DE69511498T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Anlage zur Übertragung von Hochspannungsgleichstrom - Google Patents

Description

Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Anlage zur Übertragung von Hochspannungs- Gleichstrom gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
• claimEine Anlage zur Übertragung von Hochspannungs-Gleichstrom zwischen zwei Wechselspannungsnetzen Enthält zwei Stromrichterstation, von denen jede auf ihrer Wechselstromseite an je eines der Wechselspannungsnetze angeschlossen ist und jede an eine gemeinsame Gleichstromverbindung angeschlossen ist. Die Gleichstromverbindung kann aus einer Freileitung und/oder einem Kabel bestehen und kann in gewissen Abschnitten aus dem Erdreich oder Wasser anstelle eines metallischen Leiters bestehen. Jede der Stromrichterstationen enthält einen Stromrichter, gewöhnlich mindestens einen Stromrichtertransformator zum Anschluß des Stromrichters an das Wechselspannungsnetz sowie Shunt-Filter zur Erzeugung von Blindleistung und zum Herausfiltern von Harmonischen (Oberwellen). Die Stromrichter sind normalerweise netzkommutierte Stromquellenstromrichter, worunter verstanden wird, daß die Kommutierung des Stromes zwischen den Ventilen der Stromrichter durch im Wechselspannungsnetz auftretende Spannungen erfolgt und daß die Gleichstromverbindung aus Sicht der Stromrichter eine steife Stromquelle darstellt.
• Während des normalen Betriebes arbeitet einer der Stromrichter, der im folgenden als Gleichrichter bezeichnet wird, im Gleichrichterbetrieb, und der andere, der im folgenden als Wechselrichter bezeichnet wird, arbeitet im Wechselrichterbetrieb. Eine Steueranordnung für den jeweiligen Stromrichter erzeugt ein Steuersignal, welches einem Steuerwinkel Alpha entspricht, bei welchem den Ventilen der Stromrichter Zündimpulse zugeführt werden. Um den Verbrauch an Blindleistung durch die Stromrichter minimal zu halten und um die Beanspruchung der in den Stromrichterstationen enthaltenen Komponenten zu reduzieren, ist es vorteilhaft, den Gleichrichter mit dem kleinsten möglichen Steuerwinkel Alpha zu steuern und den Wechselrichter mit einem Steuerwinkel zu steuern, der den kleinstmöglichen Löschwinkel Gamma (Kommutierungsmarginal) zur Folge hat, ohne daß der gesteuerte Betrieb gefährdet wird.
• Das Steuersystem der Anordnung ist daher gewöhnlich so beschaffen, daß der Wechselrichter auf eine für die Betriebsbedingungen der Anordnung geeignete maximale Gleichspannung gesteuert wird unter Beachtung von Sicherheitsabständen mit Rücksicht auf Kommutierungfehler, Spannungsvariationen im Wechselspannungsnetz oder anderen Abweichungen vom Nennbetrieb, die auftreten können, während der Gleichrichter stromgesteuert wird. Der Stromsollwert der Stromsteuerung wird in Abhängigkeit einer Stromorder gebildet, die ihrerseits in Abhängigkeit einer Leistungsorder und der herrschenden Gleichspannung in der Weise gebildet wird, daß der Gleichstrom und damit die übertragenden Wirkleistung gewünschte Werte einhalten. Der Steuerwinkel des Gleichrichters bei stationärem Betrieb wird so klein wie möglich gewählt, wobei berücksichtigt wird, daß die Stromsteuerung ein gewisses Steuermarginal bezüglich des kleinsten zulässigen Steuerwinkels er fordert, was zur Aufrechterhaltung eines zuverlässigen Betriebes notwendig ist.
• Gewöhnlich ist die Steueranordnung für einen Gleichrichter und einen Wechselrichter in gleicher Weise aufgebaut, wobei beim Gleichrichter ein Stromregler aktiviert ist und im Wechselrichter die Steueranordnung mit dem Ziel aktiviert ist, den Löschwinkel auf einem vorbestimmten unteren Wert, aber nicht darunter, aufrecht zu erhalten. Dies wird dadurch erreicht, daß sowohl dem Stromregler für den Gleichrichter als auch dem Stromregler für den Wechselrichter Stromsollwerte zugeführt werden, die in Abhängigkeit der Stromorder für den Gleichrichter gebildet werden, und dem Stromregler für den Wechselrichter zusätzlich ein Strommarginal mit einem von Null verschiedenen Wert und mit einem solchen Vorzeichen zugeführt wird, daß der Stromregler bestrebt ist, den vom Gleichrichter gesteuerten Gleichstrom zu verkleinern. Das Strommarginal für den Gleichrichter erhält den Wert Null. Die Stromorder und die Strommarginale für den Gleichrichter und den Wechselrichter werden über eine Fernmeldeverbindung koordiniert.
