DE102020212305B4

DE102020212305B4 - Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage und deren Verwendung sowie Verfahren zum Schalten von Gleichspannungen

Info

Publication number: DE102020212305B4
Application number: DE102020212305.5A
Authority: DE
Inventors: Lutz-Rüdiger Jänicke
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2022-05-05
Anticipated expiration: 2040-10-01
Also published as: CN116420291A; WO2022069187A1; DE102020212305A1; EP4200949A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage (1) und deren Verwendung sowie ein Verfahren zum Schalten von Gleichspannungen im Hochspannungsbereich, mit wenigstens einer Sammelschiene (3) für Lastströme und mit wenigstens einer Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall, sowie mit wenigstens zwei abgehenden Leitungen (4, 5, 6, 7), wobei wenigstens ein Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter (8) umfasst ist. Wenigstens zwei Kommutierungsschalter (9) sind von der Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage (1) umfasst, welche jeweils zwischen der wenigstens einen Sammelschiene (3) für Lastströme und wenigstens einer abgehenden Leitung (4, 5, 6, 7) geschaltet sind, und wenigstens zwei Kommutierungsschalter (10) sind umfasst, welche jeweils zwischen der wenigstens einen Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall und wenigstens einer abgehenden Leitung (4, 5, 6, 7) geschaltet sind, wobei der wenigstens eine Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter (8) zwischen der wenigstens einen Sammelschiene (3) für Lastströme und der wenigstens einen Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall geschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage und deren Verwendung sowie ein Verfahren zum Schalten von Gleichspannungen im Hochspannungsbereich, mit wenigstens einer Sammelschiene für Lastströme und mit wenigstens einer Sammelschiene für Ströme im Fehlerfall, sowie mit wenigstens zwei abgehenden Leitungen, wobei ein Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter umfasst ist.
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsnetze, d. h. HGÜ-Netze, werden für die Übertragung großer elektrischer Leistungen, z. B. bis zu einigen Gigawatt, bei Spannungen von bis zu 1100 kV Gleichspannung und Strömen im kA-Bereich verwendet. Dabei ist eine Übertragung über große Strecken, z. B. bis zu tausenden Kilometern, mit geringen elektrischen Verlusten möglich. Im Gegensatz zu dreiphasigen Wechselstrom-Netzen, welche wenigstens drei elektrische Leiter benötigen, sind bei Gleichstrom-Netzen nur zwei Leiter, in Verbindung mit der Erde sogar nur ein Leiter zur Energieübertragung notwendig. HGÜ-Leitungen können wesentlich mehr Leistung übertragen als Wechselstromsysteme, weshalb bei gleicher Leistung HGÜ-Trassen wesentlich schmaler ausgelegt werden können. HGÜ-Leitungen sind nicht nur gut geeignet als Freiland-Leitungen hohe Leistungen zu übertragen, sondern können vorteilhaft auch in Unterwasserkabeln eingesetzt werden. Damit sind z. B. Offshore-Windanlagen an die Stromnetze an Land anschließbar. Über Hochspannungs-Gleichstrom-Leitungen sind auch asynchrone Netze und Netze mit unterschiedlichen Frequenzen verbindbar.
Um Hochspannungs-Gleichstrom-Netze zu betreiben, ist ein Schalten, insbesondere ein Zu- und Abschalten von einzelnen elektrischen Leitungen notwendig. Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlagen, welche Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter umfassen und z. B. aus der WO 2014/ 090 316 A1 bekannt sind, sind ausgebildet mehrere elektrische Leitungen einzeln zu schalten, d. h. die gleiche Zahl an Leitungen zu schalten wie Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter von der Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage umfasst sind. Die zum Schalten notwendigen Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter sind derzeit noch nicht kommerziell verfügbar. Bisher sind diese nur als Prototypen in verschiedenen Versuchsanlagen aufgebaut. Aufgrund der technischen Anforderungen an die Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter, wie z. B. eine hohe Spannungsfestigkeit, eine hohe Stromtragfähigkeit und eine hohe Stromschaltfähigkeit sowie eine hohe Schaltgeschwindigkeit, sind die Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter sehr groß, insbesondere in der Dimension einer Halle, aufwendig herstellbar und teuer.
