Beschreibung

Regelverfahren für eine Hochspannungsgleichstromubertragungs- anlage mit Gleichspannungszwischenkreis und selbstgefuhrten Umrichtern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln von wenigstens zwei Umrichtern, die als Gleichrichter oder Wechselrichter regelbar und über eine Gleichspannungsverbindung mitein- ander verbunden sind, im Bereich der Energieübertragung und/oder -Verteilung, bei dem an jedem Umrichter jeweils eine Messgleichspannung (Udc_rl ... Udc_rr; Udc_il ... Udc_n) und jeweils ein Messgleichstrom (Idc_rl ... Idc_rr ; Idc_il ... Idc_n) gemessen werden und an eine Gleichπchterregelung zur Rege- lung des jeweiligen Gleichrichters oder an eine Wechselrichterregelung zur Regelung des jeweils zugeordneten Wechselrichters übertragen werden, wobei jede Gleichrichterregelung und jede Wechselrichterregelung jeweils die Differenz zwischen einer vorgegebenen Sollgleichspannung (Udco) und der jeweils empfangenen Messgleichspannung (Udc_rl ... Udc_rr,

Udc_il ... Udc_n) unter Gewinnung einer Differenzgleichspan- nung (du) und ferner die Differenz zwischen einem Sollgleich- strom (Idco_rl Idco_rr, Idco_il Idco_n) und dem jeweils empfangenen Messgleichstrom ( Idc_rl ... Idc_rr, Idc_il ... Idc_n) unter Gewinnung eines Differenzgleichstromes (di) bilden, wobei der Messgleichstrom, die Messgleichspannung, der Sollgleichstrom und die Sollgleichspannung normiert vorliegen,

Em solches Verfahren ist aus der WO 2007/033620 Al bereits bekannt. Dort ist ein Regelungsverfahren für die Hochspan- nungsgleichstromubertragung beschrieben, bei der elektrische Leistung zwischen Wechselspannungsnetzen über einen Gleich- stromkreis übertragen wird. Die zur Leistungsubertragung ein-

gesetzte Hochspannungsgleichstromubertragungs (HGU) -anläge besteht aus einem Gleichrichter und aus einem Wechselrichter, die über eine Gleichstromverbmdung miteinander verbunden sind. Zur Kopplung der Umrichter mit dem jeweils zugeordneten Wechselspannungsnetz sind Transformatoren vorgesehen. Bei der Regelung des Gleich- oder Wechselrichters werden sowohl am Gleichrichter als auch am Wechselrichter jeweils eine Mess- gleichspannung Udc_r beziehungsweise Udc_i und jeweils ein Messgleichstrom Idc_r beziehungsweise Idc_i erfasst und an die jeweilige Regelung übertragen. Aus der vorgegebenen Leistung, die übertragen werden soll, werden mit Hilfe eines Funktionsgebers eine Sollgleichspannung Udco sowie ein SoIl- gleichstrom Idco ermittelt. Anschließend wird die Differenzgleichspannung du aus der Differenz zwischen Sollgleichspan- nung Udco und der Messgleichspannung Udc_r, Udc_i berechnet. Entsprechend wird der Differenzgleichstrom di aus der Differenz des Sollgleichstromes Idco und dem jeweils ermittelten Messgleichstrom Idc_r und Idc_i gebildet. Sämtliche Werte liegen hierbei normiert vor, wobei beispielsweise auf eine Nenngleichspannung und einen Nenngleichstrom oder aber auf

Sollgleichstrom und die Sollgleichspannung normiert wird. Die Gleichrichterregelung regelt den Gleichrichter nun auf eine Weise, dass die Summe der Differenzgleichspannung du und des Differenzgleichstroms di minimal wird. Die Wechselπchterre- gelung regelt den Wechselrichter hingegen so, dass die Differenz zwischen Differenzgleichstrom di und der Differenz- gleichspannung du minimal wird. Das vorbekannte Verfahren eignet sich jedoch nur für so genannte fremdgefuhrte Umrichter, bei denen beispielsweise Thyristoren, die nicht mittels Zundsignale abgeschaltet werden können, zum Einsatz gelangen. Solche Umrichter erlauben einen Stromfluss im Gleichstrom- kreis in nur eine Richtung. Eine Umkehrung des Leistungsflusses kann nur durch eine Umpolung der an dem jeweiligen Umrichter abfallenden Spannung erfolgen. Darüber hinaus muss

der Betriebsstrom bei dieser im Folgenden klassischen HGü genannten Anlage aufgrund der erforderlichen Luckenstromvermeidung der Stromsollwert immer großer als 0,05 p.u. sein. Dies erlaubt die oben genannte Normierung auf die Sollwerte.

