CH651971A5 - Verfahren zum betrieb einer verbindungsanordnung zwischen zwei uebertragungsleitungen eines verbundnetzes. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRUCH Verfahren zum Betrieb einer Verbindungsanordnung zwischen zwei Übertragungsleitungen eines Verbundnetzes mittels eines mit der ersten Übertragungsleitung (6) verbundenen Wechselstrom-Gleichstrom-Umformers (8) und eines mit der zweiten Übertragungsleitung (7) verbundenen selbstgèfiihrten Wechselrichters (9), wobei Gleichstromanschlüsse des Wechselstrom-Gleichstrom-Umformers (8) und des selbstgeführten Wechselrichters (9) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung des selbstgeführten Wechselrichters (9) durch Steuerung der Gleichstrom-Ausgangsspannung des Wechselstrom-Gleichstrom-Umfor-mers (8) derart geändert wird, dass im Normalzustand nur die Blindleistung in die zweite Übertragungsleitung (7) eingespeist wird, während in einer Notsituation auch Wirkleistung von der ersten Übertragungsleitung (6) über den Wechsel-strom-Gleichstrom-Umformer (8) und den selbstgeführten Wechselrichter (9) in die zweite Übertragungsleitung (7) eingespeist wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Verbindungsanordnung zwischen zwei Übertragungsleitungen eines Verbundnetzes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei den herkömmlichen Verbindungsanordnungen dieser Art sind gleichstromseitig zwei Paare von netzgeführten Umformern in Reihe geschaltet, und die Steuerung dieser Umformer erfolgt durch Steuerung der Zündwinkel von Thyristoren. Der Leistungsfaktor dieser Umformer ist jedoch nicht sonderlich hoch, so dass während der Leistungsaufnahmeperiode etwa 60% Blindleistung, bezogen auf die umgeformte Wirkleistung, eingespeist werden. Wenn die Leistung nicht benötigt wird, so hat die Verbindungsanordnung keine Wirkung auf die Energieübertragung.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer herkömmlichen Verbindungsanordnung. Diese umfasst eine erste und eine zweite Übertragungsleitung 1 bzw. 2 sowie Umformer 3 und 4 mit Thyristorschaltungen und eine Glättungsdrossel 5 zur Beseitigung eines Brummstroms aufgrund der Differenz der Spannungswellenformen zwischen den Umformern 3 und 4. Bei der herkömmlichen Verbindungsanordnung führt die "Glättungsdrossel 5 auf der Gleichstromseite der Umformer 3 und 4 eine Glättung des Gleichstroms herbei, so dass man einen Wechselstrom mit Rechteckwellenform erhält. Durch diese Bauteile wird eine Umformerkombination vom Stromtyp gebildet. Bei dieser Verbindungsanordnung ergibt sich die übertragene Wirkleistung aus KEIa-cos a und die Blindleistung aus KEIa-sin a, wobei E die Spannung, Ia Strom und a den Zündwinkel des Thyristors sowie K eine Konstante bedeuten. Diese Leistungen werden jeweils in die Umformer eingespeist. Das Verhältnis der Blindleistung zur Wirkleistung hat den Wert sin 30°/cos 30° = 0,58 falls a 30° beträgt. Somit wird bei den herkömmlichen Übertragungsleitungen die Blindleistung vom System verzehrt. Es ist daher nachteiligerweise erforderlich, eine Phaseneinstellvorrichtung mit hoher Leistungskapazität zu verwenden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu überwinden und ein Verfahren zum Betrieb einer Verbindungsanordnung zwischen zwei Übertragungsleitungen eines Verbundnetzes zu schaffen, welches einen hohen Leistungsfaktor der Wirkleistung währen der Akkommodations-periode erzielen lässt, wobei die Verbindungsanordnung als Phaseneinstelleinrichtung verwendet werden kann, die während der Nicht-Akkommodationsperiode dazu befähigt ist, die Blindleistung einzuspeisen.

Die Lösung dieser Augabe geht aus dem Patentanspruch hervor.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltdiagramm einer herkömmlichen Verbindungsanordnung zwischen zwei Übertragungsleitungen eines Verbundnetzes,

Fig. 2 ein Schaltbild der Hauptschaltung der Verbindungsanordnung zur Erläuterung des erfindungsgemässen Betriebes.

