DD257533B5 - Method for operating a sub-synchronous converter cascade - Google Patents
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Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Die Erfindung betrifft den Betrieb einer untersynchronen Stromrichterkaskade bei Netzausfällen oder anderen Störungsfällen, die zu einem Kippen des Wechselrichters führen können.The invention relates to the operation of a sub-synchronous power converter cascade in case of power failure or other failure cases that can lead to a tilting of the inverter.
Für etliche Anwendungsfälle, in denen die Stellbarkeit eines Antriebs nur in einem begrenzten Drehzahlbereich gefordert wird, stellt die untersynchrone Stromrichterkaskade nach wie vor eine unkomplizierte und billige Alternative dar. Untersynchrone Stromrichterkaskaden bestehen bekanntlich aus einem Drehstrom-Schleifringläufer-Motor, dessen Schlupfleistung in einem Gleichrichter in Gleichstrom gewandelt wird. Über einen netzgelöschten Wechselrichter wird die Schlupfleistung wieder ans Netz zurückgeführt. Durch Verändern des Zündwinkels des Wechselrichters läßt sich die Drehzahl der Asynchronmaschine stellen. Bei Störungsfällen im Netz, z. B. ein kurzzeitiger Netzspannungsausfall oder ein Erdungsfehler, besteht die Gefahr des Kippens des Wechselrichters, wodurch eine Havarie eintreten kann, die zum Abschmelzen der Sicherungen oder gar zur Zerstörung von Thyristoren führen würde.For many applications in which the actuator is required only in a limited speed range, the sub-synchronous power converter cascade is still an uncomplicated and cheap alternative. As is known, sub-synchronous power converter cascades consist of a three-phase slip ring rotor motor, the slip power in a rectifier in DC is converted. The slip power is fed back to the grid via a network-deleted inverter. By changing the ignition angle of the inverter, the speed of the asynchronous machine can be set. In case of faults in the network, z. As a short-term power failure or ground fault, there is a risk of tilting the inverter, which can cause a breakdown that would lead to melting of the fuses or even the destruction of thyristors.
Es sind bereits Maßnahmen zur schnellen Unterbrechung oder Begrenzung des auftretenden Überstroms bekannt. So wurde nach der DE-OS 2018025 (H02 P7/62) vorgeschlagen, in den Strompfad des Zwischenkreises einen mit einem ohmschen Widerstand überbrückten Kontakt eines Schnellschalters einzufügen. Im Havariefall öffnet der Kontakt und begrenzt den Strom durch den ohmschen Widerstand. Nach Rückkehr in einen stabilen Betriebszustand wird der Schalter wieder geschlossen. Die Lösung erfordert einen mechanischen Schnellschalter, der verschleißbehaftet ist, eine gewisse Wartung erfordert und außerdem hohe Kosten bedingt.Measures are already known for rapid interruption or limitation of the overcurrent that occurs. Thus, according to DE-OS 2018025 (H02 P7 / 62) proposed to insert in the current path of the DC link bridged with a resistor contact of a high-speed switch. In case of emergency, the contact opens and limits the current through the ohmic resistance. After returning to a stable operating state, the switch is closed again. The solution requires a mechanical quick-switch that is subject to wear, requires some maintenance, and also incurs high costs.
Mit der DE-AS 2518235 (H 02 P7/62) wurde vorgeschlagen, daß der Zündwinkel des Wechselrichtersauf einen Wert reduziert wird, der der Wechselrichtertrittgrenze entspricht und die Gleichstromdrossel durch einen parallel angeordneten Thyristor kurzgeschlossen wird. Die Lösung setzt ganz bestimmte Spannungsverhältnisse zwischen Gleich- und Wechselrichter voraus. Da die Gegenspannungsreserve jedoch von der Drehzahl der Asynchronmaschine abhängig ist, ist nicht in allen Augenblicken eine sichere Funktion des Antriebs gewährleistet.With DE-AS 2518235 (H 02 P7 / 62) has been proposed that the ignition angle of the inverter is reduced to a value corresponding to the inverter tread limit and the DC reactor is short-circuited by a parallel thyristor. The solution requires very specific voltage relationships between DC and inverter. However, since the counter-voltage reserve is dependent on the speed of the asynchronous machine, a safe operation of the drive is not guaranteed at all times.
