CH431705A - Verfahren zur Regelung der Blindleistung in elektrischen Netzen und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

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 Verfahren zur Regelung der    Blindleistung      in   elektrischen Netzen und    Einrichtung   zur Durchführung dieses Verfahrens Die vorliegende    Erfindung   bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der    Blindleistung   in elektrischen Netzen sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung desselben. 



  Zur    Blindl'eistungsregelung   in modernen elektrischen Netzen sowie in Versorgungsnetzen industrieller    Betriebe   und    elektrischer      Bahnen   verwendet man    vielfach   die    Blindl'eistungsgeneratoren   in Form von statischen    Kon-      densatorbatterien.   Der Einfluss der    Kondensatorbatterie   auf den    Kennlinienverlauf   eines Netzes bzw.

   eines    Netz-      verbundsystems   kann erhöht    undihrBetriebsverhalten   und ihre    Wirtschaftl'ic'hkeit   verbessert werden, wenn die ans Netz abgegebene Blindleistung    en'tsprec'hend   dem bestehenden Bedarf    eingestellt      wird.   In dieser Hinsicht treten als    a'ussichtsreic'hste   Regeleinrichtungen diejenigen in    Vordergrund,   die unter stationären    Betriebsverhältnissen   eine stufenlose    und"   in Störungsfällen eine    sprunghafte   Änderung der    abgegebenen      Blindleistung      ermöglichen.   



  Es ist eine Methode    zur      Blindeistungsregelung   elektrischer Netze mit Hilfe von Einrichtungen bekannt, die    statische   Kondensatoren und    gegenparallel   geschaltete steuerbare    Ventile   in einer    Nacheinanderschaltung   enthalten. Bei solchen Einrichtungen    wird   die abgegebene    Blindleistung   durch Änderung der Öffnungsdauer der steuerbaren    Ventile   geregelt. 



  Der wesentliche Nachteil dieses    Regelverfahrens   liegt in den starken Stromstössen, die    zweimal   innerhalb jeder Periode auftreten und dadurch    zustand'ekommen,      d'ass   der in der    Einrichtung      enthaltene   Stromkreis mit Kapazität und niedrigem aktivem Widerstand in den Augenblicken ans Netz angeschlossen wird, wo die Momentanwerte der    Spannung   an seinen Klemmen nicht gleich    Null      sind.   



  Ziel der    vorliegenden      Erfindung   ist es, ein solches Verfahren zur    Bl'indleistungsregelung   von    elektrischen   Netzen zu    entwickeln,   das eine    stufenlose   und verzögerungsfreie Regelung der    Blind'eistung      ohne   Stromstösse    ermöglicht.   Diese Aufgabe wird    erfindungsgemäss   dadurch gelöst, dass die Öffnungsdauer von steuerbaren Ventilen durch Stromimpulse, die die    statischen   Kondensatoren bis auf    eine      Spannung      nachladen,   die    höher   als die Netzspannung ist, gesteuert wird.

   Dabei kann der Zeitpunkt für die Sendung der Stromimpulse zum Nachladen der genannten Kondensatoren durch den Betriebszustand des    Netzes   und die erforderliche    Blindleistung   bestimmt sein. 



  Die    Einrichtung   zur Ausführung dieses Verfahrens ist    erfindungsgemäss      dadurch   gekennzeichnet, dass die steuerbaren    Ventile   und die statischen Kondensatoren zu zwei    symme'tri'schen      Drehstromeinheiten      zusammenge-      schaltet      sind,   welche über    Drehstromtransformatoren   an das Netz angeschlossen    sind,   wobei die Nachladung der statischen Kondensatoren der    symmetrischen   Drehstromeinheiten    durch   eine    Steuerimpulsquel'le   erfolgt.

