Anordnung an Stromrichter anlagen, bei denen zur Kompensation von Oberwellen den einzelnen Stromrichtern mit Hilfe von Transformatoren in der Phase gegeneinander verschobene Wechselspannungen zugeführt werden. Bei Stromrichtern, die also zur Umfor mung von Wechselstrom in Gleichstrom oder auch von Gleichstrom in Wechselstrom dienen oder von Wechselstrom der einen Fre quenz in Wechselstrom der andern Frequenz, besteht bekanntlich der Nachteil, . dass der umgeformte Strom Oberwellen aufweist, die durch die Wirkungsweise der Stromrichter verursacht sind. Die Stromrichter können da bei irgendeine bekannte Bauart aufweisen.
Es kann sich also um Quecksilberdampfent- ladungsgefässe mit oder ohne Gittersteuerung handeln, oder es können Kontaktstromrichter sein, bei denen die Umformung durch Schlie ssen und Öffnen metallischer Kontakte her beigeführt wird. Statt der metallischen Kon takte können auch Flüssigkeitskontakte, z. B. Elektrolytgleichrichter, vorhanden -sein.
Um diese Oberwellen möglichst zu unterdrücken, ist es bekannt, bei mehreren parallel oder hintereinander arbeitenden Stromrichtern den einzelnen Stromrichtern in der Phase gegen einander verschobene Wechselspannungen zu zuführen. Die Phasenverschiebung ist derart gewählt, dass die einzelnen Stromwender auf der der zugeführten Spannung abgewende ten Seite Oberwellenspannungen oder -Ströme entwickeln, die sich gegenseitig infolge der geschilderten Phasenverschiebung - aufheben.
Beispielsweise kann man zu diesem Zwecke einen mehrere Stromrichter speisenden Trans formator sekundär mit mehreren Wicklungen ausrüsten, die infolge geeigneter Schaltung (z. B. Zickzackschaltung) in der Phase gegen einander verschobene Spannungen liefern.
Ist eine grössere Anzahl von Stromrichtern zu speisen, so kann man etwa für je zwei Stromrichter je einen derart geschalteten Transformator vorsehen, und je zwei oder mehrere dieser Transformatoren können dann wieder an die entsprechende Anzahl in der Phase gegeneinander verschobener Sekundär wicklungen eines übergeordneten Transfor mators angeschlossen sein (Kaskadenschal- timg der Transformatoren). Man erzielt da durch eine besonders grosse Anzahl in der Phase gegeneinander verschobener Spannun gen an den Stromrichtern und damit eine be sonders wirksame Unterdrückung der Ober wellen.
Ein weiteres Mittel zur Herstellung dieser Phasenverschiebungen besteht darin, dass man in die Primär- oder Sekundärstroin- kreise der die einzelnen Stromrichter speisen den Transformatoren Zusatztransformatoren einschaltet, die etwa um 90 gegenüber der Grundspannung verschobene Zusatzspannun gen einführen und dadurch ebenfalls die ein zelnen den Stromrichtern zugeführten Span nungen in der Phase gegeneinander ver schieben.
Um die Kommutierung an Stromrichtern der geschilderten Art, d. h. also den Strom übergang von einer Phase auf die andere züi erleichtern und insbesondere möglichst kurz zu gestalten, hat man bereits den Anschluss von Kondensatoren vorgeschlagen. Bei der Kommutierung muss bekanntlich der Strom übergang an der einen Anode bereits zu einem Zeitpunkt eingeleitet werden, in dem die vorhergehende Anode noch Strom führt. Anschliessend daran sinkt dann der Strom in der noch Strom führenden Anode, während er an der bereits Strom führenden Anode an steigt.
In dem Zeitpunkt, in dem die Strom leitung an der bisher Strom führenden Anode unterbrochen wird, soll an dieser der Strom bereits auf Null abgesunken sein, während er an der andern Anode bereits seinen vollen Be trag erreicht hat. Die Kondensatoren liefern nun bei diesem Kommutierungsvorgang über den geschilderten Kurzschluss zweier Phasen einen Entladestrom, der zur Kommutierung im günstigsten Sinne beiträgt.