• Spannungsabsenkungen im Wechselspannungsnetz des Gleichrichters können dazu führen, daß der Gleichrichter nicht mehr in der Lage ist, den georderten Strom aufrecht zu erhalten. Wenn der Strom um einen Betrag gesunken ist, der dem Strommarginal des Wechselrichters entspricht, übernimmt der Wechselrichter die Stromregelung und regelt den Strom auf einen Wert, der gleich der Stromorder reduziert um das Strommarginal ist. Die über die Gleichstromverbindung übertragenen Wirkleistung sinkt somit im Verhältnis zu der Größe der Spannungsabsenkung und der Größe des Strommarginals. Der Übergangsvorgang ist gewöhnlich auch begleitet von einer transienten Reduktion des Stromes um einen Wert, der größer als das Strommarginal ist.
• Zur allgemeinen Beschreibung der Technik der Übertragung von Hochspannungs-Gleichstrom wird Bezug genommen auf Erich Uhlmann: "Power Transmission by Direct Current", Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1975, insbesondere auf die Seiten 125-140.
• Um der Reduzierung der übertragenen Leistung unter den oben genannten Umständen entgegenzuwirken, wurde die Verwendung eines Reglers vorgeschlagen, der, wenn festgestellt worden ist, daß der Wechselrichter die Stromsteuerung übernommen hat, über einen rückgekoppelten Steuerkreis den Stromsollwert des Wechselrichters um einen Wert erhöht, der dem Strommarginal entspricht. Die hat jedoch eine Komplikation der Steueranordnung und ein häufig schwieriges Abstimmen des dynamischen Verhaltens des Reglers zur Folge.
• Es besteht daher der Wunsch, das Strommarginal zu reduzieren, um Ausgleichsvorgänge (Transienten) und den Verlust an übertragener Leistung zu reduzieren. Das Strommarginal hat gewöhnlich typischerweise Werte von 0,1 pro Einheit, unter anderem bedingt durch die Notwendigkeit einer Koordinierung der Stromorder zwischen Gleichrichter und Wechselrichter, die häufig über gewöhnliche Telefonverbindungen stattfindet. Mit schneller und automatisch arbeitenden Telekommunikationsverbindungen kann das Strommarginal typischerweise auf die Größenordnung von 0,02 pro Einheit reduziert werden. Dies bedeutet, daß unvermeidbare Übergänge der Stromregelung auf den Wechselrichter mit kleineren Reduzierungen des Stromes und mit kleineren Transienten während des Übergangsvorganges einhergehen.
• In reihenkompensierten Stromrichterstationen, worunter Stromrichterstationen verstanden werden, deren Stromrichterbrücken über Reihenkondensatoren, möglicherweise über einen Zwischentransformator, an das Wechselspannungsnetz angeschlossen sind, steigt die Gefahr, daß die Stromregelung auf den Wechselrichter übergeht. Der Grund hierfür besteht darin, daß der Gleichrichter in reihenkompensierten Stromrichterstationen normalerweise mit Nennsteuerwinkeln betrieben werden kann, die, bezogen auf die Phasenlage der Spannungen des Wechselspannungsnetzes, kleiner sind als diejenigen für nicht reihenkompensierte Stromrichterstationen, und zwar typischerweise mit Steuerwinkeln von etwa 5 Grad anstelle von etwa 15 Grad. Wenn die Spannung des Gleichrichters als Funktion des Steuerwinkels Alpha im wesentlichen proportional dem Kosinus von Alpha ist, hat die Gleichspannung bei Nennsteuerwinkeln für reihenkompensierte Stromrichterstationen eine flachere Abhängigkeit von dem Steuerwinkel, was ein reduziertes Steuermarginal zur Folge hat.
• Im Falle großer Spannungsabsenkungen in dem Wechselspannungsnetz des Gleichrichters, typischerweise größer als 0,1 pro Einheit, beispielsweise als Folge von Fehlern im Wechselspannungsnetz oder, wenn das Wechselspannungsnetz schwach ist, beim Zuschalten einer großen hast, können bestimmte Probleme bei der Koordination der Stromsollwerte für den Gleichrichter und den Wechselrichter auftreten. Die Steueranordnung des Stromrichters hat normalerweise eine Begrenzung der Stromorder in Abhängigkeit der Gleichspannung des betreffenden Stromrichters, die so beschaffen ist, daß die Stromorder mit sinkender Gleichspannung auf einen Wert begrenzt wird, der mit der Spannung sinkt und auf einem niedrigeren Spannungsniveau auf einen konstanten Wert begrenzt ist. Stromregler in der Steueranordnung von Stromrichtern werden mit der so be grenzten Stromorder als Stromsollwert gespeist. Jedoch ist die Stromorder vor dieser Begrenzung diejenige, die über eine Telekommunikationsverbindung zwischen dem Gleichrichter und dem Wechselrichter koordiniert wird. Es ist wahrscheinlich, daß in Zusammenhang mit den oben genannten großen Spannungsabsenkungen die spannungsabhängigen Begrenzungen der Stromorder wirksam werden. Da jedoch die Gleichspannung des Gleichrichters, insbesondere im Falle von Fehlern, erheblich von der Gleichspannung des Wechselrichters abweichen kann, können die Begrenzungen der Stromorder im Gleichrichter beziehungsweise im Wechselrichter dazu führen, daß der Stromregler des Wechselrichters mit einem Stromsollwert gespeist wird, der größer ist als derjenige, mit welchem der Stromregler des Gleichrichters gespeist wird. Wenn die Differenz zwischen den Stromsollwerten das Strommarginal übersteigt, dann neigt der Stromregler des Wechselrichters dazu, den Strom zu vergrößern. Dies ist nur möglich durch eine weitere Verkleinerung der Gleichspannung des Wechselrichters. Somit strebt in solchen Fällen die Steueranordnung des Wechselrichters bezüglich der Gleichspannung des Wechselrichters entgegen der Richtung, die mit seiner Steuerung beabsichtigt ist, und es ist klar, daß die Gefahr des Auftretens dieser Situation mit kleiner werdendem Strommarginal zunimmt.
