CH652507A5

CH652507A5 - Device for detecting phase changes in an alternating-voltage system

Info

Publication number: CH652507A5
Application number: CH5465/80A
Authority: CH
Inventors: Ernst Golde
Original assignee: Licentia Gmbh
Priority date: 1979-07-17
Filing date: 1980-07-16
Publication date: 1985-11-15
Also published as: DE2929262C2; DE2929262A1; ZA804237B; SE439381B; SE8005058L; CA1149870A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Es ist aus dem Buch von Tietze/Schenk «Halbleiterschaltungstechnik», Springer-Verlag, Berlin, 1978, S. 689 bis 691 bekannt, Multiplizierer zur Ermittlung der Phasendifferenz 35 zweier vorgegebener Spannungen einzusetzen. It is known from the book by Tietze / Schenk "Semiconductor Circuit Technology", Springer-Verlag, Berlin, 1978, pp. 689 to 691, to use multipliers to determine the phase difference 35 between two predetermined voltages.

Bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) kann es insbesondere bei der Löschwinkelsteuerung eines die Gleichstromleitung mit einem Wechselspannungsnetz verbindenden Wechselrichters von Bedeutung sein, Pha- 40 senänderungen, die ausserhalb der HGÜ ihren Ursprung haben, also z.B. bei Überlastabschaltungen eines leistungsstarken Verbrauchers oder Netzteiles, zu erfassen. Das ist notwendig, damit vom Steuergerät bei Phasenänderungen nicht ein falscher Zündwinkel der Wechselrichterventile vorgege- 45 ben wird, was eventuell zum Kippen des Wechselrichters führt. In the case of high-voltage direct current transmission (HVDC), it can be important, particularly when controlling the extinction angle of an inverter connecting the DC line to an AC voltage network, phase changes that have their origin outside the HVDC, i.e. e.g. in the event of overload shutdowns of a powerful consumer or power supply unit. This is necessary so that the control unit does not specify an incorrect ignition angle of the inverter valves when the phase changes, which may lead to the inverter tipping over.

Zur Vermeidung nicht charakteristischer Harmonischer werden in HGÜ-Anlagen vorzugsweise Steuergeräte mit selbstschwingendem, phasengeregeltem Taktgeber verwen- 50 det, deren Synchronsignal zur Erfüllung des genannten Zwecks nur verzögert wirksam werden darf, so dass bei Phasensprüngen des synchronisierenden Netzes z.B. aus dem genannten Grund der Zündimpuls, ohne zusätzliche Information über den Steuereingang, nur mit Verzögerung in die alte 55 Winkelstellung zurückkehren würde. To avoid non-characteristic harmonics, control devices with a self-oscillating, phase-controlled clock generator are preferably used in HVDC systems, the synchronous signal of which can only be effective with a delay in order to fulfill the stated purpose, so that in the event of phase jumps in the synchronizing network, e.g. for the reason mentioned, the ignition pulse would only return to the old 55 angular position with a delay without additional information about the control input.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erfassung von Phasenänderungen eines Wechselspannungsnetzes anzugeben, die unter geringem Aufwand besonders bei der Löschwinkelsteuerung eines Wechselrichters «o an einem Wechselspannungsnetz die erforderliche zusätzliche Information liefern kann, ohne dass ein zusätzliches Phasen-Normal benötigt wird. The invention has for its object to provide a device for detecting phase changes in an AC voltage network, which can provide the required additional information with little effort, especially when controlling the extinction angle of an inverter on an AC voltage network, without an additional phase normal being required.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. 65 This object is achieved according to the invention by the characterizing part of claim 1. 65

Die Einrichtung gemäss der Erfindung erhält aus der Netzwechselspannung selbst einen Normal-Zeitgeber, so dass vorteilhafterweise ein verzögerungsfreies Signal für die The device according to the invention receives a normal timer itself from the AC line voltage, so that advantageously a delay-free signal for the

