DE2014375A1

DE2014375A1 - Anordnung zur Änderung der Stromver teilung in vermaschten Hochspannungs Gleich strom (HGU ) Netzen

Info

Publication number: DE2014375A1
Application number: DE19702014375
Authority: DE
Inventors: Karl Werner 6806 Viern heim Kluge Dietrich Dipl Ing 6800 Mann heim Kanngießer
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1970-03-25
Filing date: 1970-03-25
Publication date: 1971-10-07
Also published as: NO133640B; CH539969A; GB1335245A; SE365355B; DE2014375C3; BR7101295D0; JPS55970B2; JPS463367A; DE2014375B2; FR2084971A5; CA932391A; ZA711905B; US3694728A; NO133640C

Description

BROWN, !OVER» ft CIE · AKTIENGESELLSCHAFT B B V*

BROWNBOVEm

BBC

Mp.-Nr. 52*1/70 Mannheim, den 2. März 1970

Pat/P/Bu.

"Anordnung zur Änderung der Stromverteilung in vernaschten Hochspannungs-Tleichstrom- (HCA)- ) Netzen"

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur änderung der Strom= verteilung innerhalb eines Hochspannungs-Oleichstrom-oVerbund= systems, das von mehreren Drehstromnetzen überGleichrichter= Stationen gespeist wird und dem von mehreren Drehstromnetzen über Wechselrichterstationen Energie entnommen wird.

Die Anordnung dient der Festlegung bzw. Änderung der Strom= verteilung innerhalb des HGÜ-'Taschennetzes, derart, daß in den einzelnen Zweigen ein gewünschter Stron eingestellt werden kann oder die Überschreitung eines beatimmten Stromwertes vermieden wird. Zu diesem Zweck sind in den Zug der Zweig» _% leitungen Zusatzotromrichter eingefügt, die in Betrag und Polarität veränderliche Zusatzspannungen bei beiden Energierich= tunjren erzeugen und so geregelt oder gesteuert werden, daß die Onannungsdifferenzen zwischen den Endpunkten der Zweig= leitungen zum Zweck der Einstellung gewünschter reändert werden können.

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Das Einfügen von Zusatzstromrichtern ist bekannt aus der DT-OS 513 827. Die dort beschriebene Anordnung kann folgenden Aufbau haben: Eine übertragungsleitung enthält einen Trennschal= ter, dem eine Gleichrichterbrückenschaltung über einen Polumschal ter parallelgeschaltet ist. Die Stromrichterbrückenschaltung ist wechselstromseitig an eine in Stern geschaltete Wicklung eines Drehstromtransformators angeschlossen. Eine solche An= Ordnung ist noch mit einigen Nachteilen behaftet:

1. Bei vermaschten HGü-Netzen, die von mehreren Jrehstrom= netzen gespeist werden, sind häufige Energierichtungswechsel zu erwarten, die von dem Umpolschalter der in die Gleichstrom= leitung eingeschleiften Stromrichter bewältigt werden müssen. Derartige Schalter lassen jedoch nur eine begrenzte Zahl von Umschaltungen zu. In gewissen Zeitabständen müssen sie ausgetauscht werden. Aber nicht nur die Zahl der Um= schaltungen ist von Bedeutung, sondern vor allem auch die Zeit, die für eine solche Umschaltung benötigt wird. Bekann= termaßen darf eine solche Umschaltung mittels Polwender erst vorgenommen werden, wenn der Leitung3strom zu Null geregelt ist. Der Umschaltvorgang benötigt eine verhältnis= mäßig lange Zeit, während der der Leitungsstrom auf Null gehalten werden muß. Instabilitäten im Gleichstromnetz und in den angeschlossenen Drehstromnetzen können die Folge sein. Einem schnellen Energierichtungswechsel, wie er bei vermaschten HGü-Netzen häufig zu erwarten ist, 13t ein solcher Umpolschalter nicht gewachsen.

