DE1613574B2 - Procedure for commissioning a high-voltage direct current transmission system - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Inbetriebnahme einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (HGÜ-Anlage), die aus zwei Stromrichterstationen besteht, von denen eine als Gleichrichter und eine als Wechselrichter arbeitet, und bei der jede Stromrichterstation aus einer Reihenschaltung mehrerer Stromrichterbrücken aufgebaut und mit Strom- und Spannungsregler ausgestattet ist.The invention relates to a method for commissioning a high-voltage direct current transmission system (HVDC system), which consists of two converter stations, one of which is used as a Rectifier and one works as an inverter, and each converter station is connected in series several converter bridges and is equipped with current and voltage regulators.

Die Inbetriebnahme einer HGÜ-Anlage enthält einige Probleme, die im Normalbetrieb nicht vorkommen. Bei dem Aufbau des Leitungsstroms muß die Lückgrenze der Stromrichter durchfahren werden, d. h., der Gleichstrom, der in der Gleichstromleitung fließt, weist Lücken auf, ist also nicht stetig. Damit können Schwierigkeiten in den Regelungseinrichtungen verbunden sein, und es treten unter Umständen höhere Beanspruchungen durch Schwingungsvorgänge auf, insbesondere, wenn Lösch- und Zündschwingungen der Stromrichterventile zusammenfallen. The commissioning of an HVDC system contains some problems that do not occur in normal operation. When building up the line current, the gap limit of the converter must be passed through, d. That is, the direct current flowing in the direct current line has gaps, so it is not continuous. This can lead to difficulties in the control systems, and they fall under Under certain circumstances, higher stresses due to vibration processes, especially when extinguishing and Ignition vibrations of the converter valves coincide.

In der Stromrichtertechnik werden üblicherweise zwei Verfahren angewendet, um eine aus der Reihenschaltung eines Gleichrichters und eines Wechselrichters bestehenden Stromrichteranlage in Betrieb zu nehmen, d. h. Spannung vom Wert Null auf den Nenn- bzw. Betriebswert hochzufahren.In power converter technology, two methods are usually used to remove one from the series connection a rectifier and an inverter existing power converter system in operation to take, d. H. To increase the voltage from zero to the nominal or operating value.

Bei dem einen Verfahren wird zuerst der Wechselrichter auf maximale. Spannung ausgesteuert. Anschließend fährt der Gleichrichter nach Entsperrung der Gitter mittels eines Stromreglers den Strom langsam hoch, während die Spannung konstant bleibt. Ein Belastungsstrom tritt hierbei erst dann auf, wenn der Gleichrichter etwa seine Nennspannung erreicht hat. Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist die geringe Beanspruchung der Stromrichterventile, der geringe Blindleistungsbedarf und die geringe Gleichspannungswelligkeit. Nachteilig ist hier, daß die Lückengrenze bei voller Spannung, also bei relativ hoher Leistung, und bei einer Wechselrichteraussteuerung in der Nähe der Kippgrenze durchfahren wird. Die Gefahr für die Wechselrichterkippung ist immer dann groß, wenn Instabilitäten oderIn one method, the inverter is first set to maximum. Voltage controlled. Afterward the rectifier drives the current after unlocking the grid by means of a current regulator slowly up while the voltage remains constant. Only then does a load current occur on when the rectifier has approximately reached its rated voltage. Advantageous in this process is the low stress on the converter valves, the low reactive power requirement and the low DC voltage ripple. The disadvantage here is that the gap limit at full voltage, i.e. at relatively high power, and with an inverter control close to the breakdown limit will. The danger of the inverter tipping is always great if there are instabilities or

ίο Schwingungsvorgänge beim Übergang der Betriebsbereiche lückend oder nicht lückend auftreten. ίο Vibration processes occur with gaps or non-gaps in the transition between the operating areas.