In Hochspannungs-Gleichstrom-Netzen ist ein Schalten von mehreren elektrischen Leitungen, insbesondere einzeln notwendig, z. B. im Fehlerfall einzelner Leitungen. Aus dem Stand der Technik bekannte Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlagen umfassen zu diesem Zweck mehrere Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter, d. h. mindestens einen Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter für jede zu schaltende Leitung. Dadurch sind große, verzweigte Hochspannungs-Gleichstrom-Netze technisch schwierig ausführbar, aufwendig und kostenintensiv. Notwendige Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlagen zum Schalten von mehreren insbesondere abgehenden Gleichstrom-Leitungen, mit jeweils wenigstens einem Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter für jede Leitung, sind platzaufwendig, teuer, und technisch schwer umsetzbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage und deren Verwendung sowie ein Verfahren zum Schalten von Gleichspannungen im Hochspannungsbereich, insbesondere in einer zuvor beschriebenen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage, anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen. Insbesondere ist es Aufgabe eine Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage anzugeben, welche platzsparend, technisch einfach und kostengünstig aufgebaut ist, und mehrere elektrische Gleichstrom-Leitungen einzeln schalten kann, insbesondere im Fehlerfall.
Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, einem Verfahren zum Schalten von Gleichspannungen im Hochspannungsbereich in einer zuvor beschriebenen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage, gemäß Patentanspruch 6 sowie einer Verwendung der zuvor beschriebenen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage gemäß Patentanspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schalten von Gleichspannungen im Hochspannungsbereich in einer zuvor beschriebenen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage, sowie der erfindungsgemäßen Verwendung der zuvor beschriebenen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage, sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage umfasst wenigstens eine Sammelschiene für Laststrom bzw. Lastströme und wenigstens eine Sammelschiene für Strom bzw. Ströme im Fehlerfall, sowie wenigstens zwei abgehenden Leitungen. Wenigstens ein Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter ist von der Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage umfasst. Wenigstens zwei Kommutierungsschalter sind umfasst, welche jeweils zwischen der wenigstens einen Sammelschiene für Lastströme und wenigstens einer abgehenden Leitung geschaltet sind, und wenigstens zwei Kommutierungsschalter sind umfasst, welche jeweils zwischen der wenigstens einen Sammelschiene für Ströme im Fehlerfall und wenigstens einer abgehenden Leitung geschaltet sind. Der wenigstens eine Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter ist zwischen der wenigstens einen Sammelschiene für Lastströme und der wenigstens einen Sammelschiene für Ströme im Fehlerfall geschaltet.
Durch den zuvor beschriebenen Aufbau der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage können mehrere elektrische Gleichstrom-Leitungen einzeln geschaltet werden, bei Verwendung von nur wenigen Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschaltern, insbesondere von nur einem Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter. Der insbesondere eine in die Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage installierter Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter wird insbesondere im Falle eines Fehlers auf einer Leitung über verschiedene Hilfsschaltgeräte in den zu schaltenden Strompfad geschaltet und kann dann dort den Strom, insbesondere den Fehlerstrom abschalten. Dadurch ist eine platzsparende, technisch einfache und kostengünstige Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage angegeben, welche ausgebildet ist zum insbesondere einzelnen Schalten von mehreren elektrischen Gleichstrom-Leitungen. Die zusätzlich benötigten Kommutierungsschalter sind deutlich kleiner und kostengünstiger als entsprechende Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter, wodurch der beschriebene Aufbau der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage schon bei nur zwei Leitungen Kostenvorteile aufweist, welche bei mehr Leitungen zunehmen. Die erfindungsgemäße Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage ist leicht und kostengünstig, mit wenig Raumverbrauch skalierbar. Im Gegensatz dazu erfordert die Alternative, bekannt aus dem Stand der Technik, je Leitung bzw. je abgehender elektrischer Gleichstrom-Leitung einen Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter zu verwenden, was mit hohen Kosten pro Leitung, hohem Platzaufwand und hoher Komplexität verbunden ist.
Der wenigstens eine Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter und wenigstens ein Kommutierungsschalter können parallel zwischen der wenigstens einen Sammelschiene für Lastströme und der wenigstens einen Sammelschiene für Ströme im Fehlerfall geschaltet sein. Dadurch ist eine Stromversorgung der wenigstens einen Sammelschiene für Ströme im Fehlerfall beim Schalten der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage über die wenigstens eine Sammelschiene für Lastströme möglich.