2. Die "Zusatz-Stromrichter" werden im Störungsfall nicht geschützt. Sie müssen den vollen Kurzschlußstrom der Leitung führen und in kritischen Fällen die volle Anlagenspannung übernehmen, wobei eine Zerstörung unvermeidlich wäre. Es muß deshalb durch zusätzliche Maßnahmen für einen ausreichen= den Schutz bei Störungsfällen gesorgt werden.

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3. Die Transformatoren, welche die in den Gleichstrom-Lei= tunpszug eingefügte Stromrichterschaltung speisen, müssen für das hohe frieichspannungspotential der 0bertragung3lei= tune ausgelebt werden. Die Kosten für derartige Transfoi·= matoren sind trotz ihrer kleinen Leistung sehr hoch, so daß die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anordnung beein= trächtigt wird.

Ι, Die Stromrichterschaltung zur Einfügung einer Längsspännung kann wahlweise unterstützend oder auch bremsend auf den jeweils fließenden Stromwirken; In der Traxis jedoch ist diese beliebige Änderung der Zweigströme nicht vorteil= haft, weil sich, abgesehen von dem erhöhten Aufwand an regelungstechnischen Einrichtungen, durch die Einführung der zusätzlichen Stromrichterschaltung keine verlustmini= male Stromaufteilung mehr ergeben kann.

5. Wird der Zusatzstromrichter zur MaximalstTombegrenzung verwendet, so benötigt er während des normalen Betriebszu= Standes eine hohe Blindleistung, weil er mit Ilullaussteue= rung fährt. Deshalb ist es zweckmäßig, geeignete Maß= nahmen zu treffen, um den Blindleistungsbedarf der Zusatz= stromrichter zu erniedriren.

Die Erfindung bezweckt, für einen raschen und sicheren Ener= rierichtungowechstl zu sorgen und den Schutz der Zusatzstrora»_% richter in Störungefallen zu gewährleisten. Die Lösung geht aus von einer Anordnung dor eingangs geschilderten Gattung und besteht erfindungsgemiß darin, daß als Zusatz3tromrichter zwei antiparallelgeschaltete Stromrichter-Systeme für den Fall der Energierichtungsumkehr vorgesehen sind. Zur Vermei= dung des tlmschaltens mittels Polwender bei schnellem Energie= richtungsvrechsel führt vorteilhaft ein System der antiparallel geschalteten Systeme bei einer bestimmten Stromrichtung den Strom und das andere, dessen Ventile entgegen der Styrom=

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richtung geschaltet sind, bleibt durch die Gittersteuerung beeinflussende Schalteinrichtungen gesperrt. Pur den Störunge= fall ist erfindungsgemäß eine Regeleinrichtung vorgesehen, die mittels des einen antiparallelgeschalteten Systemes da3 in Eingriff befindliche System kurzschließt. Beide antiparallel geschalteten Stromrichtersysteme können an die gleiche Trans= formator-Sekundärwicklung angeschlossen sein.

Ein besonders wichtiger Aspekt iet der überspannung- und überstromschutz der Zusatzstromrichter. Um sie geren StromÜberv beanspruchungen zu schützen, werden erfindungsgemäß schnell= ansprechende Schalter angewandt, die im Störungefall eingreifen und die .Zusatzstromrichter kurzschließen. Da der Kurzschluß= strom jetzt an den Ventilen vorbedgeleitet wird, besteht für sie keine Gefahr. Als Schalter käme ein an sich bekannter Oberstromableiter mit einer Ansprechzeit von etwa 5 ms in Frage. Seinen Auslösebefehl kann er bei Leitungskurzschlüssen vom Leitungsschutz oder bei inneren Brückenkurzschlüssen vom Differentialschutz erhalten.

An Hand eines herkömmlichen und eines erTindunRSgemÄßen Aus= führunrrsbeispieles, die in den Zeichnungen darrestellt sind, soll erlflutert werden, daß der zuletzt beschriebene Schalter allein nicht ausreicht, um den Zusatzstromrichtorn auch eine genügende Sicherheit gegen Überspannungsbeanspruchungen zu geben.

