler auf . An einen Wechselspannungsanschluss des zweiten Terminals 12 ist ein erster Windpark 58 angeschlossen; an einen Wechselspannungsanschluss des dritten Terminals 13 ist ein zweiter Windpark 60 angeschlossen . Das zweite Terminal 12 ist also an den ersten ( Of fshore- ) Windpark 58 elektrisch angeschlossen; das dritte Terminal 13 ist an dem zweiten ( Of fshore- ) Windpark 60 elektrisch angeschlossen .
Das erste Wechselstromnetz 21 und das zweite Wechselstromnetz 44 sind im Aus führungsbeispiel j eweils landseitige Wechselstromnetze , d . h . das erste Wechselstromnetz 21 und das zweite Wechselstromnetz 44 sind auf dem Land (und nicht in einem Meer ) angeordnet . Das erste Wechselstromnetz 21 und das zweite Wechselstromnetz 44 werden im Aus führungsbeispiel von unterschiedlichen Netzbetreibern betrieben . Wenn ein Fehler in dem ersten Wechselstromnetz 21 auftritt (beispielsweise ein Kurzschluss zwischen zwei Wechselspannungsleitungen) , dann können auch im zweiten Wechselstromnetz 44 deutliche transiente Ereignisse auftreten, beispielsweise Schwankungen in der Wirkleistung und in der Blindleistung während und kurz nach dem Auftreten des Fehlers . Diese Schwankungen in dem „gesunden" ( d . h . fehlerfreien) zweiten Wechselstromnetz 44 werden von dem Netzbetreiber dieses zweiten Wechselstromnetzes 44 nicht gern gesehen und sollen möglichst geringgehalten werden .
Der Energiewandler 31 ist auf der Gleichstromseite des Stromrichters 39 angeordnet . Er kann wie im Aus führungsbeispiel zwischen die beiden Pole 29 , 30 geschaltet sein; er kann aber auch zwischen einen der Pole und einen Neutralleiter oder zwischen einen der Pole und Erdpotential geschaltet sein . Der Energiewandler 31 dient dazu, einen Überschuss an erzeugter elektrischer Energie ( „überschüssige elektrische Energie" ) auf zunehmen und in Wärmeenergie umzuwandeln . Solche überschüssige elektrische Energie ist insbesondere solche elektrische Energie , die aufgrund des Fehlers kurz zeitig nicht in das Wechselstromnetz übertragen werden kann . Beispielsweise kann der Energiewandler 31 so ausgestaltet sein, dass er einige Sekunden die überschüssige elektrische Energie aufnehmen und umwandeln kann .
Das erste Terminal 11 und das vierte Terminal 14 können insbesondere j eweils mit zwei verschiedenen Regelungsverfahren betrieben werden . Jedoch dürfen beide Terminals nicht gleichzeitig dasselbe Regelungsverfahren benutzen . Das erste Regelungsverfahren regelt die Gleichspannung Vd des Gleichstromnetzes . Dadurch wird die Stromrichterenergie geregelt . Ein Terminal , das mit dem ersten Regelungsverfahren betrieben wird, gibt die von dem restlichen Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystem benötigte elektrische Energie ab oder nimmt die von dem restlichen Multiterminal- Hochspannungs -Gleichstrom-Übertragungs system gelieferte elektrische Energie auf .
Das zweite Regelungsverfahren regelt die Wirkleistung, die zu dem angeschlossenen Wechselstromnetz übertragen wird . Wenn die Stromrichterenergie den zulässigen Bereich verlässt , dann wird eine Energieregelung aktiv, die den Referenzwert für den Wirkstrom anpasst und so die Stromrichterenergie wieder in den zulässigen Bereich bringt .