Fig. 3 ein Schaltbild der Verbindungsanordnung zur Erläuterung der Arbeitsweise von Zusatzeinrichtungen,

Fig. 4 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des selbstgeführten Wechselrichters,

Fig 5a ein Vektordiagramm der Relationen des selbstgeführten Wechselrichters in einer herkömmlichen Verbindungsanordnung und

Fig. 5b, 5c und 5d Vektordiagramme der Relationen der selbstgeführten Wechselrichter beim erfindungsgemässen Verfahren zum Betreiben der Verbindungsanordnung.

Bei der Schaltung gemäss Fig. 2 sind eine erste und zweite Übertragungsleitung 6,7 vorgesehen sowie ein Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer 8 und ein selbstgeführter Wechselrichter 9 und schliesslich Transformatoren 10, 11, eine Wechselstromdrossel 12, welche auch durch die Streureaktanz des Transformators 11 ersetzt sein kann, eine Stromglättungsdros-sel 13 und einen Spannungs-Glättungs-Kondensator 14. In dem durch eine strichpunktierte Linie umgebene Wechsel-strom-Gleichstrom-Umformer 8 sind Thyristoren Cl, C2, C3, C4, C5 und C6 vorgesehen. Im selbstgeführten Wechselrichter 9, welcher ebenfalls durch eine strichpunktierte Linie angegeben ist, sind Haupttyristoren U, V, W, X, Y und Z vorgesehen, ferner Hilfsthytristoren AU, AV, AW, AX, AY und AZ für das Löschen der Hauptthyristoren; sowie Dioden DU, DV, DW, DX, DY und DZ für den Nebenschluss und Kommutierungs-Kondensatoren CU, CV und CW; und in Reihe mit diesen geschaltete Drosseln 1U, IV und 1W.

Der selbstgeführte Wechselrichter 9 kann eine Impuls-kommutierschaltung vom McMurray-Typ sein. Die in die Kondensatoren eingespeisten Ladungen für die zwangsmäs-sige Kommutierung werden durch das Zünden der Hilfsthyristoren AU, AV und AW entladen, wobei an die Hauptthyristoren U, V, W, X, Y und Z die Sperrspannung angelegt wird und diese somit gelöscht werden. Es ist bekannt, dass ein solcher selbstgeführter Wechselrichter ausgezeichnete Charakteristika aufweist, da die Kommutierung zwangsmässig erfolgt, ohne dass die Leitungsimpedanz oder die Frequenz beeinträchtigt wird, und zwar aufgrund der Wirkung der parallel zu den Hauptthyristoren U, V, W, X, Y und Z geschalteten Dioden DU, DV, DW, DX, DY und DZ.

Die Wechselrichterschaltung ist nicht auf die in Fig. 2 gezeigte Schaltung beschränkt, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann auch durch andere selbstgeführte Wechselrichterschaltungen vom Kommutierungstyp gelöst werden.

Anhand der Fig. 3 soll nun die Arbeitsweise der einzelnen Teile der erfindungsgemässen Verbindungsanordnung erläutert werden. Der selbstgeführte Wechselrichter 9 umfasst die Hilfsthyristoren für das Löschen der Hauptthyristoren, sowie die Kommutierungskondensatoren und die Drosseln, wie in Fig. 3 gezeigt. Zur Vereinfachung der Darstellung sind jedoch nur die für die Erläuterung benötigten Bauelemente in Fig. 3 dargestellt/In den Figuren 3 und 2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder sich entsprechende Bauteile.

Beim erfindungsgemässen Betrieb der Verbindungsschal-tungsanordndung zwischen zwei Übertragungsleitungen eines Verbundnetzes wird im Normalzustand nur eine Blindleistung in das Verbrauchernetz eingespeist. Da es jedoch vor5

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kommen kann, dass aus irgendwelchen Gründen im Verbrauchernetz die Wirkleistungsversorgung nicht mehr gewährleistet ist oder gänzlich zusammenbricht, soll auch die Möglichkeit bestehen, die entsprechende Wirkleistung zusammen mit einer Blindleistung vom Einspeisnetz über den Umrichter in das Verbrauchernetz zu übertragen. D.h., dass in einer Notsituation die Schaltungsanordnung auch so arbeiten kann, dass sie Wirkleistung zusammen mit der entsprechenden Blindleistung in das Verbrauchernetz einspeist.

