Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Hochspannungs- gleichstromübertragung mit einem Versorgungsanschlussterminal zum Anschluss eines Energie speisenden Wechselstromnetzes und einem Verbraucheranschlussterminal zum Anschluss eines mehrphasigen Verbrauchers, wobei dem Versorgungsanschlusster¬ minal ein Gleichrichter nachgeschaltet ist, der über einen Glättungsmittel aufweisenden Gleichstromzwischenkreis mit ei¬ nem Wechselrichter verbunden ist, der wechselstromseitig an das Verbraucheranschlussterminal angeschlossen ist, wobei der Gleichrichter und der Wechselrichter Thyristorventile aufwei¬ sen und eine Steuerungseinheit die Thyristorventile des Wech¬ selrichters in Abhängigkeit eines Taktsignals zündet.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Hochspan¬ nungsgleichstromübertragung, bei dem Wechselstrom eines Ener¬ gie speisenden mehrphasigen Wechselstromnetzes durch einen Gleichrichter gleichgerichtet wird, als Gleichstrom zu einem Wechselrichter übertragen wird und der Wechselrichter den Gleichstrom zur Versorgung eines mehrphasigen Verbrauchers in Wechselstrom überführt, wobei der Gleichrichter und der Wech¬ selrichter Thyristorventile aufweisen und eine Steuerungsein¬ heit die Thyristorventile des Wechselrichters in Abhängigkeit eines Taktsignals zündet.

Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind bei¬ spielsweise aus dem „Guide For Planning DC Links Terminating AC DC Systems Locations Having Low Short-Circuit Capacities" der CIGRE Working Group 14.07 und IEEE Working Group 15.05.05, Cigre, Paris, aus dem Jahre 1992 bekannt. Dort sind Hochspannungsgleichstromübertragungssysteme offenbart, wobei ein Gleichspannungskreis Wechselstrom führende Energievertei¬ lungsnetze miteinander verbindet. Hierbei sind Stromrichter¬ stationen mit dem jeweiligen Drehspannungsnetz verbunden und dienen zum Gleich- oder Wechselrichten des Stromes . Die Stromrichter weisen in Brückenschaltungen miteinander verbun¬ dene Leistungshalbleiterventile auf, wobei üblicherweise Thy¬ ristoren zum Einsatz gelangen. Thyristoren weisen gegenüber anderen Leistungshalbleitern wie die so genannten GTO's oder IGBT' s eine wesentlich geringere Verlustleistung auf und sind darüber hinaus kostengünstig in ihrer Herstellung.

