DE102008009279A1

DE102008009279A1 - Ein- oder mehrphasige elektrische Schaltung zum Abschalten eines über einen Wechselstrom- oder Drehstromsteller geführten Stroms

Info

Publication number: DE102008009279A1
Application number: DE200810009279
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr. Eggert; Bernd Moll; Hartmut Schütt; Wolfgang Lasse
Original assignee: Converteam Technology Ltd
Current assignee: GE Energy Power Conversion Technology Ltd
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-08-27

Abstract

Es wird eine ein- oder mehrphasige elektrische Schaltung zum Abschalten eines über einen Wechselstrom- oder Drehstromsteller geführten Stroms beschrieben. Der Wechselstrom- oder Drehstromsteller weist dabei mindestens einen Thyristor pro Phase auf. Dem Thyristor ist eine Serienschaltung, bestehend aus einem Kondensator und mindestens einem Lösschalter, parallel geschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine ein- oder mehrphasige elektrische Schaltung zum Abschalten eines über einen Wechselstrom- oder Drehstromsteller geführten Stroms. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Abschalten eines über einen Thyristor eines Wechselstrom- oder Drehstromstellers geführten Stroms.
Beispielsweise zur Kopplung zweier elektrischer Netze oder zur Kopplung eines Netzes und einer motorischen oder generatorischen Last ist es bekannt, die Ströme über die Thyristoren eines Wechselstrom- oder Drehstromstellers zu führen. Tritt in einer derartigen elektrischen Schaltung ein Fehler auf, so können die Ströme über die Thyristoren auf ein Vielfaches ihres Nennstroms ansteigen. Zur Vermeidung von Schäden ist es bekannt, die Thyristoren durch Sperren der Zündimpulse im Stromdurchgang abzuschalten. Für die dabei entstehende Überlastung werden die Thyristoren häufig überdimensioniert oder durch den Einbau von Sicherungen geschützt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen eine möglichst schnelle Abschaltung der Thyristoren nach dem Erkennen einer Überlastung mit geringem Aufwand möglich ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Schaltung nach dem Anspruch 1 und durch das Verfahren nach dem Anspruch 15.
Die erfindungsgemäße elektrische Schaltung ist mit einem Wechselstrom- oder Drehstromsteller versehen, der mindestens einen Thyristor pro Phase aufweist. Diesem Thyristor ist eine Serienschaltung bestehend aus einem Kondensator und mindestens einem Löschschalter parallel geschaltet. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Löschschalter leitend geschaltet und von dem Kondensator wird ein Strom über den Löschschalter getrieben, der dem über den Thyristor geführten Strom entgegenwirkt.
Der über den Thyristor geführte Strom wird auf diese Weise zu Null, so dass der Thyristor abgeschaltet wird. Dieses Kompensieren des über den Thyristor geführten Stroms kann sehr schnell durchgeführt werden, so dass die Abschaltung des Thyristors ebenfalls sehr schnell erreicht wird.
Die Erfindung erlaubt damit eine sehr schnelle, nahezu unmittelbare Abschaltung des Thyristors im Fehlerfall. In Abhängigkeit von der Dimensionierung des Kondensators kann die Abschaltung wesentlich schneller als in einer halben Netzperiode erfolgen. Die für die erfindungsgemäße Abschaltung des Thyristors erforderliche Löscheinrichtung erfordert nur einen geringen schaltungstechnischen Aufwand. Eine Überdimensionierung des Thyristors ist nicht erforderlich.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Serienschaltung des weiteren eine Spule auf. Diese Spule bildet zusammen mit dem Kondensator einen Schwingkreis, der dann bei leitend geschaltetem Löschschalter denjenigen Strom treibt, der dem von dem Thyristor geführten Strom entgegenwirkt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dem Kondensator eine Serienschaltung bestehend aus einem Umschwingthyristor und einer Umschwingspule parallel geschaltet. Über diese Serienschaltung kann der Kondensator nach dem Abschalten des Thyristors wieder aufgeladen und somit für den nächsten Fehlerfall vorbereitet werden.
Die erfindungsgemäße Schaltung kann als einphasige Schaltung ausgebildet sein, bei der zwei Thyristoren vorhanden sind, denen jeweils die den Kondensator enthaltende Serienschaltung zugeordnet ist oder denen eine einzige derartige Serienschaltung zugeordnet ist. Die erfindungsgemäße Schaltung kann auch als mehrphasige Schaltung mit einem Nullleiter ausgebildet sein, bei der jede Phase mit zwei Thyristoren versehen ist, und bei der entweder jedem Thyristor oder jeder Phase die den Kondensator enthaltende Serienschaltung zugeordnet ist. Die erfindungsgemäße Schaltung kann auch als mehrphasige Schaltung ohne Nullleiter ausgebildet sein, bei der jede Phase entweder zwei Thyristoren oder einen Thyristor und eine Diode aufweist, und bei der entweder jeder Phase oder allen Phasen die den Kondensator enthaltende Serienschaltung zugeordnet ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemäße Schaltung zur Kopplung eines elektrischen Energieversorgungsnetzes und eines Generators insbesondere einer Windkraft-Energieerzeugungsanlage zur Anwendung kommt.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