In Figur 2 ist ein beispielhafter Betriebs zustand des Multi- terminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystems 1 dargestellt . Dabei erzeugt der erste Windpark 58 eine elektrische Leistung in Höhe von 900 MW; der zweite Windpark 60 erzeugt keine elektrische Leistung ( 0 MW) . Die von dem ersten Windpark 58 erzeugte elektrische Leistung wird aufgeteilt in einen ersten Anteil mit der Größe 400 MW und in einen zweiten Anteil mit der Größe 500 MW . Der erste Anteil ( 400 MW) wird von dem zweiten Terminal 12 zu dem ersten Terminal 11 und von dem ersten Terminal 11 zu dem ersten Wechselstromnetz 21 übertragen . Das erste Wechselstromnetz 21 überträgt diesen ersten Anteil weiter zu nicht dargestellten Verbrauchern .
Der zweite Anteil ( 500 MW) wird von dem zweiten Terminal 12 zu dem vierten Terminal 14 und von dem vierten Terminal 14 zu dem zweiten Wechselstromnetz 44 übertragen . Das zweite Wechselstromnetz 44 überträgt diesen zweiten Anteil weiter zu nicht dargestellten Verbrauchern . In Figur 3 ist der Energiewandler 31 in einem detaillierten Aus führungsbeispiel dargestellt . Der Energiewandler 31 ist zwischen den ersten positiven Gleichstromleiter 29 und den zweiten negativen Gleichstromleiter 30 geschaltet . Der Energiewandler 31 weist zwei Induktivitäten in Form von Drosselspulen 303 , ein erstes Energiewandlermodul 306 , ein zweites Energiewandlermodul 309 , ein drittes Energiewandlermodul 312 und ein viertes Energiewandlermodul 316 auf . Jedes der Energiewandlermodule 306 , 309 , 312 und 316 weist einen elektronischen Schalter 322 und das Widerstandselement 34 auf . Bei j edem der Energiewandlermodule kann unabhängig voneinander der elektronische Schalter so geschaltet werden, dass der elektrische Strom durch das j eweilige Widerstandselement fließt und die elektrische Energie in diesem Widerstandselement in Wärmeenergie umgewandelt wird . Dann ist das Energiewandlermodul eingeschaltet bzw . aktiv . Je nach Anzahl der eingeschal- teten/aktiven Energiewandlermodule wird also eine unterschiedlich große Energiemenge in Wärmeenergie umgewandelt . Dadurch ist die Höhe der Energieumwandlung einstellbar/ ska- lierbar . Der zweite Energiewandler 48 ist gleichartig aufgebaut .
In Figur 4 ist ein Aus führungsbeispiel eines Regelkreises 401 zur Regelung der Gleichspannung Vd dargestellt . Die Gleichspannung Vd ist die Gleichspannung des Gleichstromnetzes 28 des Multiterminal Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystems 1 . Im oberen Teil der Figur 4 ist das erste Terminal 11 mit dem Stromrichter 39 und dem Energiewandler 31 dargestellt . Der Energiewandler 31 soll aktiviert werden, wenn im Gleichstromnetz eine ungewollt hohe Gleichspannung Vd auftritt .
An das erste Terminal 11 ist das erste Wechselstromnetz 21 angeschlossen . Mittels eines Messwandlers 404 wird die Wechselspannung Va des ersten Wechselstromnetzes 21 unter Bildung von Wechselspannungsmesswerte Vac gemessen . Die Wechselspannungsmesswerte Vac werden dann zu drei verschiedenen Abschnitten des Regelkreises 401 übertragen . Genauer gesagt , werden die Wechselspannungsmesswerte Vac zu einer ersten Überwachungseinrichtung 411 , einer zweiten Überwachungsein- richtung 412 und einer dritten Überwachungseinrichtung 413 übertragen . Die erste Überwachungseinrichtung 411 , die zweite Überwachungseinrichtung 412 und die dritte Überwachungseinrichtung 413 sind gleichartig aufgebaut und Überwachen die Wechselspannung auf das Vorliegen einer Unterspannung hin . Die Überwachungseinrichtungen führen also eine Unterspannungserkennung durch . Das Vorliegen einer Unterspannung wird erkannt , wenn die Höhe der Wechselspannung einen vorbestimmten Wert unterschreiten . Wenn also die Wechselspannungsmesswerte Vac den vorbestimmten Wert unterschreiten, dann wird erkannt , dass in dem Wechselstromnetz 21 ein Fehler aufgetreten ist . Ein solcher Fehler (beispielsweise ein Kurzschluss ) hat nämlich in der Regel eine Verringerung der Wechselspannung Va des Wechselstromnetzes 21 zur Folge . Die erste Überwachungseinrichtung 411 ist in einem ersten Abschnitt 421 des Regelkreises angeordnet ; die zweite Überwachungseinrichtung 412 ist in einem zweiten Abschnitt 422 des Regelkreises angeordnet und die dritte Überwachungseinrichtung 413 ist in einem dritten Abschnitt 423 des Regelkreises angeordnet .