• Die Phänomene, die, wie oben beschrieben, im Zusammenhang mit Spannungsabfällen im Wechselspannungsnetz des Gleichrichters auftreten können, können in analoger Weise auch im Zusammenhang mit Spannungsanstiegen im Wechselspannungsnetz des Wechselrichters auftreten. Spannungsanstiege in dem Wechselspannungsnetz des Wechselrichters können, insbesondere wenn das Netz schwach ist, auch noch in Situationen auftreten, in denen in Folge eines Fehlers in der Gleichstromübertragung die übertragene Wirkleistung reduziert ist.
Zusammenfassung der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der oben genannten Art zu entwickeln, welches ein niedriges Strommarginal im Zusammenhang mit Spannungsänderungen erlaubt, die während des normalen Betriebes auftreten, und welches im Falle großer Spannungsabsenkungen es ermöglicht sicherzustellen, daß die Steueranordnung des Wechselrichters fortfährt in der gewünschten Weise zu arbeiten, das heißt, bestrebt ist, die Spannung auf einen geeignete den Betriebsbedingungen der Anlage entsprechenden maximale Wert zu vergrößern.
• Das, was ein Verfähren und eine Anordnung gemäß der Erfindung charakterisiert sowie deren vorteilhaften Verbesserungen werden durch die beigefügten Ansprüche deutlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
• Fig. 1 schematisch eine Anlage zur Übertragung von hochgespanntem Gleichstrom mit reihenkompensierten Stromrichterstationen,
• Fig. 2 in Gestalt eines Blockschaltbildes Teile des Steueranordnungen für die Stromrichterstationen gemäß Fig. 1,
• Fig. 3 in Form eines Blockschaltbildes ein Ausführungsbeispiel eines Stromreglers für eine Steueranordnung gemäß Fig. 2 in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung,
• Fig. 4 eine Beziehung bekannter Art zwischen der Spannung und dem Stromsollwert für ein Begrenzungsglied zur Begrenzung einer Stromorder für eine Steueranordnung gemäß Fig. 2,
• Fig. 5 eine Strom/Spannungskennlinie bekannter Art für einen Gleichrichter und einen Wechselrichter, die an eine gemeinsame Gleichstromverbindung angeschlossen sind,
• Fig. 6 eine Beziehung zwischen Spannung und. Strommarginal bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
• Fig. 7 eine Strom/Spannungskennlinie für einen Gleichrichter und einen Wechselrichter, die an eine gemeinsame Gleichstromverbindung angeschlossen sind, welche Kennlinie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung abgewandelt ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
• Die folgende Beschreibung bezieht sich sowohl auf ein Verfahren als auch auf eine Anordnung, und die Figuren können daher sowohl als Signalflußdiagramme als auch als Blockschaltbilder von Anordnungen betrachtet werden.
• Fig. 1 zeigt eine Anlage zur Übertragung von Hochspannungs-Gleichstrom zwischen zwei dreiphasigen Wechselspannungsnetzen N1 und N2, und zwar nur grob angedeutet.
• Ein erster Stromrichter SR1 ist mit seinen Wechselspannunganschlüssen an ein Netz N1 über Reihenkondensatoren SC1 und einen Transformator T1 angeschlossen, und eine zweiter Stromrichter SR2 ist mit seinen Wechselspannunganschlüssen an das Netz N2 über Reihenkondensatoren SC2 und einen Transformator T2 angeschlossen. Jeder der Transformatoren ist mit einem Stufenschalter TC1 beziehungsweise TC3 aus gerüstet, was in der Figur durch einen Pfeil angedeutet ist. Eine Gleichstromverbindung L1, L2 verbindet die Gleichspannungsanschlüsse des Stromrichters SR1 mit den entsprechenden Gleichspannunganschlüssen des Stromrichters SR2. Die Imdedanzen der Gleichstromverbindung sind mit Z1 beziehungsweise Z2 bezeichnet. Ferner sind (in der Figur nicht gezeigte) Shunt-Filter zur Erzeugung von Blindleistung und zum Ausfiltern von Harmonischen (Oberwellen) an das entsprechende Wechselspannungsnetz angeschlossen.
• Für die Beschreibung des Ausführungsbeispiels wird angenommen, daß während des normalen Betriebes Wirkleistung in Richtung von dem Stromrichter SR1 zu dem Stromrichter SR2 übertragen wird, das heißt, daß der Stromrichter SR1 als Gleichrichter und der Stromrichter SR2 als Wechselrichter arbeitet. Beide Stromrichter sind jedoch so beschaffen, daß sie in bekannter Weise sowohl als Gleichrichter als auch als Wechselrichter arbeiten können.
