Steueranordnung für Wechselrichter zur Sicherung eines vorbestimmten Sicherheitswinkels bei Wechselrichterbetrieb Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuer anordnung für einen Wechselrichter, z.
B. in einer Kraftübertragung, die einen über eine Gleichstrom leitung mit einem Wechseltrichter verbundenen Gleichrichter umfasst, und bei der der Gleichrichter mit Hinblick auf einen vorbestimmten Strom und der Wechselrichter mit Hinblick .auf einen vorbe stimmten Sicherheitswinkel gesteuert ist.
In einem solchen Wechselrichter muss die Steuer- anordnung in Abhängigkeit von der Kommutierungs- spannung zwischen den verschiedenen Ventilen und dem Belastungsstrom des Wechselrichters Zündim pulse für die verschiedenen Ventile zu solchen Zeit punkten abgeben, dass der genannte gewünschte Sicherheitswinkel aufrechterhalten wird.
Die Steue rung muss also in Anbetracht dessen so eingerichtet sein, dass eine erhöhte Kommutierungsspannung eine kürzere Kommutierungszeit, aber :ein :erhöhter Be lastungsstrom eine verlängerte Kommutierungszeit ergibt.
Eine Steueranordnung des genannten Typs bringt eine negative Strom-Spannung-Charakteristik des Wechselrichters mit sich - von dessen Gleichstrom- seite .aus gesehen -, was sagen will, dass eine Erhö hung des Gleichstroms eine herabgesetzte Gegen spannung oder Gegen-EMK des Wechselrichters zur Folge hat.
Dies beruht auf dem Umstand, dass eine Zunahme des Gleichstroms eine verlängerte Kommu- tierungszeit bedeutet, weshalb die Steueranordnung die Zündimpulse für die verschiedenen Ventilstrecken beschleunigt, um das Aufrechterhalten eines gewis sen gewünschten Sicherheitswinkels zu .sichern.
Eine solche Beschleunigung der Zündimpulse bringt je doch eine verminderte Gegen-EMK des Wechsel richters mit sich. Als Folge hiervon nimmt der Gleichstrom weiter zu, und der Vorgang setzt sich fort, bis die Stromregelung des Gleichrichters Zeit gehabt hat, zu reagieren und einen Befehl zur Sen kung des Gleichstroms zu geben.
Wenn der Gleich strom zu sinken beginnt, wird das Steuersystem des Wechselrichters die Zündimpulse verzögern, weil der gesenkte Gleichstrom eine verkürzte .Kommutierung bedingt. Die Verzögerung der Zündimpulse bedeu tet jedoch eine grössere Gegen-EMK des Wechsel richters, was seinerseits einen noch stärker herab gesetzten Gleichstrom zur Folge hat, was wiederum eine Verzögerung der Zündimpulse verursacht.
Die ser Verlauf kann bei Stromänderungen mit einer gewissen Steilheit eine Schwingung des Gleichstroms verursachen, deren Frequenz im wesentlichen der Frequenz des Wechselstromnetzes entspricht, das an den Wechselrichter angeschlossen ist.
Solche Strom schwingungen geben Anlass zu Instabilitäten im Re gelsystem der ganzen Übertragung und können eine gefährliche Zunahme der Schaltüberspannungen auf ider Gleichstromlinie verursachen. Es war bisher nicht möglich, mit Hilfe der Steuerausrüstung diese Schwin- gungen wirksam zu dämpfen, so dass deren Ent stehung teure Dämpfkreise auf der Gleichstromseite der Überführung notwendig machte.
Die Erfindung zeigt eine Anordnung, idie zum Erhöhen der Stabilität und Herabsetzen der Schalt überspannungen der Überführung durch ein derartiges Ändern der Steuerung des Wechselrichters dienen kann, dass seine negative Charakteristik innerhalb des gefährlichen Frequenzgebiets in eine positive Charakteristik umgewandelt wird.
Das Prinzip ist hierbei, @dass man zu dem Signal der Steueranordnung, Idas als Mass für die Grösse ,des Belastungsstroms des Stromrichters dient, ein besonderes Signal addiert, wobei die Steueranord- nung ihre Zündimpulse zu einem Zeitpunkt abgibt, der einem grösseren Belastungsstrom im Stromrich ter entspricht, als es in Wirklichkeit der Fall ist.