Wenn in dem Wechselstromnetz 21 kein Fehler auftritt , funktioniert der Regelkreis / die Regelung folgendermaßen : Mittels einer Messeinrichtung 407 wird die Gleichspannung Vd des Gleichstromnetzes 28 ( die zwischen dem ersten Gleichstromleiter 29 und dem zweiten Gleichstromleiter 30 anliegt ) unter Bildung von einem Gleichspannungsmesswert Vdc gemessen . Der Gleichspannungsmesswert Vdc wird mit einem Gleichspannungsreferenzwert Vdc* verglichen, es wird die Abweichung ( Di f ferenz ) zwischen dem Gleichspannungsreferenzwert Vdc*und dem Gleichspannungsmesswert Vdc gebildet . Diese Abweichung (Vdc* - Vdc ) wird einem Gleichspannungsregler 429 zugeführt . Wenn die Abweichung ( Di f ferenz ) zwischen dem Gleichspannungsreferenzwert Vdc* und dem Gleichspannungsmesswert Vdc größer als ein erlaubter Toleranzwert ( „Margin" ) ist , dann gibt der Gleichspannungsregler 429 einen Energiewandler-Referenzstrom Ichop* aus , der einem Modulator 431 zugeführt wird . Der Tole- ranzwert ( „Margin" ) kann dabei beispielsweise einem einstelligen Prozentwert einer Nominal-Gleichspannung Vdc_nom entsprechen . Der Gleichspannungsreferenzwert Vdc* stellt einen Sollwert für die Gleichspannung Vd ( Gleichspannungssollwert Vdc* ) dar .
Der Modulator 431 steuert daraufhin den Energiewandler 31 so an, dass ein dem Energiewandler-Referenzstrom Ichop* entsprechender Strom durch den Energiewandler 31 fließt und eine entsprechende Menge elektrischer Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird . Im Aus führungsbeispiel steuert der Modulator 431 den Energiewandler 31 derart an, dass so viele Energiewandlermodule 306 , 309 , 312 , 316 des Energiewandlers 31 mittels des elektronischen Schalters 322 eingeschaltet werden, dass ein dem Energiewandler-Referenzstrom Ichop* entsprechender Strom durch den Energiewandler 31 fließt .
Wenn in dem Wechselstromnetz 21 ein Fehler auftritt , dann erkennen die drei Überwachungseinrichtungen 411 , 412 und 413 diesen Fehler anhand des Spannungsabfalls der Wechselspannung des erstem Wechselstromnetzes und geben ein Fehlersignal 435 aus . Dieses Fehlersignal 435 wird in dem ersten Abschnitt 421 , in dem zweiten Abschnitt 422 und in dem dritten Abschnitt 423 genutzt .