Den Thyristoren haftet hingegen der Nachteil an, dass diese zwar durch ein elektrisches Zündsignal von einer Sperrstel¬ lung, in der ein Stromfluss durch die Thyristoren unterbro¬ chen ist, in eine Durchlassstellung überführbar sind, in der ein Stromfluss durch die Thyristorventile ermöglicht ist. Ein Ausschalten der Thyristorventile durch Zündsignale ist jedoch nicht möglich. Erst wenn der durch den Thyristor fließende Strom unter dessen Haltestrom abfällt, wird der Thyristor wieder in seine Sperrstellung überführt. Thyristoren werden daher als fremd- oder netzgeführte Leistungshalbleiter be¬ zeichnet. Bei der üblichen Hochspannungsgleichstromübertra¬ gung sind zwei über einen Gleichstromkreis verbundene Strom¬ richter mit jeweils einem Wechselstromnetz verbunden. Dabei sorgt die Drehspannung des Wechselstromnetzes beim als Wech¬ selrichter betriebenen Stromrichter für die Kommutierung des Stromes am wechselstromseitigen Ausgang des Wechselrichters und somit für die überführung der nicht mehr gezündeten Thy¬ ristoren von ihrer Durchlass- in ihre Sperrstellung. Zur E- nergieversorgung so genannter Inselnetze, die keine eigene Spannungsquelle aufweisen und somit keine Drehspannung zur Kommutierung des Stromes bei der Hochspannungsgleichstrom- übertragung zur Verfügung stellen können, sollten - so die bisherige Fachmeinung - Hochspannungsgleichstromübertragungs- systeme mit selbstgeführten Leistungshalbleitern, wie bei¬ spielsweise IGBTs, eingesetzt werden. IGBTs sind jedoch kos¬ tenintensiv und weisen hohe Verlustleistungen auf, die wäh¬ rend des Betriebs ebenfalls Kostennachteile gegenüber Thy¬ ristoren im Gefolge haben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit de¬ nen eine Stromversorgung auch von so genannten Inselnetzen oder sonstigen Verbrauchern oder Lasten ermöglicht, die keine eigene Spannungsquelle aufweisen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß einer ersten Variante dadurch, dass die Steuerungseinheit mit einem das Taktsignal erzeugenden Taktgeber verbunden ist, der eine eigene Energie¬ versorgung aufweist, wobei dem Wechselrichter kapazitive Im¬ pedanzen zum Kominutieren des Stromes in Richtung des Leis¬ tungsflusses nachgeschaltet sind oder der mehrphasige Verbraucher eine zum Kommutieren des Stromes ausreichende ka¬ pazitive Impedanz aufweist. Um ausreichend zu sein muss die kapazitive Last so groß sein, dass der Stromrichter bei der vom Taktgeber vorgegebenen Grundschwingung so weit im induk¬ tiven Bereich betrieben werden kann, dass ein genügend großer Löschwinkel zum Einhalten der Schonzeit der Thyristoren ent¬ steht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß einer zweiten Variante dadurch, dass ein Taktgeber mit unabhängiger und eigener E- nergieversorgung das Taktsignal erzeugt und auf der Wechsel¬ stromseite des Wechselrichters eine zur Kommutierung des Stromes ausreichende kapazitive Impedanz bereitgestellt wird. Erfindungsgemäß ist die Energieversorgung von Inselnetzen o- der sonstigen passiven Verbrauchern mittels Thyristorventilen ermöglicht. Mit anderen Worten können passive Verbraucher oh¬ ne eigene KommutierungsSpannung über eine Hochspannungs- gleichstromübertragungsanlage, deren Stromrichter Thyristor¬ ventile aufweisen, mit der Energie eines speisenden Verbund¬ netzes versorgt werden. Die zur Kommutierung des Stromes not¬ wendige Spannung wird ausschließlich mittels kapazitiver Im¬ pedanzen bereitgestellt, die in Richtung des Leistungsflusses dem Wechselrichter nachgeschaltet sind. Zusätzliche Leis¬ tungshalbleiterventile in parallelen Kommutierungszweigen o- der aktiv löschbare Ventile sind erfindungsgemäß überflüssig. So ist es beispielsweise erfindungsgemäß möglich, am wechsel- stromseitigen Ausgang des Wechselrichters die einzelnen Pha¬ sen über Kondensatoren miteinander zu verbinden. Der Zeit¬ punkt der Zündung, beispielsweise der ersten Phasen, erfolgt nur in Abhängigkeit des Taktsignals, das von dem unabhängigen Taktgeber erzeugt wird. Hierbei wird nicht nur die zwischen den Strom führenden Phasen liegende Kapazität, sondern auch die beiden über die nicht Strom führende Phase verbundenen Kapazitäten aufgeladen. Diese sorgen nach dem Zünden des nächsten Thyristors für die notwendige KommutierungsSpannung. Dies führt zu einem Stromanstieg in dem neu gezündeten Ventil und zu einem Absinken des Stromes unter den Haltestrom in dem Ventil, das verlöschen soll. Dieses Thyristorventil wird da¬ her wieder in seine Sperrstellung überführt. Erfindungsgemäß erfolgt keine Regelung des Wechselrichters . Die Zündung der Thyristorventile erfolgt lediglich anhand der Phase des von der Drehspannung am Wechselrichter unabhängigen Taktsignals . Durch die Erfindung wird daher ein lange bestehendes Vorur¬ teil überwunden, nämlich, dass Thyristorventile bei der Ver- sorgung passiver Verbraucher bei der Hochspannungsgleich¬ stromübertragung ungeeignet sind.

Es ist keineswegs notwendig, die kapazitiven Impedanzen durch Kondensatoren zwischen den Phasen des Verbrauchers zu reali¬ sieren. Die kapazitiven Impedanzen können auf beliebige Art und Weise bereitgestellt werden. Auch kann der Verbraucher selbst eine kapazitive Impedanz bereitstellen, mit der gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls eine Kommutierung des Stromes ermöglicht ist. Die kapazitive Impedanz des Verbrau¬ chers kann auch zu einer Impedanz hinzutreten, die von spe¬ ziellen Kondensatorbänken erzeugt wird.

Grundsätzlich kann jeder zweckmäßige Taktgeber im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden. Vorteile ergeben sich jedoch, wenn der Taktgeber ein freischwingender Oszillator ist. Frei¬ schwingende Oszillatoren sind dem Fachmann bestens bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht eingegangen zu werden braucht.