Aufgrund der fortschreitenden Verbesserung im Bereich der Leistungselektronik ist es möglich geworden, auch abschaltbare Leistungshalbleiter, wie beispielsweise IGBTs oder GTOs, für Umrichter im Bereich der Energieübertragung und insbeson- dere bei der HGU einzusetzen. Ein solcher auch Voltage Source Converters (VSC) genannter Umrichter ist über einen Gleichspannungszwischenkreis mit einem weiteren VSC verbunden. Jedem abschaltbaren Leistungshalbleiter des Umrichters ist eine Freilaufdiode parallel geschaltet. Die Umkehrung des Leis- tungsflusses erfolgt nicht mehr durch eine Umpolung an dem jeweiligen VSC abfallenden Spannung, sondern durch eine Umkehrung des über den jeweiligen VSC fließenden Stromes. Darüber hinaus sind am jeweiligen VSC Gleichstromsollwerte gleich null verwendbar. Eine Anwendung des gattungsgemaßen Verfahrens zur Steuerung von VSC einer HGU-Anlage ist somit nicht möglich.

Aus der WO 2007/0336619 Al ist ein Regelungsverfahren für eine Gleichstromubertragung mit mehreren Stromrichtern bekannt, bei der das oben genannte Verfahren ebenfalls zum Einsatz gelangt. Auch hier sind, insbesondere am Gleichrichter, Soll ^¬ strome von über 0,05 p.u. zur Vermeidung von Luckenstromen erforderlich .

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem eine Regelung von Umrichtern, die abschaltbare Leistungshalbleiter aufweisen und über einen Gleichspannungszwischenkreis miteinander verbunden

sind, durchgeführt werden kann, wobei gleichzeitig die Vorgabe von Sollstromen gleich Null ermöglicht ist.

Die Erfindung lost diese Aufgabe dadurch, dass jeder Umrich- ter ein selbstgefuhrter Umrichter (1) mit abschaltbaren Leistungshalbleitern ist und die Gleichrichterregelung den jeweils zugeordneten Umrichter so regelt, dass die Summe aus dem Produkt der Differenzgleichspannung (du) und dem Betrag des am jeweils zugeordneten Gleichrichter vorgesehenen SoIl- gleichstrom (|Idco_r|) und dem Differenzgleichstrom (di) minimal wird (du* I Idco_r I +di→Min) und die Wechselrichterregelung den jeweils zugeordneten Umrichter so regelt, dass die Summe zwischen der Differenzgleichspannung (du) und dem Differenzgleichstrom (di) minimal wird (du+di —»Min) .

Die Erfindung übertragt das aus der klassischen HGU bekannte Regelungsverfahren auf HGU-Anlagen, bei denen VSCs und Gleichspannungszwischenkreis zum Einsatz gelangen. Aufgrund des Gleichspannungszwischenkreises kann bei diesen so genann- ten Voltage Source Convertern (VSC) keine Umpolung der Spannung mehr erfolgen, wodurch bei der klassischen HGU eine Umkehr des Leistungsflusses bewirkt wird. Die Umkehrung des Leistungsflusses erfolgt bei solchen Umrichtern (VSCs) durch eine Umkehrung des Stromflusses. Diese physikalischen Unter- schiede sind bei dem erfindungsgemaßen Regelungsverfahren berücksichtigt. Das erfindungsgemaße Verfahren erlaubt darüber hinaus auch die Vorgabe von Sollstromen im Wert von null. Dies war bei den bekannten Regelungsverfahren zur klassischen HGU unmöglich. Das erfindungsgemaße Verfahren stellt somit eine einfache und flexible Regelung von zwei oder mehreren

VSCs bereit, die über eine Gleichspannungsverbindung miteinander verbunden sind.

Die Gleichspannungsverbindung weist eine Polarität auf, die sich wahrend des Betriebs der HGü-Anlage im Rahmen der Erfindung auch bei einer Umkehrung des Leistungsflusses nicht ändert. Dabei ist die Gleichspannungsverbindung beispielsweise eine bipolare Gleichspannungsverbindung, die sich zwischen zwei Umrichtern erstreckt. Gemäß dieser Variante besteht die zu regelnde HGU-Anlage aus einem Gleichrichter, der über eine Induktivität, beispielsweise einem Transformator mit einem Energie bereitstellenden Wechselspannungsspannungsnetz ver- bunden ist. Der Wechselrichter, der über die bipolare Gleichspannungsverbindung mit dem besagten Gleichrichter verbunden ist, ist ebenfalls über eine Induktivität, wie beispielsweise einem Transformator, mit einem zweiten Wechselspannungsnetz verbunden, das beispielsweise die zu versorgenden Lasten auf- weist. Abweichend hiervon sind jedoch auch mehrere Umrichter gemäß dem erfindungsgemaßen Verfahren regelbar, wobei die Umrichter oder in diesem Fall die VSCs über eine Gleichspannungsverbindung mit beliebiger Topologie miteinander verbunden sind. Das erfindungsgemaße Verfahren ist von der Topolo- gie der Gleichspannungsverbindung völlig unabhängig.

