Processing

Please wait...

Settings

Settings

Goto Application

1. DE000069629213 - VORRICHTUNG ZUR STEUERUNG EINER REGELEINRICHTUNG ZUM DÄMPFEN VON SCHWINGUNGEN IN EINER ELEKTRISCHEN LEITUNG

Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

[ DE ]
Beschreibung
TECHNISCHES GEBIET
[0001]  Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Steuerungseinrichtung, die zur Hintereinanderschaltung zwischen einer ersten und einer zweiten Anschlussstelle in einer Stromleitung in einem Stromversorgungsnetz für Wechselstrom bestimmt ist, wobei die Steuerungseinrichtung angepasst ist, in Abhängigkeit einer dazu zugeführten Steueranweisung, eine Spannung in der Stromleitung zum Zweck des Dämpfens von Stromschwankungen darin hintereinander bzw. seriell zu erzeugen. Die Vorrichtung enthält ein Steuerelement, das in einer Steuereinrichtung zur Erzeugung der Steueranweisung angeordnet ist.
HINTERGRUND-STAND DER TECHNIK
[0002]  In einer elektrischen Stromleitung mit zwei Knotenpunkten, die durch eine häufig lange Stromleitung zusammengeschaltet sind, ist der in der Stromleitung geleitete Strom von der Differenz im Phasenwinkel zwischen den Spannungen an den jeweiligen Knotenpunkten abhängig. Diese Winkeldifferenz ist konstant, wenn das Stromversorgungsnetzwerk in einem Gleichgewichtszustand ist, aber nach einer Störung, zum Beispiel einem Einschwingfehler bzw. Übergangsfehler, in der Stromleitung oder einer Änderung der Strombedingungen an einem der zwei Knotenpunkte, muss ein neuer Gleichgewichtszustand wieder hergestellt werden. Die Änderung von einem Gleichgewichtszustand zu einem anderen findet durch eine Niederfrequenzausgleichsschwankung in der vorstehend erwähnten Winkeldifferenz und folglich einer entsprechenden Schwankung in dem in der Stromleitung geleiteten Strom statt. Die Stromschwankung, die üblicherweise eine schwache Dämpfung aufweist und deren Frequenz in der Größenordnung von 1 Hz ist, wird durch die dynamischen Eigenschaften in dem elektromechanischen System bestimmt, das aus der Stromleitung und dem Stromnetzwerk, einschließlich damit verbundenen rotierenden Maschinen, besteht.
[0003]  Um Dämpfen von detektierten Stromschwankungen in Stromnetzwerken zu erreichen, wurden verschiedene Arten von steuerbaren Steuerungseinrichtungen und Steuergesetzen dafür vorgeschlagen. Beispiele derartiger Steuerungseinrichtungen zur Hintereinanderschaltung mit einer Stromleitung sind die sogenannten vereinheitlichten Stromflusssteuerungen (UPFC), Phasenwinkelregler (PAR), und steuerbare, zum Beispiel Thyristor-verbundene, Reihenkondensatoren (CSC). Eine Steuerungseinrichtung zur Verbindung in Nebenschlussschaltung mit einer Stromleitung sind, zum Beispiel statistische Var-Kompensatoren für Blindstrom bzw. -leistung (SVC) und statische Kondensatoren (STATCON), die steuerbare Wandler enthalten. [0004] Der Ausdruck FACTS (Flexible Wechselstromübertragungssysteme) wird allgemein verwendet, um Stromnetzwerke zu kennzeichnen, die wenigstens irgendeine der vorstehend erwähnten steuerbaren Steuerungseinrichtungen enthalten.
[0005]  Å Ölwegård et al: Improvement of Transmission Capacity by Thyristor Controlled Reactive Power [IEEE Trans. on Power App. and Systems, Bd. PAS-100 Nr.8 August 1981, Seiten 3930– 3939] beschreibt die Anwendung von Thyristor-geschalteten Kondensatorblöcken in sowohl Nebenschluss- und Hintereinanderschaltung zum Dämpfen von Stromschwankungen zwischen durch eine Stromleitung verbundenen Stromsystemen. Ein Steuergesetz, das auf dem Abtasten des geleiteten Wirkstroms auf der Stromleitung basiert, ist für den hintereinandergeschalteten Kondensatorblock vorgeschlagen. Das Steuergesetz bedeutet im Prinzip, dass, wenn die Änderungszeitrate bzw. Zeitableitung des geleiteten Stroms positiv ist und einen bestimmten Pegel überschreitet, der ganze Kondensatorblock in die Stromleitung geschaltet ist. Wenn der Strom seinen maximalen Wert erreicht, wird der schaltbare Teil des Kondensatorblocks umgangen, worauf, wenn der Strom seinen minimalen Wert erreicht, der ganze Kondensatorblock wieder in die Stromleitung geschaltet wird. Es wird dargelegt, dass das vorgeschlagene Steuergesetz gewisse Mängel dadurch aufweist, dass in Systemen mit einer Vielzahl von Stromleitungen und Thyristor-geschalteten Reihenkondensatoren, diese einander stören. Ein Steuergesetz, das allen Reihenkondensatoren gemein ist, wird deshalb bevorzugt sein, wird aber aufgrund von technischen Schwierigkeiten beim Übertragen dieses Steuergesetzes auf jeden der Reihenkondensatoren als unrealistisch erachtet.
[0006]  Studien von Zweimaschinen-Systemen, die mittels parallelen Stromleitungen miteinander verbunden sind, haben ebenfalls gezeigt, dass die Wahl des Wirkstroms als Ausgangspunkt für ein Steuergesetz, bestimmte Mängel zeigt.
[0007]  James F. Gronquist et al: Power Oscillation Damping Control Strategies for FACTS Devices using locally measurable Quantities [IEEE Trans. on Power App. and System, Band 10 Nr. 3 August 1995, Seiten 1598–1605] beschreibt die Verwendung von Energiefunktionen zum Ableiten von Steuergesetzen für Thyristor-gesteuerte Reihenkondensatoren (TCSC), statischen Kompensatoren (SVC) für Blindstrom bzw. -leistung, statische Kondensatoren (STATCON) und Thyrsitor-gesteuerte Phasenschiebertransformatoren (TCPS) für den Zweck des Dämpfens von Stromschwankungen in und zwischen Stromnetzwerken. Sogenannte vereinheitlichte Stromflusssteurerungen (UPFC), die seriell in Stromleitungen geschaltet werden, werden nicht disढkutiert und die Steuergesetze, die durch Ableiten der Energiefunktion in Bezug auf die Zeit abgeleitet werden, sind in Abstraktform beschrieben.
[0008]  L Ängquist et al: Power Oscillation Damping using Controlled Reactive Power Compensation– a Comparison between Series and Shunt Approaches [Trans. on Power App. and Systems, Band 8 Nr. 2 Mai 1993, Seiten 687–700] handelt vom Dämpfen von Stromschwankungen der vorstehend erwähnten Art und demonstriert, dass gesteuerte Reihenkondensatoren (CSC) einen besseren Dämpfungseffekt als statistische Nebenschluss-geschaltete Kompensatoren für Blindstrom bzw. -leistung bereitstellen. Es wird, insbesondere für Zweimaschinen-Systeme, festgestellt, dass eine Stromschwankung eine Sinusabweichung in der Winkeldifferenz der zwei Maschinen veranlasst, die ihrem stationären Wert übergeordnet ist. In Bezug auf Steuergesetze wird allgemein angegeben, dass die Steuerungseinrichtung einen Wirkstrom derart zuführen muss, dass ein zusätzliches Moment mit entgegengesetzten Vorzeichen in Bezug zu der Änderungszeitrate bzw. Zeitableitung der Winkeldifferenz gebildet wird. Ein Simulationsbeispiel zeigt, dass Winkel in diesen Fällen der mechanische Drehwinkel der Maschinen bedeutet, dass heißt, die Änderungszeitrate bzw. Zeitableitung der Winkeldifferenz ist in diesem Fall die gleiche wie die Differenz der Geschwindigkeit zwischen den zwei Maschinen. Dieses Steuergesetz, das folglich auf Messgeschwindigkeitsdifferenzen basiert, kann nicht einfach auf Stromnetzwerke mit mehr als zwei Maschinen erweitert werden.