Die Steueranordnung nach der Erfindung ist durch ein frequenzempfindliches Organ gekennzeichnet, das für eine vorbestimmte Frequenz abgestimmt und vom Belastungsstrom des Stromrichters beeinflusst ist, wel ches Organ ein Ausgangssignal bei Schwingungen .der genannten Frequenz im genannten Belastungs strom abgibt, das zu dem Signal addiert wird, das als Mass für die Grösse des Belastungsstroms des Stromrichters dient. Wie erwähnt, hat es sich gezeigt, idass die :Schwingung im Gleichstrom meist dieselbe Frequenz wie das an den Wechselrichter angeschlos sene Wechselstromnetz hat.
Das genannte frequenz- empfindliche Organ soll ideshalb zweckmässig für diese Frequenz abgestimmt werden. Weiter ist es von Vorteil, wenn das Ausgangssignal dieses Organs den Schwingungen im Signal von tdem vom Be lastungsstrom beeinflussten Teil des Steuergeräts ent gegenwirken, um die gewünschte Dämpfung zu er reichen.
Als Folge hiervon wird die Senkung des Gleichstroms keiner Zunahme der Gegen-EMK des Wechselrichters entsprechen, so dass @es bei zweck mässiger Dimensionierung der verschiedenen Kom ponenten nach der Erfindung möglich wird, einen rein aperiodischen Verlauf der durch die Änderungen des Belastungsstromes verursachten Schwingungen zu erhalten.
Gemäss -einer Weiterentwicklung der Er findung wird das genannte frequenzempfindliche Or gan zweckmässig mit einem Organ zur Verlängerung der Dauer des genannten Ausgangssignals, das von den Schwingungen im Belastungsstrom herrührt, ver sehen.
In dieser Weise wird es möglich, die ,stabi- lisierende Wirkung der Wechselrichtersteuerung zu sichern, bis man mit Sicherheit damit rechnen kann, dass die genannten Schwingungen im Belastungsstrom aufgehört haben.
Während man also früher damit rechnete, dass der Wechselrichter - von der Glesch- richterseite aus gesehen - nur die Gleichspannung der LUbertragung bestimmen konnte, wird es nach der Erfindung möglich, mit Hilfe der Wechselrich tersteuerung stabilisierend auf den Gleichstrom ider Übertragung ,einzuwirken.
Die Erfindung wird nachstehend unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung beispielsweise näher be schrieben, in,der Fig. 1 eine Steueranordnung üblicher Art, versehen mit einem Zusatzorgan nach der Erfin dung, zeigt und Fig. 2 in Diagrammform die Wir kungsweise des Zusatzorgans darstellt.
Die Zeichnung zeigt einen Wechselrichter 1, der zwischen einer Gleichstromleitung 18 und einem Wechselstromnetz 17 eingeschaltet äst. Der Wechsel richter besitzt drei Ionenventile. Die Zeichnung zeigt den Steuerkreis für -eines derselben.
Dieses Ionen ventil ist mit einem Steuergitter 2 und einer Kathode 3 versehen, zwischen welchen ein Gittersteuerkreis eingeschaltet ist, der einen Gitterspannungstransfor- mator 4 in Reihe mit einer Vorspannungsquelle 16 enthält.
Die Primärseite des Gitterspannungstrans- formators 4 ist an eine positive Spannungsquelle in Reihe mit einem Transistor 5 angeschlossen, in des sen Steuerkreis :ein bekanntes Steuersystem einge schaltet ist, das teils ein von der Netzspannung 17 beeinflusstes Organ 6 und teils ein vom Belastungs strom des Stromrichters beeinflusstes Organ 7 ent hält, beispielsweise einen in die überführungsleitung 18 :
cingeschalteten Transduktor. Das Organ 6 kann zweckmässig als ein integrierendes Organ ausgeführt sein, das in jedem Augenblick für jedes Ionenventil das Zeitintegral der Kommutierungsspannung vom betreffenden Augenblick bis zum gewünschten Zeit punkt für den Abschluss der Kommutierung be- rcehnet. Durch Vergleich des genannten Zeitinte- grals mit dem Belastungsstrom des Stromrichters im Steuerkreis des Transistors 5 wird es möglich,
mit Hilfe des Gitterspannungstransformators 4 und des Transistors 5 Zündimpulse für das Ionenventil zu einem solchen Zeitpunkt zu erhalten, dass die Kom- mutierung in passender Zeit vor dem Nullid'urch- gang der Kommutierungsspannung abgeschlossen wird, so dass es mit einer isolchen Anordnung mög lich ist, einen gewissen gewünschten Sicherheitswin kel des Wechselrichters zu sichern.