Zweckmäßigerweise werden die kapazitiven Impedanzen durch we¬ nigstens eine Kondensatorbank bereitgestellt. Durch die Kon¬ densatorbänke ist eine im Wesentlichen von dem Verbraucher unabhängige Auslegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung er¬ möglicht, da durch die Kondensatorbänke sichergestellt werden kann, dass in jedem Fall die notwendigen Kapazitäten zur Kom¬ mutierung des Stromes bereitgestellt sind. Hierzu sind die Kapazitäten der Kondensatoren entsprechend auszulegen.

Zweckmäßigerweise sind die Kondensatorbänke zwischen dem Wechselrichter und dem Versorgungsanschlussterminal in Paral¬ lelschaltung zum Verbraucher geschaltet. Durch diese ortsnahe Anordnung der Kondensatorbänke am Wechselrichter ist die ka- pazitive Wirkung am größten. Dies führt zu einer schnelleren Kommutierung und somit zu kürzeren überlappungswinkeln beim Wechselrichten.

Zweckmäßigerweise ist der mehrphasige Verbraucher ein Insel¬ netz, das keine eigene Spannungsquelle aufweist. Inselnetze sind beispielsweise auf Hochseeplattform vorzufinden, die beispielsweise zum ölbohren eingesetzt werden.

Abweichend davon kann der Verbraucher jedoch auch ein einfa¬ cher Elektromotor sein und/oder aus einer oder einer Anzahl sonstiger elektrischer Maschinen bestehen.

Zweckmäßigerweise weist der Gleichstromzwischenkreis Gleich¬ stromleiter mit einer Länge von über 30 Kilometern auf. Sol¬ che Hochspannungsgleichstromübertragungssysteme dienen vor¬ zugsweise für die Energieversorgung von entfernten Inselnet¬ zen, die von dem Verbundnetz weit beabstandet sind.

Abweichend hiervon sind Gleich- und Wechselrichter unmittel¬ bar nebeneinander aufgestellt (back to back) , so dass eine so genannte Kurzkupplung realisiert ist. Solche Kurzkupplungen dienen beispielsweise zur Kopplung von Wechselstromnetzen un¬ terschiedlicher Drehfrequenz, Phasenlage, Sternpunktbehand¬ lung oder dergleichen. Auch im Rahmen der Antriebstechnik ist eine solche Anordnung vorteilhaft.

Vorteilhafterweise wird die auf der Wechselstromseite des Wechselrichters auftretende Wechselspannung nur mittels des Gleichrichters geregelt. Wie bereits ausgeführt wurde, wird erfindungsgemäß auf eine Regelung des Wechselrichters ver¬ zichtet. Die an der wechselstromseitigen des Wechselrichters abfallende Drehspannung ist von den dortigen Impedanzen, aber auch von der Größe des Wechselstroms abhängig. Der Wechsel¬ strom und somit die Wechselspannung kann jedoch durch den Gleichstrom und somit durch die Regelung des Gleichrichters bestimmt werden.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung wird die auf der Wechselstromseite des Wechselrichters abfallende Wechselspannung unter Gewinnung einer Wechselmessspannung ge¬ messen, die Wechselmessspannung wird mit einer Referenzspan¬ nung verglichen, in Abhängigkeit dieses Vergleichs wird dann ein Referenzgleichstromsignal erzeugt, der Strom des Gleich¬ stromzwischenkreises unter Gewinnung eins Gleichstrommesssig- nals gemessen, das Gleichstrommesssignal mit dem Referenz¬ gleichstromsignal verglichen, die Thyristorventile des Gleichrichters werden in Abhängigkeit dieses Vergleichs und so gezündet, dass sich die gewünschte WechselmessSpannung einstellt.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin¬ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus¬ führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleichwirkende Bauteile mit gleichen Be¬ zugszeichen versehen sind und wobei

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 2 die Wechselrichterseite einer Vorrichtung gemäß Figur 1 und