Grösse der Änderung der Netz-Phase gewonnen wird. Dieses steht zur Beeinflussung des Zündwinkels von Wechselrichterventilen bei einer HGÜ unmittelbar zur Verfügung. Es kann damit vermieden werden, dass bei einer Löschwinkelsteuerung infolge falscher Vorgabe des Zündwinkels der Wechselrichter mit zu kleinem Löschwinkel arbeitet, was leicht zum Kippen führt. Amount of change in the network phase is obtained. This is directly available for influencing the ignition angle of inverter valves in HVDC. It can thus be avoided that the extinguishing angle control causes the inverter to operate with an extinguishing angle that is too small, which easily leads to tilting.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die Erfindung soll im folgenden für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungsfigur erläutert werden: The invention will be explained in the following for an exemplary embodiment with reference to the drawing figure:

In der Figur ist das Prinzipschaltbild eines Phasensprung-Detektors gezeigt, der einen Schwingkreis aus drei Verstärkerstufen 1,2,3 aufweist. Die Operationsverstärker 15,25,35 der Verstärkerstufen 1,2,3, die über ohmsche Widerstände 14,24,34 miteinander in Reihe geschaltet sind, sind jeweils mit einem ohmschen Widerstand 11,21,31 und einer diesem parallelgeschalteten Kapazität 12,22,32 im Rückkopplungszweig versehen. Jede Verstärkerstufe 1,2,3 dreht ihre Eingangsspannung bei Netzfrequenz um 240° el. Sie hat dabei z.B. eine Verstärkung von etwa 0,95. In the figure the basic circuit diagram of a phase shift detector is shown, which has an oscillating circuit from three amplifier stages 1, 2, 3. The operational amplifiers 15, 25, 35 of the amplifier stages 1, 2, 3, which are connected in series with one another via ohmic resistors 14, 24, 34, are each provided with an ohmic resistor 11, 21, 31 and a capacitance 12, 22 connected in parallel therewith. 32 provided in the feedback branch. Each amplifier stage 1,2,3 rotates its input voltage at mains frequency by 240 ° el. a gain of about 0.95.

Durch Anlegen der Netzphasenspannungen UR, Us, UT, deren Phasenänderungen überwacht werden sollen, über ohmsche Widerstände 13,23,33 an die Eingänge der Operationsverstärker 15,25,35 werden die Schwingkreise zum Schwingen mit Netzfrequenz und definierter Amplitude angeregt. Die Betragsgenauigkeit ist, da die Schwingkreise nur schwach gedämpft sein sollen, nicht sonderlich hoch; es werden hieran jedoch auch keine besonderen Anforderungen gestellt. By applying the line phase voltages UR, Us, UT, whose phase changes are to be monitored, via ohmic resistors 13, 23, 33 to the inputs of the operational amplifiers 15, 25, 35, the resonant circuits are excited to oscillate at the line frequency and a defined amplitude. The amount accuracy is not particularly high, since the resonant circuits should only be weakly damped; however, there are no special requirements.

Jede Verstärkerstufe 1,2,3 liefert ihre Ausgangsgrösse an einen ihr zugeordneten Multiplizierer 4,5,6. Im Multiplizierer 4,5,6 werden diese Grössen jeweils mit den zu ihnen orthogonalen Netzgrössen, den verketteten Spannungen URS, UTR, UST, multipliziert. Die drei Produkte werden über ohmsche Widerstände 41,51,61 addiert und einer Verstärkerstufe 7, die einen Operationsverstärker 75 aufweist, zugeführt. Im ungestörten Zustand bestehen die Produkte nur aus Wechseigrössen doppelter Netzfrequenz; ihre Summe ist Null. Im Fall eines Phasensprunges 8 der Netzspannung UR, Us, UT folgt der Ausgang des Schwingkreises der Phasenänderung nur verzögert; die Produkte erhalten ein abklingendes Gleichglied von der Grösse des Sinus des Phasensprunges (sin 5), das am Ausgang der Verstärkerstufe 7 abgenommen werden kann. Each amplifier stage 1, 2, 3 supplies its output variable to a multiplier 4, 5, 6 assigned to it. In the multiplier 4, 5, 6 these variables are multiplied by the network variables orthogonal to them, the linked voltages URS, UTR, UST. The three products are added via ohmic resistors 41, 51, 61 and fed to an amplifier stage 7, which has an operational amplifier 75. In the undisturbed state, the products only consist of alternating sizes of twice the mains frequency; their sum is zero. In the event of a phase jump 8 in the mains voltage UR, Us, UT, the output of the resonant circuit follows the phase change only with a delay; the products receive a decaying synchronous element of the size of the sine of the phase jump (sin 5), which can be removed at the output of the amplifier stage 7.