Mittels des ersten Abschnitts 421 wird erreicht , dass der von dem Gleichspannungsregler 429 ausgegebene Energiewandler- Referenzstrom Ichop* nur dann zu dem Modulator 431 übertragen wird, wenn das Fehlersignal 435 vorliegt , d . h . wenn in dem Wechselstromnetz 21 ein Fehler aufgetreten ist . Dies wird mittels einer ersten Signal-Auswahlvorrichtung 434 erreicht , die mittels des Fehlersignals 435 angesteuert wird . Wenn das Fehlersignal 435 aktiv ist ( Fehlersignal=l ) , dann leitet die Signal-Auswahlvorrichtung 434 den von dem Gleichspannungsregler 429 ausgegebenen Energiewandler-Referenzstrom Ichop* zu dem Modulator 431 weiter . Wenn das Fehlersignal 435 inaktiv ist ( Fehlersignal=O ) , dann wird der Energiewandler-Referenzstrom Ichop* auf Null gesetzt ( lchop*=0 ) , woraufhin der Modu- lator den Energiewandler 31 so ansteuert , dass der Energiewandler keine Energiewandlung vornimmt ( alle Energiewandlermodule werden mittels des elektronischen Schalters 322 ausgeschaltet ) . Dadurch wird sichergestellt , dass der Energiewandler eines Terminals (hier : des ersten Terminals 11 ) nur dann aktiviert wird und eine Energiewandlung vornimmt , wenn in dem an dieses Terminal angeschlossenen Wechselstromnetz 21 ein Fehler auftritt . Im Aus führungsbeispiel wird also der Energiewandler 31 nur dann aktiviert und nimmt nur dann eine Energiewandlung vor, wenn in dem an das erste Terminal 11 angeschlossenen ersten Wechselstromnetz 21 ein Fehler auftritt .
Im Aus führungsbeispiel wird der erste Anteil an elektrischer Energie ( 400 MW) von dem zweiten Terminal 12 zu dem ersten Terminal 11 übertragen . Aufgrund des Fehlers in dem ersten Wechselstromnetz 21 kann der erste Anteil an elektrischer Energie j edoch nicht zu dem ersten Wechselstromnetz 21 weiter übertragen werden . Dieser erste Anteil würde zu einer Erhöhung der Gleichspannung Vd in dem Gleichstromnetz 28 führen, was auch unerwünschte Auswirkungen auf das zweite Wechselstromnetz 44 hätte . Jedoch wird der erste Anteil an elektrischer Energie ( 400 MW) mittels des Energiewandlers 31 in Wärme umgewandelt , so dass die Auswirkungen auf das zweite Wechselstromnetz 44 reduziert werden .
Mittels des zweiten Abschnitts 422 wird erreicht , dass der erlaubte Toleranzwert ( „Margin" ) nur dann verwendet wird, wenn, wenn das Fehlersignal 435 inaktiv ist ( Fehlersignal=O ) , d . h . wenn in dem Wechselstromnetz 21 kein Fehler aufgetreten ist . Dies wird mittels einer zweiten Signal-Auswahlvorrichtung 439 erreicht , die mittels des Fehlersignals 435 angesteuert wird . Wenn das Fehlersignal 435 aktiv ist ( Fehlersig- nal=l ) , dann wird der Toleranzwert ( „Margin" ) auf Null gesetzt (Margin=0 ) . Wenn das Fehlersignal 435 inaktiv ist ( Feh- lersignal=0 ) , dann wird der vorbestimmte Toleranzwert ( „Margin" ) verwendet . Im dritten Abschnitt 423 werden fortlaufend Informationen über den j eweils gemessenen Gleichspannungsmesswert Vdc für eine vorbestimmte Zeitdauer in einer Speichereinrichtung 410 zwischengespeichert . Wenn das Fehlersignal 435 inaktiv ist ( Fehlersignal=O ) , dann wird mittels einer dritten Signal- Auswahlvorrichtung 445 der Nominal-Gleichspannungswert Vdc_nom zu dem Gleichspannungsregler 429 weitergeleitet . Wenn j edoch in dem Wechselstromnetz 21 ein Fehler aufgetreten ist , wenn also das Fehlersignal 435 aktiv ist ( Fehlersignal=l ) , dann leitet die dritte Signal-Auswahlvorrichtung 445 anstelle des Nominal-Gleichspannungswerts Vdc_nom den gespeicherten Gleichspannungsmesswert Vdc_filt zu dem Gleichspannungsregler 429 weiter . Dies hat zur Folge , dass im Falle eines Fehlers in dem Wechselstromnetz 21 derj enige Gleichspannungswert Vd, die vor Eintritt des Fehlers vorlag, auch nach Eintritt des Fehlers als Nominal-Gleichspannungswert für den Gleichspannungsregler 429 verwendet wird . Im Aus führungsbeispiel ist die Speichereinrichtung 410 als ein Verzögerungsglieds , insbesondere als ein Verzögerungsglied erster Ordnung, ausgestaltet . Dieses Verzögerungsglied stellt ein Mess filter dar .