Genau ein Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter kann von der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage umfasst sein. Damit sind die zuvor genannten Vorteile besonders ausgeprägt umgesetzt. Die Verwendung nur eines Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalters für mehrere Leitungen führt zu einer starken Reduktion von Kosten, Raum und Komplexität.
Die Anzahl der Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter, welche von der Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage umfasst sein können, kann geringer sein als die Anzahl der abgehenden Leitungen. Damit sind die zuvor genannten Vorteile möglich. Die Verwendung von Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschaltern in einer Anzahl, welche kleiner ist als die Anzahl abgehender Leitungen, welche umfasst sind, führt zu einer Reduktion von Kosten, Raum und Komplexität.
Die Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage kann ausgebildet sein, Spannungen im Bereich von bis zu 1100 kV Gleichspannung und/oder Ströme im Bereich von bis zu einigen Kiloampere zu schalten. Insbesondere Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter für hohe Spannungsebenen, insbesondere für Spannungen im Bereich von bis zu 1100 kV und/oder Strömen im Bereich von bis zu einigen Kiloampere, sind technisch schwer umsetzbar, teuer, komplex und verbrauchen viel Raum. Somit sind für Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlagen, welche ausgebildet sind Spannungen im Bereich von bis zu 1100 kV zu schalten und/oder Ströme im Kiloamperebereich zu schalten, und welche geeignete Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter verwenden müssen, die zuvor beschriebenen Vorteile besonders ausgeprägt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Schalten von Gleichspannungen im Hochspannungsbereich in einer zuvor beschriebenen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage, umfasst, dass im Normalbetrieb, bei Lastfluss auf wenigstens zwei abgehenden Leitungen wenigstens zwei Kommutierungsschalter im eingeschalteten Zustand verwendet werden, wobei jeder der Kommutierungsschalter zwischen der wenigstens einen Sammelschiene für Ströme im Fehlerfall und jeweils einer abgehenden Leitung verwendet wird, und wenigstens zwei Kommutierungsschalter im eingeschalteten Zustand verwendet werden, wobei jeder der Kommutierungsschalter zwischen der wenigstens einen Sammelschiene für Lastströme und jeweils einer abgehenden Leitung verwendet wird, und ein Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter zwischen der wenigstens einen Sammelschiene für Lastströme und der wenigstens einer Sammelschiene für Ströme im Fehlerfall im ausgeschalteten Zustand verwendet wird, und insbesondere ein Kommutierungsschalter zwischen wenigstens einer Sammelschiene für Lastströme und wenigstens einer Sammelschiene für Ströme im Fehlerfall im eingeschalteten Zustand verwendet wird.
Insbesondere im Falle eines Fehlers auf wenigstens einer Leitung kann der Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter zwischen der wenigstens einen Sammelschiene für Lastströme und der wenigstens einer Sammelschiene für Ströme im Fehlerfall eingeschaltet werden, und alle Kommutierungsschalter zwischen der wenigstens einen Sammelschiene für Ströme im Fehlerfall und den abgehenden Leitungen, welche nicht fehlerbehaftet sind, können ausgeschaltet werden, und alle Kommutierungsschalter zwischen der wenigstens einen Sammelschiene für Lastströme und den abgehenden Leitungen, welche fehlerbehaftet sind, können ausgeschaltet werden, und insbesondere der Kommutierungsschalter zwischen der wenigstens einen Sammelschiene für Lastströme und der wenigstens einen Sammelschiene für Ströme im Fehlerfall kann ausgeschaltet werden.
Der Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter zwischen der wenigstens einen Sammelschiene für Lastströme und der wenigstens einen Sammelschiene für Ströme im Fehlerfall kann in einem darauffolgenden Schritt ausgeschaltet werden, insbesondere sobald alle abgehenden Leitungen, welche fehlerbehaftet sind, ausschließlich über die wenigstens eine Sammelschiene für Ströme im Fehlerfall elektrisch versorgt werden, und alle abgehenden Leitungen, welche nicht fehlerbehaftet sind, ausschließlich über die wenigstens eine Sammelschiene für Lastströme elektrisch versorgt werden.