Figur 3 eine schematische Darstellung zur Verdeutli¬ chung eines Ausführungsbeispiels des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens zeigen. Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die zur übertragung von Energie aus einem speisenden Wechselstromnetz 2 in ein Inselnetz 3 eingerichtet ist, das im Wesentlichen keine eigene Spannungsquelle auf¬ weist. Dabei umfasst die Vorrichtung 1 ein Versorgungsan¬ schlussterminal 4 zum Anschluss des speisenden Wechselstrom¬ netzes 2 sowie einen Anschlussterminal 5 zum Anschluss des Verbrauchers, der hier als Inselnetz 3 realisiert ist. Dem Versorgungsanschlussterminal 4 ist ein Gleichrichter 6 nach¬ geschaltet, wobei zwischen Versorgungsanschlussterminal 4 und Gleichrichter 6 ein Transformator 7 angeordnet ist. Der Gleichrichter 6 ist über einen Gleichstromzwischenkreis 8 mit einem Wechselrichter 9 verbunden, dem ein weiterer Transfor¬ mator 10 sowie das Verbraucheranschlussterminal 5 nachge¬ schaltet ist. Ferner sind als solche bekannte Filterbänke 11 vorgesehen, die auf Oberschwingungen der jeweiligen Nennfre¬ quenzen der Drehspannung der Wechselstromnetze 2, 3 abge¬ stimmt sind. Solche störende Oberschwingungen können beim Gleich- bzw. Wechselrichten auftreten. Durch die parallel zum jeweiligen Netz geschalteten Filter werden die Oberschwingun¬ gen wirksam unterdrückt. Im Gleichstromzwischenkreis 8 ist zur Glättung des Gleichstroms eine Induktivität 12 vorgese¬ hen. Wechselstromseitig des Wechselrichters 9 sind in Paral¬ lelschaltung zum Inselnetz 3 Kondensatoren 13 angeordnet, die eine zur Kommutierung des Stromes ausreichende kapazitive Im¬ pedanz aufweisen. Zur Steuerung des Wechselrichters 9 ist ei¬ ne Steuereinrichtung 14 vorgesehen, deren Wirkungsweise im Folgenden noch genauer beschrieben wird.

Figur 2 zeigt den Wechselrichter 9 in einer genaueren Dar¬ stellung. Insbesondere ist erkennbar, dass das Inselnetz 3 aus drei Phasen 3a, 3b, 3c besteht, die über den Transforma- tor 10 mit dem Wechselrichter 9 verbunden sind. Der Wechsel¬ richter 9 besteht im Wesentlichen aus zwei Kommutierungsgrup¬ pen mit den Thyristorventilen 9a+,9b+,9c+ beziehungsweise 9a_, 9b_, 9c_, die in einer Sechspulsbrückenschaltung miteinan¬ der verbunden sind. Den Phasen des Inselnetzes 3 zugeordnet sind Verbindungsleiter Ll, L2 und L3. Weiter ist erkennbar, dass die Kondensatorbank 13 aus drei Kondensatoren (15a, 15b, 15c) besteht, die in einer Dreiecksschaltung mit den Verbin¬ dungsleitern Ll, L2 und L3 verbunden sind. Der Start beginnt beispielsweise durch Zünden der Thyristoren 9a+ und 9c_. Der vom Gleichrichter erzeugte Gleichstrom lädt sowohl den direkt an den Strom führenden Phasen (Ll und L3) angeschlossenen Kondensator 15c als auch die beiden über die stromlose Phase L2 verbundenen Kondensatoren 15a und 15b auf. Beim Zünden des nächsten Thyristorzweiges (9b+) sorgt die Spannung am Kondensator 15a für die notwendige Kommutierungsspannung, so dass der Strom vom Thyristor 9a+ auf den Thyristor 9b+ kommu- tiert. Auf diese Weise geht der Thyristor 9a+ in seine Sperr¬ stellung über. Die weiteren Kommutierungen erfolgen in glei¬ cher Weise zeitversetzt. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens . Insbesondere ist ein Versorgungsnetz 2 so¬ wie ein Inselnetz 3 erkennbar, die über die bereits beschrie¬ bene Vorrichtung 1 miteinander verbunden sind. Wie bereits erläutert wurde, ist die Zündung der Thyristoren des Wechsel¬ richters 9 lediglich von dem unabhängig erzeugten Taktsignal des bezüglich in Figur 3 nicht dargestellten Taktgebers ab¬ hängig. Eine Regelung des Wechselrichters erfolgt nicht. Zum Einstellen der Drehspannungen in dem Inselnetz 3 wird die Wechselmessspannung des Inselnetzes 3 beispielsweise mit Hil¬ fe eines Spannungsteilers oder Wandlers gemessen. Die gemes¬ sene WechselmessSpannung Vac_inv wird anschließend mit einer parametrierten Soll- oder Referenzspannung Vac_ref vergli- chen, wobei mit Hilfe einer internen Logik in der Steuerungs¬ einheit ein Sollstromwert oder ein Referenzgleichstromsignal Iref erzeugt wird. Die Impedanz des Inselnetzes 3 dient der besagten internen Logik als Parameter, mit dem diese das Gleichstromreferenzsignal berechnet. Das Referenzgleichstrom¬ signal wird mit dem gemessenen Gleichstrom Idc verglichen und in Abhängigkeit des Vergleichs die Zündung des Gleichrichters 6 durch Variation des Zündwinkels α so verändert, dass die gemessene Wechselstromspannung Vac_inv dem Referenzwert Vac_ref entspricht.