Wenn in dem Wechselstromnetz 21 ein Fehler aufgetreten ist , dann wird also der gefilterte Gleichspannungsmesswert Vdc_filt ( also der zwischengespeicherte Gleichspannungsmesswert Vdc_filt ) als Nominal-Gleichspannungswert für den Gleichspannungsregler 429 verwendet . Die Zeitkonstante des Verzögerungsglieds ( die der vorbestimmten Zeitdauer der Zwischenspeicherung entspricht ) kann dabei beispielsweise zwischen 0 , 5 s und 10 s betragen, vorzugsweise zwischen 1 s und 5 s . Ein möglicher Wert wäre zum Beispiel 2 s . In anderen Aus führungsbeispielen kann die Speichereinrichtung 410 aber auch anders ausgestaltet sein, beispielsweise als eine Speicherzelle oder als ein Schieberegister .
Bei dem Verfahren wird also mittels einer Messeinrichtung 407 die Gleichspannung Vd des Gleichstromnetzes 28 ( die zwischen dem ersten Gleichstromleiter 29 und dem zweiten Gleichstrom- leiter 30 anliegt ) unter Bildung von Gleichspannungsmesswer- ten Vdc gemessen . Die Gleichspannungsmesswerte Vdc werden der Speichereinrichtung 410 zugeführt . Die Speichereinrichtung 410 speichert Informationen über die Gleichspannungsmesswerte Vdc für eine vorbestimmte Zeitdauer . Durch die Speichereinrichtung 410 wird erreicht , dass bei Auftreten des Fehlers Informationen verfügbar sind über mindestens einen Gleichspannungsmesswert Vdc, der vor Auftreten des Fehlers vorlag . Im Fehlerfall , also nach Auftreten des Fehlers , wird ein gespeicherter Gleichspannungsmesswert Vdc_filt als Nominal- Gleichspannungswert für den Gleichspannungsregler 429 verwendet . Dadurch regelt der Gleichspannungsregler 429 die Gleichspannung Vd auf den Wert , der vor Auftreten des Fehlers vorlag . Die Gleichspannung Vd ist eine elektrische Größe , welche das erste Wechselstromnetz 21 mit dem zweiten Wechselstromnetz 44 koppelt , vergleiche Figur 1 . Dadurch, dass die Gleichspannung Vd nach Fehlereintritt mittels des Gleichspannungsreglers 429 wieder auf den Wert geregelt wird, den sie vor Auftreten des Fehlers hatte , sind die Auswirkungen des Fehlers im ersten Wechselstromnetz 21 auf das zweite Wechselstromnetz 44 vergleichsweise gering . Das zweite Wechselstromnetz 44 wird also bezüglich der Fehlerauswirkungen von dem ersten Wechselstromnetz 21 entkoppelt .
Das im Zusammenhang mit Figur 4 beschriebene Regelungsverfahren ist insbesondere unabhängig von dem oben erwähnten ersten Regelungsverfahren und dem zweiten Regelungsverfahren . Das im Zusammenhang mit Figur 4 beschriebene Regelungsverfahren kann insbesondere als eine Regelung für den Energiewandler realisiert sein .