Das andere Verfahren zur Inbetriebnahme einer Stromrichteranlage sieht so aus, daß zunächst der Wechselrichter die Spannung auf etwa Null hält und der Stromregler des Gleichrichters den gewünschten Strom einregelt. Erst dann wird mittels des Spannungsreglers des Wechselrichters die Spannung bis zum Nennwert gesteigert. Vorteilhaft ist hier, daß die Lückgrenze dann durchfahren wird, wenn die Spannung etwa den Wert Null hat. Das ist in bezug auf die Wechselrichterstabilität völlig unkritisch. Bis zum Erreichen der Nennspannung ist jedoch eine hohe Gefäßbeanspruchung, ein großer Blindleistungsbedarf und eine große Gleichstromwelligkeit vorhanden, was als Nachteil dieses Verfahrens anzusehen ist.The other method for commissioning a converter system looks like this that first of all Inverter keeps the voltage at about zero and the current regulator of the rectifier the desired Current regulates. Only then is the voltage up to increased to face value. The advantage here is that the gap limit is passed when the Voltage is approximately zero. This is completely uncritical with regard to the inverter stability. To To achieve the nominal voltage, however, there is a high stress on the vessel and a large reactive power requirement and there is a large DC ripple, which is to be regarded as a disadvantage of this method.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren fürThe object of the invention is to provide a method for

die Inbetriebnahme einer HGÜ-Anlage anzugeben, das die genannten Nachteile beider Verfahren bei der Inbetriebnahme einer normalen Stromrichteranlage weitgehend vermeidet und gleichzeitig die genannten Vorteile möglichst ausnutzt.specify the commissioning of an HVDC system that has the disadvantages of both methods the commissioning of a normal converter system largely avoids and at the same time the takes advantage of the advantages mentioned.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß eine geradzahlige Anzahl von Stromrichterbrücken derart gesteuert wird, daß zunächst in jeder Stromrichterstation eine Hälfte der Stromrichterbrücken im Gleichrichter- und die andere Hälfte im Wechselrichterbetrieb mit den kleinstzulässigen Steuerwinkeln ausgesteuert werden, sodann zunächst der Stromregler der Gleichrichterstation den gewünschten Strom einregelt und nach Erreichen des gewünschten Stroms der Spannungsregler der Wechselrichterstation die Spannung auf den Nennwert hochfährt, was mittels Umsteuerung der jeweils entgegengesetzt ausgesteuerten Stromrichterbrücken in die vorgesehene Betriebsart erfolgt.The inventive solution to this problem is that an even number of converter bridges It is controlled in such a way that first half of the converter bridges in each converter station in rectifier operation and the other half in inverter operation with the smallest permissible Control angles are controlled, then first the current regulator of the rectifier station the desired Adjusts the current and, once the desired current has been reached, the voltage regulator of the inverter station the voltage rises to the nominal value, which is reversed by reversing the respective controlled converter bridges takes place in the intended operating mode.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Vermeidung des stetigen Wechsels zwischen 6- und 12pulsigem Betrieb beim Umsteuervorgang bei vier oder acht Stromrichterbrücken je Station jeweils zwei ungleichphasige Brücken gemeinsam gesteuert.In a further embodiment of the method according to the invention are to avoid the constant change between 6- and 12-pulse operation during the reversal process with four or eight converter bridges two out-of-phase bridges are controlled jointly for each station.

An Hand der Figur soll das Verfahren gemäß der Erfindung näher erläutert werden. Mit GR ist eine als Gleichrichter arbeitende Stromrichterstation bezeichnet, die aus der Reihenschaltung von vier Stromrichterbrücken 1, 2, 3 und 4 aufgebaut ist. Die einzelnen Stromrichterbrücken sind aus steuerbaren Ventilen in der Art einer öpulsigen Brückenschaltung aufgebaut und nur schematisch dargestellt. Von der Stromrichterbrücke 1 führt der positive Netzpol + der HGÜ-Anlage zu der mit WR bezeichneten, als Wechselrichter arbeitenden Stromrichterstation. Auch diese Stromrichterstation WR ist aus der Reihenschaltung von vier Stromrichterbrücken 5, 6, 7 und 8 aufgebaut.The method according to the invention will be explained in more detail with reference to the figure. GR designates a converter station that works as a rectifier and is constructed from the series connection of four converter bridges 1, 2, 3 and 4. The individual converter bridges are made up of controllable valves in the form of a pulsed bridge circuit and are only shown schematically. From the converter bridge 1, the positive grid pole + of the HVDC system leads to the converter station labeled WR , which works as an inverter. This converter station WR is also constructed from the series connection of four converter bridges 5, 6, 7 and 8.