[0009]  M. Noroozian et al: Damping of Power Systems Oscillations by use of Controllable Components [IEEE Trans. on Power Delivery, Band 9 Nr.4 Oktober 1994, Seiten 2046–2054] beschreibt das Dämpfen von Stromschwankungen basierend auf einem linearisierten Modell eines Stromsystems und zeigt, dass gesteuerte Reihenkondensatoren (CSC) einen besseren Dämpfeffekt bereitstellen als statische Nebenschluss-geschaltete Kompensatoren für Blindstrom bzw. -leistung und ein gesteuerter Reihenkondensator zum Erreichen der gleichen Dämpfungseigenschaften für einen geringeren Strom bzw. Leistung als ein sogenannter Phasenwinkelregler (PAR) dimensioniert sein kann.
[0010]  US 4621198 beschreibt ein Verfahren und ein System, um zwei elektrische Dreiphasennetzwerke miteinander zu verbinden und in denen die Spannungen des ersten und des zweiten Netzwerks für entsprechende Phasen durch einen konstanten oder variierenden Winkel außer Phase sind. Eine Vielzahl von variablen Dreiphasen-Blindimpedanzen verbinden die zwei Netzwerke zur Durchführung einer gewünschten Übertragung von Wirkstrom von einem der zwei Netzwerke zu dem anderen miteinander. Ein Regler misst elektrische Parameter, die mit wenigstens einer entsprechenden Phase des ersten und des zweiten Netzwerks assoziiert sind, und betreibt die variablen Dreiphasen-Blind-Impedanzen, um die Suszeptanzen der Zusammenschaltungen in Bezug auf die gemessenen Parameter zu variieren, um so die gewünschte Übertragung des Wirkstroms von einem des ersten und des zweiten Netzwerks zu dem anderen Netzwerk herzustellen, während an einem bestimmten Pegel ein Blindstrom erhalten bleibt, der in die Übertragung von Wirkstrom verwickelt ist. Im Fall von Stromschwankungen wird die Suszeptanz der Impedanz variiert, um eine Übertragung von Wirkstrom bzw. -leistung zwischen den zwei Netzwerken herzustellen, um so die Stromschwankungen zu dämpfen.
[0011]  US 5469044 beschreibt das Zugeben einer Vorspannung, die zu der steuerbaren Spannung vektoriell zugegeben wird, die mit der Netzspannung einer Übertragungsleitung hintereinander injiziert wird, um die erforderliche MVS Nennleistung für einen vereinheitlichten Stromflussregler (UPFC) in Anwendungen zu reduzieren, wo der Strom in der Übertragungsleitung nur in eine einzige Richtung fließt, oder wo der Bereich des Übertragungswinkels ansonsten ungleich um Null ist.
[0012]  US 5 343 139 beschreibt eine allgemeine Stromflusssteuerung mit einem ersten und einem zweiten, vorzugsweise Spannungs-gesourcten Inverter, die miteinander Gleichstrom-verbunden sind. Die Wandler sind mit einer Übertragunsgsleitung parallel bzw. hintereinander geschaltet. Der erste Inverter wird gesteuert, um Blindstrom auf der Übertragungsleitung zu regulieren und Wirkstrom zu dem zweiten Inverter zuzuführen. Der zweite Inverter wird gesteuert, um in die Übertragungsleitung hintereinander bzw. seriell eine Spannung zu injizieren, die in der Größenordnung und von Null bis 360° in Phase in Bezug auf die Übertragungsleitungsspannung eingestellt werden kann, um irgendeine oder mehrere der Übertragungsleitungsspannungsgrößenordnung, Übertragungsleitungsimpedanz und Übertragungsleitungsspannungsphasenwinkel selektiv einzustellen.
[0013]  US 5 198 746 beschreibt ein Reihenimpedanzkompensationssystem für einen Satz Übertragungsleitungen, die zur elektrischen Stromübertragung verwendet werden, wobei diese Parallelleitungen vor den Übergangsfehlern und dynamischen subsynchronen Schwankungsproblemen geschützt werden. Das Impedanzkompensationssystem ist mit jeder Übertragungsleitung in Reihe geschaltet, um die Induktorimpedanz auf der Übertragungsleitung dynamisch auszugleichen, spricht durch Injizieren einer Spannungskomponente auf Bedürfnisse an, die bestimmt ist, im Wesentlichen um 90° phasenverschobene voreilende oder nacheilende Phasenwinkel in Bezug auf die Übertragungsleitungsspannungs- und übliche Komponenten optimiert zu sein. [0014] Es besteht folglich ein Bedarf, konkrete und geeignete Steuergesetze für eine Steuerungseinrichtung zur Hintereinanderschaltung mit einer Stromleitung abzuleiten, um folglich ein schnelles und kosteneffektives Dämpfen von Stromschwankungen der erwähnten Art möglich zu machen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
[0015]  Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der in dem Einleitungsteil der Beschreibung beschriebenen Art zu erreichen, die ein schnelles und kosteneffektives Dämpfen von Stromschwankungen bzw. -schwingungen in einem Stromnetzwerk möglich macht.
[0016]  Steuergesetze gemäß der Erfindung basieren auf Werten von abgetasteten Größen in dem Stromnetzwerk, dessen Werte an der Steuerungseinrichtung auftreten.
[0017]  Was eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kennzeichnet, wird von den anhängenden Ansprüchen klar werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[0018]  Die Erfindung wird durch die Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen detaillierter beschrieben, wobei
[0019]   Fig.1 als ein Einleitungsdiagrammteil ein elektrisches Stromnetzwerk mit einer Steuerungseinrichtung gemäß der Erfindung schematisch zeigt,
[0020]   Fig.2 in der Form eines Vektordiagramms das Verhältnis zwischen einigen verschiedenen elektrischen Größen in einem Stromnetzwerk gemäß Fig.1 zeigt,
[0021]   Fig.3 ein alternatives Modell eines Stromnetzwerks gemäß Fig.1 zeigt,
[0022]   Fig.4 als ein Einleitungsdiagramm eine erste Ausführungsform der Steuerungseinrichtung gemäß Fig.1 schematisch zeigt,
[0023]   Fig.5 als ein Einleitungsdiagramm eine zweite Ausführungsform der Steuerungseinrichtung gemäß Fig.1 schematisch zeigt,
[0024]   Fig.6A als ein Einleitungsdiagramm eine dritte Ausführungsform der Steuerungseinrichtung gemäß Fig.1 schematisch zeigt,
[0025]   Fig.6B als ein Einleitungsdiagramm eine vierte Ausführungsform der Steuerungseinrichtung gemäß Fig.1 schematisch zeigt,
[0026]   Fig.7 in der Form eines Ablaufdiagramms eine Ausführungsform der Steuereinrichtung für eine Ausführungsform der Steuerungseinrichtung gemäß Fig.4 schematisch zeigt,
[0027]   Fig.8 in der Form eines Ablaufdiagramms eine Ausführungsform der Steuereinrichtung für eine Ausführungsform der Steuerungseinrichtung gemäß Fig.5 schematisch zeigt,
[0028]   Fig.9A in der Form eines Ablaufdiagramms eine Ausfüh ungsform der Steuereinrichtung für eine Ausführungsform der Steuerungseinrichtung gemäß Fig.6A schematisch zeigt,
[0029]   Fig.9B in der Form eines Ablaufdiagramms eine Ausführungsform der Steuereinrichtung für eine Ausführungsform der Steuerungseinrichtung gemäß Fig.6B schematisch zeigt, und
[0030]   Fig.10 ein Beispiel der Abtastung von Größen in einem Stromnetzwerk für eine Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig.6A schematisch zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[0031]  In dem Folgenden werden komplexe Größen (Vektorgrößen) mit einem Strich über ihrer Bezeichnung bezeichnet und der Wert (die Amplitude) der entsprec henden Größe wird ohne einen Strich über der Bezeichnung bezeichnet. Zum Beispiel wird eine Spannung V i bezeichnet, wenn sowohl ihre Amplitude als auch ihr Phasenwinkel betroffen sind, während der Wert der entsprechenden Spannung V i bezeichnet wird.