Zweckmaßigerweise sind die Sollgleichspannung Udco jeder Gleichrichterregelung und die Sollgleichspannung Udco jeder Wechselrichterregelung identisch. Eine aufwändige Definition der Sollgleichspannung an jeder Umrichterstation mit einer schnellen und sicheren Telekommunikation zur Mitteilung der jeweiligen Sollgleichspannung an andere Stationen ist somit im Rahmen der Erfindung überflüssig geworden.

Zweckmaßigerweise stehen die Umrichter wenigstens 1 Kilometer entfernt voneinander. Von dieser zweckmäßigen Weiterentwicklung sind alle HGU-Anlagen der so genannten Back-to-Back- Konfiguration, bei der Wechselrichter und Umrichter raumlich nebeneinander aufgestellt sind und lediglich zur regelbaren

Kopplung unterschiedlicher Wechselspannungsnetze dienen, ausgeschlossen. Die Vorrichtung für welche das verfahren gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung ausgestaltet ist, dient somit zur übertragung von elektrischer Energie über ei- ne größere Entfernung hinweg.

Vorteilhafterweise werden jede Messgleichspannung Udc rr oder Udc_n und die Sollgleichspannung Udco auf die Sollgleich- spannung Udco normiert. Dies ermöglicht insbesondere bei kleinen zu übertragenden Leistungen eine stabile Regelung.

Diese bereits aus der klassischen HGU bekannte Normierung erfolgt jedoch im Rahmen des Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung nur im Zusammenhang mit der jeweiligen Mess- und Sollgleichspannung. Eine Normierung auf den Sollgleichstrom unterbleibt hingegen, um auch bei dieser zweckmäßigen Weiterentwicklung der Erfindung die Verwendung von Sollgleichstromen gleich null zu ermöglichen.

Vorteilhafterweise sind zwei Umrichter vorgesehen, von denen einer als Gleichrichter und der andere als Wechselrichter betrieben wird, wobei sich zwischen dem Gleichrichter und dem Wechselrichter ein Gleichspannungszwischenkreis erstreckt. Gemäß dieser Ausgestaltung wird das Verfahren eingesetzt für eine HGU-Anlage mit VSCs und einem unverzweigten Gleichspan- nungszwischenkreis . Der Gleichspannungszwischenkreis ist beispielsweise einpolig ausgestaltet, wobei die Erde als Ruckleiter genutzt wird. Abweichend davon ist die Gleichspan- nungsverbindung zweipolig, wobei Pluspol und Minuspol der Gleichspannungsverbindung in Form von Kabeileitern realisiert sind.

Gemäß einer hiervon abweichenden Ausgestaltung ist das erfin- dungsgemaß Verfahren für wenigstens drei Umrichter vorgesehen, zwischen denen sich ein Gleichspannungsnetz erstreckt.

Das Gleichspannungsnetz kann eine beliebige Topologie aufweisen .

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung wird für jede Gleichrichterregelung und für jede Wechselrichterregelung jeweils eine zugeordnete Gleichrichtersollgleichleis- tung (Pdco_rl ... Pdco_rr ) beziehungsweise Wechselrichtersoll- gleichleistung (Pdco_il ... Pdco_ii) festgelegt, wobei die Summe aus allen Gleichrichtersollgleichleistungen und allen Wechselrichtersollgleichleistungen gleich null ist. Die jeweiligen Sollgleichleistungen werden beispielsweise von einer zentralen Leitstelle festgelegt und von dort an die jeweiligen Umrichterregelungen übertragen. Zur übertragung ist keineswegs eine leistungsfähige Kommunikationsverbindung notwen- dig, wie dies beispielsweise bei der klassischen HGU der Fall ist. Im Rahmen der Erfindung ist es ausreichend, die jeweiligen Sollgleichleistungen über das Internet oder jede andere einfache und somit kostengünstige Telekommunikation an die jeweilige Regelung zu übertragen.

Zweckmaßigerweise wird an jedem Umrichter aus der diesem zugeordneten Sollgleichleistung und der allgemeinen Sollgleichspannung der jeweils dem Umrichter zugeordnete Sollgleichstrom bestimmt. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung wird das erfindungsgemaße Verfahren einfach und übersichtlich gestaltet .