In Pig. 1 ist ein HQÜ-Verbundnetz mit dem Zuge der Zweiglei* tung einrefügten Zusatzstromrichtern dargestellt.

Fir. 2 zeigt ein Ausführungabeinpiel der Erfindung mit anti* parallel geschaltoten Stromrichtersystenen und den entsprechen* den Kepeleinrichtungen.

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In dem in Pig. 1 dargestellten Teil eines HOÜ-Verbundnetzes können z.B. die Station 1 eine Wechselrichterstation und die Stationen 2 und 3 Gleichrichterstationen sein. Die Wechsel· richterstation 1 arbeitet auf eine Sammelschiene 4 die Gleich* richterstation 2 auf eine Sammelschiene 5 und die Gleichrich= terstation 3 auf eine Sammelschiene 6. In die Zweigleitungen sind Zusatzstromrichter 7» 8, 9 mit Überstromableitern 10, 11, 12 eingefügt.

Im Störungsfall, Symbol 13» wird der Zusatzstromrichter 7 mit der vollen Anlagenspannung beansprucht· Die Spannung: an der Sammelschiene 4 des Wechselrichters 1 bleibt zunächst konstant, weil sie von anderen Gleichrichter-Stationen des Mehrpunktnetzes, zum Beispiel 3» gehalten wird. Der Kurz= achlußstrom wird ausschließlich vom Gleichrichter 2 gespeist, solange der Zusatzstromrichter 7 sperrt. Da der tlberstromab* leiter 10 erst nach etwa 5 ms einfällt, kann damit die. spanmingsm&ßig· überbeanspruchung (voll· Anlagenspannunp) nicht verhindert werden.

Um die Zusatzstromrichter auch gegen derarfcipie Überspannungen zu schützen, ist es erforderlich, sie im Störungsfall unver* zögert kurzzuschließen* Bei der erfindunnsgemäßen Anordnung führt eine Regeleinrichtung den Kurzschluß über das im Eins griff befindliche Stromrichtersyetem herbei, indem sie den Stromfluft für das zweite System freigibt. Ein Ausführung» beispiel der erfindungagemSßen Anordnung zeigt die Fir;. 2. * Die beiden antiparallel geschalteten Systeme sind mit 7 bzw. 71 bezeichnet. Der Zusatzstromriohter 7, 71 befindet sich z.B. in der Zweifleitunr, die die ,Oleichntromsammclschies nen 4 und 5 verbindet, über einen Gleichstromwandler l'l wird der Zweißstrom. richtunirsabhangig gemessen μη(1 davon der Betrag gebildet, Block 15. Dieser Wert wird mit dem

Sollwert I

soll»

der gleich dem höchstzulässiren Zweigstrom

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I ist, verglichen. Auf einen Regler 16 gelangt nur die posi= tive Regelabweichung + 4I, denn er soll nur eingreifen, wenn der Maximalwert des Stromes überschritten wird. Die negative Regelabweichung wird mittels der Sperrvorrichtung l6l vom Regler 16 ferngehalten. Der Regler 16 ist so aufgebaut, daß er bei Fehlen einer Regelabweichung + a I einer Gitter= steuerung 17 (bzw. 17D Steuerwinkel ot * 90° vorgibt, d.h. daß die Spannung der Zusatzstromrichter 0 ist. Der Regler 16 hat zwei Ausgänge, der eine gibt der Gittersteuerung 17 den Winkeloi, der andere der Gittersteuerung 171 den Winkel l80°-of vor. Um einen Kreisstrom zu vermeiden, erhält nur dasjenige System Zündimpulse, dessen Ventile in Durchlaß= richtung gepolt sind. Zu diesem Zweck sind die Ruhekontakte zweier Schalteinrichtungen 18 bzw. 181 vorgesehen. In dem Beispiel Fig. 2 ist gerade der Zusatzstromrichter 71 in Ein= griff, denn der Leitungsstrom verläuft wie angegeben, Pfeil= richtung 19, in positiver Richtung. Das Relais 18 kann öffnen, weil sich der positive Stromistwert ψ I über eine Diode 19 (- I über eine Diode 19D ausbilden kann und eine Auslösespule 20 (bzw. 201) anregt. -Bei Änderung der Strorarichtung ver= tauschen die beiden Systeme ihre Rollen.