   Die    Schaltungsgruppen   der    Wicklungen   dieser Drehstromtransformatoren gewährleisten dabei eine Kompensation    der   höheren Harmonischen der Netzspannung. Als    Steuerimpulsquefle   dient zweckmässig ein Generator zur Erzeugung von    Steuerimpulsen   zur    Nachladung   der    Pha-      sensc'hieberkondensatoren   der symmetrischen    Dreh-      atromeinheiten.   



  Der    Steuerimpulsgenerator      enthält   vorteilhaft zwei symmetrisch aufgebaute    dreiphasige      Schwingkreise,   von denen jeder    aus      Dreiphasengruppen   von Impulstransformatoren und    Dreiphasengruppen   von Kondensatoren besteht, zwei    Gleichspamnungsquelfen   zur Stromversorgung der    Schwingkreise   sowie    Gruppen   von steuerbaren    Hilfsventilen   zur    Stromsteuerung   der    Schwingkreise.   



  Zum besseren Verständnis wird die    Erfindung   an einem    Ausführungsbeispiel   an Hand beigefügter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:    Fig.   1 das elektrische    Einphasenprinzipsuhaltbild   der Einrichtung, mit der das    erfindungsgemässe   Verfahren beispielsweise    -durchgeführt      wird,      Fig.   2 den Verlauf von    Spannungen   und Strömen in 

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 der    Schaltung   nach    Fig.   1 und    denjenigen   der    Steuerspan-      nungen   der    Ventile,

        Fig.   3    Prinzipschaltbil'd   einer    Einrichtung   zur    bei-      spielsweisen      Durchführung   des    erfindungsgemässen   Verfahrens in einem Drehstromnetz. 



  Wie dies    Fig.   1    und   2 erkennen lassen, ist    die   Anodenspannung des geöffneten    Ventils   1 um den Betrag des geringen Unterschiedes    zwischen   der    Netzspannung      U1   und der    Kondensatorspannung   U2 höher    als   seine    Katodenspannung.   Dieser    Spannungsunterschied   tritt als    Spannungsabfall   am Ventil 1 auf.

   Das Ventil 1    lässt   nur dann Strom durch,    wenn   die    Spannungsdifferenz      Ul-U2   positiv    ist.   Deswegen    lässt   man zum Sperren des Ventils 1    durch   die    Kondensatorenbatterie   2    einen   von dem Impulsgenerator 3 erzeugten    Stromimpuls      il   (1) in der    Rich-      tung   des    d'urc'h   die    Kond'ensatorenbatterie   unter der Wirkung der Spannung    U1   fliessenden    Stromes      i2   (1) durch. 



  In dem Augenblick der    Impulsgabe      witd   an der    Steuerelektrode   des    Ventils   1    eine      Sperrspannung   1 angelegt. Unmittelbar nach der    Sperrung   des    Ventils   1    fliesst   durch die    Kondensatorenbatterie   2 kein Strom durch. Die    Batteriespannung   bleibt    unveränderlich   und hat den Wert, den sie im    Augenb'l'ick   der    Ventilsperrung   erreicht hatte. 



  Im Augenblick, wo die wechselnde    Netzspannung      U1   auf ,die Spannung    U2   an der    Kondensatorenbatterie   zurückgegangen    ist,   wird das Ventil 4    durch      Aufhebung   der Sperrspannung an seiner    Steuerelektrode      geöffnet.   Da die    Anodenspannung   des    Ventils   4    unmittelbar      darauf   höher    wird   als seine    Katodenspannung,      fliesst   durch die    Kondensatorenbatterie   wieder ein Strom.

   Dabei wird das Öffnen dies    Ven'ti'ls   4 mit    keinem      Stromstoss      begleitet,   da die    Kommutierung   in dem Augenblick erfolgt, wo die Netzspannung    U1      und   :die    Batteriespannung      U2   praktisch gleich sind.    Der      Strom   12 (2) fliesst    durch   die    Kon-      densatorenbatterie   2 bis zum Augenblick, wo der Impulsgenerator 3    seinen   nächsten Impuls abgibt. 