Zweckmaßigerweise erfolgt die Regelung jedes Gleichrichters und jedes Wechselrichters über den gesamten Arbeitsbereich des Gleichrichters beziehungsweise des Wechselrichters hinweg sowohl auf der Grundlage des jeweils zugeordneten Gleichrichterdifferenzgleichstromes (di_rl ... di_rr ) als auch auf der Grundlage der Gleichrichterdifferenzgleichspannung (du rl...du rr) beziehungsweise auf der Grundlage des jeweils

zugeordneten Wechsel richcerdifferenzgleichstromes (di_rl ...di_rr) als auch auf der Grunαlage der zugeordneten Wechselrichterdifferenzgleichspannung (du_il ... du_n) erfolgt.

Vorteilhafterweise werden an jedem Umrichter jeweils eine Messgleichspannung (Udc_rl ... Udc_rr; Udc_il ... Udc_n) und jeweils ein Messgleichstrom ( Idc_rl ... Idc_rr; Idc_il ... Idc_n) gemessen und einer Gleichrichterregelung oder einer Wechsel- richterregelung übertragen.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung wird eine Anzahl von Umrichtern so geregelt, dass ein durch einen in der Gleichsp ^' annungsverbindung angeordneten Trennschalter fließender Gleichstrom zu null wird. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung können einfache Trennschalter in der Gleichspannungsverbmdung eingesetzt werden, da ein Schalten immer stromlos erfolgen kann. Aufwandige Schwingkreise, die dem Strom durch den Schalter einen Nulldurchgang aufprägen, so dass ein beim Schalten gezogener Lichtbogen erlischt, ist im Rahmen dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ebenfalls überflüssig geworden.

Gemäß einer diesbezüglichen Abwandlung wird wenigstens ein Umrichter den jeweils an ihn erfassten Messgleichstrom zu null regeln, und anschließend wenigstens ein in der Gleichspannungsverbmdung angeordneter Trennschalter geöffnet. Die Nullstromregelung erfolgt mit Hilfe der Verwendung eines Sollgleichstromes gleich Null. Gemäß einer bevorzugten Aus- gestaltung dieser Weiterentwicklung werden samtliche Umrichter, die mit einer Gleichspannungsverbmdung miteinander verbunden sind, zu null geregelt. Mit anderen Worten wird an jeder Regelung ein Sollgleichstrom von null verwendet.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung wird ein Ausschaltzeitpunkt gesetzt und an die jeweils betroffene Regelungseinheit übertragen, wobei die besagte Regelungseinheit beim Erreichen des Ausschaltzeitpunktes den ihr zugeord- neten Messgleichstrom zu null regelt. Gemäß dieser zweckmäßigen Weiterentwicklung verfugen alle Regelungseinheiten über einen Zeitsignalgeber, beispielsweise eine genaue Uhr, die für alle Regelungen ein gemeinsames oder im Wesentlichen gemeinsames Zeitsignal bereitstellt. Dieses Zeitsignal wird mit dem gesetzten und übertragenen Ausschaltzeitpunkt verglichen. Unterschreitet die Differenz zwischen Ausschaltzeitpunktes und gemessener Zeit einen vorab eingestellten Schwellenwert, also bei Erreichen des Ausschaltzeitpunktes, wird der jeweilige Regelungseinheit ein Sollgleichstrom von Null vorgege- ben, so dass der Messgleichstrom zu null geregelt wird. Gemäß dieser Ausgestaltung ist sichergestellt, dass alle betroffenen Regelungen, die beispielsweise von einer Zentralstelle als solche ausgewählt werden oder alle Regelungen zeitgleich in die Nullstromregelung überfuhrt werden.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung wird der Messgleichstrom durch jeden betroffenen Umrichter über eine Nullstromzeitdauer hinweg zu null geregelt, wobei das übliche Regelverfahren anschließend wieder, also nach Ablauf der Nullstromzeitdauer, in Gang gesetzt wird. Innerhalb der

Nullstromzeitdauer, die beispielsweise im Bereich von einigen Millisekunden liegt, erfolgt nun das Offnen des oder der gewünschten Trennschalter in der Gleichspannungsverbindung. Auf diese Art und Weise ist es auf einfache Art und Weise mog- lieh, gezielt einen Bereich oder einen Umrichter aus dem

Gleichspannungsnetz mit beliebiger Topologie herauszuschalten, ohne die Leistungsubertragung über die nicht abgeschalteten Verbindungen oder Umrichter ebenfalls zu unterbrechen. Vielmehr ist es im Rahmen der Erfindung möglich, durch

schnelles Herunterregeln des Gleichspannungsstromes einen Abschnitt der Gleichspannungsverbmdung oder einen Umrichter gezielt aus dem Gleichspannungsnetz herauszuschalten. Anschließend wird die übliche Regelung der HGU-Anlage wieder in Gang gesetzt. Das erfindungsgemaße Regelungsverfahren fahrt selbsttätig und ohne Kenntnis der neuen Topologie der Gleichspannungsverbmdung die hierzu erforderlichen Betriebspunkte der Regelung an. Aufwandige Datenübertragungen, Rechnungen oder dergleichen sind im Rahmen der Erfindung überflüssig geworden .