Die Anschlüsse der zweiten Übertragungsleitung 7 sind mit R, S und T, die Anschlüsse des Transformators 11 auf der Seite der zweiten Übertragungsleitung mit RI, R2 und R3; die Anschlüsse des Transformators 11 auf der Seite des selbstgeführten Wechselrichters 9 mit A, B und C. Ferner ist ein Stromtransformator 15 vorgesehen sowie ein Spannungstransformator 16, eine Schaltung 17 zur Messung der Wirkleistung, eine Schaltung 18 zur Messung der Blindleistung, ein Steuertransformator 19 zur Ermittlung der Phase der Spannung in der Übertragunsleitung; sowie Zündschaltungen GU, GV, GW, GX, GY und GZ für die Thyristoren U, V, W, X, Y und Z im selbstgeführten Wechselrichter 9.

Der Hilfsthyristor AX für den Hauptthyristor X wird gleichzeitig mit der Zündung des Hauptthyristors U gezündet, wodurch der Hauptthyristor X gelöscht wird. Zur Vereinfachung sind diese Verhältnisse in Fig. 3 nicht berücksichtigt. In ähnlicher Weise wird der Hilfsthyristor AU für den Hauptthyristor U gleichzeitig mit der Zündung des Hauptthyristors X gezündet, wodurch der Hilfsthyristor U gelöscht wird. Eine erste Referenzsignalschaltung 20 erzeugt ein analoges Signal, sobald in einer Notsituation auch die Wirkleistung angepasst werden muss. Eine zweite Referenzsignalschaltung 21 erzeugt ein analoges Signal, wenn im Normalzustand die Blindleistung einsetzt. Schalter 22 und 23 dienen der Umschaltung von der Notbetriebsweise in die normale Betriebsweise und umgekehrt, d.h. der Umschaltung von der Betriebsweise mit Wirkleistungsumformung in die Betriebsweise mit Blindleistungseinspeisung und umgekehrt. In den Schaltern 22 und 23 sind Anschlüsse 01 und 02 vorgesehen, welche stets mit den beweglichen Schaltkontakten 22a, 23a verbunden sind. Anschluss PI und P2 dienen der Verbindung im Falle der Wirkleistungsumformung und Anschlüsse Q1 und Q2 dienen der Verbindung im Falle der Blindleistungseinspeisung. Ferner sind ein angepasster Verzweigungspunkt 24 für den Referenzwert und den gemessenen Wert der Wirkleistung vorgesehen, sowie ein Operationsverstärker 25 und ein angepasster Verzweigungspunkt 26 für den Referenzwert und den gemessenen Wert der Blindleistung sowie ein Operationsverstärker 27 und schliesslich eine Funktionsschaltung 28 zur Errechnung der Gleichspannung in Abhängigkeit von der Spannung auf der Übertragungsleitung im Falle der Wirkleistungsanpassung und der Phasendifferenz zwischen den Phasen der Übertragungsspannung und der Ausgangsspannung des selbstgeführten Wechselrichters 9. Ferner ist eine Gleichspan-nungs-Detektorschaltung 29 vorgesehen, sowie ein angepasster Verzweigungspunkt 30 für den Referenzwert und den gemessenen Wert der Gleichspannung, ein Operationsverstärker 31 und eine Zündschaltung 32 für das Zünden der Thyristoren des Wechselstrom-Gleichstrom-Umformers 8. Schliesslich sind Eingangssignalleitungen 33 für die Zündschaltung GU, GV, GW, GX, GY und GZ vorgesehen. Das Analogsignal ec der Eingangsignalleitungen 30 wird im folgenden anhand der Fig. 4 erläutert.