Der Aufbau der einzelnen Stromrichterbrücken ist wie bei der Gleichrichterstation GR. Von der Stromrichterbrücke 8 des Wechselrichters WR führt derThe structure of the individual converter bridges is the same as for the GR rectifier station. From the converter bridge 8 of the inverter WR leads

negative Netzpol — zurück zum Gleichrichter GR an die Stromrichterbrücke 4. Die Mitten der beiden Stromrichterstationen GR und WR sind jeweils an Erde gelegt, so daß sich zwei symmetrisch zum Erdpotential liegende Netzpole ergeben. Die beiden Stromrichterbrücken 1 und 2 sind mit zwei Stromrichtertransformatoren 9 und 10 verbunden, die verschiedenen Schaltgruppen angehören. Damit arbeiten die beiden 6pulsigen Stromrichterbrücken 1 und 2 zusammen mit den Stromrichtertransformatoren 9 und 10 wie eine 12pulsige Anlage. Entsprechendes gilt für die Stromrichterbrücken 3 und 4 zusammen mit den Stromrichtertransformatoren 11 und 12. Die Wechselrichterstation WR ist genauso wie die Gleichrichterstation GjR aufgebaut. Hier bilden die Stromrichterbrücken 5 und 6 mit den Stromrichtertransformatoren 13 und 14 bzw. die Stromrichterbrükken 7 und 8 mit den Stromrichtertransformatoren 15 und 16 je eine 12pulsige Stationshälfte.negative mains pole - back to the rectifier GR to the converter bridge 4. The centers of the two converter stations GR and WR are each connected to earth, so that there are two mains poles which are symmetrical to earth potential. The two converter bridges 1 and 2 are connected to two converter transformers 9 and 10, which belong to different vector groups. The two 6-pulse converter bridges 1 and 2 thus work together with the converter transformers 9 and 10 like a 12-pulse system. The same applies to the converter bridges 3 and 4 together with the converter transformers 11 and 12. The inverter station WR is constructed in exactly the same way as the rectifier station GjR. Here the converter bridges 5 and 6 with the converter transformers 13 and 14 or the converter bridges 7 and 8 with the converter transformers 15 and 16 each form a 12-pulse station half.

Jede der vier 12pulsigen Stationshälften ist mit einem Gittersteuersatz 17 bis 20 ausgestattet. Die Gittersteuersätze dienen der Aussteuerung der Ventile der einzelnen Stromrichterbrücken sowohl zur Spannungs- als auch zur Strombestimmung der Anlage. Hierzu werden sie von StromreglernIR_a und IR_W bzw. Spannungsreglern UR₀ und UR_W beeinflußt. Diese Regler sind nur schematisch in das Blockbild einer HGÜ-Anlage gemäß der Figur eingezeichnet. Wegen der Gleichberechtigung der Stromrichterstationen GR und WR sind sowohl für den Gleichrichter als auch für den Wechselrichter Strom- und Spannungsregler vorgesehen; welcher der Regler im Eingriff ist, hängt von der Sollwerteinstellung ab. Es ist jedoch zweckmäßig, der Gleichrichterstation GR die Stromregelung und der Wechselrichterstation WR die Spannungsregelung zuzuordnen.Each of the four 12-pulse station halves is equipped with a grid control set 17 to 20. The grid control sets are used to control the valves of the individual converter bridges for both voltage and current determination in the system. For this purpose, they are influenced by current regulators IR _a and IR _W or voltage regulators UR ₀ and UR _W. These controllers are only shown schematically in the block diagram of an HVDC system according to the figure. Because the converter stations GR and WR have equal rights, current and voltage regulators are provided for both the rectifier and the inverter; which controller is engaged depends on the setpoint setting. However, it is expedient to assign the current control to the rectifier station GR and the voltage control to the inverter station WR.