• Die Gleichspannung Ud1 des Gleichrichters und die Gleichspannung Ud2 des Wechselrichters werden mittels Spannungsmeßvorrichtungen UM1 beziehungsweise UM2 gemessen, welche die Meßwerte UD1 beziehungsweise UD2 liefern. Der Strom Id durch die Gleichstromverbindung wird durch Strommeßvorrichtungen IM1 beziehungsweise IM2 gemessen, welche die Meßwerte ID1 beziehungsweise ID2 liefern. Die Spannungen Un1 beziehungsweise Un2 der Wechselspannungsnetze werden durch Spannungsmeßvorrichtungen UMN1 beziehungsweise UMN2 gemessen, welche die Meßwerte UN1 beziehungsweise UN2 liefern.
• Jeder Stromrichter ist mit einer Steueranordnung CE1 beziehungsweise CE2 ausgerüstet, welcher die oben genannten Meßwerte der Betriebsparameter der Anlage zugeführt werden, das heißt, die Steueranordnung des Gleichrichters wird mit den Meßwerten der Spannung des Wechselspannungsnetzes, der Gleichspannung des Gleichrichters und dem Gleichstrom der Gleichstromverbindung versorgt, und die Steueranordnung des Wechselrichters wird mit den entsprechenden Meßwerten bezüglich des Wechselrichters versorgt. Zusätzlich werden die Steueranordnungen (in einer in den Zeichnungen nicht gezeigten aber für sich bekannte Weise) mit Eingangssignalen versorgt, die Informationen über die Stellung der Stufenschalter enthalten, und mit einem Leistungsrichtungssignal RECT/INV, wobei das letztgenannte Signal Gleichrichterbetrieb beziehungsweise Wechselrichterbetrieb anzeigt und in Abhängigkeit der Leistungsrichtung bestimmt wird, die von dem Betreiber der Anlage verlangt wird.
• In Abhängigkeit gemessener Werte und Eingangssignale, die den Steueranordnungen zugeführt werden, erzeugen die Steueranordnungen des Gleichrichters und des Wechselrichters Steuerimpulse CP1 beziehungsweise CP2 für die in den Stromrichtern in bekannter Weise angeordneten Ventile und führen diese dem betreffenden Ventil zu.
• Jede der Steueranordnungen enthält eine Steuerwinkeleinheit CAC zur Bildung eines georderten Wertes des Steuerwinkel Alpha für die Ventile des betreffenden Stromrichters, welche Steuerwinkeleinheit unten genauer beschrieben wird, und enthält in einer bekannten Weise aufgebauten Einheiten CFC zur Bestimmung des Zündaugenblicks des betreffenden Ventils in Abhängigkeit des georderten Wertes des Steuerwinkels Alpha sowie CPG zur Erzeugung von Steuerimpulsen CP1 beziehungsweise CP2. Ein in an sich bekannter Weise gebildeter Sollwert für den Gleichstrom der Gleichstromverbindung wird der Steuerwinkeleinheit CAC von einer Leistungssteuereinheit POC zugeführt. Der Steuerwinkeleinheit können auch andere Sollwerte eines übergeordneten Steuersystems, welches in der Figur nicht gezeigt ist, zugeführt werden, beispielsweise zur Steuerung eines Austausches von Blindleistung mit den Wechselspannungsnetzen.
• Die beiden Steueranordnungen kommunizieren miteinander in einer an sich bekannten Weise über eine Telekommunikationsverbindung TL für eine Zweiwegübertragung von Informationen über die Betriebsparameter der Stromrichter.
• Fig. 2 zeigt Teile einer Steueranordnung für die Stromrichterstationen gemäß Fig. 1 in einer Ausführungsform der Erfindung. Die Steueranordnungen sind gewöhnlich für Gleichrichter und Wechselrichter identisch aufgebaut, und daher sind in der folgenden Fig. 2 und der darauffolgenden Fig. 3 Indizes 1 beziehungsweise 2 zur Anzeige von Größen, die sich auf einen Gleichrichter und einen Wechselrichter beziehen, nicht angegeben.
• Das Leistungssteuerglied POC enthält ein Berechnungsglied IOCAL zur Berechnung einer Stromorder (Strombefehl) 10 als Quotient aus einer Leistungsorder PO für die über die Gleichstromverbindung zu übertragende Wirkleistung und einem Meßwert UD der Gleichspannung Ud des Gleichrichters. Die Stromorder wird einem Begrenzungsglied 1 zugeführt zur Begrenzung der Stromorder in Abhängigkeit eines Meßwertes UD der Gleichspannung Ud, die dem oben genannten Begrenzungsglied zugeführt wird, gemäß einer vorgewählten Beziehung für die Anlage. Das Ausgangssignal IOL des Begrenzungsgliedes 1 wird danach als Stromsollwert einem Stromregler CC zugeführt, der sich in der Steuerwinkeleinheit CAC befindet, wobei dem Stromregler des Gleichrichters ein erster Stromsollwert IOL1 zugeführt wird und dem Stromregler des Wechselrichters ein zweiter Stromsollwert IOL2 zugeführt wird.