Der Operationsverstärker 75 ist mit einem ohmschen Widerstand 71, einer Gleichrichterbrücke 76 sowie einem Verzögerungsglied 72,73,74 mit gerichteter Zeitkonstante in Parallelschaltung beschaltet. Die Gleichrichterbrücke 76 ist mit ihren beiden anderen Anschlüssen über ohmsche Widerstände 77,78 an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen. Diese Schaltung bewirkt eine Verschiebung der Verstärkerkennlinie aus dem Nullpunkt. Das ist notwendig, damit oberwellenbehaftete Spannungen den Phasensprungdetektor nicht zu Fehlanzeigen veranlassen, sondern nur tatsächlich Phasenänderungen zu einem Ausgangssignal sin 8 führen. The operational amplifier 75 is connected in parallel with an ohmic resistor 71, a rectifier bridge 76 and a delay element 72, 73, 74 with a directional time constant. The rectifier bridge 76 is connected with its other two connections to a DC voltage source via ohmic resistors 77, 78. This circuit causes the amplifier characteristic to shift from the zero point. This is necessary so that harmonic voltages do not cause the phase jump detector to give false indications, but only actually lead to phase changes in an output signal sin 8.

Das Verzögerungsglied mit gerichteter Zeitkonstante weist die Reihenschaltung einer Diode 73 mit einem Kondensator 72 auf, wobei deren Verbindungsstelle über eine weitere Diode 74 mit Masse verbunden ist. Das Verzögerungsglied ist für den Einsatz des Phasensprungdetektors bei einer Löschwinkelsteuerung eines Wechselrichters (z.B. bei der HGÜ) vorgesehen. Der Phasensprungdetektor dient dann dazu, bei Phasenänderungen des Netzes eine Korrektur bei der Zünd-winkelführungsgrösse vorzunehmen. Das Verzögerungsglied mit der gerichteten Zeitkonstante bewirkt nämlich, dass das erhaltene Signal sin 8 lediglich als positiver, d.h. den Zündwinkel zur sicheren Betriebsseite hin verschiebender zusätz- The delay element with a directed time constant has a diode 73 connected in series with a capacitor 72, the connection point of which is connected to ground via a further diode 74. The delay element is intended for the use of the phase shift detector in the deletion angle control of an inverter (e.g. for HVDC). The phase shift detector then serves to make a correction in the ignition angle command variable when the phase changes in the network. The delay element with the directional time constant namely causes the received signal sin 8 only as a positive, i.e. the ignition angle is shifted towards the safe operating side

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licher Vorgabewert bei der Steuerung des Löschwinkels be- rücksichtigt wird, wobei das Signal sin 5 langsamer abklingt, The specified default value is taken into account when controlling the extinguishing angle, the signal sin 5 decaying more slowly,

als der Winkelregler des Steuergerätes ausregelt. than the angle controller of the control device adjusts.

C C.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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PATENT CLAIMS

1. Device for detecting phase changes in an AC voltage network using multiplication, characterized in that

that a weakly damped resonant circuit (1, 2, 3) is provided for each network phase (UR, Us, UT,), which follows the network phase with a delay,

- that a multiplier (4, 5, 6) is provided for each network phase (UR, Us, UT), to which the output voltage of the respective resonant circuit (1, 2, 3) and a voltage orthogonal to this voltage in the steady state ( URS, Usx, Utr) are fed and

- That the output voltages of the multipliers (4,5, 6) for tapping the occurring phase changes (sin 8) are fed to an adding amplifier (7). i5

2. Inverter for a high-voltage direct current transmission system with a device according to claim 1 as an additional device in the extinguishing angle control, characterized in that the output of the addition amplifier (7)

is additionally connected to the control input of the control unit of the inverter 2o.

3. Inverter according to claim 2, characterized in that the addition amplifier (7) contains a delay element with a directed time constant (71 .. .74), which permits a shift in the ignition angle only towards the safe side 25 and whose decay time is greater than the settling time of the Grid control unit is.

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