Mit und/oder nach Abschaltung des Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalters können alle abgehenden Leitungen, welche fehlerbehaftet sind, abgeschaltet werden, insbesondere über die Sammelschiene für Ströme im Fehlerfall.
Die zuvor beschriebenen Schritte des Schaltens können insbesondere in der angegebenen Reihenfolge erfolgen. Dadurch ist ein sicheres, fehlerfreies Abschalten von fehlerbehafteten Leitungen mit nur einem und/oder wenigen Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschaltern möglich, d. h. mit weniger Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschaltern als abgehende Leitungen vorhanden sind.
Genau ein Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter kann zum Schalten von wenigstens zwei, insbesondere drei und mehr abgehenden Leitungen verwendet werden. Damit ist ein Schalten, insbesondere ein Abschalten fehlerhafter bzw. fehlerbehafteter Leitungen besonders einfach und kostengünstig möglich, mit einer räumlich wenig Platz verbrauchenden Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage.
Der Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter kann zum Abschalten eines Fehlers auf wenigstens einer, insbesondere mehr als einer der abgehenden Leitungen verwendet werden. Dabei können die einzelnen Leitungen mit Fehlern, insbesondere alle Leitungen mit Fehlern, einzeln oder gleichzeitig abgeschaltet werden.
Eine erfindungsgemäße Verwendung einer zuvor beschriebenen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage kann umfassen, dass Fehler auf Gleichstromleitungen in einem Gleichstromnetz abgeschaltet werden, und Leitungen ohne Fehler in dem Gleichstromnetz eingeschaltet bleiben, insbesondere unter Verwendung von genau einem Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schalten von Gleichspannungen im Hochspannungsbereich in einer zuvor beschriebenen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage, gemäß Anspruch 6 sowie der erfindungsgemäßen Verwendung der zuvor beschriebenen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage gemäß Anspruch 13 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage gemäß Anspruch 1 und umgekehrt.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in den 1 bis 4 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigen die

1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage 1, mit einer Sammelschiene 3 für Lastströme und mit einer Sammelschiene 2 für Ströme im Fehlerfall sowie mit vier abgehenden Leitungen 4, 5, 6, 7, wobei ein Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter 8 und Kommutierungsschalter 9, 10, 11 umfasst sind, zum Schalten der abgehenden Leitungen 4, 5, 6, 7, und die
2 zeigt das Schaltbild der Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage 1 der 1, mit den zugehörigen Schalterstellungen 8, 9, 10, 11 im Normalbetrieb, mit Lastfluss auf drei Leitungen 4, 5, 6, und die
3 zeigt das Schaltbild der Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage 1 der 2, mit einem Fehler auf einer Leitung 5, wobei der Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter 8 eingeschaltet, der Kommutierungsschalter 11 und der Kommutierungsschalter 9 der fehlerbehafteten Leitung 5 sowie die Kommutierungsschalter 10 der fehlerfreien Leitungen 4 und 6 ausgeschaltet werden bzw. sind, und die
4 zeigt das Schaltbild der Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage 1 der 3, nach Abschaltung der fehlerbehafteten Leitung 5 durch Abschalten des Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalters 8.

In 1 ist schematisch ein Schaltbild der erfindungsgemä-ßen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage 1, mit einer Sammelschiene 3 für Lastströme und mit einer Sammelschiene 2 für Ströme im Fehlerfall sowie mit beispielhaft vier abgehenden Leitungen 4, 5, 6, 7 dargestellt. Die Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage 1 umfasst einen Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter 8 und einen Kommutierungsschalter 11 parallelgeschaltet zwischen der Sammelschiene 3 für Lastströme und der Sammelschiene 2 für Ströme im Fehlerfall. Jede abgehende Leitungen 4, 5, 6, 7 ist jeweils über einen Kommutierungsschalter 9 mit der Sammelschiene 3 für Lastströme verschaltet und über einen Kommutierungsschalter 10 mit der Sammelschiene 2 für Ströme im Fehlerfall verschaltet. Alle Schalter sind in 1 geöffnet dargestellt.