• Das Ausgangssignal AO des Stromreglers wird in einem Begrenzungsglied 2 mittels Begrenzungssignalen AMAXL beziehungsweise AMINL auf einen maximalen und einen miminalen Wert begrenzt, welche in irgendeiner an sich bekannten Weise gebildet werden und beeinflußt werden können. Das Ausgangssignal AOL des Begrenzungsgliedes 2 bildet einen georderten Wert für den Steuerwinkel Alpha und wird der Einheit CFC zur Bestimmung des Zündaugenblickes für das betreffende Ventil zugeführt.
• Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Stromreglers CC. Ein Summierungsglied 3 bildet ein Ausgangssignal als Differenz zwischen dem Stromsollwert IOL für den Gleichstrom Id und dem gemessenen Wert ID für diesen Strom. Die Differenz wird einem proportianal arbeitenden Verstärkerglied 4 mit einer Verstärkung GP und einem Summierungsglied 5 zugeführt. Dem Summierungsglied 5 wird auch ein vorgewähltes Strommarginal IOM zwischen Gleichrichter und Wechselrichter zugeführt und liefert somit als Ausgangssignal die Differenz zwischen dem Strommarginal und dem Ausgangssignal des Summierungsgliedes 3. Das Ausgangssignal des Summierungsglied 5 wird einem Integrationsglied 6 mit einer Integrationszeitkonstanten 1/GI zugeführt. Das Integrationsglied enthält ein Begrenzungsglied 7, welches das Ausgangssignal des Integrationsgliedes auf einen maximalen und einen minimalen Wert in Abhängigkeit von Begrenzungssignalen AMAXL beziehungsweise AMINL begrenzt. Die Ausgangssignale des proportianal arbeitenden Verstärkergliedes 4 und des Integrationsgliedes 6, begrenzt durch das Begrenzungsglied 7, werden einem Summierungsglied 8 zugeführt, welches als Ausgangssignal das Ausgangssignal AO des Stromregler als Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Integrationsgliedes und dem Ausgangssignal des proportianal arbeitenden Verstärkergliedes bildet.
• Die Strombefehle 10 für den Gleichrichter und den Wechselrichter werden über eine Telekommunikations-Verbindung TL (Fig. 1) koordiniert.
• Durch einen Wähler 9, der durch das Richtungssignal RECT/INV für die Leistung gesteuert wird, wird das Strommarginal IOM für den Gleichrichter gleich Null gesetzt und für den Wechselrichter auf einen von Null verschiedenen Wert mit einem solchen Vorzeichen, daß die Steueranordnung des Wechselrichters bestrebt ist, den von dem Gleichrichter gesteuerten Gleichstrom zu verkleinern.
• Soweit es den Wechselrichter betrifft besteht daher während des stationären Betriebes, wenn der Meßwert ID2 des Gleichstromes mindestens fast gleich dem Stromsollwert IOL2 ist, das Eingangssignal des Integrationsgliedes 6 aus dem Strommarginal, was bedeutet, daß sein Ausgangssignal seinen durch das Begrenzungssignal AMAXL begrenzten maximalen Wert annehmen wird. Das Ausgangssignal des proportianal arbeitenden Verstärkergliedes 4 ist unter den oben genannten Bedingungen gleich Null oder nahezu Null, so daß der Wert des Steuersignals Alpha des Wechselrichters durch das oben genannte Begrenzungssignal bestimmt wird.
• Fig. 4 zeigt einen Zusammenhang bekannter Art zwischen dem Meßwert UD der Gleichspannung Ud am betreffenden Stromrichter und dem Ausgangssignal IOL des Begrenzungsgliedes 1, das heißt, den Stromsollwert für den Stromregler des Stromrichters. Auf der Ordinate ist das Ausgangssignal IOL ausgedrückt in pro Einheit aufgetragen, und auf der Abszisse ist der Meßwert UD des Gleichstromes aufgetragen, ebenfalls ausgedrückt in pro Einheit. Die Punkte C und C' entsprechen einer ersten Begrenzungsspannung Udlim1, die dem Meßwert UDliml entspricht, und der Punkt D entspricht einer zweiten Begrenzungsspannung Udlim2, die kleiner als die erste ist und die dem Meßwert Udlim2 entspricht. Für Spannungen, die kleiner als Udlim2 sind, ist das maximale Ausgangssignal IOL gleich dem kleinsten Wert IOLmin, auf welchen die Stromorder begrenzt wird. Der Punkt E entspricht der Spannung Null. Für Spannungen, welche die erste Begrenzungsspannung Udlim1 überschreiten entspricht das Ausgangssignal IOL des Begrenzungsgliedes der Stromorder 10, die dem Begrenzungsglied zugeführt wird. Wenn sich die Spannung von der ersten Begrenzungsspannung in Richtung zur zweiten verkleinert, wird die Begrenzung aktiv, und das maximale Ausgangssignal des Begrenzungsgliedes verkleinert sich linear mit der Spannung wie dies durch die Kurvenabschnitt C-D beziehungsweise C'-D dargestellt ist. Die Kurve B-C-D-E entspricht der Stromorder 1,0 pro Einheit, die Kurve B'- C'-D-E entspricht einer Stromorder von 0,5 pro Einheit, und die Kurve B"-D-E entspricht einer Stromorder von 0,3 pro Einheit. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Begrenzungsspannung gleich 0,6 pro Einheit und die zweite gleich 0,1 pro Einheit, und der kleinste Wert IOLmin, auf den die Stromorder begrenzt wird, ist gleich. 0,3 pro Einheit.