[0032]   Fig.1 zeigt einen Teil des elektrischen Stromnetzwerks für Dreiphasenwechselspannung mit einer Winkelfrequenz ω. Das Stromnetzwerk ist durch einen ersten Knotenpunkt N1 und einen zweiten Knotenpunkt N2 gekennzeichnet, die durch eine Stromleitung L miteinander verbunden sind. Eine Steuerungseinrichtung FDV, von der einige Ausführungsformen nachstehend beschrieben werden, ist in der Stromleitung L zwischen einer ersten Anschlussstelle N i und einer zweiten Anschlussstelle N j hintereinander bzw. seriell geschaltet. Die Impedanz der Stromleitung zwischen dem ersten Knotenpunkt und der ersten Anschlusstelle ist mit einem Impedanzelement XL1 und ihre Impedanz zwischen dem zweiten Knotenpunkt und der zweiten Anschlussstelle mit einem Impedanzelement XL2 gekennzeichnet. Die Steuerungseinrichtung enthält einen Stromgenerator CG, der in Nebenschlussschaltung mit der Stromleitung L an einer Verbindungsstelle JP an die Stromleitung geschaltet ist, und einen steuerbaren Spannungsgenerator VG, der in der Stromleitung zwischen der ersten und der zweiten Anschlussstelle N i bzw. N j ge schaltet ist. Ein Strom I s fließt durch den Stromgenerator und der Spannungsgenerator erzeugt eine Spannung V s, wobei die Spannung folglich in der Stromleitung seriell auftritt. Die Impedanz des Spannungsgenerators wird X s bezeichnet und ist in der Figur mit einem Impedanzelement XS bezeichnet. An dem Knotenpunkt N1 fließt der Strom I ij in die Stromleitung und an dem Knotenpunkt N2 fließt der Strom I ij in die Stromleitung.
[0033]  Die Spannung an dem ersten Knotenpunkt N1 wird V 1, ihre Amplitude V 1 und ihr Phasenwinkel θ 1 beढzeichnet. Die Amplitude und der Phasenwinkel für die Spannung V 2 an dem zweiten Knotenpunkt werden V 2 und θ 2 bezeichnet und für die Spannungen V i und V j an der ersten und zweiten Anschlussstelle werden sie V i, θ i bzw. V j, θ j bezeichnet. Die Spannung an einem Punkt auf der Stromleitung zwischen dem Spannungsgenerator und dem Impedanzelement XS wird V i' bezeichnet.
[0034]  Die Steuereinrichtung CE enthält ein Steuerelement CTRL, das eine Steuera nweisung SO erzeugt. Die Steueranweisung wird zu dem Spannungsgenerator zur Steuerung der Spannung V s zugeführt. Die Steuereinrichtung enthält weiterhin ein Eingangselement INP, das mit gemessenen Werten Yn von in dem Stromnetzwerk abgetasteten Größen versorgt wird, wobei die gemessenen Werte nachstehend detaillierter beschrieben werden. Die gemessenen Werte werden auf die gleiche Weise gebildet, die per se von Messvorrichtungen bekannt ist, die nicht in der Figur gezeigt sind. Das Steuerelement erzeugt die Steueranweisung in Abhängigkeit von Größen, die von dem Eingangselement geliefert werden, die entweder direkt in dem Stromnetzwerk abgetastet oder daraus berechnet werden.
[0035]   Fig.2 zeigt ein Vektordiagramm der Spannungen V i, V s und V i' sowie den Strom I ij. Die Spannung V s bildet den Winkel γ m it der Spannung V i und den Winkel β mit dem Strom I ij. Die Spannung V i' bildet den Winkel Φ mit der Spannung V i.
[0036]  Es ist bekannt, dass der in Fig.2 gezeigte Teil des Netzwerks einem Modell gemäß Fig.3 entspricht, in dem der Stromgenerator CG und der Spannungsgenerator VG jeweils durch eine an der Anschlusstelle N i zugeführte, steuerbare Scheinleistung bzw. -strom S si = P si + jQ si und eine an der Anschlusstelle N j zugeführte, steuerbare Scheinleistung bzw. -strom S sj = P sj + jQ sj ersetzt sind. P si bzw. P sj bezeichnen hier Wirkstrom bzw. -leistung und Blindstrom bzw. -leistung, Q si bzw. Q sj an der jeweiligen Anschlussstelle. Wie nachstehend ge- zeigt wird, können diese Ströme bzw. Leistungen als Funktionen der Spannungen V i, V j und V s, der Impedanz X s und des Winkels γ ausgedrückt werden, wodurch diese Funktionen verschiedene Formen in Abhängigkeit der Ausführungsform aufweisen werden, in der die Steuerungseinrichtung implementiert wird.
[0037]  In einer ersten Ausführungsform der Erfindung enthält die Steuerungseinrichtung eine sogenannte vereinheitlichte Stromflusssteuerung (UPFC), die per se bekannt ist, wobei eine Ausführungsform von ihr in Fig.4 schematisch gezeigt ist. Der Stromgenerator CG in Fig.1 entspricht einem Transformator T1, dessen Primärwicklung PW1 in Nebenschlussschaltung mit der Stromleitung L an der Anschlussstelle JP verbunden ist und dessen Sekundärwicklung SW1 mit den Wechselstromanschlüssen eines Wandlers CONV1 verbunden ist. Der Spannungsgenerator VG entspricht einem Transformator T2, dessen Primärwicklung PW2 mit den Wechselstromanschlüssen eines Wandlers CONV2 verbunden ist und dessen Sekundärwicklung SW2 in die Stromleitung L zwischen die Anschlussstellen N i und N j hintereinander bzw. seriell geschaltet ist. Die Wandler weisen eine per se bekannte Auslegung auf und sind von einem selbstgeführten Spannungs-Source Typ. Gleichstromanschlüsse an dem Wandler CONV 1 sind mit entsprechenden Gleichstromanschlüssen an dem Wandler CONV2 durch eine Gleichstromzwischenverbindung DCL verbunden, die einen Kondensator DCLC enthält. Die Ausgangsspannung des Wandlers CONV2 wird in Bezug auf den Wert und den Phasenwinkel relativ zu der Spannung V i auf irgendeine per se bekannte Weise, zum Beispiel durch Pulsbreitenmodulation, in Abhängigkeit der Steueranweisung SO gesteuert, die auf eine Weise erzeugt wird, die unter Bezugnahme auf Fig.1 beschrieben wurde und die nachstehend weiterhin beschrieben werden wird. Der Wandler CONV1 wird auf irgendeine per se bekannte Weise derart gesteuert, dass er zu der Gleichspannungszwischenverbindung einen Wirkstrom bzw. eine Wirkleistung zuführt, der bzw. die gleich zu dem bzw. der ist, der bzw. die von dem Wandler CONV2 verbraucht wird (und zu dem Transformator T2 weitergeleitet wird). Für den Zweck der Erfindung kann sein Blindstrom bzw. -leistung durch einen Wert gesteuert werden, der gleich Null ist. Die Ausgangsspannung des Wandlers CONV2 wird in die Stromleitung L als die Spannung V s durch den Transformator T2 eingeführt.