Die Erfindung betrifft eine besonders zweckmässige Anordnung dieser die Kommu- tierung unterstützenden Kondensatoren bei Stromrichteranlagen, bei denen zur Kom pensation von Oberwellen den einzelnen Stromrichtern mit Hilfe von Transformato ren (etwa in der beschilderten Weise) in der Phase gegeneinander verschobene Wechsel spannungen zugeführt -erden. Erfindungs gemäss sind die Kondensatoren zwischen die sen Transformatoren und den Stromrichtern an diese angeschlossen.
Der Anschluss der Kondensatoren unmittelbar am Stromrichter bringt folgende Vorteile mit sich: Zunächst ist es günstig, wenn der Ent- ladestromkreis, der sich über die Kommutie- runG.sstelle schliesst und der aus den Konden satoren und der Induktivität, die zwischen den Kondensatoren und dem Stromrichter liegt, gebildet wird und zu der die Induk- tivität des Netzes noch parallel geschaltet ist, eine nicht zu kleine Eigenfrequenz auf weist.
Ist diese zii klein, dann steigt der von den Kondensatoren beim Kommutierungs- kurzsehluss gelieferte Strom, der das An steigen des Stromes an der neuen Anode her beiführt, zu langsam an, und es muss infolge dessen die Zeit, während der zwei benach- barte Anoden gleichzeitig Strom führen,
zii lange gewählt \ -erden bezw. die Wechsel- richtersteuerun - muss einen zu grossen Vor- eilwinkel aufweisen.
Wenn nun die Konden satoren in der --eschilderten Weise unmittel bar in die Stromrichter angeschlossen sind, so ist die Eigenfrequenz des Kondensator stromkreises infolge Mregfall von Streuinduk- tivitäten relativ hoch, und die Mitwirkung der Kondensatoren an der Kommutierung durch Entladevorgänge über kurzgeschlossene Phasen ist kräftig. bezw. die Kommutierung vollzieht sich in einer sehr kurzen Zeit.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, dass durch den Anschluss der Kondensatoren zwischen den Transformatoren und den Stromrichtern für den einzelnen Kondensator die am ein zelnen Stromrichter vorhandene grosse Wellig keit wirksam ist. Die Kondensatoren greifen jedoch um so wirksamer bei der Kommutie- rung ein, je grösser die durch die StromriGh- ter hervorgerufene Welligkeit der Spannung ist. Je kleiner also die Phasenzahl des Strom richters ist, um so grösser wird die Ladungs- menge, die der Kondensator bei dem einzel nen Entladevorgang abgibt.
Würde man die Kondensatoren an eine gemeinsame Sammel schiene für alle Stromrichter anschliessen, dann wären hier die Oberwellen bereits zum grossen Teil infolge der geschilderten Mittel ausgeglichen und der günstige Einfluss der Kondensatoren auf die Kommutierung würde weitgehend aufgehoben.
Wenn nun eine geringe Induktivität in dem über die Kommutierungsstelle sich schliessenden Kondensatorstromkreis günstig ist, so darf diese Induktivität anderseits nicht zu gering sein. Es würde sich sonst die bei der Entladung der Kondensatoren frei werdende Energie in Wärme verwandeln, was eine Erhöhung der Verluste bedeutet.
Es wird daher oft zweckmässig sein, bei der An ordnung nach der Erfindung in diesen Strom kreis zusätzliche Induktivitäten, wie Drossel spulen, einzuschalten. Bei Kontaktgleichrich tern, bei denen bekanntlich hochgesättigte Schaltdrosseln verwendet werden, um beim Öffnen der Kontakte infolge des durch die Schaltdrosseln herbeigeführten, in der Nähe von Null sehr flachen Stromverlaufes den Unterbrechungsfunken möglichst zu unter drücken, kann man diese Schaltdrosseln als zusätzliche Induktivität für die Kondensato ren verwenden.
Im folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher er läutert. Es handelt sich dabei um die Spei sung eines Wechselstrom-Verbrauchernetzes aus einer Gleichstrom-Hochspannungs-Über- tragungsleitung mit Hilfe von Wechselrich tern. 1, 2, 3 und 4 sind diese Wechselrichter.