Weiterhin wurde in der DE-OS 2633046 bereits auch schon vorgeschlagen, den Gleichrichter als vollgesteuerten Thyristor-Gleichrichter auszuführen. Bei Gefahr des Kippens des Wechselrichters läßt sich so die Gleichspannung herabsteuern. Die Lösung erfordert jedoch einen sehr hohen Aufwand nicht nur durch die Anordnung einer zweiten vollgesteuerten Brückengleichrichter-Schaltung, sondern auch durch die Notwendigkeit einer speziellen Ansteuerelektronik für den Läufergleichrichter, da dieser mit einer variablen Frequenz arbeitet.Furthermore, it has already been proposed in DE-OS 2633046 already to execute the rectifier as a fully controlled thyristor rectifier. If there is a risk of tilting the inverter, the DC voltage can be reduced. However, the solution requires a very high effort not only by the arrangement of a second fully controlled bridge rectifier circuit, but also by the need for a special control electronics for the rotor rectifier, since it operates at a variable frequency.
Ziel der Erfindung ist eine Maßnahme, die den sicheren Betrieb einer untersynchronen Stromrichterkaskade bei anormalen Betriebsvorgängen im Netz bei verringertem Aufwand gegenüber den Vorbildlösungen erlaubt.The aim of the invention is a measure that allows the safe operation of a sub-synchronous power converter cascade in abnormal operations in the network at a reduced cost compared to the model solutions.
-2- 257 533 Merkmale der Erfindung-2- 257 533 Features of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, für den Betrieb einer untersynchronen Stromrichterkaskade ein einfaches, mit kontaktlosen Bauelementen zu realisierendes Verfahren zum Unterbrechen eines im Havariefall auftretenden Überstromes, der ein Sperrsignal für eine Stromunterbrechung im Umrichter liefert, anzugeben.The object of the invention is to provide for the operation of a sub-synchronous power converter cascade a simple, with contactless devices to be implemented method for interrupting an occurring in case of failure overcurrent that provides a blocking signal for a power interruption in the inverter to indicate.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem der im Havariefall auftretende Überstrom durch eine auf den Wechselrichter wirkende an sich bekannte Löscheinrichtung unterbrochen wird, gleichzeitig die Zündimpulse für alle Thyristoren des Wechselrichters gesperrt werden, und die gesperrten Zündimpulse für die Wechselrichterthyristoren nach einer kurzzeitigen Havarie sofort wieder freigegeben werden. Die Löscheinrichtung kann aus einem Löschkondensator bestehen, der über Entkopplungsdioden mit der Wechselrichter-Brückenschaltung verbunden ist. Der Löschkondensator wird durch eine Ladeeinrichtung aufgeladen. Die Auslösung erfolgt durch Erfassung des Überstroms im Zwischenkreis oder auf der Wechselspannungsseite des Wechselrichters oder durch Erfassung der Spannungsabsenkung der Netzspannung. Die Spannung am Löschkondensator kann durch einen nichtlinearen Widerstand (z.B. Metalloxidvaristor) begrenzt werden. Nach Wegfall einer kurzzeitigen Störung kann der Wechselrichter sofort wieder angesteuert werden. Dauert die Störung länger, so daß die Motordrehzahl über eine bestimmte Grenze abgesunken ist, kann der Motor über einen Widerstandsanlauf hochgefahren werden, ehe der Wechselrichter wieder angesteuert wird.According to the invention the object is achieved by the overcurrent occurring in the event of an accident is interrupted by acting on the inverter per se known extinguishing device, at the same time the firing pulses are blocked for all thyristors of the inverter, and released the locked firing pulses for the inverter thyristors after a brief accident immediately become. The quenching device may consist of a quenching capacitor, which is connected via decoupling diodes to the inverter bridge circuit. The quenching capacitor is charged by a charging device. The tripping occurs by detecting the overcurrent in the DC link or on the AC side of the inverter or by detecting the voltage drop of the mains voltage. The voltage on the quenching capacitor may be limited by a nonlinear resistor (e.g., metal oxide varistor). After elimination of a short-term fault, the inverter can be controlled again immediately. If the fault takes longer, so that the engine speed has dropped above a certain limit, the motor can be started up via a resistance start before the inverter is activated again.
