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"Mehrpunkt-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage" Die Erfindung
bezieht sich auf eine Mehrpunkt-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (Mehrpunkt-HGÜ)
mit mehreren über eine Gleischstromringleitung in Serie geschalteten Gleich-und
Wechselrichterstationen, über die Energie mit oder zwischen Drehstrommetzen ausgebauscht
wird, mit den Stationen zugeordneten Strom- und/oder Spannungsreglern und einer
Informationseinrichtung.
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Eine solche bekannte seriengeschaltete Mehrpunkt-HGÜ besitzt für bestimmte
Anwendungsfälle betriebstechnische Vorteile ( Vaughan et al "The Control and Performance
of Serie's Connected Multiterminal HVDC Transmission System" IEEE Transactions Paper
T 75 211-8 (1975), p. 1-7). Gegenüber einer parallelgeschalteten Mehrpunkt-HGÜ ist
beispielsweise die Möglichkeit des schnellen Energierichtungswechsels ohne mechanische
Schaltoperationen gegeben. Weiterhin können Stromrichterbrücken oder Stationen im
Fehlerfall außer Betrieb setzt und über brückt werden, ohne daß das restliche System
wesentlich gestört wird (Vaughan s.o. und R.Foerst et al "Multi-Terminal Operation
of IIVDC Converter Stations" iEEE Transactions Paper 69 TP 78-PWR (July 1969), p.
1-9 = VDE Fachberichte 1968, 5. 18-23). Das seriengeschaltete System ist unempfindlicher
gegen
Störungen auf der Gleichstromseite.
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Im allgemeinen können die Regelungsprinzipien der Zweipunkt-HGÜ übernommen
werden, bei der die Stromregelung z. B. durch die Regelungseinrichtung der Gleichrichterstation
und die Spannungsregelung durch die Regelungseinrichtung der Wechselrichterstation
übernommen wird (Vaughan s.o.; Foerst s.o.).
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Im bekannten Fall (Vaughan s.o.) der seriengeschalteten Mehrpunkt
HGÜ soll normalerweise die Gleichrichterstation mit dem kleinsten Stromsdlwert strombestimmend
sein, solange die Summe der Gleichrichterspannungen größer als die Summe der Wechselrichterspannungen
ist, und die Wechselrichterstatio mit dert höchsten Stromsollwert die Stromregelugn
bei einem bestimmten Löschwinkel übernehmen, falls die Summe der Cleichrichterspannungen
kleiner als die Summe der Wechselrichterspannungen ist. Die Leistungsragelung soll
d&nn über eine Änderung dcr Zündwinkelgrenzen erfolgen, so daß prinzipiell eine
von einer zentralen Überwachungs- und Regelungseinrichtung unabhängige Regelung
jeder Station möglich sein soll.
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Dieses bekannte System erfordert einmal,daß die einzelnen Stationen
mit in weiten Grenzen veränderlichen Zündwinkeln für die Stromrichterventile arbeiten,
Insbesondere der gewünschten Reduzierung der Blindleistung kann eine solche Zündwinkelverschiebung
entgegenlaufen. Weiterhin ist trotz einer prinzipiell unabhängigen ;Leistungsrecjelung
sicher nicht ohne eine zentrale Uberwachungs- und Regelungseinrichtung auszukommen;
denn es gilt die Bedingung zu erfüllen, daß eine Station die Reglung der gemeinsamen
Größe Übernimmt. im Falle der reihengeschalteten Station ist die @röße der Strom.
Alle anderen Stationen regeln dann die Spannung.
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Die zentrale Überwachungs- und Regelungseinrichtung mit entsprechender
Rückmeldung ist weiterhin günstig, um auf Störungen reagieren und Schaltoperationen
steuren zu können,, insbesondere wenn gleichstromseitig Erdungsfehler aurireten
(Vaughan s.o.-). Im bekannten Fall wird die Möglichkeit der Abtrennung des fehlerhaften
Laitungsabschnitter ohne Verlust des Übertragungsvermögens bei geeigneter Wahl der
System-Erdung, angemessener Isolierung der Stationen und Leitungen sowie einen vorübergehenden
zusätzlichen Erdung erwähnt. Bei dem angeführten dauernder Verlust eines Leitungsabschnittes
ist die Übertragung zunächst unterbrochen. Abhängig von der Fehlerstelle und der
System-Konfiguration (Anordnung der Gleich- und Wechselrichterstationen) kann daher
eine Übertragung mit zwei unabhängigen Verbindungsbecken nur wiederaufgenommen werden,wenn
eine dauernde Erdung an beiden Enden des fehlerhaften Abschnittes angenommen wird.