Das Diagramm in Fig. 4. erläutert die Arbeitsweise des selbstgeführten Wechselrichters. Fig. 4a zeigt die Zwischenphasenspannung der zweiten Übertragungsleitung 7. Fig. 4b zeigt die Arbeitsweise der Zündschaltung GU auf dem U-Zweig. Die Zündschaltung GU umfasst eine Vergleichsschaltung und eine Impulsgeneratorschaltung. Die Spannung

VR.T auf der Sekundärseite des Steuertransformators 19 und die Signalspannung ec auf der Eingangsleitung 33 der Regelschleife werden verglichen. Zur Zeit ti liegt gleiche Spannung vor, und nun wird das Zündsignal in den Thyristor U eingespeist.

Das Zündsignal hat eine Impulsbreite von 180°, wie in Fig. 4c gezeigt. Die Einspeisung beginnt im Zeitpunkt ti, welcher um einen PhasenwinkelS gegenüber dem Zeitpunkt to zu dem die R-T-Zwischenphasenspannung der Übertragungsleitung den Wert Null hat, voreilt. Die Impulsdiagramme d, e, f, g und h bezeichnen die Zündsignale für die Thyristoren X, V, Y, W und Z. Die Diagramme der Figuren 4i, j und k zeigen Spannungswellenformen des Transformators 11 auf der Wechselrichterseite und die Figuren 41,4m, 4n zeigen Spannungswellenformen des Transformators 11 auf der Seite der Übertragungsleitung.

Fig. 41 zeigt die Zwischenphasenspannung Ri — Ti des selbstgeführten Wechselrichters 9. Diese Zwischenphasenspannung eilt der Zwischenphasenspannung R-T auf der Übertragungsleitung um einen Phasenwinkel 5 vor. Der Phasenwinkel kann gegenüber der Spannung auf der Übertragungsleitung eine Voreilung oder Nacheilung bedeutende nach der Änderung der Referenzsignalspannung ec, welche in die Zündschaltung GU eingespeist wird.

Fig. 5 zeigt die Relationen des selbstgeführten Wechselrichters und der Übertragungsleitung. Das Bezugszeichen Es bezeichnet einen Vektor der Spannung in der zweiten Übertragungsleitung; Èc bezeichnet einen Vektor der Spannung, welche durch den selbstgeführten Wechselrichter 9 erzeugt wird. X bezeichnet die Induktivität der Wechselstromdrossel 12. Î bezeichnet einen Vektor des Stroms, welcher in die zweite Übertragungsleitung 7 eingespeist wird. Der Phasenwinkel 8 ist der Voreilungswinkel zwischen Ês und Èc und Èc bezeichnen die Spannungsamplituden der Vektoren Èx und Èc.

Der Strom Î, welcher in die Übertragungsleitung eingespeist wird, ergibt sich aus folgender Gleichung wobei î eine Effektivstromkomponente IR und eine Blindstromkomponente IL umfassst. Letztere ergeben sich aus folgenden Formeln:

IR = sin 6 (2)

IT = — (Es-Ec cos &) (3)

1j a

Die Wirkleistung und die Blindleistung, welche vom selbstgeführten Wechselrichter in die Übertragungsleitung eingespeist werden, sind mit P und Q bezeichnet. Sie ergeben sich aus folgenden Gleichungen:

n Es Ec . - tA»

p = —_— S111 g (4)

Q = ^--{Ex-Ec cos ö) (5)

Fig. 5a zeigt ein Vektordiagramm zur Veranschaulichung der Bedingungen der Einspeisung der Wirkleistung und der Blindleistung vom selbstgeführten Wechselrichter 9 in die zweite Übertragungsleitung 7. Der Verlust des Verbundsystems einschliesslich des Verlustes im selbstgeführten

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Wechselrichter 9 ist mit Po bezeichnet. Man muss insgesamt die Wirkleistung Po + P von der ersten Übertragungsleitung 6 in den Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer 8 einspeisen.

Fig. 5b veranschaulicht den Betrieb, bei dem lediglich die Wirkleistung in die zweite Übertragungsleitung 7 eingespeist wird. Zur Verwirklichung der Beziehung Q = Q muss die folgende Gleichung erfüllt sein:

Es=Ec cos 6

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Die Gleichung (4) wird nun eingesetzt, und man erhält die folgende Beziehung:

E2S

P = ~ tan 6

(7)

Man erkennt, dass lediglich die Wirkleistung in die zweite Übertragungsleitung 7 eingespeist wird, wenn man das System so steuert, dass die Gleichungen

6- tan"1(^-) Es

Ec

Es

Cosò

erfüllt sind, d.h. es wird nur die Leistung P bereitgestellt, welche in der zweiten Übertragungsleitung 7 benötigt wird.