Die Sammelschiene 3 für Lastströme ist z. B. mit einer Spannungsquelle für Gleichströme, insbesondere einer Batterie, einem Generator und/oder Gleichrichter verbunden. In 1 ist ein Ausführungsbeispiel mit einem Zustand der Schaltanlage 1 dargestellt, bei welchem die Sammelschiene 2 für Ströme im Fehlerfall z. B. stromlos geschaltet ist, ohne elektrische Verbindung zu einer Spannungsquelle. Alternativ kann die Sammelschiene 2 für Ströme im Fehlerfall an eine separate Spannungsquelle für Gleichspannungen, insbesondere mit gleicher Spannung wie z. B. Sammelschiene 3 für Lastströme, angeschlossen sein, welche separat abschaltbar ist, z. B. durch Herunterfahren eines separaten Generators. Die abgehenden Leitungen 4, 5, 6, 7 sind im Beispiel der 1 insbesondere stromlos bzw. spannungslos, d. h. potentialfrei geschaltet.
In 2 ist ein Schaltbild der Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage 1 der 1 im Normalbetrieb gezeigt, z. B. mit Lastfluss auf drei Leitungen 4, 5, 6. Die vierte Leitung 7 ist beispielhaft stromlos geschaltet, durch geöffnete Kommutierungsschalter 9 und 10 der Leitung 7. Im Weiteren bleibt die vierte Leitung 7 stromlos und in der Betrachtung des Ausführungsbeispiels der 2 bis 4 unbeachtet. Für einen Lastfluss auf den drei Leitungen 4, 5, und 6 sind alle Kommutierungsschalter 9 zwischen der Sammelschiene 3 für Lastströme und der jeweiligen Leitung 4, 5, und 6 im geschlossenen Zustand. In Vorbereitung für ein Schalten der Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage 1 ist die Sammelschiene 2 für Ströme im Fehlerfall über Kommutierungsschalter 11 im eingeschalteten Zustand mit der Sammelschiene 3 für Lastströme elektrisch verbunden und somit stromtragend. Des Weiteren sind die drei Leitungen 4, 5, und 6 jeweils über einen der jeweiligen Leitung 4, 5, 6 zugeordneten Kommutierungsschalter 10, welche alle im geschlossenen Zustand sind, mit der Sammelschiene 2 für Ströme im Fehlerfall elektrisch verbunden und somit stromtragend. Der Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter 8 ist im ausgeschalteten Zustand.
In 3 ist das Schaltbild der Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage 1 der 2 mit einem Fehler beispielsweise auf einer Leitung 5 gezeigt. Alternativ, der Einfachheit halber in den Figuren nicht gezeigt, können auch andere Leitungen, z. B. Leitung 4 oder 6, oder mehr als eine Leitung 4, 5, 6 einen Fehler aufweisen. Die Erfindung ist beispielhaft für eine Leitung 5 mit Fehler im Weiteren beschrieben. Insbesondere beim Auftreten des Fehlers auf Leitung 5, oder ohne Fehler aus anderen Gründen, ist die Leitung 5 abschaltbar. Im Weiteren wird das Synonym Fehler auch für andere Gründe der Abschaltung verwendet. Fehlerbehaftet schließt im Kontext der Erfindung fehlerhaft mit ein, d. h. dass nicht nur an einer Leitung, insbesondere in einem angeschlossenen Gerät, ein Fehler auftritt, sondern die Leitung selbst einen Fehler aufweist. Insbesondere beim Auftreten des Fehlers auf Leitung 5 wird der Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter 8 eingeschaltet. Der Kommutierungsschalter 11 zwischen der Sammelschiene 3 für Lastströme und der Sammelschiene 2 für Ströme im Fehlerfall wird insbesondere gleichzeitig oder darauffolgend abgeschaltet. Weiterhin werden insbesondere darauffolgen oder gleichzeitig der Kommutierungsschalter 9 der fehlerbehafteten Leitung 5 sowie die Kommutierungsschalter 10 der fehlerfreien Leitungen 4 und 6 ausgeschaltet. Ein Ausschalten des Kommutierungsschalters 9 der fehlerbehafteten Leitung 5 sowie der Kommutierungsschalter 10 der fehlerfreien Leitungen 4 und 6 vor dem Ausschalten des Kommutierungsschalters 11 ist ebenfalls möglich. Die zu schaltenden Kommutierungsschalter können gleichzeitig oder in einer beliebigen Reihenfolge nach dem Einschalten des Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalters 8 geschaltet werden.