Vor der Inbetriebnahme einer Anlage ist die Gleichspannung sowohl auf der Gleichrichterseite als auch auf der Wechselrichterseite gleich Null. Dies kann dadurch erreicht werden, daß sämtliche Brükken jede für sich auf die Spannung Null gesteuert werden, wobei der Zündverzögerungswinkel 90° beträgt, oder aber gemäß der Erfindung dadurch, daß die eine Hälfte der Brücken im Gleichrichterbetrieb und die andere Hälfte im Wechselrichterbetrieb so ausgesteuert werden, daß die Spannungsmittelwerte entgegengesetzt gleich sind, wobei die Summe von Gleichrichter- und Wechselrichterzündverzögerungswinkel 180° betragen muß. Solange die Spannung Null ist, fließt noch kein Strom. Soll nun von der Stromrichterstation GR zur Stromrichterstation WR Strom fließen, so wird jetzt die Gleichspannung an der Gleichrichterseite so nach positiven Werten hin verschoben, daß der Strom in der gewünschten Höhe fließt. Da die an der Wechselrichterstation WR durch die Gegeneinanderschaltung der Stromrichterbrükken 5 und 6 anstehende Gegenspannung noch den Wert Null hat, muß die an der Gleichrichterstation GR anstehende resultierende Spannung nur die durch den Anlagenstrom in der HGÜ-Anlage entstehenden Verluste decken. Der weitere und schließlich letzte Schritt bei der Inbetriebnahme der HGÜ-Anlage ist nun folgender: Sobald der Anlagenstrom den gewünschten Wert erreicht hat, werden auf der Wechselrichterseite unter Einfluß durch den Spannungsregler diejenigen Stromrichterbrücken, die bisher entgegengesetzt der vorgesehenen Betriebsart, d. h. im Gleichrichterbetrieb ausgesteuert waren, umgesteuert. Da die Gleichrichterstation GR bestrebt ist, den fließenden Gleichstrom aufrechtzuerhalten, wird sie ihre Klemmenspannung im gleichen Maße wie die Wechselrichterstation erhöhen. Unter dem Einfluß des Stromreglers werden die bislang im Wechselrichterbetrieb ausgesteuerten Brücken in den Gleichrichterbetrieb umgesteuert. Im Beispiel wird also auf der Gleichrichterseite die Stromrichterbrücke 2 von Wechselrichteraussteuerung über denBefore a system is commissioned, the DC voltage is zero on both the rectifier side and the inverter side. This can be achieved in that all bridges are individually controlled to zero voltage, the ignition delay angle being 90 °, or, according to the invention, in that one half of the bridges are controlled in rectifier mode and the other half in inverter mode that the voltage mean values are oppositely equal, whereby the sum of the rectifier and inverter ignition delay angles must be 180 °. As long as the voltage is zero, no current flows. If current is to flow from the converter station GR to the converter station WR , the DC voltage on the rectifier side is now shifted towards positive values in such a way that the current flows at the desired level. Since the counter voltage present at the inverter station WR due to the opposing connection of the converter bridges 5 and 6 still has the value zero, the resulting voltage at the rectifier station GR only has to cover the losses caused by the system current in the HVDC system. The next and last step in commissioning the HVDC system is now as follows: As soon as the system current has reached the desired value, those converter bridges that were previously controlled contrary to the intended operating mode, i.e. in rectifier mode, are activated on the inverter side under the influence of the voltage regulator , reversed. Since the rectifier station GR strives to maintain the flowing direct current, it will increase its terminal voltage to the same extent as the inverter station. Under the influence of the current regulator, the bridges that were previously controlled in inverter operation are switched to rectification operation. In the example, the converter bridge 2 on the rectifier side is controlled by the inverter via the

ίο Spannungswert Null zu maximaler oder gewünschter Gleichspannung mittels des Gittersteuersatzes 17 umgesteuert. Ebenso wird auf der Wechselrichterseite die Stromrichterbrücke 5 von Gleichrichteraussteuerung über den Spannungswert Null zu maximaler oder gewünschter Wechselrichter-Gegenspannung umgesteuert. Dadurch kommt auf der Gleichrichterseite die Speisespannung der HGÜ-Anlage zustande und auf der Wechselrichterseite die notwendige Gegengleichsp annung.ίο voltage value zero to maximum or desired DC voltage reversed by means of the grid control rate 17. Likewise on the inverter side the converter bridge 5 from rectifier control over the voltage value zero to maximum or desired inverter counter voltage reversed. This comes on the rectifier side the supply voltage of the HVDC system and the necessary on the inverter side Counter-voltage.