[0038]  In dieser ersten Ausführungsform der Erfindung werden die folgenden, per se bekannten Ausdrücke der Ströme bzw. Leistungen P si, P sj, Q si und Q sj erhalten
P si =–P sj = rb sV iV jsin (θ i– θ j + γ) (1a)
Q si = rb sV2
i cosγ (1b)
Q sj =–rb sV iV jcos(θ i– θ j + γ) (1c)
wobei b s die Suszeptanz des Spannungsgenerators bezeichnet,
b = 1/X s (2a)
und r die Amplitude der Spannung V s relativ zu der Spannung in der ersten Anschlussstelle kennzeichnet, die als der Quotient des Absolutwerts der Amplitude von V s und dem Absolutwert der Amplitude von V i ausgedrückt wird,
r = V s/V i (2b)
[0039]  Durch die Dimensionierung der Komponenten, die in der Steuerungseinrichtung enthalten sind, ist die relative Amplitude r auf einen ersten oberen Grenzwert r max, typischerweise mit der Größenordnung von 0,1, eingeschränkt. Ein erster oberer Grenzwert V smax in Spannung für die Spannung V s entspricht dem Wert r max, wobei die Spannung V s folglich in Amplitude relativ zu dem ersten oberen Grenzwert V smax steuerbar ist. [0040] In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung enthält die Steuerungseinrichtung einen sogenannten Phasenwinkelregler (PAR), der per se bekannt ist, wobei eine Ausführungsform von ihm in Fig.5 gezeigt ist. Der Stromgenerator CG in Fig.1 entspricht einem Spannungstransformator T3, dessen Primärwicklung PW3 in einer Nebenschlussschaltung mit der Stromleitung L an der Anschlussstelle JP geschaltet ist und dessen Sekundärwicklung SW3, die mit steuerbaren Anzapfpunkten TP3, die in der Figur nur symbolisch mit einem Pfeil gekennzeichnet sind, zum Anzapfen einer variablen Sekundärspannung bereitgestellt sind, mit einem Schaltelement SWN verbunden ist. Der Spannungsgenerator VG entspricht einem Transformator T4, dessen Sekundärwicklung SW2 in die Stromleitung L zwischen den Anschlussstellen N i und N j hintereinander bzw. seriell geschaltet ist. Das Schaltelement SWN ist auf eine per se bekannte Weise in Abhängigkeit der Steueranweisung SO angepasst, die auf eine Weise erzeugt wird, die unter Bezugnahme auf Fig.1 beschrieben ist und die nachstehend weiterhin beschrieben werden wird, die Sekundärspannung von dem Transformator T3 mit einer Primärwicklung PW4 an dem Transformator T4 derart zu verbinden, dass ein Teil einer Leitungsspannung in einer der Phasen des Wechselstromnetzwerks durch die Transformatoren T3 und T4 in die Stromleitung L als die Spannung V s in eine anderen der Phasen des Wechselstromnetzwerks eingeführt wird. Die Steueranweisung SO- beeinflusst ebenfalls auf irgendeine per se bekannte Weise die Anzapfpunkte zum Anzapfen der variablen Sekundärspannung der Sekundärwindung SW3. Die Spannung V s wird dadurch im Wert in Abhängigkeit der Steueranweisung relativ zu der Spannung V i an der ersten Anschlussstelle gesteuert, während ihr Phasenwinkel γ relativ zu dieser Spannung gesteuert wird, um einen der Werte ±π/2 anzunehmen ( Fig.2).
[0041]  In dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung werden die folgenden, per se bekannten Ausdrücke der Ströme P si P sj, Q si und Q sj erhalten:
P si =–P sj = rb sV iV jsin(θ i– θ j + γ) (3a)
Q si =–rb sV iV jcos(θ i– θ + γ) + r 2b sV2
i (3b)
Q sj =–rb sV iV jcos(θ i– θ j + γ) (3c)
[0042]  In einer dritten Ausführungsform der Erfindung enthält die Steuerungseinrichtung einen steuerbaren, per se bekannten Reihenkondensator CSC, wobei eine Ausführungsform von ihm schematisch in Fig.6A gezeigt ist. In dieser Ausführungsform entspricht der Stromgenerator CG in Fig.1 einer unendlichen Impedanz, dass heißt, der Strom I s ist Null, und der Spannungsgenerator VG entspricht der Reihenkondensatoreinrichtung CSC, die in der Stromleitung L e ine Spannung V s = I ij*X c seriell bzw. hintereinander erzeugt, wobei I ij der Strom durch die Stromleitung ist und X c die Impedanz der Reihenkondensatoreinrichtung ist.
[0043]  Die Reihenkondensatoreinrichtung enthält eine Anzahl von gegenseitig hintereinander geschalteten Kondensatoren C1, C2, C3, die alle in der Stromleitung L zwischen den Anschlussstellen N i und N j geschaltet sind. Schaltelemente SW1, SW2 bzw. SW3 sind auf eine per se bekannte Weise mit jedem der Kondensatoren C1, C2 und C3 parallel angeordnet, wobei jeder einzelne zwei Thyristoren in Anti-Parallel-Schaltung enthält.
[0044]  Die Impedanz der Kondensatoreinrichtung kann im Wert X c auf eine per se bekannte Weise zwischen einem minimalen Wert X cminc = 0 und einem maximalen Wert X cmaxc = Kc*X FC gesteuert werden, wobei X FC ein gewählter Impedanzwert ist, der zum Beispiel der Impedanz eines Reihenkondensators CF (nicht in der Figur gezeigt) entspricht, der in die Stromleitung CF permanent geschaltet ist. Die Steuerung wird in Abhängigkeit einer Steueranweisung SO durchgeführt, die auf eine Weise erzeugt wird, die unter Bezugnahme auf Fig.1 beschrieben wurde und die weiterhin nachstehend beschrieben wird, die ein Firing Order zu Steuerkreisen (nicht in der Figur gezeigt) für die Schaltelemente liefert und wo der Faktor Kc ein Proportionalitätsfaktor ist, der als ein Verstärkungsfaktor angesehen werden kann. Der Wert X cminc wird erhalten, wenn alle Kondensatoren umgangen werden und der Wert X cmaxc wird erhalten, wenn alle Kondensatoren in die Stromleitung geschaltet werden.
[0045]  Die Spannung V s in der Stromleitung L, bei einem gegebenen Strom I ij, ist im Wert durch Verbindung und Trennung der Kondensatoren C1, C2 und C3 steuerbar, wobei die Verbindungen und Trennungen in Abhängigkeit der Steueranweisung SO stattfinden. Ihre relative Amplitude r ist folglich, bei einem gegebenen Strom I ij, r = I ij*X CV i und ihr oberer Grenzwert ist, ebenfalls bei einem gegebenen Strom, r maxc = I ij*K C*X C/V i. In dieser Ausführungsform erhält die relative Amplitude r, ebenfalls bei einem gegeben Strom, einen natürlichen unteren Grenz wert r minc = 0, der einer Situation entspricht, wo alle Kondensatoren C1-C3 umgangen wurden. Die Spannung V s bildet den Winkel β =–π/2 mit dem Strom I ij ( Fig.2). Die Spannung V s kann folglich, bei einem gegebenen Strom I ij, einen ersten Steuerwert annehmen, ihr Phasenwinkel β weist den Wert–π/2 relativ zu dem Strom auf und ihre Amplitude V s ist in Bezug auf einen ersten oberen Grenzwert V smax = I ij*K c*X FC steuerbar. Der erste obere Grenzwert in Spannung, V smaxc, entspricht einem ersten oberen Grenzwert X cmaxc in Impedanz einer kapazitiven Natur, X cmaxc =K c*X FC, wobei die Impedanz X c der Steuerungseinrichtung in Bezug auf den ersten oberen Grenzwert X cmaxc steuerbar ist.
[0046]  In dieser dritten Ausführungsform der Erfindung werden die folgenden, per se bekannten Ausdrücke der Ströme bzw. Leistungen P si, P sj, Q si und Q sj erhalten
P si = [K csbs/(1– K cs)]*V iV jsin(θ i– θ j) (4a)
Q si = [K csbs/(1– K cs)]*[V2
i– V iV jcos(θ i– θ j)] (4b)
P sj = [K csbs/(1– K cs)]*V iV jsin(θ j– θ i) (4c)
Q sj = [K csbs/(1– K cs)]*[V2
j– V iV jcos(θ j– θ i)] (4d)
wobei K cs ein Proportionalitätsfaktor ist, K cs = X c/X s, und die Impedanz der Reihenkondensatoreinrichtung ist. Die Impedanz X s besteht in diesen Fällen aus der Impedanz der Reihenkondensatoreinrichtung zwischen der Anschlussstelle N i und dem Kondensator C1 plus seiner Impedanz zwischen dem Kondensator C3 und der Anschlussstelle N j.