Sie sind als Kontaktstromrichter ausgeführt und in Reihenschaltung an die Gleichstrom Hochspannungszuführungen 5 und 6 an geschlossen. 7 sind die den einzelnen Ken- taktstellen der Stromrichter vorgeschalteten und hochgesättigten Schaltdrosseln.
Um nun an den gemeinsamen Sammelschienen 8 auf der Wechselstromseite der Stromrichter bezw. auch im Gleichstrom-Hochspannungsnetz 5 und 6 das Auftreten von durch die Wir kungsweise der Stromrichter verursachten Oberwellen möglichst zu unterdrücken, wer den den einzelnen Stromrichtern auf der Wechselstromseite in der Phase gegenein ander verschobene Anodenspannungen zu geführt. Zu diesem Zweck ist eine Kaskaden schaltung der Transformatoren 9 und 10 bezw. 9 und 11 zwischen den Sammelschie nen 8 und den Stromrichtern vorgesehen.
Ausserdem besitzen die Transformatoren 10 und 11 je zwei Sekundärwicklungen, die in der Phase gegeneinander verschobene Span nungen liefern. Ferner ist der als Spartrans formator ausgebildete Transformator 9 in der dargestellten Weise in Dreieck mit ab- geschnittenen Ecken geschaltet, und die Pri märwicklungen der Transformatoren 10 und 11 sind an diese Schaltung derart angeschlos sen, dass ihnen in der Phase gegeneinander verschobene Drehstromspannungen zugeführt werden.
Die einzelnen Stromrichter 1 bis 4 sind in dreiphasiger Graetzschaltung geschal tet, sie haben daher die Welligkeit einer Sechsphasenschaltung. Dadurch, dass den ein zelnen Stromrichtern auf der Wechselstrom seite gegeneinander versetzte Spannungen zu geführt werden, wird erreicht, dass die Reihenschaltung der vier Stromrichter die Welligkeit einer 24phasigen Schaltung hat.
An die Wechselstromseite der einzelnen Stromrichter sind nun in dreiphasiger Schal tung erfindungsgemäss die Kondensatoren 12, 13, 14 und 15 angeschlossen. Diese Konden satoren sind mit Rücksicht auf die günstigste Kommutierung an den Stromrichtern be messen. Sie arbeiten dabei mit den Schalt drosseln 7 der Stromrichter zusammen. An die gemeinsamen Sammelschienen 8 der Stromrie,hteranlage sind nun ausserdem noch die Kondensatoren 16 angeschlossen.
Diese dienen zur Erzeugung des Grundwellenblind- stromes, da bekanntlich bei der Umformung von Gleichstrom in Drehstrom mittels netz geführter Stromrichter eine beträchtliche Blindleistung aus dem Drehstromnetz ent nommen werden muss. Diese wird von den Kondensatoren 16 geliefert. Es ist jedoch ausserdem noch eine synchrone Blindleistungs- maschin.e 17 vorgesehen, da ein gewisser Mindestbetrag von Synchronmaschinenlei- stung bei derartigen Anlagen in Betrieb zu halten ist.
Die Kondensatoren 16 sind zu- und abschaltbar bemv. in ihrer Kapazität regelbar, während die Kondensatoren 12 bis 15 fest an den zugehörigen Stromrichter an geschlossen sind, da sie von vornherein für die günstigste Kommutierung am Stromrich ter bemessen sind.
Im Vergleich zu Anordnungen, bei denen etwa die gesamte Blindleistung der Konden satoren nur unmittelbar an den Stromrichtern oder nur an der Hauptsammelschiene 8 an geordnet ist, werden durch die Verteilung der Kondensatoren auf Stromrichter und Hauptsammelschiene folgende Vorteile er zielt:
Bei Anordnung der gesamten Konden- satorleistung unmittelbar an den Stromrich tern tritt eine wesentliche Verkleinerung der Eigenfrequenz des Entladestromkreises ein, wobei die Kommutierung verlangsamt wird und ein grosser Voreilwinkel für die Steue rung erforderlich wird, was mit Rücksicht auf den Blindleistungsbedarf ungünstig ist.