In Figur 5 ist noch einmal ein beispielhafter Verfahrensablauf in Form eines Ablaufplans dargestellt . Dabei laufen die Verfahrensschritte 510 bis 550 ab .
Verfahrensschritt 510 :
Fortlaufendes (wiederholtes ) Messen der an dem Gleichspannungsanschluss 25 des Terminals 11 auftretenden Gleichspannung Vd unter Bildung eines Gleichspannungsmesswerts Vdc Verfahrensschritt 520 :
Zwischenspeichern von Informationen über den j eweiligen Gleichspannungsmesswert Vdc für eine vorbestimmte Zeitdauer
Verfahrensschritt 530 :
Erkennen des Auftretens eines Fehlers in dem Wechselstromnetz 21
Verfahrensschritt 540 :
Verwenden eines vor dem Auftreten des Fehlers gemessenen und zwischengespeicherten Gleichspannungsmesswerts Vdc_filt als Sollwert für einen Gleichspannungsregler 429
Verfahrensschritt 550 :
Regeln der an dem Gleichspannungsanschluss 25 auftretenden Gleichspannung Vd auf den Sollwert (mittels des Gleichspannungsreglers 429 )
Es wurde der Fall beschrieben, dass in dem ersten Wechselstromnetz 21 ein Fehler auftritt und dass die Auswirkungen dieses Fehlers mittels des ersten Terminals 11 ( d . h . mittels des Terminals , an das das fehlerbehaftete erste Wechselstromnetz 21 angeschlossen ist ) reduziert werden . Dazu wird der Energiewandler 31 dieses ersten Terminals 11 und die Regelung für diesen Energiewandler 31 , die insbesondere auch im ersten Terminal 11 ausgeführt wird, genutzt . Der weitere Energiewandler 48 des vierten Terminals 14 und die Regelung für diesen weiteren Energiewandler 48 , die insbesondere auch im vierten Terminal 14 angeordnet sein kann, werden nicht zur Fehlerbehandlung eingesetzt .
Wenn in einem anderen Aus führungsbeispiel der Fehler in dem zweiten Wechselstromnetz 44 auftritt , dann läuft das beschriebene Verfahren gleichartig mit dem weiteren Energiewandler 48 des vierten Terminals 14 und mit der Regelung für diesen weiteren Energiewandler 48 ab . Bezüglich des weiteren Energiewandlers 48 und der zugehörigen Regelung ist also das vierte Terminal 14 gleichartig ausgestaltet wie das erste Terminal 11 .
Es wurde ein Verfahren und ein Terminal eines Multiterminal- Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystems beschrieben, mit denen bei Auftreten eines Fehlers in einem Wechselstromnetz , das an das Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungssystem angeschlossen ist , die Auswirkungen des Fehlers auf ein anderes angeschlossenes Wechselstromnetz geringgehalten werden können . Dies erfolgt durch eine Zwischenspeicherung von Informationen über fortlaufend gemessene Gleichspannungsmesswerte für die Zeit nach dem potenziellen Auftreten eines Fehlers . Im Fehlerfall wird mittels der zwischengespeicherten Informationen die Gleichspannung auf den Wert geregelt , der vor Auftreten des Fehlers vorlag .