• Fig. 5 zeigt eine statische Strom-Spannungskennlinie bekannter Art für die anhand der Fig. 1 beschriebene Anlage. Auf der Ordinate ist die Gleichspannung des betreffenden Stromrichters ausgedrückt in pro Einheit aufgetragen, und auf der Abszisse der Gleichstrom Id in der Gleichstromverbindung, ebenfalls ausgedrückt in pro Einheit. Die Kurve A-B-C-D-E bezieht sich auf den Gleichrichter, das heißt, den ersten Stromrichter SR1, und die Kurve F'- F-G-H-I-K-L bezieht sich auf den Wechselrichter, das heißt, den zweiten Stromrichter SR2. Mit der Stromorder von 1,0 pro Einheit wird F der Betriebspunkt der Anlage. Das Strommarginal IOM für den Wechselrichter hat den Wert 0,1 und bildet in Fig. 5 den horizontalen Abstand zwischen den vertikalen Kurvenabschnitten B-C-D-E und G-H-I-K. Dem Kurvenabschnitt F-G für den Wechselrichter ist eine positive Steigung gegeben, um eine Dämpfung von Schwingungen um den Arbeitspunkt F herum zu dämpfen. Der Kurvenabschnitt B-C-D-E gibt die oben beschriebene Beziehung zwischen der Gleichspannung Ud an dem betreffenden Stromrichter und dem Ausgangssignal IOL des Begrenzungsgliedes 1 wieder.
• Gemäß der Erfindung wird das Strommarginal nun in Abhängigkeit der Gleichspannung Ud des betreffenden Stromrichters gebildet. Der gemessene Wert UD der Gleichspannung wird einem Filter 10 mit einer Tiefpasscharakteristik zugeführt (Fig. 3), dessen Ausgangssignal einem funktionsbildenden Glied 11 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des funktionsbildenden Gliedes 11 wird einem Wähler 9 zugeführt und bildet das Strommarginal IOM, wenn der vom Leistungsrichtungssignal RECT/INV gesteuerte Wähler das oben genannte Ausgangssignal auf das Summierungsglied 5 des Stromregler des Wechselrichters schaltet.
• Das Ausgangssignal des funktionsbildenden Gliedes 11 wird in Abhängigkeit des Meßwertes UD gemäß einer vorgewählten Beziehung für die Anlage gebildet, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.
• Fig. 6 zeigt eine Strom-Spannungskennlinie der gleichen Art wie die in Fig. 5 gezeigte; um jedoch die Erfindung deutlich zu machen, zeigt Fig. 6 nicht die Intervention durch das Begrenzungsglied 1. Für Spannungen, die ein erstes Spannungsniveau Udf überschreiten, welchen einem Punkt M auf der Kennlinie des Wechselrichters entspricht, und nach oben bis zu einem Spannungsniveau, welches dem Punkt G entspricht, nimmt das Strommarginal einen ersten Wert IOMf an, der dem horizontalen Abstand zwischen den Kurvenabschnitten B-B' und G-M entspricht. Für Spannungen, die unter dem ersten Spannungsniveau Udf aber über einem zweiten Spannungsniveau Uds liegen, welches einem Punkt N auf der Kennlinie des Wechselrichters entspricht, wird das Strommarginal mit abnehmender Spannung fortlaufend größer, im gezeigten Ausführungsbeispiel linear, bis auf einen zweiten Wert IOMs, welcher dem horizontalen Abstand zwischen den Kurvenabschnitten B-B' und N-N' entspricht und dessen Größe größer ist als die Größe des ersten Wertes. Für Spannungen unter dem zweiten Spannungsniveau bleibt das Strommarginal konstant und gleich dem zweiten Wert IOMs. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt das erste Spannungsniveau Udf gleich 0,8 pro Einheit und das zweite Spannungsniveau Uds gleich 0,6 pro Einheit. Der erste Wert IOMf des Strommarginals ist gleich 0,02 pro Einheit und sein zweiter Wert IMOs ist gleich 0,4 pro Einheit.
• Fig. 7 zeigt eine statische Strom-Spannungskennlinie der gleichen Art wie Fig. 5 mit Intervention durch das Begrenzungsglied 1 und mit einem spannungsabhängigen Strommarginal wie es anhand von Fig. 6 beschrieben wurde. Der Punkt H gemäß Fig. 5, der auf dem gleichen Spannungsniveau wie der Punkt C in Fig. 4 liegt, und der Punkt N gemäß Fig. 6 liegen bei diesem Ausführungsbeispiel auf der gleichen Spannung. Das Strommarginal entspricht dem horizontalen Abstand zwischen dem Kurvenabschnitten B-C-D-E und F-G-M-H, N-I'.