Bei Anordnung der gesamten Konden- satorleistung an der Hauptsammelschiene ist auch die Eigenfrequenz des Entladestrom- kreise,s klein, weil zwischen den Kondensa toren und der Kurzschlussstelle der kommu tierenden Phasen eine grössere Induktivität, nämlich zusätzlich die Induktivität des Transformators, liegt.
Ausserdem wird der Beitrag der Kondensatoren an der Kommu- tierung geringer wegen der geringeren Welligkeit der Spannung an der Haupt sammelschiene.
Arrangement of power converter systems in which to compensate for harmonics the individual power converters are supplied with alternating voltages shifted in phase with the help of transformers. In converters, which are used to convert alternating current into direct current or from direct current into alternating current, or from alternating current of one frequency to alternating current of the other frequency, there is known to be the disadvantage. that the converted current has harmonics that are caused by the operation of the converter. The converters can be of any known type.
It can therefore be a matter of mercury vapor discharge vessels with or without grid control, or it can be contact converters in which the transformation is brought about by closing and opening metallic contacts. Instead of metallic contacts, liquid contacts such. B. electrolyte rectifier, be present.
In order to suppress these harmonics as far as possible, it is known, in the case of several converters working in parallel or in series, to supply the individual converters with alternating voltages shifted in phase with respect to one another. The phase shift is selected in such a way that the individual commutators develop harmonic voltages or currents on the side facing away from the supplied voltage, which cancel each other out as a result of the phase shift described.
For example, for this purpose, a transformer feeding several converters can be equipped with several windings secondary which, as a result of a suitable circuit (z. B. zigzag circuit) supply voltages shifted in phase with respect to one another.
If a larger number of converters is to be fed, one can provide a transformer connected in this way for every two converters, and two or more of these transformers can then be connected again to the corresponding number of secondary windings of a higher-level transformer that are shifted in phase against each other (cascade switching of the transformers). A particularly large number of voltages shifted from one another in phase to the converters is achieved and thus a particularly effective suppression of the harmonics.
Another means of producing these phase shifts is that additional transformers are switched on in the primary or secondary circuits that feed the individual converters, which introduce additional voltages that are shifted by around 90 compared to the basic voltage and thus also the individual converters Shifting voltages in phase with one another.
To the commutation on converters of the type described, d. H. That is to say, to facilitate the current transition from one phase to the other, and in particular to make it as short as possible, the connection of capacitors has already been proposed. In the case of commutation, it is known that the current transition at one anode must already be initiated at a point in time when the previous anode is still carrying current. Subsequently, the current in the anode still carrying current then decreases, while it increases in the anode which is already carrying current.
At the point in time at which the power line is interrupted at the anode that previously carried current, the current should already have dropped to zero at this, while it has already reached its full amount at the other anode. During this commutation process, the capacitors deliver a discharge current via the short circuit of two phases, which contributes to the commutation in the most favorable sense.
The invention relates to a particularly expedient arrangement of these capacitors, which support commutation, in power converter systems, in which alternating voltages shifted in phase from one another are supplied to the individual power converters with the help of transformers (for example in the manner shown) to compensate for harmonics. According to the invention, the capacitors are connected between these transformers and the converters.
Connecting the capacitors directly to the converter has the following advantages: First of all, it is beneficial if the discharge circuit that closes via the commutation point and that of the capacitors and the inductance between the capacitors and the Converter lies, is formed and to which the inductivity of the network is still connected in parallel, has a natural frequency that is not too low.
If this is small, then the current supplied by the capacitors during the commutation short circuit, which causes the current to rise at the new anode, rises too slowly, and as a result, the time during the two adjacent anodes must conduct electricity at the same time,
zii long chosen \ -erden resp. the inverter control must have too large a lead angle.
If the capacitors are now connected directly to the converter in the manner described, the natural frequency of the capacitor circuit is relatively high due to the drop in leakage inductances, and the capacitors have a strong role in commutation through discharging via short-circuited phases . respectively the commutation takes place in a very short time.