Be zugs Zeichen
I Multi terminal -Hochspannungs -Gleichstrom-Übertragungssystem
I I erstes Terminal
12 zweites Terminal
13 drittes Terminal
14 viertes Terminal
17 Wechselspannungsanschluss 21 erstes Wechselstromnetz
25 Gleichspannungsanschluss
28 Gleichstromnetz
29 ersten Gleichstromleiter
30 zweiter Gleichstromleiter
31 Energiewandler
34 Widerstandselement 39 Stromrichter 44 zweites Wechselstromnetz 48 weiterer Energiewandler
52 weiterer Stromrichter
58 erster Windpark 60 zweiter Windpark
303 Drosselspule 306 erstes Energiewandlermodul 309 zweites Energiewandlermodul 312 drittes Energiewandlermodul 316 viertes Energiewandlermodul 322 elektronischer Schalter
401 Regelkreis 404 Messwandler
411 erste Überwachungseinrichtung
412 zweite Überwachungseinrichtung
413 dritte Überwachungseinrichtung
421 erster Abschnitt
422 zweiter Abschnitt
423 dritter Abschnitt 429 Gleichspannungsregler
431 Modulator
435 Fehlersignal
434 erste Signal-Auswahlvorrichtung 439 zweite Signal-Auswahlvorrichtung
445 dritte Signal-Auswahlvorrichtung
AC1 erste Wechselstromquelle
AG 2 zweite Wechselstromquelle Va Wechsel Spannung
Vd Gleichspannung
Vac Wechsel spannungsmess wert
Vdc Gleichspannungsmesswert
Zgridl erste Netzimpedanz Zgrid2 zweite Netzimpedanz

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Fehlerbehandlung bei einem Terminal (11) eines Multi terminal -Hochspannungs -Gleichstrom-Übertragungssystems (1) , wobei
- das Terminal (11) einen Wechselspannungsanschluss (17) und einen Gleichspannungsanschluss (25) aufweist,
- der Wechselspannungsanschluss (17) mit einem Wechselstromnetz (21) verbunden ist und der Gleichspannungsanschluss (25) mit einem Gleichstromnetz (28) des Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystems (1) verbunden ist,
- das Terminal (11) einen Stromrichter (39) aufweist, der ausgestaltet ist zur Wandlung von Gleichstrom des Gleichstromnetzes (28) in Wechselstrom des Wechselstromnetzes (21) und/oder umgekehrt, und
- das Terminal (11) einen Energiewandler (31) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie aufweist, wobei bei dem Verfahren
- fortlaufend die an dem Gleichspannungsanschluss (25) des Terminals (11) auftretende Gleichspannung (Vd) unter Bildung eines Gleichspannungsmesswerts (Vdc) gemessen wird und Informationen über diesen Gleichspannungsmesswert (Vdc) jeweils für eine vorbestimmte Zeitdauer zwischengespeichert werden, und
- bei Auftreten eines Fehlers in dem Wechselstromnetz (21) ein vor dem Auftreten des Fehlers gemessener Gleichspannungsmesswert als Sollwert für einen Gleichspannungsregler (429) verwendet wird und mittels des Gleichspannungsreglers (429) die an dem Gleichspannungsanschluss (25) auftretende Gleichspannung (Vd) auf diesen Sollwert geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- die an dem Gleichspannungsanschluss (25) auftretende Gleichspannung (Vd) auf den Sollwert geregelt wird, indem der Energiewandler (31) so angesteuert wird, dass der Energiewandler (31) aus dem Gleichstromnetz (28) zu dem Terminal
(11) übertragene elektrische Energie in Wärme umwandelt, falls solche elektrische Energie zu dem Terminal (11) übertragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- nur dann mittels des Gleichspannungsreglers (429) die an dem Gleichspannungsanschluss (25) auftretende Gleichspannung auf den Sollwert geregelt wird, wenn das Wechselstromnetz (21) , in dem der Fehler auftritt, ein Wechselstromnetz ist, in das über den Wechselspannungsanschluss (17) elektrische Energie eingespeist oder aus dem über den Wechselspannungsanschluss (17) elektrische Energie entnommen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Höhe der Wechselspannung (Va) an dem Wechselspannungsanschluss (17) überwacht wird und das Auftreten des Fehlers in dem Wechselstromnetz (21) erkannt wird, wenn die Höhe der Wechselspannung einen vorbestimmten Wert unterschreitet.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die vorbestimmte Zeitdauer zwischen 0,5 s und 10 s beträgt, insbesondere zwischen 1 s und 5 s.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Informationen über den Gleichspannungsmesswert jeweils für die vorbestimmte Zeitdauer zwischengespeichert werden mittels eines Verzögerungsglieds (410) , insbesondere eines Verzögerungsglieds erster Ordnung.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Energiewandler (31) mehrere Energiewandlermodule (306, 309, 312, 316) aufweist, wobei jedes der Energiewandlermodule (306, 309, 312, 316) einen elektronischen Schalter (322) und ein elektrisches Widerstandselement (34) aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Wechselstromnetz (21) ein landseitiges Wechselstromnetz ist .