Bei einer Antiparallelschaltung fließt im Normalbetrieb, wenn beide Systeme gesteuert werden, bekanntermaßen ein Kreis= strom, der sich dem Gleichstrom des im Augenblick stromführen= den Ventils überlagert. Durch Drosseln kann er auf einen Bruchteil des Nennstromes begrenzt werden, so daß die Verluste klein bleiben. Zur gänzlichen Vermeidung des Kreisstromes hält man erfindungsßemäß denjenigen Stromrichter ,,.der gerade keinen Strom führt, völlig gesperrt und gibt ihn erst dann frei, wenn der Strom des anderen Stromrichters gegen Null geht. Die Wirkung dieser Maßnahme kann vorteilhaft verbessert werden, wenn man den Regler mit einer zusätzlichen di/dt-Auf= schaltung 21 beaufschlagt, überschreitet die Stromateilheit einen bestimmten Wert, so erhält das andere System unvereüg*

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lieh Steuerimpulse. Es gewährleistet, daß das gefährdete, stromführende System auch bei schneller Stromumkehr in der Leitung in kürzester Zeit überbrückt wird und damit überspan= nungen von ihm ferngehalten werden.

Zur Einsparung der eigens für die Zusatzstromrichter vorgese= henen Transformatoren werden erfindungsgemäß die Zusatzstrom= richter z.B. über Sekundärwicklungen der auf höchstem Gleich= Spannungspotential stehenden Stationstransformatoren gespeist. Werden die Zusatzstromrichter nicht von zusätzlichen Sekundär= wicklungen der Hauptstromrichtertransformatoren gespeist, sondern aus eigens dafür vorgesehenen Zusatztransformatoren, so kann man ihre Auslegung für die volle Anlagenspannung dadurch vermeiden, daß man sie isoliert aufstellt und an die Sekundär= wicklung der auf dem höchsten Gleichspannuhgspotential stehen= den Hauptstromrichterbransformatoren anschließt.

Zur Vermeidung der durch die Beeinflussung der Zweigströme bedingten Verluste wird der Zusatzstromrichter so gesteuert, daß er erst eingreift, wenn die höchstzulässigen Belästungs= ströme der Leitungen Überschritten werden. Tritt eine solche überlastung auf, so fällt den Zusatzstromrichtern die Aufgabe zu, die Zweigströme auf ihre Maximalwerte zu begrenzen. Da= durch ist bei Normalbelastung stets ein verlustminimaler Betrieb möglich.

Uitt den erhöhten Blindleistungbedarf der Zusatzstromrichter während des Betriebes bei Nullausteuerung zu vermindern, kann er in zwei oder mehrere in Serie geschaltete Teilstromrichter \unterteilt werden, von denen jeweils die Hälfte mit maximaler Aussteuerung im Gleichrichter - und die andere Hälfte im Wechselrichter- Betrieb arbeitet. Bei erforderlicher Spannungs= änderung arbeitet nur einer mit Teilaussteuerung, die anderen werden jedoch mit Vollaussteuerung im Gleichrichter- oder Wechselrichter-Bereich betrieben. Der erhöhte Transformatorauf= wand wird herabgesetzt, wenn man die Teilstromrichter nicht

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von je einem eigenen Transformator, sondern von einem einzigen mit mehreren Sekundärwicklungen ausgerüsteten Transformator speist.

In vorteilhafter Weise sichert die erfindungsgemäße Anordnung einen raschen Energierichtungswechsel, die Zusatzstromrichter sind im Störungsfalle geschützt, ein Kreisstrom wird vermieden, es wird Transformatoraufwand eingespart, Zweigströme werden verlustminimal geregelt und der Blindleistungsbedarf der Zusatzstromrichter kann gering gehalten werden.