• Es ist vorteilhaft, das Strommarginal so zu wählen, daß sein zweiter Wert größer ist als der untere Stromsollwert IOLmin, auf den die Stromorder 10 durch das erste Begrenzungsglied 1 begrenzt ist. Insbesondere wenn nach einem Fehler auf der Gleichstromübertragung die Leistungsübertragung wieder aufgenommen wird, wird hierdurch sichergestellt, daß die Steueranordnung des Wechselrichters bestrebt sein wird, die höchstmögliche Gleichspannung aufzubauen, während der Gleichrichter den Gleichstrom aufbaut, was bedeutet, daß die georderte Wirkleistung schnell erreicht wird. Für die oben gezeigten Ausführungsbeispiele wurde das Strommarginal für Spannungen Ud kleiner 0,6 pro Einheit mit einem Wert von 0,4 per Einheit gewählt, der größer ist als der untere Begrenzungswert, der 0,3 pro Einheit beträgt, auf welchen das Begrenzungsglied 1 den Stromsollwert IOL für den Stromregler begrenzt.
• Es ist ferner vorteilhaft, das erste Spannungsniveau Udf des funktionsbildenden Gliedes 11 größer zu wählen als die erste Begrenzungsspannung Udlim1 des Begrenzungsgliedes 1.
• In Fig. 6 ist das Strommarginal mit einer positiven Steigung längs des Kurvenabschnittes M-N gezeigt. Dies ist eine vorteilhaft Ausführungsform der Erfindung, durch welche sanftere unvermeidbare Übergänge der Stromsteuerung von dem Gleichrichter auf den Wechselrichter stattfinden, wenn die Spannung in dem Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsniveau liegt, das heißt wenn Udf > Ud > Uds. Um das primäre Ziel der Erfindung zu erreichen, ist es jedoch ausreichend, das Strommarginal zu vergrößern, wenn die Spannung kleiner als ein vorgegebener Wert ist, beispielsweise in der Weise, daß das funktionsbildende Glied 11 einen Wert des Strommarginals von 0,4 pro Einheit bildet, wenn die Spannung kleiner als das erste Spannungsniveau ist. Dies würde in Fig. 6 einer Situation entsprechen, bei der der Kurvenabschnitt M-N parallel zur Abszisse auf einem Spannungsniveau von 0,8 per Einheit läuft.
• Es wird somit durch die Erfindung der Vorteil erreicht, daß im Falle von Spannungsänderungen, die während des normalen Betriebes auftreten, die Anlage imstande ist, mit einem kleinen Strommarginal zu arbeiten, was bei unvermeidbaren Übergängen der Stromsteuerung auf den Wechselrichter bedeutet, daß diese unter geringen Störungen des Betriebes und geringer Reduzierung der übertragenen Leistung stattfinden, während zur gleichen Zeit im Falle von großen Spannungsabsenkungen, typischerweise größer als 0,1 per Einheit, die Steueranordnung des Wechselrichters fortfährt, in der gewünschten Weise zu arbeiten, das heißt, dananch zu streben, die Spannung auf einen für die Betriebsbedingungen der Anlage geeigneten maximalen Wert zu vergrößern.
• Die in Fig. 1 gezeigte Anlage enthält reihenkompensierte Stromrichterstationen. Jedoch tritt das durch die Erfindung gelöste Problem auch bei nicht reihenkompensierten Stromrichterstationen auf, und folglich ist die Erfindung ebenfalls auf solche Anlagen anwendbar. Jedoch ist die Erfindung besonders wichtig für reihenkompensierte Stromrichterstationen, bei welchen der Gleichrichter mit kleinen Nennwerten für den Steuerwinkel arbeitet und bei welchen die Gefahr eines Überganges der Stromsteuerung auf den Wechselrichter größer ist als bei nicht kompensierten Stromrichterstationen.