Nach dem Schalten mit darauffolgender Schaltposition der Schalter 8, 9, 10, 11 wie in 3 gezeigt, wird der Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalters 8 ausgeschaltet. Die darauffolgende Schaltposition der Schalter 8, 9, 10, 11 ist in 4 gezeigt. Mit dem Ausschalten des Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalters 8 erfolgt eine elektrische Trennung der fehlerfreien Leitungen 4 und 6, welche über die jeweils zugeordneten Kommutierungsschalter 9 stromführend mit der Sammelschiene 3 für Laststrom verbunden sind, und der fehlerbehafteten Leitung 5, welche insbesondere stromführend über den zugeordneten Kommutierungsschalter 10 mit der Sammelschiene 2 für Strom im Fehlerfall verbunden ist. Bei einer Stromversorgung der Sammelschiene 2 für Strom im Fehlerfall über die Sammelschiene 3 für Laststrom ist mit dem Ausschalten des Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalters 8, und dem zuvor wie in 3 gezeigten Ausschalten des Kommutierungsschalters 11, die Sammelschiene 2 und damit die Leitung 5 stromlos geschaltet, d. h. die fehlerbehaftete Leitung 5 ist abgeschaltet. Die fehlerfreien Leitungen 4 und 6 sind stromführend mit der mit Gleichstrom versorgten Sammelschiene 3 über die jeweiligen Kommutierungsschalter 9 verbunden und somit eingeschaltet.
Eine erfindungsgemäße Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage 1, wie beispielhaft in den Figuren gezeigt, ermöglicht somit das separate Schalten, insbesondere Ausschalten, von Gleichstrom-Leitungen 4, 5, 6, 7, und mit umgekehrter Schaltreihenfolge verglichen mit der in den 2 bis 4 gezeigten Reihenfolge, das Einschalten. Dabei ist nur ein Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter 8 notwendig, und/oder weniger Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter 8 sind notwendig als zu schaltende Leitungen 4, 5, 6, 7 angeschlossen sind, was teure, komplexe, schwer erhältliche und viel Raum verbrauchende Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter einspart. Die verwendeten Kommutierungsschalter 9, 10, 11 sind kleiner, kostengünstiger, weniger komplex als Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter und allgemein erhältlich. Somit ist die erfindungsgemäße Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage 1 einfacher, kostengünstiger, mit weniger Platzverbrauch und geringerer Komplexität ausführbar, verglichen mit Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlagen mit jeweils einem Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter je zu schaltender Leitung.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. Sammelschienen 2 für Strom im Fehlerfall separat über insbesondere eigene Batterien, Generatoren und/oder andere Spannungsquellen sowie Gleichrichter mit Gleichstrom versorgt werden, insbesondere bei gleicher Spannung wie Sammelschienen 3 für Laststrom. Nach dem Ausschalten des oder der Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter 8, wie in 4 gezeigt, erfolgt weiterhin eine Stromversorgung der fehlerbehafteten Leitungen, insbesondere Leitung 5, über die Sammelschiene 2 mit angeschlossener Strom-/Spannungsquelle. Ein Abschalten der fehlerbehafteten Leitungen, insbesondere Leitung 5 in 4, erfolgt dann über das Ausschalten der separaten Strom-/Spannungsversorgung der Sammelschiene 2, z. B. durch Abschalten bzw. Runterfahren des Generators verbunden mit der Sammelschiene 2. Dabei bleiben die fehlerfreien Leitungen, in 4 die Leitungen 4 und 6, eingeschaltet und mit Gleichstrom versorgt, über die Sammelschiene 3, welche von der Sammelschiene 2 elektrisch getrennt ist.