Die Umsteuerung derjenigen Stromrichterbrücken, die der jeweils vorgesehenen Betriebsart der Stromrichterstation entgegengesetzt ausgesteuert sind, erfolgt, wie bereits erwähnt, mittels der Gittersteuerung. Hierbei werden die Zündimpulse für die einzelnen Ventile der einen Stromrichterbrücke festgehalten und die Zündimpulse für die zweite Stromrichterbrücke um maximal etwa 150° el. verschoben. Nach dieser Verschiebung erscheinen sie an der für den vorgesehenen 12-Pulsbetrieb notwendigen Stelle.The reversal of those converter bridges that correspond to the intended mode of operation of the converter station are controlled in opposite directions, takes place, as already mentioned, by means of the grid control. The ignition pulses for the individual valves of one converter bridge are recorded and the ignition pulses for the second converter bridge are shifted by a maximum of about 150 ° el. After this shift, they appear at the point required for the intended 12-pulse operation.

Die weitere im Zuge von Regelvorgängen notwendige Aussteuerungsänderung erfolgt gemeinsam. Während dieser Verschiebung tritt nun eine etwas unangenehme Erscheinung auf: Die Pulszahl wechselt zwischen 6 und 12, und zwar bei 150° el. Ver-Schiebung des Zündwinkels alle 30° einmal, insgesamt also fünfmal.The further change in modulation required in the course of control processes takes place jointly. During this shift, a somewhat unpleasant phenomenon occurs: the pulse rate changes between 6 and 12, namely at 150 ° el. Shifting of the ignition angle once every 30 °, in total so five times.

Zur Vermeidung dieser Erscheinung wird in einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß bei Gleichrichterstationen, die aus der Reihenschaltung von vier oder acht Stromrichterbrücken bestehen, jeweils zwei ungleichphasige Stromrichterbrücken einer Station gemeinsam gesteuert werden. Es wird hier selbstverständlich vorausgesetzt, daß die Stromrichtertransformatoren 11 und 12 bzw. 15 und 16 ebenso aufgebaut sind und denselben Schaltgruppen angehören wie die Stromrichtertransformatoren 9, 10 bzw. 13, 14. Damit ist im Normalbetrieb die Anlage 24pulsig. Zur Inbetriebnahme werden jetzt beispielsweise auf der Gleichrichterseite die Stromrichterbrücken 1 und 4 und die Brücken 2 und 3 zu je einer 12pulsigen Gruppe zusammengefaßt und jeweils gemeinsam gesteuert. Die Steuerung erfolgt dadurch, daß die Zündimpulse der einen Gruppe, Brücken 1 und 4, festgehalten werden und die der anderen Gruppe, Brücken 2 und 3, um etwa 150° el. verschoben werden. Hierbei entsteht jetzt lediglich ein Wechsel zwischen 12- und 24pulsigem Betrieb. Der bezüglich seiner Netzrückwirkungen unangenehme 6-Pulsbetrieb ist vermieden. Entsprechend werden auf der Wechselrichterseite die Stromrichterbrücken 5 und 8 sowie 6 und 7 jeweils zu einer 12pulsigen Gruppe zusammengefaßt und gemäß dem Verfahren nach der Erfindung bei der Inbetriebnahme der HGÜ-Anlage gesteuert. Diese Zusammenfasssung gemeinsam gesteuerter Stromrichterbrücken ist auch auf Stationen mit acht Stromrichterbrücken anwendbar. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erziel-To avoid this phenomenon, in an expedient embodiment of the invention Method provided that in the case of rectifier stations that are made up of the series connection of four or eight Converter bridges exist, two non-in-phase converter bridges of a station together being controlled. It is of course assumed here that the converter transformers 11 and 12 or 15 and 16 are constructed in the same way and belong to the same vector groups as the Converter transformers 9, 10 or 13, 14. This means that the system has 24 pulses during normal operation. To the The converter bridges 1 and 4 on the rectifier side are now commissioned, for example and bridges 2 and 3 are each combined into a 12-pulse group and each controlled jointly. The control takes place in that the ignition pulses of one group, bridges 1 and 4, are held and those of the other group, bridges 2 and 3, are shifted by about 150 ° el. In this case, there is only a change between 12 and 24-pulse operation. The regarding 6-pulse operation, which is uncomfortable due to its network perturbations, is avoided. Accordingly, the On the inverter side, the converter bridges 5 and 8 as well as 6 and 7 each form a 12-pulse group summarized and according to the method according to the invention when commissioning the HVDC system controlled. This summary of jointly controlled converter bridges is also on Stations with eight converter bridges can be used. The achieved with the method according to the invention