Um die erwünschte stabilisierende Wirkung bei Schwingungen im Gleichstrom zu erhalten, ist in Reihe mit dem Organ 7 in ider l berführungsleitung 18 ein frequenzempfindliches Organ 8 eingeschaltet worden, das einen Schwingungskreis umfasst, der einen Kondensator 9, einen Widerstand 10 und eine Reaktanz 11 enthält.
Wie erwähnt, hat es sich er wiesen, dass der genannte Schwingungskreis mit Hin blick auf eine Frequenz bemessen werden soll, die im wesentlichen der Frequenz des an den Wechsel richter angeschlossenen Wechselstromnetzes 17 ent- ,spricht, weil die genannten gefährlichen Schwingun gen im Gleichstrom in der Hauptsache eine Fre quenz haben, die gleich der genannten Wechsel stromfrequenz ist. Die Reaktanz 11 bildet die Pri märseite Beines Transformators, dessen Sekundärseite 12 eine Spannung über einem Wiederstand 13 ab gibt.
Weil die Reaktanz 11 vom Gleichstrom durch flossen ist, muss der Transformator 11, 12 als Luft- @spalttransformator ausgeführt sein, um eine Sättigung zu vermeiden. Ein Teil der Spannung über dem Wi derstand 13 wird in Reihe mit der Ausgangsspan nung des Organs 7 eingeschaltet.
Die Spannung an der Sekundärwicklung 12 des Transformators ist eine Wechselspannung, und um zu vermeiden, idass die negativen Halbperioden dieser Spannung über dem Widerstand 13 auftreten, ist dieser mit einer Diode 14 parallel geschaltet, die diese negativen Halbperioden kurzschliesst. Weiter ist in Reihe mit .der Diode 14 ein Kondensator 15 eingeschaltet, der von den genannten negativen Halbperioden geladen wird und so gross ist, dass er eine irrt wesent lichen oberwellenfreie Zusatzspannung über dem Wi derstand 13 gibt.
Weiter bringt der Kondensator 15 mit sich, idass die Spannung über dem Widerstand 13 auch einige Zeit nach Odem Aufhören der Schwingun gen im Gleichstrom des Stromrichters aufrechter halten wird.
Die Wirkungsweise der Anordnung wird unter Hinweis auf Fig: 2 erklärt, in der die Kurve 1 das Ausgangssignal des Organs 7 angibt, also dem Aus- s.,hen nach dem Belastungsstrom des Wechselrich ters entspricht.
Während des Normalbetriebes ist dieser Belastungsstrom ein reiner Gleichstrom, wäh rend er bei Störungen beispielsweise auf Grund von Schaltüberspannungen mit einem Wechselstrom mit derselben Frequenz wie das Netz 17 überlagert wird, wobei das Ausgangssignal des Organs 7 das mit der Kurve I in Fig. 2 dargestellte Aussehen bekommt. Gleichzeitig wird in der Transformatorwicklung 12 die mit der Kurve 1I gezeigte Wechselspannung in duziert. Die positiven Halbperioden dieser Spannung werden über .dem Widerstand 13 auftreten.
Die Anordnung nach Fig. 1 ist so geschaltet, dass diese Halbperioden in Gegenphase mit der in der Aus gangsspannung des Organs 7 auftretenden Wechsel spannung liegen. Die positiven Halbperioden der Kurve 1I werden deshalb ganz oder teilweise in Ab hängigkeit von Dimensionierung des Organs 8 im Verhältnis zum Organ 7 die negativen Halbperiaden in der Kurve I beseitigen, die mit dem Kurventeil I und 1I angedeutet sind.
Die negativen Halbperioden der Spannung II laden den Kondensator 15 auf die in Fig.2 ange deutete Spannung III, die wie eine positive Gleich spannung über dem Widerstand 13 auftritt. Durch zweckmässige Dimensionierung des Kondensators 15 und Widerstandes 13 wird diese Spannung, auch eine Zeitlang, nachdem die Spannungen im Gleich strom in der überführungsleitung 18 gedämpft wor den sind, aufrechterhalten, wobei eine gewisse Sicher heit für vollständige Dämpfung erhalten wind. Wei ter kann man durch Anpassen des Schwingungskrei ses,
Transformators und Widerstandes 13 bestim men, wie weit die Dämpfung getrieben werden soll, und :es ist möglich, der Kurve 1 nach der ersten Halbperiode der Stromschwingung ein Aussehen zu geben, das ungefähr mit der Kurve I' in Fig. 2 an gedeutet ist.