[0047]  In einer vierten Ausführungsform der Erfindung kann die Steuerungseinrichtung gemäß Fig.6A alternativ als per se bekannte, kontinuierlich gesteuerte Reihenkondensatoreinrichtung gemäß Fig.6B ausgelegt werden. Diese Figur zeigt nur die Steuerungseinrichtung, die mit der Stromleitung auf eine Weise verbunden ist, die ähnlich zu der Steuerungseinrichtung gemäß Fig.6A ist. Ein Kondensator C4 ist mit einer Drossel TCL parallel verbunden, die mit einer Thyristorschaltvorrichtung TSW hintereinander geschaltet ist. Die Thyristorschaltvorrichtung enthält zwei Thyristoren in Anti-Parallel-Schaltung und mittels Phasenwinkelsteuerung der Thyristorschaltvorrichtung kann die Impedanz der Steuerungseinrichtung und folglich die Spannung V s zwischen den Anschlussstellen N i und N j kontinuierlich gesteuert werden und ebenfalls dazu gebracht werden, einen Winkel β > 0 (entsprechend der Impedanz der Steuerungseinrichtung, die eine induktive Natur aufweist) mit dem Strom I ij zu bilden. In dieser Ausführungsform bezeichnet X c die Impedanz der Parallel-Schaltung des Kondensators C4 und der Drossel TCL, wodurch die durch die Drossel gezeigte Impedanz eine Funktion des Steuerwinkels der Thyristorscha ltvorrichtung ist. Bei einer überwiegend kapazitiven Impedanz der Steuerungseinrichtung kann die Spannung V s, wenn β < 0, mittels ihrer relativen Amplitude r = I ij*X c/V i ausgedrückt werden, wie unter Bezugnahme auf Fig.6A beschrieben, und ihr oberer Grenzwert, ebenfalls bei einem gegebenen Strom, r maxc = I ij*Kc*X FC/V i. Bei einer überwiegend induktiven Impedanz der Steuerungseinrichtung kann die Spannung V s, wenn β > 0, ebenfalls auf eine analoge Weise mittels ihrer relativen Amplitude r = I ij*X c/V i ausgedrückt werden, und ihr oberer Grenzwert ist, ebenfalls bei einem gegebenen Strom, r maxi = I ij*Ki* X FC/V i, wobei der Faktor Ki ein Proportionalitätsfaktor ist, der als ein Verstärkungsfaktor angesehen werden kann. Der Faktor Ki kann, aber muss nicht, g leich dem Faktor Kc sein. In diesem Fall können ebenfalls untere Grenzwerte r minc bzw. r mini auf die Spannung V s angewendet werden, die einer Situation entsprechen, wo die kapazitive bzw. induktive Impedanz der Steuerungseinrichtung nicht unter endliche Werte fallen muss, r minc = I ij*m c*Kc*X FC/V i, r maxi = I ij*m i*Ki*X FC/V i, wo m c und m i Faktoren < 1 sind.
[0048]  Die Spannung V s kann folglich, bei einem gegebenen Strom I ij, einen ersten Steuerwert, wobei ihr Phasenwinkel den Wert–π/2 relativ zu diesem Strom aufweist und ihre Amplitude V s in Bezug auf einen ersten oberen Grenzwert V smaxc = I ij*Ke*X FC steuerbar ist, und einen zweiten Steuerwert annehmen, wobei ihr Phasenwinkel den Wert π/2 relativ zu diesem Strom aufweist und ihre Amplitude V s in Bezug auf einen zweiten oberen Grenzwert V maxi = I ij*Ki*X FC steuerbar ist. Der erste obere Grenzwert in Spannung, V smaxc, entspricht einem ersten oberen Grenzwert X cmaxc in Impedanz einer kapazitiven Natur, X cmaxc = Kc*X FC und der zweite obere Grenzwert in Spannung, V smaxi, entspricht einem zweiten oberen Grenzwert X cmaxi in Impedanz einer induktiven Natur, X cmaxi = Ki*X FC, wobei die Impedanz X c der Steuerungseinrichtung in Bezug auf die ersten und zweiten oberen Grenzwerte in Impedanz steuerbar ist.
[0049]  Auf eine per se bekannte Weise kann ein allgemeiner Ausdruck für die Gesamtenergie θ eines elektromechanischen Systems als die Summe ihrer kinetischen und potentiellen Energie gebildet werden. In dem Fall, dass Stromschwankungen in einem derartigen System auftreten, kann als ein Kriterium für alle dieser zu dämpfenden Schwankungen weiterhin angenommen werden, dass die Gesamtenergie des betrachteten Systems während des Dämpfprozesses abnehmen muss, dass heißt, die Zeitrate der Änderung d(ϑ)/dt seiner Energie muss die Bedingung d(ϑ)/dt < 0 erfüllen.
[0050]  Es erweist sich nun auf der Basis des unter Bezugnahme auf Fig.3 beschriebenen Modells vorteilhaft, den Beitrag der Steuerungseinrichtung derart zu berücksichtigen, dass die Hälfte des Blindstroms, die die Steuerungseinrichtung zu dem System zugibt, dem Ausdruck für die potentielle Energie des Systems zugegeढben wird. Auf diese Weise werden einfache und gleichbleibende Steuergesetze erhalten, die auf Größen in dem Stromnetzwerk an den Anschlussstellen der Steuerungseinrichtung in der Stromleitung basieren, um Stromschwankungen in dem System der Ausführungsformen der vorstehend betrachteten Steuerungseinrichtung zu dämpfen.
[0051]  Die Zeitrate der Änderung der Energie für diese Ausführungsformen werden basierend auf diesen vorstehend abgeleiteten Ausdrücken für die zugeführten Scheinströme bzw. -leistungen S si und S sj berechnet. Eine Berechnung zeigt, dass in allen Fällen der Ausdruck der Zeitrate der Änderung bzw. Zeitableitung der Gesamtenergie einen Ausdruck der Form
enthält.
[0052]  Es ist zu sagen, dass d(ϑ)/dt eine Funktion F dieses Ausdrucks ist und in Abhängigkeit davon, welche Ausführungsform der Erfindung betrachtet wird, die anderen Variablen, die in den Ausdrücken für P sj und Q sj enthalten sind:
[0053]  Eine Simulation von Stromsystemen zusammen mit den Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Steuerungseinrichtung hat gezeigt, dass der Ausdruck
einen vorherrschenden Einfluss auf den Ausdruck der Zeitrate der Änderung bzw. Zeitableitung der Energie aufweist und deshalb ist es vorteilhaft, die Steuerungseinrichtung der in dem Einleitungsteil der Beschreibung erwähnten Art derart zu steuern, dass die Bedingung
erfüllt ist.
[0054]  Diese Bedingung bedeutet physikalisch, dass die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit der Steueranweisung dazu gebracht werden muss, eine Spannung in der Stromleitung zu erzeugen, die einen Wirkstrom bzw. eine Wirkleistung darin zuführt, um den Änderungen im Wirkstrom in der Stromleitung entgegenzuwirken, die mit Stromschwankungen in dem Stromsystem assoziiert sind.
[0055]  Die Verwendung der vorstehenden Ausdrücke des Stroms bzw. der Leistung P sj für die beschriebenen Ausführungsformen der Steuerungseinrichtung und eine Berechnung der Werte der Steuerparameter r, γ, K cs und β für diese derart, dass der Absolutwert von d(ϑ)/dt maximal wird, führt zu den folgenden Steuergesetzen. In der ersten Ausführungsform der Erfindung, wenn die Steuerungseinrichtung eine vereinheitlichte Stromflusssteuerung enthält, wird das folgende Steuergesetz formuliert:
[0056]  Dies bedeutet, dass die Spannung V s im Wert durch die Steueranweisung SO auf ihren oberen Grenzwert gesteuert werden muss, während ihr Winkel relativ zu der Spannung V i an der ersten Anschlussstelle derart gesteuert werden muss, um entweder den Winkel π/2 oder den Winkel– π/2 mit der Differenz (θ i– θ j) des Phasenwinkels für die Spannung an der ersten Anschlussstelle bzw. die Spannung an der zweiten Anschlussstelle zu bilden.