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ten Vorteile liegen darin, daß die Lückgrenze des wesentlich unter dem Bedarf, der bei dem in der Stromes etwa bei der Spannung Null durchfahren Einleitung genannten Konstantstromverfahren notwird, weiterhin tritt eine erhöhte Gefäßbeanspru- wendig ist.th advantages are that the gap limit of the significantly below the demand, which in the Current at approximately zero voltage, the introduction of the constant current process is necessary, Furthermore, there is increased vascular stress.

chung nur während des kurzen Umsteuerungsvor- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Inbetrieb-chung only during the short reversal process. The inventive method for commissioning

ganges auf und nur bei der einen Hälfte der Ventile. nähme einer HGÜ-Anlage ist selbstverständlich inopen and only with one half of the valves. Take an HVDC system is of course in

Der Blindleistungsbedarf ist ebenfalls nur beim Um- umgekehrter Reihenfolge zur Außerbetriebnahme derThe reactive power requirement is also only in reverse order for decommissioning the

Steuerungsvorgang kurzzeitig erhöht, bleibt aber Anlage geeignet.Control process increased for a short time, but remains suitable for the system.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Inbetriebnahme einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (HGU-Anlage), die aus zwei Stromrichterstationen besteht, von denen eine als Gleichrichter und eine als Wechselrichter arbeitet und bei der jede Stromrichterstation aus der Reihenschaltung mehrerer Stromrichterbrücken aufgebaut und mit Strom- und Spannungsregler ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine geradzahlige Anzahl von Stromrichterbrücken derart gesteuert wird, daß zunächst in jeder Stromrichterstation eine Hälfte der Stromrichterbrücken im Gleichrichter- und die andere Hälfte im Wechselrichterbetrieb mit den kleinstzulässigen Steuerwinkeln ausgesteuert werden, sodann zunächst der Stromregler der Gleichrichterstation den gewünschten Strom einregelt und nach Erreichung des gewünschten Stroms der Spannungsregler der Wechselrichterstation die Spannung auf den Nennwert hochfährt, was mittels Umsteuerung der jeweils entgegengesetzt ausgesteuerten Stromrichterbrücken in die vorgesehene Betriebsart erfolgt.1. Procedure for commissioning a high-voltage direct current transmission system (HGU plant), which consists of two converter stations, one of which is a rectifier and one works as an inverter and each converter station is made up of a series connection of several Converter bridges constructed and equipped with current and voltage regulators, characterized in that an even-numbered Number of converter bridges is controlled in such a way that initially in each converter station half of the converter bridges in rectifier mode and the other half in inverter mode are controlled with the smallest permissible control angles, then the current regulator of the rectifier station first selects the desired Current regulates and after reaching the desired current the voltage regulator of the Inverter station raises the voltage to the nominal value, which is done by reversing the respective oppositely controlled converter bridges in the intended operating mode he follows. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei vier oder acht Stromrichterbrücken je Station jeweils zwei ungleichphasige Brücken gemeinsam gesteuert werden.2. The method according to claim 1, characterized in that with four or eight converter bridges two out-of-phase bridges are controlled jointly for each station.