Die Wechselrichterausgangsspannung Ec ergibt sich aus dem Anstieg der Zwischenphasenspannung des Umformers, welche in den Figuren 41,4m und 4n gezeigt ist, und zwar gemäss folgender Gleichung:

Ec = K Ed wobei Ed die Gleichstromspannung zwischen den Klemmen des Kondensators 14 bezeichnet und wobei K das Windungszahlenverhältnis des Transformators 11 bezeichnet.

Der Wert 5, welcher sich aus Gleichung (8) ergibt, wird gemäss Fig. 3 durch die Steuereinrichtung 25 eingestellt. Das Signal des Operationsverstärkers 25 und das Spannungssignal, welches durch den Wandler 16 ermittelt wird, werden in die Funktionsschaltung 28 eingespeist, in der die Gleichung (9) errechnet wird. Die Gleichspannung wird derart geregelt, dass der errechnete Wert erhalten wird. Unter dieser Bedingung wird nur die Wirkleistung P in die zweite Übertragungs-5 leitung 7 eingespeist. Aufgrund dieser Regelung absorbiert der Wechselstsrom-Gleichstrom-Umformer 8 die Wirkleistung Po + P einschliesslich des Verlustes Po der Verbindungsanordnung aus der ersten Übertragungsleitung 6.

Die Figuren 5c und 5d veranschaulichen den Betrieb der io Verbindungsanordnung als Phaseneinstellsystem, wenn die Wirkleistung in der zweiten Übertragungsleitung 7 nicht benötigt wird. Der Schalter 22 weist einen geerdeten Kontakt Çh auf. Die Spannung ec auf der Signalleitung 33 hat den Wert Null und der Vektor Èc der im selbstgeführten Wechsel-15 richter 9 erzeugten Spannung hat die gleiche Phase wie der Vektor Ès der Spannung auf der Übertragungsleitung. Wenn Ec grösser ist als Es, wie dies in Fig. 5c dargestellt ist, so wird der Voreilungsphasenstrom in die zweite Übertragungsleitung 7, eingespeist und die Verbindungsanordnung wirkt als Dros-20 sei. Wenn für Gleichung 5 8 = 0 gilt, so ist die folgende Gleichung erfüllt:

Ec " Es - ls Q

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Im praktischen Betrieb wird der Regelkreis durch die Steuerelemente 26 und 27 der Fig. 3 gebildet, und die Gleichspannung Ed wird durch den Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer 8 gesteuert, und die Blindleistung Q wird in die zweite Übertragungsleitung 7 eingespeist. Somit muss lediglich die Leistung für den Verlust Po der Verbindungsanordnung von der ersten Übertragungsleitung 6 eingespeist werden, derart, dass die Gleichspannung Ed aufrechterhalten bleibt. Eine Wirkleistung entsprechend 2 bis 3% der erforder-35 liehen Blindleistung Q wird durch den Wechselstrom-Gleich-strom-Umformer 8 eingespeist.

Die erste Übertragungsleitung ist daher mit der zweiten Übertragungsleitung über einen Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer und einen Wechselrichter vom Selbsterregertyp 40 verbunden. Im Normalzustand wird die Blindleistung von der ersten Übertragungsleitung in die zweite Übertragungsleitung eingespeist, während in einer Notsituation auch Wirkleistung von der ersten Übertragungsleitung in die zweite Übertragungsleitung eingespeist wird. Man erzielt daher während der 45 Anpassung der Wirkleistung einen hohen Leistungsfaktor. Die Verbindungsanordnung arbeitet während der Periode der Nicht-Anpassung der Wirkleistung als Phasensteuersystem für die Einspeisung von Blindleistung. Auf diese Weise erzielt man eine äusserst effektive Verbindungsanordnung.

3 Blatt Zeichnungen