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Für die Ünterdrückung oder Beseitigung von Störungen, vorübergehenden
Leitungsfehlern, Kommutierungsfehlern, Blitz-und Schaltspannungen, wird im bekannten
Fall (Vaughan s,o.) ein von der System-Erdung entfernt angeordneter, mGt Erde verbundener
Kondensator eingesetzt. Bei einem Leitungsfehler führt der dem Kondensator benachbarte
Gleichrichter den Strom zunächst auf Null, dann erfolgt in üblicher Weise eine Umsteucrung
des Gleichrichters in den Wechselrichterbetrieb und der Kondensator entlädt sich
in entgegengesetzter Richtung zum Fehlerstrom. Diese Funktion wird jedoch nur ei
genauer
@esclegung der Funktionen der einzelnen Stromrichterstationen auf Gleich- bzw. Wechselrichterbetrieb
für den Normalfall erreicht, d.h. die Funktion ist von der Fehlerstelle und der
Lage des Erdungskondensators im Hinblick auf das Spannungsprofil und die Stromrichtung
in der Ringleitung abhängig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine seriengeschaltete gegebenenfalls
Mehrpunkt-HGÜ/mit zentraler Überwachungs- und Regelungseinrichtung zu schaffen,
die eine Betriebsfortführung bei einem Gleichstromleitungsfehler an beliebiger Stelle
zwischen den St@omrichterstationen gewährleistet.
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Die Lösung diser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß eire Gleichstrom-Doppelleitung
zur Verbindung aller Stationen (A,B,C,D) untereinande@ dient, daß jede Station in
jeder Gleichstromleitung ein- und ausgangsseitig einen Schalter und einen Querzweig
mit Schalter zwischen den Gleichstromleitungen besitzt und daß jede Station mit
einem Überbrückungsschalter in einem Verbindungsstück zwischen den Querzweigen ausgerüstet
ist.
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Es ist als solches bekannt, eine Stromrichterstation einer HGU mit
ein- und ausgangsseitigen Schaltern sowie Überbrückungsschaltern auszurüsten (GB-PS
1 151 854) m bekannten Fall beziehen sich die bezweckten Maßnahmen jedoch auf eine
Zweipunkt-HGU und in diesem Zusammenhang auf die Abtrennung der Station, auf die
Überbrückung einzelner Ventilgruppen bei Störungen und über eine gesonderte Schalteinrichtung
auf die Schaltung einer Erdrückleitung bei Ausfall eines Leitungspols und Aufrechterhaltung
des Betriebes mit dem anderen Leitungspol.
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Bei der erfindungsgemäßen Mehrpunkt-HGÜ mit Gleichstrom-Doppelleitung
sind im Normalbetrieb nur die Schalter in den Verbindungsstücken zwischen den Querzweigen
geöffnet und alle anderen Schalter geschlossen, so daß analog zum eingangs beschriebenen
bekannten System (Vaughan s.o.) eine Ringleitung, selbstverständlich mit: entsprechender
System-Erdung gebildet ist.
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In vorteilhafter Weise ist jedoch für den Störfall eines beliebigen
Leitungsabschnittes, z.B. bei Mastbruch, sichergestellt, daß erfindungsgemäß eine
öffnung der Schalter in den Verbindungsstücken, eine Schließung der Schalter in
den das schadhafte Leitungsstück begrenzenden Querzweigen, eine Öffnung aller Schalter
in den anderen Cuer zweigen, eine öffnung der zum schadhaften Leitungsstück führenden
Schalter und eine Schließung aller übrigen Schalter erfolgt. Bei einem derartigen
Fehler spricht zunächst der Leitungsschutz in jeder Station an und es kommt zu einer
Betriebsunterbrechung. Nach telefonischer Riicksprache zwischen dem Bedienungspersonal
der einzelnen Stationen oder über eine Fernwirkanlage bzw. die ohnehin notwendige
zentrale Überwachungs- und Regelungseinrichtung werden die Schalter jeder Station
wie beschrieben betätigt. Der Betrieb läßt sich dabei über die nunmehr durch die
Reihenschaltung der Doppelleitung gebildete Ringleitung mit etwas höheren Verlusten
während einer vorübergehenden. Störphase fortsetzen.
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Die Erfindung wird anhand eines Auführungsbeispieles gemäß
den
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Prinzipscaltbild der Mehrpunkt-HGÜ,
Fig. 2 den Normalbetrieb der Mehrpunkt-HGÜ nach Fig. 1, Fig. 3 den Fig. . 4 den
Betrieb nach einer totalen Leitungsstörung(Mastbruch).