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus- fuhrungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei

Figur 1 eine HGU-Anlage mit mehreren Voltage Source Convertern verdeutlicht, die über ein Gleich- spannungsnetz miteinander verbunden sind,

Figur 2 von einem Ausfuhrungsbeispiel des erfmdungs- gemaßen Regelungsverfahrens verwendeten Parameter und Regelgroßen verdeutlicht,

Figur 3 ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Verfahrens für mehrere VSCs verdeutlicht, die über einen Gleichspannungsnetz miteinander verbunden sind, verdeutlicht und

Figur 4 ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Verfahrens verdeutlicht, bei dem ein bestimmter Abschnitt der Gleichspannungsverbindung

mittels eines einfachen Trennschalters aus dem Gleichspannungsnetz herausgeschaltet wird.

Figur 1 zeigt schematisch eine HGU-Anlage mit einer Vielzahl von Umrichtern 1, die jeweils über einen Transformator 2 mit einem Wechselspannungsnetz 3 verbunden sind. Jeder Umrichter 1 ist ein so genannter Voltage Source Converter (VSC) , mit abschaltbaren Leistungshalbleitern, wie IGBTs oder GTOs, denen jeweils eine Freilaufdiode antiparallel geschaltet ist. Dabei ist jeder Umrichter 1 mit einem Gleichspannungsnetz 4 als Gleichspannungsverbindung verbunden, das eine beliebige Topologie aufweisen kann. Darüber hinaus ist jedem VSC 1 eine Glattungsdrossel 5 zugeordnet. Ein VSC 1, ein Transformator 2, eine Glattungsdrossel 5 sind Teil einer Gleichrichtersta- tion oder einer Wechselrichterstation, je nachdem, wie der jeweilige VSC durch die figurlich nicht dargstellte Regelungseinheit oder Regelung gesteuert wird. In Figur 1 sind diejenigen Gleichrichterstationen, die als Gleichrichter betriebene VSCs aufweisen, mit rl, r2, r3 ... rr bezeichnet, wo- bei die Wechselrichterstationen mit VSCs, die als Wechselrichter betrieben werden, mit il, i2, i3 ...n bezeichnet sind. In Figur 1 ist weiterhin erkennbar, dass jede Gleich- richterstation rr und jede Wechselrichterstation ii über Sensoren zum Erfassen der an dieser Station abfallenden Mess- gleichspannung Udc_rr sowie des über den VSC 1 fließenden

Gleichstroms Idc_rr beziehungsweise Idc_n verfugt. Wie ebenfalls aus Figur 1 ersichtlich ist, sind die jeweiligen Wechselspannungsnetze 3 auch über Wechselspannungsverbindungen 6 miteinander verbunden. Die Wechselstromverbindung 6 beein- trachtigt nicht das erfmdungsgemaße Verfahren zur Regelung der VSC.

Figur 2 verdeutlicht ein Diagramm, bei dem der normierte Gleichstrom auf der Abszisse und die normierte Gleichspannung

auf der Ordinate dargestellt sind. Hierbei wird davon ausgegangen, dass im Gegensatz zu der Darstellung von Figur 1 lediglich ein Gleichrichter über einen Gleichspannungszwischenkreis mit einem als Wechselrichter arbeitenden VSC verbunden ist.

In dem Diagramm sind die Parameter und Regelgrößen des Gleichrichters im linken Quadranten des Diagramms und entsprechende Größen des Wechselrichters im rechten Quadranten dargestellt. Auf der Gleichrichterseite, dessen Mess- und Sollwerte mit einem _r gekennzeichnet sind, sind der Messgleichstrom und die Messgleichspannung im Messpunkt X r abgetragen. Die Messgleichspannung Udc_r ist somit größer als die Sollgleichspannung Udco bzw. Udco_r . Bildet man die Diffe- renzgleichspannung du_r und normiert auf die Sollgleichspan-

Udc r nung Udco ergibt sich du r=l =— . Dieser Wert muss zum

Udco _ r

übertragen von Leistung und zum Wechselrichter kleiner als Null sein.