[0057]  In der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wenn die Steuerungseinrichtung eine Phasenwinkelsteuerung (PAR) enthält, wird das folgende Steuergesetz formuliert:
[0058]  Das bedeutet, dass die Spannung V s im Wert durch die Steueranweisung SO auf ihren oberen Grenzwert gesteuert werden muss, während ihr Winkel relativ zu der Spannung V i an der ersten Anschlussstelle derart gesteuert werden muss, um entweder den Winkel π/2 oder den Winkel– π/2 mit der Spannung V i zu bilden.
[0059]  In der dritten Ausführungsform der Erfindung, wenn die Steuerungseinrichtung einen steuerbaren Reihenkondensator CSC gemäß Fig.6A enthält, wird das folgende Steuergesetz formuliert:
[0060]  Mit der vorstehenden Beziehung und Definitionen kann dieses Steuergesetz, bei einem gegebenen Strom I ij und einer gegebenen Spannung V i, umformuliert werden zu:
[0061]  Das bedeutet, dass die Reihenkondensatoreinrichtung durch die Steueranweisung SO derart gesteuert werden muss, um entwede r von der Stromleitung vollständig getrennt oder mit ihr vollständig geschaltet zu sein und dass die Spannung V s zwischen den Anschlussstellen, die immer einen Winkel β =–π/2 ( Fig.2) mit dem Strom I ij durch die Kondensatoren bildet, sich zwischen einem unteren und einem oberen Grenzwert ändert, wobei der untere Grenzwert gemäß dem Vorstehenden gleich Null ist und der obere gleich V smaxc = I ij*Kc*X FC ist.
[0062]  In der vierten Ausführungsform der Erfindung, wenn die Steuerungseinrichtung einen gesteuerten Reihenkondensator CSC gemäß Fig.6B enthält, wird das folgende Steuergesetz auf eine analoge Weise formuliert:
[0063]  Das bedeutet, dass die Reihenkondensatoreinrichtung durch die Steueranweisung SO und die Phasenwinkelsteuerung der Thyristorschaltvorrichtung derart gesteuert werden muss, dass sie entweder den gewählten maximalen Impedanzwert einer kapazitiven Natur oder den gewählten Impedanzwert einer induktiven Natur zeigt. Die Spannung V s zwischen den Anschlussstellen N i und N j wird durch die Steueranweisung SO derart gesteuert, um Werte anzunehmen, die gleich zu einem ihres jeweiligen ersten oberen und zweiten oberen Grenzwerts ist, und um den Winkel– π/2 bzw. den Winkel π/2 mit dem Strom I ij zu bilden.
[0064]  In der dritten Ausführungsform gemäß Fig.6A kann der Faktor Kc diskrete Werte annehmen, während in der vierten Ausführungsform gemäß Fig.6B die Faktoren Kc und Ki kontinuierliche Werte innerhalb Intervallen annehmen können, die durch die Werte der Impedanzen der in der Steuerungseinrichtung enthaltenen Komponenten bestimmt werden.
[0065] Für alle der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Steueranweisung folglich in Abhängigkeit der Änderungszeitrate bzw. Zeitableitung einer Funktion der Differenz (θ i– θ j) des Phasenwinkels für die Spannung der ersten Anschlussstelle und des Phasenwinkels für die Spannung der zweiten Anschlussstelle gebildet. Diese Funktion kann ONE (Gleichungen 6a, 6b), die Sinusfunktion (Gleichungen 7a, 7b) oder die Cosinusfunktion (Gleichungen 8a, 8b, 9a, 9b) sein.
[0066]  Es hat sich ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, die Steuergesetze gemäß den Gleichungen 6a, 6b, 7a, 7b, 8a, 8b, 9a und 9b mit einem Stabilitätskriterium zu modifizieren, das bedeutet, dass die Amplitude der Spannung V s dazu gebracht wird, mit einem fallenden Wert des Absolutwerts der Zeitrate der Änderung bzw. Zeitableitung
der Differenz (θ i– θ j) des Phasenwinkels für die Spannung der ersten Anschlussstelle und des Phasenwinkels für die Spannung der Anschlussstelle abzunehmen, und zusätzlich dazu, eine Intervention der Steuerungseinrichtung nur in den Fällen zu erlauben, wo der erwähnte Absolutwert einen gewählten Änderungsraten- bzw. Zeitableitungsgenzwert (D) überschreitet,
Die Steueranweisung wird dann derart modifiziert, um die Steuerungseinrichtung dazu zu bringen, eine Spannung zu erzeugen, deren Amplitude in Abhängigkeit eines Produkts ihres oberen Grenzwerts und dem Absolutwert der Änderungszeitrate bzw. Zeitableitung der Differenz (θ i– θ j) gebildet wird.
[0067]  In der ersten Ausführungsform der Erfindung, wenn die Steuerungseinrichtung einen vereinheitlichten Stromflussregler (UPFC) enthält, kann folglich das folgende Steuergesetz formuliert werden:
wobei TD den Wert annimmt, der der größere des Werts ONE und des Werts des Absolutwerts der Zeitrate der Änderung bzw. der Zeitableitung der Differenz (θ i– θ j) ist,
[0068]  In der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wenn die Steuerungseinrichtung einen Phasenwinkekegler (PAR) enthält, kann folglich das folgende Steuergesetz formuliert werden:
wobei TD auf die gleiche Weise wie vorstehend definiert ist.
[0069]  In der dritten Ausführungsform der Erfindung, wenn die Steuerungseinrichtung eine Reihenkondensatoreinrichtung gemäß der Ausführungsform gemäß Fig.6A enthält, kann folglich das folgende Steuergesetz formuliert werden:
wobei TD auf die gleiche Weise wie vorstehend definiert ist.
[0070]  In der vierten Ausführungsform der Kondensatoreinrichtung gemäß Fig.6B kann folglich das folgende Steuergesetz formuliert werden:
wobei TD auf die gleiche Weise wie vorstehend definiert ist.
[0071]   Fig.7 veranschaulicht in der Form eines Ablaufdiagramms eine Implementierung des Steuergesetzes gemäß Gleichungen 6A, 6B in der ersten Ausführungsform der Erfindung, wenn die Steuerungseinrichtung einen vereinheitlichten Stromflussregler (UPFC) enthält.