• Die in den Blockschaltbildern gezeigte Begrenzungsglieder und funktionsbildenden Glieder können in Form einsetzbarer Teile als Modelle ausgeführt sein, die analoge und/oder digitale Mittel für die Modellbildung enthalten, oder sie können vollständig oder teilweise in Form von Berechnungen mittels analoger und/oder digitaler Technik in fest verdrahteten Schaltungen verwirklicht werden, oder sie können durch Programme in einem Mikroprozessor verwirklicht werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung einer Anlage zur Übertragung von Hochspannungs-Gleichstrom, mit einem ersten und einem zweiten reihen-kompensierten Stromrichter (SR1 beziehungsweise SR2), die über eine gemeinsame Gleichstromverbindung (L1, L2) miteinander verbunden sind und von denen jeder durch eine separate Steuereinheit (CE1 beziehungsweise CE2) gesteuert wird und jeder an ein separates Wechselspannungsnetz (N1 beziehungsweise N2) angeschlossen ist, wobei jede Steuereinheit einen Stromregler (CC) enthält, dem ein Stromsollwert (IOL1 beziehungsweise IOL2) für den Strom (Id) in der Gleichstromverbindung zugeführt wird, wobei dem Stromregler des ersten Stromrichters ein erster Stromsollwert (IOL1) zugeführt wird und dem Stromregler des zweiten Stromrichters ein zweiter Stromsollwert (IOL2) und zusätzlich ein Strommarginal (IOM) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Wert (IOMf) dem Strommarginal zugeordnet wird, wenn die Gleichspannung am zweiten Stromrichter einen ersten vorgegebenen Spannungswert (Udf) überschreitet, und ein zweiter Wert (IOMs) dem Strommarginal zugeordnet wird, wenn die genannte Gleichspannung kleiner als der genannte erste Spannungswert ist, wobei die Größe des genannten zweiten Wertes für das Strommarginal größer ist als die Größe des genannten ersten Wertes für das Strommarginal.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Gleichspannung des zweiten Stromrichters kleiner als der genannte erste Spannungswert ist, jedoch einen vorgegebenen zweiten Spannungswert (Uds) überschreitet, das Strommarginal monoton von dem genannten ersten Wert auf den genannten zweiten Wert erhöht wird, wenn die genannte Gleichspannung von dem genannten ersten Spannungswert auf den genannten zweiten Spannungswert abnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede Steuereinheit ferner ein Begrenzungsglied (1) enthält, dem ein für die Stromrichter gemeinsamer Strombefehl (IO) zugeführt wird und welches den ersten beziehungsweise zweiten Stromsollwert bildet durch Begrenzung des Strombefehls in Abhängigkeit eines zugeführten Meßwertes (UD) der Gleichspannung (Ud1) beziehungsweise (Ud2) an dem betreffenden Stromrichter, wobei die genannte Begrenzung aktiv wird, wenn die genannte Gleichspannung kleiner als eine erste Begrenzungsspannung (Udlim1) ist, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte vorgegebene erste Spannungswert (Udf) so gewählt wird, daß er größer ist als die erste Begrenzungsspannung des Begrenzungsgliedes.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Strommarginal ein zweiter Wert zugeordnet wird, der größer ist als der kleinste Wert (IOLmin), auf den die Stromorder begrenzt ist.

5. Anordnung zur Steuerung einer Anlage zur Übertragung von Hochspannungs-Gleichstrom, mit einem ersten und einem zweiten reihen-kompensierten Stromrichter (ER1 beziehungsweise SR2), die über eine gemeinsame Gleichstromverbindung (L1, L2) miteinander verbunden sind und von denen jeder durch eine separate Steuereinheit (CE1 beziehungsweise CE2) gesteuert wird und jeder an ein separates Wechselspannungsnetz (N1 beziehungsweise N2) angeschlossen ist, wobei jede Steuereinheit einen Stromregler (CC) enthält, dem ein Stromsollwert (IOL1 beziehungsweise IOL2) für den Strom (Id) in der Gleichstromverbindung zugeführt wird, wobei dem Stromregler des ersten Stromrichters ein erster Stromsollwert (IOL1) zugeführt wird und dem Stromregler des zweiten Stromrichters ein zweiter Stromsollwert (IOL2) und zusätzlich ein Strommarginal (IOM) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung zumindest des zweiten Stromrichters ferner ein funktionsbildendes Glied (11) enthält, welches in Abhängigkeit eines zugeführten Meßwertes (UD) der Gleichspannung am zweiten Stromrichter das Strommarginal so bildet, daß es einen ersten Wert (IOMf) annimmt, wenn die genannte Gleichspannung einen vorgegebenen ersten Spannungswert (Udf) überschreitet, und daß es einen zweiten Wert (IOMs) annimmt, wenn die genannte Gleichspannung kleiner wird als der genannte erste Spannungswert, wobei die Größe des genannten zweiten Wertes für das Strommarginal größer ist als die Größe des genannten ersten Wertes für das Strommarginal.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das funktionsbildende Glied, wenn die Gleichspannung des zweiten Stromrichters kleiner als der genannte erste Spannungswert ist, jedoch einen vorgegebenen zweiten Spannungswert (Uds) überschreitet, das Strommarginal so bildet, daß es sich monoton von dem genannten ersten Wert auf den genannten zweiten Wert ändert, wenn die genannte Gleichspannung von dem genannten ersten Spannungswert auf den genannten zweiten Spannungswert abnimmt.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei jede Steuereinheit ferner ein Begrenzungsglied (1) enthält, dem ein für die Stromrichter gemeinsamer Strombefehl (10) zugeführt wird und welches den ersten beziehungsweise zweiten Stromsollwert bildet durch Begrenzung des Strombefehls in Abhängigkeit eines zugeführten Meßwertes (UD) der Gleichspannung (Ud1) beziehungsweise (Ud2) an dem betreffenden Stromrichter, wobei die genannte Begrenzung aktiv wird, wenn die genannte Gleichspannung kleiner als eine erste Begrenzungsspannung (Udlim1) ist, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte vorgegebene erste Spannungswert (Udf) die erste begrenzende Spannung des Begrenzungsgliedes übersteigt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das funktionsbildende Glied den zweiten Wert des Strommarginals so bildet, daß es größer ist als der kleinste Wert (IOLmin) auf den das genannte Begrenzungsglied die Stromorder begrenzt.

Übersetzung der Zeichnungstexte in alphabetischer Ordnung

per unit pro Einheit