Die Lösung hat den Vorteil, daß eine schnelle und sichere Unterbrechung des Überstroms mit kontaktlosen Bauelementen möglich ist, ohne daß eine komplizierte Ansteuerelektronik benötigt wird. Ein weiterer und wichtiger Vorteil ist, daß mit der Überwachung von Hauptnetz, Hilfsnetz und des Steuerzustandes (vorhandene Technik) eine automatische Wiedereinschaltung des Regelbetriebes der untersynchronen Stromrichterkaskade nach einer flüchtigen Störungsursache zu realisieren ist.The solution has the advantage that a fast and safe interruption of the overcurrent with contactless components is possible without a complicated control electronics is needed. Another and important advantage is that with the monitoring of main network, auxiliary network and the control state (existing technology) is an automatic reclosing of the normal operation of the sub-synchronous power converter cascade to realize a volatile fault cause.
Die Erfindungsoll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigtThe invention will be explained below with reference to an exemplary embodiment. In the drawings shows
Fig. 1: ein Prinzipschaltbild der ErfindungFig. 1: a schematic diagram of the invention
Fig. 2: den Stromverlauf im Zwischenkreis und den Verlauf der Spannung am Löschkondensator.2 shows the current profile in the intermediate circuit and the course of the voltage at the quenching capacitor.
Die untersynchrone Stromrichterkaskade wird realisiert durch einen Asynchronmotor M, den Läufergleichrichter LGR, die Zwischenkreisdrossel Ld und den Wechselrichter WR, der die Schlupfleistung über den Transformator T ans Netz zurückliefert. Die Erfindung hat folgende Funktion:The subsynchronous converter cascade is realized by an asynchronous motor M, the rotor rectifier LGR, the DC reactor L d and the inverter WR, which returns the slip power via the transformer T to the network. The invention has the following function:
Beim Kippen des Wechselrichters WR durch eine äußere Ursache, z.B. eine Absenkung der Netzspannung Un, kommt es zu einem Zündversagen eines der Thyristoren des Wechselrichters WR, z.B. des Thyristors V 3. Der Strom ld wird nicht durch den Thyristor V3 übernommen und fließt darauf über den vorher gezündeten Thyristor V1 und den Kreis — Zwischenkreisdrossel Ld -Läufergleichrichter LGR - Thyristor V6 oder V2- Transformator T- weiter, wobei er ansteigt. Durch Erfassen des Überstroms lü im Zwischenkreis oder auf der Wechselspannungsseite des Wechselrichters WR wird der Havariezustand durch das Informationsteil IT2 erkannt und ein Zündsignal ZS für den Löschthyristor LT ausgelöst. Darauf entlädt sich der durch die Ladeeinrichtung LE aufgeladene Löschkondensator LKo über den Löschthyristor LT, den Thyristor V1 und die Koppeldiode VH, wodurch der Thyristor V1 stromloswird. Da gleichzeitig alle Zündimpulse der Wechselrichter-Thyristoren durch das Informationsteil IT 1 gesperrt werden, werden weitere Zündungen der Thyristoren V1, V3, V 5 verhindert. Der Strom ld fließt noch weiter über die Phase R - Koppeldiode V11 - Löschkondensator LKo - Löschthyristor LT - Zwischenkreisdrossel Ld Läufergleichrichter LGR und einen der Wechselrichter-Thyristoren V 6 oder V 2. Gleichzeitig lad sich der Löschkondensator LKo um. Beim Nulldurchgang der Spannung des Löschkondensators LKo ist die Freihaltezeit TF des Thyristors V1 beendet. Erreicht die Spannung des Löschkondensators LKo nach der ZeKt1 die Ansprechspannung des Varistors R 2, so geht der Strom auf diesen über. Nach der Zeit t2 ist der Strom ld abgeklungen und damit der Kommutierungsfehler beseitigt.When tilting of the inverter WR by an external cause, such as a lowering of the mains voltage U n , there is a failure of one of the thyristors of the inverter WR, eg the thyristor V 3. The current l d is not taken over by the thyristor V3 and flows thereon via the previously fired thyristor V1 and the circuit - DC choke L d - rotor rectifier LGR - thyristor V6 or V2 transformer T- on, where it rises. By detecting the over-current l u in the intermediate circuit or on the AC side of the inverter WR of the emergency condition is detected by the information part IT2 and a firing signal ZS for the thyristor LT triggered. Thereupon, the quenching capacitor LKo charged by the charging device LE discharges via the quenching thyristor LT, the thyristor V1 and the coupling diode VH, whereby the thyristor V1 is deenergized. Since all ignition pulses of the inverter thyristors are simultaneously blocked by the information part IT 1, further firing of the thyristors V1, V3, V 5 are prevented. The current l d continues to flow through the phase R - coupling diode V11 - quenching capacitor LKo - quenching thyristor LT - DC reactor L d rotor rectifier LGR and one of the inverter thyristors V 6 or V 2. At the same time, the quenching capacitor LKo reload. At the zero crossing of the voltage of the quenching capacitor LKo the keep-free time T F of the thyristor V1 is completed. If the voltage of the quenching capacitor LKo reaches the response voltage of the varistor R 2 after the Z 1 , the current is transferred to it. After time t 2 , the current I d has decayed and thus the commutation error has been eliminated.