[0072]  In Fig.7 und in Fig.8, 9A und 9B, die vorstehend beschrieben sind, werden Bezeichnungen von Größen verwendet, die in dem Stromnetzwerk auftreten, wie beispielsweise θ i, θ j, γ, r, X c, X FC. Weiterhin wird die Steueranweisung SO in Größen ausgedrückt, die das Stromnetzwerk betreffen. Die Steuerungseinrichtung CE ist jedoch natürlich angepasst, mit gemessenen Werten und Signalen zu arbeiten, die diesen Größen entsprechen, und es sollte klar sein, dass diesen gemessenen Werten und Signalen zur Vereinfachung der Darstellung in diesen Figuren die gleichen Bezeichnungen wie die Größen gegeben wurde, denen sie entsprechen. [0073] Die Steuerungseinrichtung CE enthält ein Eingangselement INP, das in Abhängigkeit der gemessenen Werte Yn der in dem Stromnetzwerk abgetasteten Größen angepasst ist, auf irgendeine per se bekannte Weise die Phasenabweichung (θ i– θ j), dass heißt, die Differenz (θ i– θ j) des Phasenwinkels für die Spannung V ides ersten Knotenpunkts und den Phasenwinkel für die Spannung V j für den zweiten Knotenpunkt sowie die Zeitrate der Änderung bzw. Zeitableitung
der Phasenabweichung und den Absolutwert
dieser Änderungsrate bzw. Zeitableitung zu berechnen. Der Absolutwert der Änderungsrate bzw. Zeitableitung wird in dem Steuerelement CTRL mit einem gewählten Änderungsraten- bzw. Zeitableitungsgrenzwert D verglichen und in dem Fall, dass der Absolutwert der Änderungsrate bzw. Zeitableitung kleiner oder gleich diesem Änderungsraten- bzw. Zeitableitungsgrenzwert ist, wird keine Änderung der Steueranweisung gemacht. Wenn andererseits der Absolutwert der Änderungsrate bzw. Zeitableitung größer ist als dieser Änderungsraten- bzw. Zeitableitungsgrenzwert, wird eine Überprüfung des Vorzeichens der Änderungsrate bzw. Zeitableitung in dem Steuerelement durchgeführt. Dies wird in der Figur durch einen Schalter S1 veranschaulicht, der in diesem Fall schließend ist und die Änderungsrate bzw. Zeitableitung zu zwei Vergleichsschaltungen für diese Vorzeichenbestimmung zuführt. In dem Fall, dass die Änderungsrate bzw. Zeitableitung größer als Null ist, wird eine Steueranweisung SO erzeugt, die auf eine irgendeine per se bekannte Weise die Steuerungseinrichtung, dass heißt, in dieser Ausführungsform den Wandler CONV2 durch den Transformator T2 ( Fig.4) dazu bringt, in der Stromleitung L eine Spannung V s mit der relativen Amplitude r = TD*r max und dem Winkel γ = π/2– (θ i– θ j) mit der Spannung V i zu erzeugen. Die Amplitude r wird durch das Produkt des oberen Grenzwerts r max für die relative Amplitude und des Absolutwerts der Zeitrate der Änderung bzw. Zeitableitung der Phasenabweichung bestimmt. Die Bildung der relativen Amplitude r wird in der Figur durch den Wert des Absolutwerts der Änderungsrate bzw. Zeitableitung in einer auf den Wert ONE begrenzten Begrenzerschaltung LIM veranschaulicht, in der Form eines Werts TD zu einem Vervielfacher M1 zugeführt, wo er mit dem Wert von r max multipliziert wird, der ebenfalls dem Vervielfacher zugeführt wird. In dem Fall, dass die Änderungsrate bzw. Zeitableitung kleiner als Null ist, wird eine Steueranweisung SO erzeugt, die die Steuerungseinrichtung dazu bringt, in der Stromleitung L ei ne Spannung V s mit der relativen Amplitude r = TD*r max und dem Winkel γ =–π/2– (θ i– θ j) mit der Spannung V i zu erzeugen.
[0074]  Ein Schalter S2, der in der in der Figur gezeigten Position den in Amplitude begrenzten Absolutwert der Änderungsrate bzw. Zeitableitung mit dem Vervielfacher M1 verbindet, aber in Umkehrposition einen Wert ONE damit verbindet, veranschaulicht den Fall, wo das Steuergesetz ohne Berücksichtigung des Stabilitätskriteriums erzeugt wird, wobei in diesem Fall der relativen Amplitude immer der Wert r max gegeben wird. [0075] Fig.8 veranschaulicht in der Form eines Ablaufdiagramms eine Implementierung des Steuergesetzes gemäß Gleichungen 7A, 7B in der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wenn die Steuerungseinrichtung einen Phasenwinkelregler (PAR) enthält. Die Steuereinrichtung und das Ablaufdiagramm gemäß denen diese Einrichtung arbeitet, sind in dieser Ausführungsform auf eine Weise ähnlich zu der angeordnet, die unter Bezugnahme auf Fig.7 beschrieben ist. Das Eingangselement INP in dieser Ausführungsform ist jedoch angepasst, in Abhängigkeit von den gemessenen Werten Yn auf eine per se bekannte Weise zusätzlich zu der Phasenabweichung und dem Absolutwert der Zeitrate der Änderung bzw. Zeitableitung der Phasenabweichung ebenfalls die Sinusfunktion sin(θ i– θ j) für die Phasenabweichung und die Zeitrate der Änderung bzw. Zeitableitung
dieser Sinusfunktion abzuleiten, wodurch in dem Fall, dass der Absolutwert der Änderungsrate bzw. Zeitableitung der Phasenabweichung größer ist als der Änderungsraten- bzw. Zeitableitungsgrenzwert D, die Steueranweisung in Abhängigkeit des Vorzeichens der Änderungsrate bzw. Zeitableitung der Sinusfunktion der Phasenabweichung gebildet wird. Weiterhin ist die in der Stromleitung L durch den Transformator T4 ( Fig.5) erzeugte Spannung V s mit der relativen Amplitude r = TD*r max in Bezug auf ihren Phasenwinkel entweder zu dem Winkel γ = π/2 oder dem Winkel γ =–π/2 mit der Spannung V i steuerbar.
[0076]   Fig.9A veranschaulicht in der Form eines Ablaufdiagramms eine Implementierung des Steuergesetzes gemäß Gleichungen 8A, 8B in der dritten Ausführungsform der Erfindung, wenn die Steuerungseinrichtung eine Reihenkondensatoreinrichtung gemäß der Ausführungsform gemäß Fig.6A enthält. Die Steuereinrichtung und das Ablaufdiagramm gemäß denen diese Einrichtung arbeitet, sind in dieser Ausführungsform auf eine ähnliche Weise angeordnet, wie die unter Bezugnahme auf Fig.8 beschriebene, jedoch mit dem Unterschied, dass anstelle der Sinusfunktion der Phasenabweichung, die Cosinusfunktion cosinus (θ i– θ j) davon und die Zeitrate der Änderung bzw. Zeitableitung davon verwendet werden. Weil die Steuerungseinrichtung in diesem Fall durch Beeinflussen ihrer Impedanz X c steuerbar ist, wird die Erzeugung der Steueranweisung in der Figur als eine Anweisung für einen bestimmten Wert X c dieser Impedanz gezeigt. In dem Fall, dass der Absolutwert der Änderungsrate bzw. Zeitableitung der Phasenabweichung kleiner ist als oder gleich ist zu dem Änderungsraten- bzw. Zeitableitungsgrenzwert D, wird die Impedanz der Steuerungseinrichtung auf ihren minimalen Wert, in diesem Fall gleich Null, gesetzt. In dem Fall, dass der Absolutwert der Änderungsrate bzw. Zeitableitung der Phasenabweichung größer als der Änderungsraten- bzw. Zeitableitungsgrenzwert D ist, wird die Impedanz der Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit des Vorzeichens der Änderungsrate bzw. Zeitableitung der Cosinusfunktion der Phasenabweichung entweder auf einen minimalen Wert gleich Null oder einen Wert X c = TD*Kc*X FC gesetzt, wo der Verstärkungsfaktor Kc eine analoge Funktion mit dem Wert r max gemäß Fig.7–8 aufweist. Wenn der Faktor TD bei geringen Amplituden der Stromschwankung Werte < 1 annehmen kann, bedeutet dies, dass in dem Fall, dass die Änderungsrate bzw. Zeitableitung der Cosinusfunktion der Phasenabweichung kleiner ist als Null, nur ein bestimmter Teil des steuerbaren Teils der Steuerungseinrichtung mit der Stromleitung verbunden werden muss. In dieser Ausführungsform ist eine Verteilereinheit DIST in dem Steuerelement enthalten und angepasst, auf irgendeine per se bekannte Weise und in Abhängigkeit der erforderten Werts der Impedanz X c, die Steueranweisung SO zu einer diskreten Steueranweisung SO' zu modifizieren, die die a Schaltelemente SW1, SW2 und SW3 derart beeinflusst, dass diese Kombination von Kondensatoren C1-C3 geschaltet ist, welche einen Impedanzwert bereitstellt, der dem erforderten Wert X c am nähsten ist, derart, dass die Differenz zwischen der von der Steuerungseinrichtung gezeigten Impedanz und dem von der Steuereinrichtung erforderten Wert der Impedanz minimiert wird. Dies ist in der Figur durch eine Beziehung SO-SO' veranschaulicht, die als eine Stufenfunktion beschrieben ist.