Der Sollgleichstrom Idco_r des Gleichrichters ist definitionsgemäß negativ, so dass sich Idco_r=-Idco ergibt. Der Differenzgleichstrom di, der aus der Differenz zwischen SoIl- und Messgleichstrom gebildet wird ergibt sich dann aus di_r=-Idco_r+Idc_r . Eine Normierung auf den Sollgleichstrom Idco_r unterbleibt, um einen Sollgleichstrom von Null bei der Regelung zu ermöglichen. Die Regelung erfolgt nun so, dass die Gleichrichterregelabweichung de_r=du_r* | Idco_r | +di_r minimal, also Null wird. Damit ergibt sich die links dargestellte Gerade als Tangente an die gestrichelt gezeichnete Hyperbel, welche die invariante Sollgleichleistung Pdco_r=-

Pdco darstellt. Dadurch, dass bei der Berechnung der Regelab ^¬ weichung de_r die Differenzgleichspannung du_r mit dem Betrag des Sollgleichstromes |Idco_r| multipliziert wird, ist ein

stabiles und schnell einsetzendes Regelverhalten des Gleichrichters bereitgestellt, da die Spannungsregelung bei kleinen Sollgleichstromen unterdruckt wird. Erst bei höheren SoIl- gleichstromen Idco_r treten Spannungsregelung und Stromrege- lung im Wesentlichen gleichwertig nebeneinander.

Auf der Wechselrichterseite sind Messgleichstrom Idc_i und Messgleichspannung Udc_i im Betriebspunkt X_i abgetragen. Wie auf der Gleichrichterseite werden Differenzgleichspannung du_i und Differenzgleichstrom di_i berechnet, wobei die Differenzspannung du_i wieder auf die Sollgleichspannung Udco normiert ist. Bei der gewünschten Leistungsubertragung muss gelten, dass du_i großer als Null ist. Eine Normierung zur Bildung des Differenzgleichstromes di_i auf den Sollgleich- ström findet auch hier nicht statt. Somit können auch Sollgleichstrome Idco_i gleich 0 vorgegeben werden. Der Differenzgleichstrom di_i ist für die gewünschte Leistungsubertragung kleiner als Null. Die Regelabweichung de_i wird aus der Summe der Differenzgleichspannung du_i und des Differenz- gleichstromes di_i gebildet. Die Regelung versucht nun die

Regelabweichung de_i zu Null zu minimieren. In dem in Figur 2 gezeigten Diagramm ergibt sich auf diese Weise eine Gerade, die im Punkt W_i die Hyperbel der invarianten Gleichspannungsleistung Pdco_i schneidet. Die Gerade de_i erinnert an das Verhalten eines Ohmschen Widerstandes, so dass die Wechselrichterregelung auch als Widerstandsregelung bezeichnet werden kann.

Figur 3 zeigt schematisch ein Ausfuhrungsbeispiel des erfin- dungsgemaßen Verfahrens für eine HGü-Anlage gemäß Figur 1, wobei die Parameter und Großen gemäß Figur 2 für eine Gleichrichterregelung 7_rl der Gleichrichterstation r_l bzw. für eine Wechselrichterregelung 8_il der Wechselrichterstation il eingesetzt werden. Die nicht figurlich dargestellten Gleich-

richterregelungen 7_rr sowie die nicht dargestellten Wechselrichterregelung 8_ii sind identisch aufgebaut.

Aus Figur 3 ist erkennbar, dass die Gleichrichterregelung "7_rl ^un d somit jede Gleichrichterregelung eine ihr zugewiesene Sollgleichleistung Pdco_rl empfangt. Entsprechendes gilt für die Wechselrichterregelung 8_il, wobei die jeweils zugeordnete Sollgleichleistung von einer zentralen Leitstelle über nicht gezeigte Kommunikationsverbindungen, beispielswei- se eine einfache Funkverbindung an die jeweiligen Stationen übertragen wird. Die Summe aller Sollgleichleistungen ist dabei gleich Null: ∑Pdco_rr+∑Pdco_n=0. Eine aufwandige, schnelle und sichere übertragung wie dies bei der klassischen HGU der Fall ist, ist im Rahmen der Erfindung überflüssig ge- worden.