  Diese    Arbeitsfolge   der    Ventile   1, 4    wiederhiolt   sich jede Periode der    Netzwechselspannung      U1.   Dabei    wird   die Höhe der von der    Kondensatorenbatterie   2 an das Netz abgegebenen Blindleistung durch die Zeit bestimmt, innerhalb welcher    während   jeder Periode    der      Konden-      satorstrom      i2      fliesst.   Diese    Blindleistung      lässt   sich durch zeitliche    Verschiebung   der vom    Impulsgenerator   3 erzeugtem.

   Stromimpulse    il   gegenüber dem    Periodenbeginn   der    Netzwechselspannung   erreichen. 



     Fig.   3 zeigt    das      Schaftbild      einer      Einrichtung,      die   die    Regelung   eines    Drehstromnetzes   nach dem    erfindungs-      gemässen      Verfahren      ermöglicht.   Sie besteht    grundsätz-      lich   aus zwei im    Parallelbetrieb   arbeitenden Drehstromeinheiten, die sich    nur      in   der Schaltung der Netztransformatoren 5,

   6    unterscheiden.   Jede    Drehstromeinheit      enthält   eine zu einer    Dreiphasengruppe      geschaltete      Kon-      densatorenbiatterie   7 bzw. B. Jede Batteriephase    liegt   in    Reihe   mit einer aus zwei    steuerbaren      Ventilen   9, 10 bestehenden    Gegenparall'el'schaalltung   an    einer   Phasenklemme des entsprechenden    Leistungstransformators.   Die    Wicklungen   der    Leistungstransformatoren   5, 6 sind nach den Schaltgruppen    verbunden,

     die eine    Kompensation   der höheren    Harmonischen   der    Netzspannung      ermÖgli-      chen.   Die Wicklungen    :des   Transformators 5    sind   nach der Schaltung    Stern-Stern-Dreieck   und    die      des   Transformators 6 nach der Schaltung    Stern-Zick-Zack   eingeschaltet. 



  Als    Steuerimpulsquelle   zur    Beeinflussung   der Öffnungsdauer der    Ventile   9, 10 bei    Nachladüng   der    Kon-      densatorenbatferien   7, 8 dient eine    Steuerünpulsquebe   11. Sie enthält zwei    Gleichspannungsquellen   12, 13, zwei aus    Kondensatoren   14, 15 und    Impulstransformatoren   16, 17 bestehende    dreiphasige   Schwingkreise sechs Hilfsventile 18, 19 der Anodengruppe und sechs Hilfsventile 20, 21    der   Katodengruppe, wobei je eine der Wicklungen der    Transformatoren   16, 17 an den Belägen der statischen Transformatoren 7, 8    angeschlossen   ist.

   Beide    Ventilgruppen   dienen zur Steuerung    des   Stromes in den    Schwsngkreisen.   



  Die    Steuerung   der Hilfsventile 18, 19, 20, 21    erfolgt   durch eine    selbsttätige      Regeleinheit   22 über Steuereinheiten 23, 24, die die Lage des    Öffnungszeitpunktes   dieser Hilfsventile beeinflussen. Die Ventile 9, 10 werden    durch   Öffnungsimpulse    U3      (Fig.   2) gesteuert, welche an    ihren      Steuerelektroden   angelegt werden.

   Die Dauer der    Steuerimpulse      U3   und    ihre      Verschiebung   gegenüber dem Anfang jeder    Halbwelle   der Netzspannung    U1      wird   zu 90     e1      angenommen.   



     Fig.   2 zeigt den Verlauf der    Öffnungsspannung      U3      ,1;      und      U3      (2)   und ihre Phasenlage gegenüber    der      Netz-      spannung      U1      und   lässt    erkennen,      d'ass   bei Anwendung genügend langer    Öffnungsimpulse   die Ventile 9, 10 in den    Zeitpunkten      geöffnet   werden, wo die    Anodenspannung   höher als die    Katodenspannung   ist. 