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Die Mehrpunkt-HGÜ besteht gemäß Ausführungsbeispiel aus vier Stromrichterstationen
A,B,C,D, die über eine Doppelleitung 10 aus den Leitungspolen lol, 102 verbunden
sind. Eine andere Zahl ist möglich. Diese Stationen A,B,C,D sind in üblicher Weise
aus Stromrichterbrücken (nur angedeutet) aufgebaut und besitzen in an sich bekannter
Weise Regelungseinrichtungen, Stromrichtertransformatoren, gleichstromseitige Glättungseinrichtunaen
und wechselstromseitige Filter (ETZ-A Bd. 89 (1968), H. 8 u. H. 9).
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Jede Station A,D,C,D ist mit Schaltern 1 bis 7 ausgerüstet, wobei
Schnellschalter, z.B. bekannte ölarme Lichtbogenschalter (Foerst s.o.), einsetzbar
sind ( eine Ubersichtüber Gleichstromschalter und zugehörige Einrichtungen gibt
auch das Cigre-Sont?erheft Nr. 18 v. Juli 1971).
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Die Schalter 1, 2 und 3, 4 befinden sich ein- bzw. ausgangsseitig
in jeder Station A,B,C,D, die Schalter 5,6 in Querzweigen 11 der Doppelleitunglol,1o2
jeder Station und die Überbrückungsschalter 7 in Verbindungsstücken 12 zwischen
den Querzweigen 11.
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Die System-Erdung 13 kann beispielsweisc bei Station C, gegebenen
falls zusätzlich mit einer an sich bekannten Schalteinrichtung tGB-PS 1 151 854)
bei C und einer weiteren Station, angeordnet sein. Man kann z.B. annehmen, daß Station
C als Gleichrichter mit 400 kV, Station D als Wechselrichter mit 600 kV, Station
A als Gleichrichter mit 400 kV und Station B als Wechselrichter mit 200 kV arbeitet,
so daß folgendes Spannungsprofil - im Uhrzeigersinn betrachtet - entsteht: 400kV
... - 200 kV ... 200kV ... OkV.
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Eine zentrale Überwachungs- und Regelungseinrichtung 14, die wie eingangs
erläutert zur Koordinierung der Lastverteilung und zur Erfassung und Beseitigung
von Störungen dient, sorgt im Normalbetrieb für eine Ansteuerung der Schalter 1
bis 7 derart, daß die Schalter 7 geöffnet sind und
alle ühriqen
Schalter 1 bis 6 jeder Station A,B,C,D geschlossen (Fig.2).
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Nach Meldung eines einfachen Leitungsfehlers, z. B. auf dem Leitungspol
le 2 zwischen den Stationen A und B werden die Schalter 1 (Station B) und 3 (Station
A) geöffnet und der Betrieb läuft mit doppelter Stromdichte in lol zwischen A und
B weiter (Fig. 3). Bei Mastbruch zwischen A und B werden die Schalter 7 geschlossen,
die Schalter 5 und 6 in den den fehlerhaften Leitungsabschnitt begrenzenden Querzweigen
11 geschlossen, die Schalter 5 und 6 in den übrigen Querzweigcii 11 geöffnet, die
Schalter 1 bis 4 im fehlerhaften Leitungsabschnitt geöffnet und die Schalter 1,2
der Station A geschlossen, und ebenso die Schalter 3,4 der Station B und all übrigen
Schalter 1 bis 4 der Station C und D geschlossen.
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Es ergibt sich eine neue, intakte Ri.nglcitung über die Stror.-richterbrücke
in B, Schalter 3 von R, 102, Schalter 1 von C, Schalter 3 von C, 102, Schalter 1
von D, Schalter 3 von D, 102, Schalter 1 von A, Schalter 6 von A, Schalter 7 von
A, Schalter 2 von A,lol, die Schalter 4,7,2 von D, lol, die Schalter 4,7,2 von C,lol,
die Schalter 4,7,5 von B, In diesem Falle tritt die doppelte Stromdichte in allen
verblcibenden Leitungsabschnitten auf (Fig.4).
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Die Leitungsbemessung kann zwischen dem Normalbetriebsfall und dem
Notbetriebsfall abgestimmt sein. Vorzugsweise wird jedoch die Leitungsbemessung
für den Normalbetrieb optimiert und im Notbetrieb die ohnehin notwendige thermische
Uberlastbarkeit der Gleichstromleitungen 101,102 genutzt.