Eine sich durch unzulässige Spannungsänderung der Netzspannung Un anbahnende Störung kann auch durch Erfassung der Netzspannungsabsenkung AUn durch das Informationsteil IT2 bereits vor dem Kippen des Wechselrichters WR erkannt und durch Löschen der Thyristoren V1, V3, V5 über den Löschthyristor LT beseitigt werden. Wertet das Informationsteil IT2 gleichzeitig den Steuerzustand des Wechselrichters WR aus-Auswertung der Steuerspannung Us1 des Informationsteils IT2-so wird die Löschung nur eingeleitet, wenn der Wechselrichter-Arbeitspunkt (α) bei der Spannungsabsenkung AUn keinen sicheren Wechselrichterbetrieb mehr zuläßt. Unnötige Auslösungen des Löschthyristors LT werden damit vermieden. Im Informationsteil IT1 erfolgt durch Verarbeitung der Steuergrößen Ist-Strom li5„ Soll-Drehzahl nson und Ist-Drehzahl n,s, die Generierung der Ansteuerimpulse für den Wechselrichter WR. Abhängig von der Dauer des Fehlers sowie von den technologischen Bedingungen können verschiedene Betriebsabläufe eingeleitet werden:A disturbance which is due to an impermissible voltage change of the mains voltage U n can also be detected by detecting the mains voltage reduction AU n by the information part IT2 before the inverter WR is tilted and eliminated by extinguishing the thyristors V1, V3, V5 via the quenching thyristor LT. If the information part IT2 simultaneously evaluates the control state of the inverter WR from evaluation of the control voltage Us 1 of the information part IT2, the deletion is only initiated if the inverter operating point (α) no longer permits safe inverter operation during the voltage reduction AUn. Unnecessary tripping of the quenching thyristor LT are thus avoided. In the information part IT1 takes place by processing the control variables actual current l i5 "target speed n so n and actual speed n, s , the generation of the drive pulses for the inverter WR. Depending on the duration of the fault and the technological conditions, various operations can be initiated:
a) Abschaltung des Antriebs durch Öffnen der Kontakte Q 1,Q4 und Schließen des Kontaktes Q3,a) shutdown of the drive by opening the contacts Q 1, Q4 and closing the contact Q3,
b) Wiedereinschaltung bei ausreichend hoher Motordrehzahl durch Wiederanfahren des Wechselrichters WR mit einem Zündwinkel von α = 150°,b) reclosing at a sufficiently high engine speed by restarting the inverter WR with an ignition angle of α = 150 °,
c) Wiederanlauf mit Hilfe des Anlaßwiderstandes R1 durch Öffnen des Kontakts Q4, Schließen des Kontakts Q3 und Einstellen des Anlaßwiderstandes R1 auf einen Bereich, unterhalb der Steilbereichsgrenze der untersynchronen Stromrichterkaskade, Hochfahren mit dem Anlaßwiderstand R1, Schließen von Kontakt Q4 und Übernahme des geregelten Betriebs durch Ansteuern des Wechselrichters WR (Ablauf wie bei normaler Anfahrt).c) Restart by means of the starting resistor R1 by opening the contact Q4, closing the contact Q3 and setting the starting resistor R1 to a range below the vertical limit of the sub-synchronous power converter cascade, starting with the starting resistor R1, closing contact Q4 and taking over the regulated operation by Control of the inverter WR (sequence as in normal approach).
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