Im Ausführungsbeispiel der 2 sind drei Leitungen 4, 5, 6 stromführend. Alternativ können auch zwei oder mehr als drei Leitungen, insbesondere in der Schaltanlage der 1 bis 4 Leitungen 4 bis 7, stromführend sein. Dabei kann eine Leitung 5, insbesondere eine fehlerbehaftete Leitung 5, abgeschaltet werden mit der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage, wie in den 2 bis 4 gezeigt, oder es können mehr als eine Leitung, insbesondere mehr als eine fehlerbehaftete Leitung, mit der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage abgeschaltet werden, insbesondere gleichzeitig oder nacheinander in bestimmter oder beliebiger Reihenfolge. Die Leitungen, insbesondere die abgehenden Leitungen 4 bis 7, der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage können aus- und eingeschaltet werden. Es können Kommutierungsschalter wie in den 1 bis 4 verwendet werden, oder mehr als ein Kommutierungsschalter jeweils pro in den Figuren eingezeichneten Schaltern. Insbesondere bei Verwendung einer separaten Gleichstromquelle zur Versorgung der Sammelschiene 2 für Strom im Fehlerfall bzw. Schaltfall, kann auf Kommutierungsschalter 11 verzichtet werden, wobei ein Zu- und/oder Abschalten der zu schaltenden Leitung bzw. Leitungen, über die separate Gleichstromquelle zur Versorgung der Sammelschiene für Strom im Fehlerfall erfolgt, insbesondere durch Hoch- und/oder Runterfahren eines Generators. Die erfindungsgemäße Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage bewirkt eine elektrische Separierung der fehlerfreien und fehlerbehafteten abgehenden Leitungen, bzw. in der umgekehrten Reihenfolge des Ausführungsbeispiels der Figuren, ein zusammenschließen von abgehenden Leitungen bzw. Gleichstrom-Leitungen. Bei Schalten ohne Fehler auf abgehenden Leitungen bewirkt die erfindungsgemäße Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage eine elektrische Separierung von abgehenden Leitungen, bzw. in der umgekehrten Reihenfolge des Ausführungsbeispiels der Figuren, ein zusammenschließen von abgehenden Leitungen bzw. Gleichstrom-Leitungen.
Die Kommutierungsschalter sind z. B. spezielle Gleichstrom-Kommutierungsschalter und/oder herkömmliche Hochspannungs-Leistungsschalter, wie z. B. bei Wechselspannungen eingesetzt. Abgehende Leitungen können Gleichstrom in unterschiedliche Richtungen transportieren, insbesondere in die Richtung der Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage und/oder von der Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage weg. Schienen sind z. B. Stromschienen und/oder Stromleitungen für Gleichstrom, insbesondere aus Kupfer, Aluminium und/oder Stahl. Abgehende Leitungen sind Stromleitungen für Gleichstrom, insbesondere aus Kupfer, Aluminium und/oder Stahl. Stromleitungen für Gleichstrom sind z. B. HGÜ-Leitungen bzw. Kabel. Die Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage ist und/oder umfasst Freiluft- und/oder Gas-Isolierte-Anlagen, insbesondere in Gebäuden.
Bezugszeichenliste

1: Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage
2: Sammelschiene für Strom im Fehlerfall, bus bar power
3: Sammelschiene für Laststrom, bus bar load
4: Abgehende Leitung eins
5: Abgehende Leitung zwei
6: Abgehende Leitung drei
7: Abgehende Leitung vier
8: Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter, high-voltage direct-current circuit-breaker, HVDC-CB
9: Kommutierungsschalter elektrisch verbunden mit der Sammelschiene 3 für Laststrom, commutation switch load
10: Kommutierungsschalter elektrisch verbunden mit der Sammelschiene 2 für Strom im Fehlerfall, commutation switch power
11: Kommutierungsschalter geschaltet zwischen der Sammelschiene 2 für Strom im Fehlerfall und der Sammelschiene 3 für Laststrom, commutation switch bus bar

Claims

Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage (1), mit wenigstens einer Sammelschiene (3) für Lastströme und mit wenigstens einer Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall, sowie mit wenigstens zwei abgehenden Leitungen (4, 5, 6, 7), wobei wenigstens ein Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter (8) umfasst ist, wobei wenigstens zwei Kommutierungsschalter (9) umfasst sind, welche jeweils zwischen der wenigstens einen Sammelschiene (3) für Lastströme und wenigstens einer abgehenden Leitung (4, 5, 6, 7) geschaltet sind, und dass wenigstens zwei Kommutierungsschalter (10) umfasst sind, welche jeweils zwischen der wenigstens einen Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall und wenigstens einer abgehenden Leitung (4, 5, 6, 7) geschaltet sind, und wobei der wenigstens eine Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter (8) zwischen der wenigstens einen Sammelschiene (3) für Lastströme und der wenigstens einen Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall geschaltet ist.
Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter (8) und wenigstens ein Kommutierungsschalter (11) parallel zwischen der wenigstens einen Sammelschiene (3) für Lastströme und der wenigstens einen Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall geschaltet sind.
Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter (8) umfasst ist.
Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter (8), welche von der Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage (1) umfasst sind, geringer ist als die Anzahl der abgehenden Leitungen (4, 5, 6, 7).
Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltanlage (1) ausgebildet ist, Spannungen im Bereich von bis zu 1100 kV Gleichspannung und/oder Ströme im Bereich von bis zu einigen Kiloampere zu schalten.
Verfahren zum Schalten von Gleichspannungen im Hochspannungsbereich in einer Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalbetrieb, bei Lastfluss auf wenigstens zwei abgehenden Leitungen (4, 5, 6, 7) - wenigstens zwei Kommutierungsschalter (10) im eingeschalteten Zustand verwendet werden, wobei jeder der Kommutierungsschalter (10) zwischen der wenigstens einen Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall und jeweils einer abgehenden Leitung (4, 5, 6, 7) verwendet wird, und - wenigstens zwei Kommutierungsschalter (9) im eingeschalteten Zustand verwendet werden, wobei jeder der Kommutierungsschalter (9) zwischen der wenigstens einen Sammelschiene (3) für Lastströme und jeweils einer abgehenden Leitung (4, 5, 6, 7) verwendet wird, und - ein Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter (8) zwischen der wenigstens einen Sammelschiene (3) für Lastströme und der wenigstens einer Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall im ausgeschalteten Zustand verwendet wird, und insbesondere - ein Kommutierungsschalter (11) zwischen wenigstens einer Sammelschiene (3) für Lastströme und wenigstens einer Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall im eingeschalteten Zustand verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Fehlers auf wenigstens einer Leitung (4, 5, 6, 7) - der Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter (8) zwischen der wenigstens einen Sammelschiene (3) für Lastströme und der wenigstens einer Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall eingeschaltet wird, und - alle Kommutierungsschalter (10) zwischen der wenigstens einen Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall und den abgehenden Leitungen (4, 5, 6, 7), welche nicht fehlerbehaftet sind, ausgeschaltet werden, und - alle Kommutierungsschalter (9) zwischen der wenigstens einen Sammelschiene (3) für Lastströme und den abgehenden Leitungen (4, 5, 6, 7), welche fehlerbehaftet sind, ausgeschaltet werden, und insbesondere - der Kommutierungsschalter (11) zwischen der wenigstens einen Sammelschiene (3) für Lastströme und der wenigstens einen Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall ausgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter (8) zwischen der wenigstens einen Sammelschiene (3) für Lastströme und der wenigstens einen Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall in einem darauffolgenden Schritt ausgeschaltet wird, insbesondere sobald alle abgehenden Leitungen (4, 5, 6, 7), welche fehlerbehaftet sind, ausschließlich über die wenigstens eine Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall elektrisch versorgt werden, und alle abgehenden Leitungen (4, 5, 6, 7), welche nicht fehlerbehaftet sind, ausschließlich über die wenigstens eine Sammelschiene (3) für Lastströme elektrisch versorgt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit und/oder nach Abschaltung des Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalters (8) alle abgehenden Leitungen (4, 5, 6, 7), welche fehlerbehaftet sind, abgeschaltet werden, insbesondere über die Sammelschiene (2) für Ströme im Fehlerfall.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Schaltens in der angegebenen Reihenfolge erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter (8) zum Schalten von wenigstens zwei, insbesondere drei und mehr abgehenden Leitungen (4, 5, 6, 7) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter (8) zum Abschalten eines Fehlers auf wenigstens einer, insbesondere mehr als einer der abgehenden Leitungen (4, 5, 6, 7) verwendet wird.
Verwendung der Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Fehler auf abgehenden Leitungen (4, 5, 6, 7) in einem Gleichstromnetz abgeschaltet werden, und Leitungen (4, 5, 6, 7) ohne Fehler in dem Gleichstromnetz eingeschaltet bleiben, insbesondere unter Verwendung von genau einem Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsschalter (8).