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- an das Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertra- gungssystem (1) eine Einheit (58, 60) zur Einspeisung von erneuerbarer Energie angeschlossen ist.
10. Terminal (11) eines Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystems (1) , wobei
- das Terminal (11) einen Wechselspannungsanschluss (17) und einen Gleichspannungsanschluss (25) aufweist,
- der Wechselspannungsanschluss (17) mit einem Wechselstromnetz (21) verbunden ist und der Gleichspannungsanschluss (25) mit einem Gleichstromnetz (28) des Multiterminal-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssystems (1) verbunden ist,
- das Terminal (11) einen Stromrichter (39) aufweist, der ausgestaltet ist zur Wandlung von Gleichstrom des Gleichstromnetzes (28) in Wechselstrom des Wechselstromnetzes (21) und/oder umgekehrt,
- das Terminal (11) einen Energiewandler (31) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie aufweist,
- das Terminal (11) eine Messeinrichtung (407) zum fortlaufenden Messen einer an dem Gleichspannungsanschluss (25) des Terminals (11) auftretenden Gleichspannung (Vd) unter Bildung eines Gleichspannungsmesswerts (Vdc) und eine Speichereinrichtung (410) zum Zwischenspeichern von Informationen über diesen Gleichspannungsmesswert (Vdc) für eine vorbestimmte Zeitdauer aufweist, und
- das Terminal (11) einen Gleichspannungsregler (429) aufweist, der ausgestaltet ist, bei Auftreten eines Fehlers in dem Wechselstromnetz (21) einen vor dem Auftreten des Fehlers gemessenen Gleichspannungsmesswert als Sollwert zu verwenden und die an dem Gleichspannungsanschluss (25) auftretende Gleichspannung (Vd) auf diesen Sollwert zu regeln.
11. Terminal nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Gleichspannungsregler (429) ausgestaltet ist, die an dem Gleichspannungsanschluss (25) auftretende Gleichspannung (Vd) auf den Sollwert zu regeln, indem der Gleichspannungsregler (429) den Energiewandler (31) so ansteuert, dass der Energiewandler (31) aus dem Gleichstromnetz (28) zu dem Terminal (11) übertragene elektrische Energie in Wärme umwandelt, falls solche elektrische Energie zu dem Terminal (11) übertragen wird.
12. Terminal nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Gleichspannungsregler (429) so ausgestaltet ist, dass er nur dann die an dem Gleichspannungsanschluss (25) auftretende Gleichspannung auf den Sollwert regelt, wenn das Wechselstromnetz (21) , in dem der Fehler auftritt, ein Wechselstromnetz (21) ist, in das über den Wechselspannungsanschluss (17) elektrische Energie eingespeist oder aus dem über den Wechselspannungsanschluss (17) elektrische Energie entnommen wird .
13. Terminal nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Terminal (11) eine Überwachungseinrichtung (411, 412, 413) aufweist, die so ausgestaltet ist, dass sie die Höhe der Wechselspannung (Va) an dem Wechselspannungsanschluss (17) überwacht und erkennt, wenn die Höhe der Wechselspannung einen vorbestimmten Wert unterschreitet.
14. Terminal nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Speichereinrichtung (410) ein Verzögerungsglied aufweist, insbesondere ein Verzögerungsglied erster Ordnung.
15. Terminal nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Energiewandler (31) mehrere Energiewandlermodule (306, 309, 312, 316) aufweist, wobei jedes der Energiewandlermodule (306, 309, 312, 316) einen elektronischen Schalter (322) und ein elektrisches Widerstandselement (34) aufweist.
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