Die empfangene Sollgleichleistung Pdco_rl bzw. Pdco_il wird jeweils einem Divisor 9 zugeführt, an dessen zweiten Eingang die für alle Stationen gleiche Sollgleichspannung Udco an- liegt. Die Sollgleichleistung wird beispielsweise ebenfalls von einer Zentralstation übertragen. Der Divisor 9 bildet den Quotienten aus der jeweiligen Sollgleichleistung Pdco und der Sollgleichspannung Udco unter Gewinnung des Sollgleichstromes Idco rl bzw. Idco_il, wobei der jeweilige Sollgleichstrom ei- nem Begrenzer 10 zugeführt wird, welcher den Sollgleichstrom Idco_rl bzw. Idco_il auf einen minimalen Sollgleichstrom Imin_rl, Imin_il und einen maximalen Sollgleichstrom Imax_rl, Imax_il begrenzt. Der Sollgleichstrom Idco_rl bzw. Idco_il wird anschließend einem Addierer 11 zugeführt, welcher je- weils die Differenz aus dem Sollgleichstrom Idco_rl bzw. Id- co_il und dem Messgleichstrom Idc_rl bzw. Idco_il bildet. Der so gewonnene Differenzgleichstrom di_rl wird anschließend einem weiteren Addierer 11 zugeführt. Der Wert am zweiten Ein-

gang dieses besagten Addierers 11 wird aus der Messspannung und der Sollspannung hergeleitet . Hierzu wird bei dem Divisor 12 jeweils der Quotient aus der Messgleichspannung Udc_rl bzw. Udc_il und der Sollgleichspannung Udco ermittelt. Die auf diese Weise normierte Messgleichspannung Udc_rl bzw.

Udc_il wird anschließend unter Gewinnung der jeweiligen Dif- ferenzgleichspannung du_rl bzw. du_il von 1 abgezogen. Bei der Wechselrichterregelung 8_il wird die so gewonnene Diffe- renzgleichspannung du_il wie oben gesagt dem zweiten Eingang des Addierers 11 zugeführt, der durch Addition seiner Eingänge die Wechselrichterregelabweichung de_i berechnet, die anschließend einem Regler 13 zugeführt wird.

Abweichend von der Wechselrichterregelung 8_il wird bei der Gleichrichterregelung 7_rl die Differenzgleichspannung du_rl mit dem Betrag des Sollgleichstromes | Idco_rl | multipliziert. Zur Bildung des Betrages I Idco_rl I aus Idco_rl ist ein Be- tragsbildner 23 vorgesehen, wobei das Produkt I Idco_rl | * du_rl mittels eines Multiplikators 24 gebildet wird. Der Dif- ferenzgleichstrom di_rl wird bei der Gleichrichterregelung 7_rl zu dem besagten Produkt aus du_rl und | Idco_rl I unter Gewinnung der Regelabweichung de_r des Gleichrichters mittels des Addierers 11 hinzu addiert. Die Regelabweichung des Gleichrichters de_rl wird anschließend dem Regler 13 und schließlich einem Modul-Management-System 14 zugeführt, welches hier die Steuerung der Leistungshalbleiter des jeweiligen VSCs übernimmt .

Bei den in Figur 3 dargestellten VSCs handelt es sich um so genannte Multilevel VSCs, die wie alle VSCs aus einer Bru- ckenschaltung von Stromventilen bestehen. Bei Multilevel-VSCs ist jedes Stromventil jedoch aus einer Reihenschaltung von bipolaren Submodulen gebildet, die jeweils einen Energiespeicher und parallel zum Energiespeicher eine Schaltung aus

Leistungshalbleitern aufweisen, so dass die an dem Energiespeicher abfallende Spannung oder aber eine Nullspannung je nach Ansteuerung der Leistungshalbleiter an dem jeweiligen Submodul abfallt. Die an den Stromventilen insgesamt abfal- lende Spannung setzt sich additiv aus den Ausgangsspannungen der Submodule zusammen und kann somit stufenweise verändert werden .

Zur Ansteuerung der Leistungshalbleiter der Submodule ist der Ausgang des Reglers 13 an den Eingang des so genannten Modul- Management-Systems gelegt, auf dessen genaue Ausgestaltung hier im Rahmen der Erfindung nicht eingegangen wird, da diese für die Erfindung nicht wesentlich ist. Das Modul-Management- System steuert die Leistungshalbleiter der Submodule dem Aus- gang des Reglers 13 entsprechend an. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dem Regler 13 anstelle eines Modul-Management-Systems einen Pulsweitenmodulator nachzuschalten, der zur Steuerung von zweistufigen oder dreistufigen Voltage Source Converter eingerichtet ist.