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Claims

■■'- 9 r ■: ... 521/70 Patentansprüche

Anordnung zur Xnderung der Stromverteilung lh vermaschten Hochspannunge-Oleichetromübertragungs (HQO)-Verbundnetzen, mit im Zuge der Zweigleitungen eingefügten Zusatzstromrichtern, die in Betrag und Polarität veränderliche Zusatzspannungen bei beiden Energierichtungen erzeugen, und derart geregelt oder gesteuert werden, daß die Span* nungsdifferenzen zwischen den Endpunkten der Zweigleitungen »um Zweck der Einstellung gewünschter Zweigströme geändert werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusätzetromrioh· ter zwei antiparallel geschaltete Stromrichter-Systeme für den Fall der Energierichtungsumkehr vorgesehen sind.

Anordnung zur Xnderung der Stromverteilung, in vermaschten ΗΠϋ-Verbundnetzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich» net, daft ein System der antiparallel geschalteten Systeme bei einer Strowrichtung den Strom führt und das andere, dessen Ventil· entgegen der Stromrichtunf- geschaltet sind, zur Vermeidung des Kreisstromes durch die flitter* steuerung (17, 171) beeinflussende SchaJ.teinrichtungen (IB, IBl) gesperrt bleibt,

Anordnung zur Xnderung der Stromverteilung in vermaschten - , ΗΠϋ-Verbundnetien nach Anspruch i oder 2, dadurch »"»»*-««* ™ zeichnet, daA eine Receleinrichtunn (15»16,17) vorgesehen lit, dt« mittels des einen antiparallel geschalteten % Systems, das im Eingriff befindliche System im Störungefall kurzschließt,

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Anordnung zur Knderunp der Stromverteilung in vermaschten ΗΠϋ-Verbundnetren nach Anspruch2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,*' daß eine susätzliche dl/dt-Aufschaltung '(21) angeordnet ist zur Ansteuerung den nicht in Eingriff befindlichen Systemes vor einer Stromrichtunr.sumkehr*

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5. Anordnung sur Xnderung der Stromverteilung in vermaoohten HflO-Verbundnetzen naeh einem der vorstehenden Ansprüche» dadurch gekennseiohnet, daft sum Schutz der Zusatsstroa* richter gegen Oberstrombelastungen im Störungsfall schnell wirkende Schalter, z.B. an sich bekannte überstromableiter, susätzlich vorgesehen sind, die die Zusatzstromrichter gleichstromseitig kurzschließen.

6. Anordnung*sur Xnderunp der Stromverteilung in vermaschten Höü-Verbundnetzen nach einem der vorstehenden Anspruch·, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzstromrichter über zusätzliche Sekundärwicklungen von auf den höchsten Gleich* Spannungspotential stehenden Transformatoren der Haupts stromrichter gespeist werden. ·

7. Anordnung zur Xnderung der Stromverteilung in vermaschten HGO-Verbundnetzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daft dit ZusattStromrichter (7»71) Aus eigenen, isoliert aufgestellten Transformatoren Reepeist werden, die an die Sekundärwicklungen der auf dem höchsten Qleichspannungspotential stehenden Hauptstro·* richtertransformatoren angeschlossen sind.

8. Anordnung und Verfahren zur Xnderunr der Stromverteilung

in vernaschten H(30-Verbundnetz,en nach einen der vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dafi die Zusatzstrc*« richter datu verwendet werden, die Zweigstrune des Oleich« * strom-Maschennetzes auf ihr· Maximalwerte su begrenzen.

9. Anordnung sur Xnderung der Stromverteilung in vernaschten HGf)-Verbundnetsen, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzetromrichter in mehrere in Serie geschaltote TelIstromrichtersySterne unterteilt sind, die in DrOckenfolgesteuerung betrieben werden., d.h., daß bei erforderlicher Spannungsftnderung jeweils nur ein Teilstromrichter mit Teilaussteuerung

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die anderen jedoch mit Vollauasteuerunfs im fJleichrichter- oder Wechselrichter-Bereich gefahren werden.

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