Another essential advantage of the arrangement according to the invention is that the large ripple present on the individual converter is effective for the individual capacitor through the connection of the capacitors between the transformers and the converters. The capacitors intervene in the commutation all the more effectively, the greater the voltage ripple caused by the current belts. The smaller the number of phases in the converter, the greater the amount of charge that the capacitor emits during the individual discharge process.
If the capacitors were to be connected to a common busbar for all power converters, then the harmonics would already be largely balanced as a result of the means described and the favorable influence of the capacitors on the commutation would largely be eliminated.
If a low inductance is favorable in the capacitor circuit that closes via the commutation point, then this inductance, on the other hand, must not be too low. Otherwise the energy released during the discharge of the capacitors would be converted into heat, which means an increase in losses.
It will therefore often be expedient to turn on additional inductances, such as choke coils, in the arrangement according to the invention in this current circuit. In contact rectifiers, in which, as is well known, highly saturated switching chokes are used to suppress the interruption sparks as much as possible when the contacts open as a result of the very flat current profile brought about by the switching chokes, in the vicinity of zero, these switching chokes can be used as additional inductance for the capacitors use.
In the following the invention is explained in more detail using an exemplary embodiment. This involves feeding an AC consumer network from a DC high-voltage transmission line with the aid of inverters. 1, 2, 3 and 4 are these inverters.
They are designed as contact converters and connected in series to the direct current high voltage leads 5 and 6 to closed. 7 are the highly saturated switching reactors connected upstream of the individual contact points of the converters.
To now bezw on the common busbars 8 on the AC side of the converter. also in the direct current high voltage network 5 and 6 to suppress the occurrence of harmonic waves caused by the way the converter we act as possible, who led the anode voltages shifted against each other in the phase to the individual converters on the AC side. For this purpose, a cascade circuit of the transformers 9 and 10 BEZW. 9 and 11 between the bus bars 8 and the converters provided.
In addition, the transformers 10 and 11 each have two secondary windings that deliver voltages that are shifted from one another in phase. Furthermore, the transformer 9, which is designed as an autotransformer, is connected in the illustrated manner in a triangle with cut corners, and the primary windings of the transformers 10 and 11 are connected to this circuit in such a way that they are supplied with three-phase voltages shifted in phase with one another.
The individual converters 1 to 4 are switched in three-phase Graetz circuit, so they have the ripple of a six-phase circuit. Because voltages that are offset from one another are fed to the individual converters on the alternating current side, it is achieved that the series connection of the four converters has the ripple of a 24-phase circuit.
According to the invention, the capacitors 12, 13, 14 and 15 are now connected to the AC side of the individual converters in a three-phase circuit. These capacitors are to be measured with a view to the most favorable commutation on the converters. They work together with the switching chokes 7 of the converter. The capacitors 16 are now also connected to the common busbars 8 of the power supply system.
These are used to generate the basic wave reactive current, since it is known that when converting direct current into three-phase current by means of network-controlled converters, considerable reactive power must be drawn from the three-phase network. This is supplied by the capacitors 16. However, a synchronous reactive power machine 17 is also provided, since a certain minimum amount of synchronous machine power has to be kept in operation in such systems.
The capacitors 16 can be switched on and off bemv. adjustable in their capacity, while the capacitors 12 to 15 are permanently connected to the associated converter, since they are dimensioned from the outset for the most favorable commutation on the converter.
Compared to arrangements in which the entire reactive power of the capacitors is only arranged directly on the converters or only on the main busbar 8, the distribution of the capacitors to the converter and main busbar provides the following advantages:
When the entire capacitor power is arranged directly at the converters, the natural frequency of the discharge circuit is significantly reduced, the commutation being slowed down and a large lead angle required for the control, which is unfavorable with regard to the reactive power requirement.
When the entire capacitor power is arranged on the main busbar, the natural frequency of the discharge circuits is also low because there is a greater inductance between the capacitors and the short-circuit point of the commutating phases, namely the inductance of the transformer.
In addition, the capacitors' contribution to commutation is lower because of the lower voltage ripple on the main busbar.