Figur 4 zeigt ebenfalls eine HGU-Anlage zur Verdeutlichung eines Ausfuhrungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auch hier sind wieder mehrere Gleichrichterstationen rl, r2...rr und mehrere Wechselrichterstationen il, i2...ii über ein Gleichspannungsnetz 4 beliebiger Topologie miteinander verbunden. In Erweiterung der Darstellung gemäß den Figuren 3 und 1 umfasst jede Gleichrichterstation rr und jeder Wechselrichterstation ii neben einer Gleichrichterregelung 7_rr bzw. Wechselrichterregelung 8_ii auch eine Schutzeinheit 15, die mit der jeweiligen Gleichrichterregelung 7_rr bzw. Wechselrichterregelung 8_ii verbunden ist. Die jeweilige Gleichrich ^¬ terregelung 7_rr bzw. Wechselrichterregelung 8_ii ist ferner jeweils mit einem Schutzgerat 16 eines Leistungsschalters 17 verbunden, wobei der Schalter 17 zwischen dem Wechselspan-

nungsnetz 3 sowie dem Transformator 2 angeordnet ist. Im Fehlerfall, beispielsweise bei hohen Kurzschlussstromen, ist es möglich, jeden VSC mittels des wechselspannungsseitigen, mehrpoligen Schalters 17, der beispielsweise ein Leistungs- Schalter zum Schalten von hohen Kurzschlussstromen ist, vom jeweiligen Wechselstromnetz 3 abzukoppeln. Hierbei erfolgt die Schutzauslosung über die Schutzeinheit 15, welche die jeweilige Regelungseinheit 7 zur Abgabe eines Auslösebefehls an das Schutzgerat 16 veranlasst. In Folge des Auslosebefehls öffnet das Schutzgerat 16 den Leistungsschalter 17.

Um auch das Abschalten oder Abtrennen von Gleichspannungsabschnitten 18 innerhalb der Gleichspannungsverbindung 4 zu ermöglichen, sind in den Gleichspannungsverbmdungen Gleich- Spannungsschalter 19 angeordnet. Zum Auslosen des oder der

Gleichspannungsschalter 19 dient eine Gleichspannungsschutz- einheit 20, die mit dem Ausgang eines Gleichspannungsstromsensors 21 verbunden ist, der Gleichstromwerte Idc_bl bzw. Idc_b2 bereitstellt, welche dem Gleichstrom entsprechen, der über den jeweiligen Schalter 19 fließt. Die Gleichspannungs- schutzeinheit 20 ist wiederum mit dem Schutzgerat 16 des Gleichspannungsschalters 19 verbunden.

In Figur 4 ist durch den eingezeichneten Pfeil 22 ein Erd- Schluss angedeutet, so dass in dem Gleichspannungsabschnitt 18 hohe Kurzschlussstrome fließen. überschreiten die der jeweiligen Gleichspannungsschutzeinheit 20 zugefuhrten Gleichstromwerte Idc_bl bzw. Idc__b2 einen zuvor festgelegten Schwellenwert oder ein sonstiges Kriterium, legt die jeweili- ge Gleichspannungsschutzeinheit 20 einen in der nahen Zukunft liegenden Ausschaltzeitpunkt t _aus fest und übertragt den Ausschaltzeitpunkt t _aus an die jeweilige Gleichrichterregelung 7_rl, 7_r2, 7_rr bzw. Wechselrichterreglung 8_il, 8_i2, 8_ii. Diese Regelungen sind mit einem Zeitgeber verbunden, so dass

alle Regelungen in etwa gleichzeitig das Erreichen des Ausschaltzeitpunktes feststellen können. Die Schutzeinheit 15 steuert nunmehr die jeweilige Regelungsemheit so an, dass diese über eine Nullstromzeitdauer hinweg den jeweiligen Sollgleichstrom Idco_rl, Idco_r2, Idco_rr bzw. Idco_il, Id- co_i2 und Idco_n jeweils auf Null setzt, so dass der jeweilige Messgleichstrom zu Null geregelt wird. Somit wird auch der über die Gleichstromschalter 19 fließende Gleichstrom Idc_bl bzw. Idc_b2 gleich Null. Der Schalter 19 kann nunmehr stromlos geöffnet werden. Das Erreichen des Ausschaltzeit- punkts wird von der Gleichspannungsschutzemheit 20 ebenfalls durch Zeitvergleich erkannt. Nach Einhalten einer Sicherheitszeitspanne, die kleiner als eine Nullstromzeitdauer ist, kommt es zum stromlosen Offnen des Gleichspannungsschalters 19 und somit zum Herausschalten des Gleichspannungsabschnit- tes 18. Nach Ablauf der Nullstromzeitdauer wird das normale Regelungsverfahren wider in Gang gesetzt. Die jeweiligen Regelungen müssen im Rahmen der Erfindung nicht über die sich geänderte Topologie der Gleichspannungsverbmdung 4 mfor- miert werden. Die Regelung fahrt selbsttätig stabile Regelungspunkte ohne weitere zusätzliche Einwirkungen an. Auf diese Art und Weise ist ein aufwandsarmes Schalten innerhalb des Gleichspannungsnetzes 4 ermöglicht. Parallelschwmgkrei- se, die gemäß dem Stand der Technik bei Gleichspannungsschal- tern zum Einsatz gelangen, sind im Rahmen der Erfindung überflüssig geworden.