  Jede Phase der    beschriebenen   Einrichtung hat die    gleiche      Wirkungsweise,   wie sie oben bei    Erklärung   des    vorgeschlagenen   Verfahrens geschildert wurde. Der sieh als    Summenstrom   beider    Einheiten      ergebende   Blindstrom hat einen Verlauf, der    infolge   der    Kompensation   der höheren    Harmonischen   der Netzspannung einer    Si-      nusoide   nahekommt.

   Ein solcher    Blindstromverlauf   ist hier durch die    unterschiedliche   Schaltung der Netztransformatoren 5, 6    erreicht,      über      welche   die    Drebstromein-      heiten   am Netz    angeschlossen   sind. 



  Die    zeitliche      Verschiebung   von    Stromimpul's-en,   durch    welche   die    statischen   Kondensatoren 7, 8 nachgeladen werden,    erfolgt   im    Impulsgenerator   11    durch:   Verschiebung des    öffnungszei      punktes   der Hilfsventile 18, l9, 20, 21. Bei Öffnung    eines   dieser    Ventile      entlädt   sich einer der Kondensatoren 14, 15 im    Schwingkreis   der betreffenden Phase.

   Das    geöffnete      Ventil   lässt die erste    Halbwelpe   des    Entladungsstromes   durch    und      wird   darauf    undurchlässig.      Des      nun   gewonnene    Impulsstrom   wird im Transformator umgeformt und gelangt in die statischen Kondensatoren 7, 8 derjenigen    Phase,   die    dem   betreffenden    Schwingkreis   zugeordnet ist. 



  Die    Anodengruppe   18, 19 und die Katodengruppen 20, 21 von    Hilfsventilen      dienen   zur    Erzeugung   von    Stromimpulsen   entgegengesetzter    Richtung.   



  Die    Verstellung      der      Öffnungszeitpunkte   der    Hifs-      ventile   18, 19, 20, 21 wird durch die selbsttätige    Regel-      einheit   22    verwirklicht.   Die    vorliegende      Einrichtung      er-      möglicht      sowohl      eine      gemeinsame      Anderung   der abgegebenen    Blindleistung   in    allen      Phasen   um denselben Betrag als auch    eine      getrennte      Regelung   der    Blindfeistung   jeder    einzelnen   

  der Phasen. Im letzteren    Fall      ilässt   sich diese    Einrichtung   auch zum Symmetrieren    des   Netzes verwenden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Regelung der Blindleistung in elektrischen Netzen, durch Beeinf(üssung der Öffnungsdauer von steuerbaren Ventilen, die in Reihe mit statischen Kondensatoren am Netz angeschlossen sind, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Öffnungsdauer der steuerbaren Ventile durch Stromimpulse, die die statischen Kondensatoren bis auf eine Spannung nachladen, die höher als die Netzspannung ist, gesteuert wird. <Desc/Clms Page number 3> Il.

   Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, mit statischen Kondensatoren, die in Reihe mit gegenparallel verbundenen steuerbaren Ventilen liegen, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbaren Ventile und die statischen Kondensatoren zu zwei symmetrischen Drehstromeinheiten zusammengesdha'ltet sind, die über Drehstromtransformatoren an das Netz angeschlossen sind, wobei zur Nachladung der statischen Kondensatoren der symmetrischen Drehstromeinheiten eine Steuerimput'squel!le vorgesehen ist.

   UNTERANSPRUCH Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerimpulsquelle zwei symmetrische Drehstromschwingkreise, zwei Gleidhspannungsquellen zur Stromversorgung der Schwingkreise sowie Hilfsven- tilgruppen zur Stromsteuerung der Schwingkreise aufweist, wobei jeder der Drehstrom-Schwingkreise aus Im- pul'stransformatoren und Kondensatoren besteht.