[0077]   Fig.9B veranschaulicht in der Form eines Ablaufdiagramms eine Implementierung des Steuergesetzes gemäß Gleichungen 9A, 9B in der vierten Ausführungsform der Erfindung, wenn die Steuerungseinrichtung eine Reihenkondensatoreinrichtung gemäß Fig.6B enthält. Die Steuereinrichtung und das Ablaufdiagramm gemäß denen diese Einrichtung arbeitet, sind in dieser Ausführungsform auf eine Weise angeordnet, die zu der ähnlich ist, die unter Bezugnahme auf Fig.9A beschrieben wird, jedoch mit dem Unterschied, dass in dem Fall, dass der Absolutwert der Änderungsrate bzw. Zeitableitung der Phasenabweichung größer als der Änderungsraten- bzw. Zeitableitungsgrenzwert D ist, die Impedanz der Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit des Vorzeichens der Änderungsrate bzw. Zeitableitung der Cosinusfunktion der Phasenabweichung entweder auf einen Wert X c = TD*Kc*X FC mit einem Winkel β =–π/2 oder auf einen Wert X c = TD*Ki*X FC mit einem Winkel β = π/2 gesetzt ist. Das Produkt TD*Kc wird in einem Vervielfacher M1 und das Produkt TD*Ki in einem Vervielfacher M2 gebildet. Die Beziehung SO– SO' in der Verteilereinheit DIST ist in diesem Fall durch eine lineare Funktion veranschaulicht, die sowohl positive als auch negative Werte annehmen kann, wobei angezeigt wird, dass die in der Stromleitung von der Steuerungseinrichtung erzeugte Spannung Phasenpositionen zwischen den Werten–π/2 und π/2 verschieben kann.
[0078]  Die in dem Stromnetzwerk abgetasteten Größen Yn, deren gemessenen Werte zu dem Eingangselement INP zugeführt wird, das in der Steuereinrichtung angeordnet ist, können, zum Beispiel, aus Leistungswerten, Stromwerten und Spannungswerten oder direkten Abtastungen der Phasenwinkel θ i und θ j bestehen, wodurch das Eingangselement angepasst ist, auf irgendeine dem Fachmann bekannte An in Abhängigkeit dieser Größen un d bekannten Netzwerkdaten die gewünschte Phasenabweichung (θ i– θ j) zwischen den Spannungen V i und V j an der ersten und zweiten Anschlussstelle sowie die Zeitrate der Änderung bzw. Zeitableitung
der Phasenabweichung und den Absolutwert dieser Änderungsrate bzw. Zeitableitung zu berechnen.
[0079]   Fig.10 zeigt als ein Beispiel, wie die Phasenabweichung aus abgetasteten Werten von Spannungen und Wirkstrom bzw. -leistung gebildet werden kann. Die Figur ist die gleiche wie in Fig.1, aber mit dem Unterschied, dass in Fig.10 der Wirkstrom P ij, der in eine Richtung von dem ersten Knotenpunkt N1 in die erste Anschlussstelle N i fließt, und der Wirkstrom P si sind, der von der Anschlussstelle JP durch den Stromgenerator CG fließt und der Wirkstrom P i gekennzeichnet sind, der von der Anschlussstelle JP durch den Spannungsgenerator VG in eine Richtung zu der zweiten Anschlussstelle N j fließt.
Das folgende gilt: P ij = P si + P i. (10a)
[0080]  Für die erste und für die zweite Ausführungsform der Erfindung wird das Folgende aus Gleichung 1 a und allgemein bekannten Ausdrücken der Elektrotechnik erhalten.
P ij = rb sV iV jsin(θ i– θ j + γ) + b sV iV jsin(θ i– θ j) (10b)
[0081]  Die Größen Yn, die in dem Stromnetzwerk abgetastet werden, sind in diesem Fall der Wirkstrom P ij an der ersten Anschlussstelle und die Spannungen V i und V j an jeweils der ersten und der zweiten Anschlussstelle. Die Größen r und γ sind von dem letzten Wert der Steueranweisung bekannt, während die Größe b s von Herstellungsdaten der Steuerungseinrichtung bekannt sind. Das Eingangselement INP kann folglich angepasst sein, auf irgendeine per se bekannte Weise die Differenz (θ i– θ j) aus Gleichung 1 Ob zu berechnen.
[0082]  Für die dritte und vierte Ausführungsform der Erfindung gilt das Folgende: P si = 0 und
P ij = V iV jsin(θ i– θ j)/(X c– X s) (10c)
[0083]  Die Größen Yn, die in dem Stromnetzwerk abgetastet werden, sind in diesem Fall die gleichen wie in der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die Größe X c ist von dem letzten Wert der Steueranweisung bekannt, während die Größe X s = 1/b s von Herstellungsdaten oder gemessenen Daten für die Steuerungseinrichtung bekannt sind.
[0084]  Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsform beschränkt, sondern eine Vielzahl von Modifikationen sind in dem Schutzumfang der erfindungsgemäßen Konzepts realisierbar. Das Eingangselement und das Steuerelement können folglich, zum Beispiel, ganz oder teilweise als festverdrahtete, analog oder digital arbeitende Schaltungen, die für diesen besonderen Zweck ausgelegt sind, oder durch einen Mikroprozessor ausgelegt werden, der gemäß den in Fig.7–9 gezeigten Prinzipen programmiert ist. In dieser Schaltung können natürlich ebenfalls die Eingangseinheit und das Steuerelement ganz oder teilweise miteinander integriert sein.
[0085]  Der Stromgenerator CG kann, insbesondere in der ersten Ausführungsform der Erfindung dadurch steuerbar angeordnet sein, dass der Wandler CONV1 angeordnet sein kann, um die Spannung an der Anschlussstelle JP auf eine Weise zu beeinflussen, die der zur Ausrüstung zur statischen Kompensation von Blindstrom bzw. -leistung (SVC) entspricht.
[0086]  Als ein Mass der Intervention der Steuerungseinrichtung kann die relative Amplitude r alternativ und insbesonde re in der zweiten Aus führungsform der Erfindung durch den Winkel Φ ersetzt sein, der durch die Spannung V i 'mit der Spannung V i hergestellt wird ( Fig.2).
[0087]  In der unter Bezugnahme auf Fig.6A beschriebenen, dritten Ausführungsform kann die Reihenkondensatoreinrichtung natürlich weniger oder mehr Kondensatoren C1, C2, C3, C4...., enthalten, wobei jeder einढzelne ein assoziiertes Schaltelement SW1, SW2, SW3, SW4, ... aufweist.
[0088]  Die Steuerungseinrichtung kann ebenfalls an oder nahe einem der Knotenpunkten des Stromnetzwerks, zum Beispiel, dem ersten angeordnet sein, wobei in diesem Fall die Impedanz zwischen diesem Knotenpunkt und der ersten Anschlussstelle, die zu dem Knotenpunkt liegt, gering oder unerheblich wird. Die Differenz (θ i– θ j) zwischen den Phasenwinkeln für die Spannungen an den Anschlussstellen kann dann in bestimmten Fällen von einem praktischen Standpunkt aus, durch die Differenz (θ 1– θ j) zwischen den Phasenwinkeln für die Spannungen an dem ersten Knotenpunkt und der zweiten Anschlussstelle ersetzt werden.
[0089]  Die Steuergesetze gemäß der Erfindung basieren auf lokalen Werten von abgetasteten Größen in dem Stromnetzwerk, wobei die Werte allgemein an der Steuerungseinrichtung auftreten. Auf diese Weise und durch die Anwendung der Steuergesetze auf Teile der Steuerungseinrichtung, die in der Stromleitung hintereinander geschaltet sind, kann ein schnelles und kosteneffektives Dämpfen der Stromschwankungen der erwähnten Art erreicht werden.