Die 1 bis 8 zeigen jeweils einen schematischen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung und 9 zeigt einen schematischen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Schaltung mit einem doppelt gespeisten Asynchrongenerator mit netzgekoppeltem Stator.
In der 1 ist eine einphasige Schaltung dargestellt, bei der zwei elektrische Netze über einen Wechselstromsteller miteinander gekoppelt sind.
Die beiden Netze werden durch die Netzspannungen Un und Uq repräsentiert, wobei beiden Netzen eine Netzinduktivität Ln und Lq zugeordnet ist. Eines der beiden Netze kann auch eine passive motorische oder generatorische Last sein. Der Wechselstromsteller wird durch die beiden zueinander parallel und gegensinnig geschalteten Thyristoren T1 und T2 repräsentiert. Die Thyristoren T1 und T2 werden nachfolgend als Schalter betrachtet, die in Durchlassrichtung durch einen Zündimpuls leitend geschaltet werden können und dann stromführend sind, und die nach einer Umkehrung der Stromrichtung des geführten Stroms sperren und damit den Strom abschalten. Das erste Netz mit der Netzspannung Un, die zugehörige Netzinduktivität Ln, die beiden parallel geschalteten Thyristoren T1, T2, die zu dem zweiten Netz zugehörige Netzinduktivität Lq und das zweite Netz mit der Netzspannung Uq bilden eine Serienschaltung.
Jedem der beiden Thyristoren T1, T2 ist eine Löscheinrichtung zugeordnet, die jeweils aus einer Serienschaltung eines Kondensators C1, C2, einer Spule L1, L2 und eines Löschschalters TL1, TL2 besteht, die den Thyristoren T1, T2 parallel geschaltet ist, sowie aus einer Serienschaltung eines Umschwingthyristors TU1, TU2 und einer Umschwingspule LU1, LU2, die dem Kondensator C1, C2 parallel geschaltet ist. Bei dem Löschschalter TL1, TL2 kann es sich um einen Thyristor handeln.
Eine Steuerung ST ist vorhanden, die Ausgangssignale ZT1, ZT2, ZTL1, ZTL2, ZTU1, ZTU2 zur Ansteuerung der Thyristoren T1, T2, der Löschschalter TL1, TL2 und der Umschwingthyristoren TU1, TU2 erzeugt. Von einem Stromsensor W1 wird ein zwischen den beiden Netzen Un und Uq fließender Laststrom IL gemessen und ein entsprechendes Signal an die Steuerung ST weitergegeben. Weiterhin ist die Steuerung ST über bidirektionale Leitungen mit anderen Steuer- oder Regelsystemen gekoppelt.
Es wird nun davon ausgegangen, dass der Thyristor T2 leitet und damit den Laststrom IL führt. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass der Kondensator C2 negativ aufgeladen ist, also dass an dem Kondensator C2 eine Spannung anliegt, die dem in der 1 angegebenen Spannungspfeil entgegen gerichtet ist.
In diesem Betriebszustand tritt eine Störung auf, die zu einem Überlaststrom führt, der ein Mehrfaches des Laststroms IL betragen kann. Dieser über den Thyristor T2 fließende Überlaststrom wird von dem Stromsensor W1 gemessen. Überschreitet der Überlaststrom einen vorgegebenen Schwellwert ILq, so führt dies zu dem nachfolgend beschriebenen Löschen des Thyristors T2 durch die zugehörige Löscheinrichtung.
Sobald der gemessene Überlaststrom den Schwellwert ILq erreicht, werden von der Steuerung ST keine weiteren Zündimpulse mehr an die Thyristoren T1, T2 ausgegeben. Gleichzeitig wird der Löschschalter TL2 von der Steuerung ST leitend geschaltet. Damit bildet der Kondensator C2 zusammen mit der Spule L2 einen Schwingkreis. Über den Kondensator C2, die Spule L2, den Löschschalter TL2 und den Thyristor T2 fließt ein größer werdender Schwingstrom. Dieser Schwingstrom wirkt dem von dem Thyristor T2 geführten Überlaststrom entgegen. Wenn dieser von dem Kondensator C2 getriebene Schwingstrom den Wert des Überlaststroms erreicht, wird der Thyristor T2 stromlos. Der von dem Thyristor T2 geführte Überlaststrom wird vollständig kompensiert und damit zu Null. In diesem Zeitpunkt wird der gesamte Überlaststrom nicht mehr über den Thyristor T2 geführt, sondern über den Kondensator C2. Der Thyristor T2 ist damit abgeschaltet.
Bei dem bisher beschriebenen Vorgang wird der Kondensator C2 fortlaufend von dem über den Löschschalter TL2 fließenden Schwingstrom positiv aufgeladen. In der nunmehr vorliegenden Serienschaltung aus der Netzinduktivität Ln, dem Kondensator C2, der Spule L2 und der Netzinduktivität Lq hat dies zur Folge, dass der Strom in den beiden Netzinduktivitäten Ln, Lq jeweils immer kleiner wird, bis der Wert Null erreicht wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass die beiden Netzspannungen Un und Uq bei dem gesamten Vorgang im wesentlichen konstant bleiben. Dies ist gleichbedeutend damit, dass der über den Löschschalter TL2 fließende Überlaststrom ebenfalls auf den Wert Null fällt. Dann ist auch der Löschschalter TL2 abgeschaltet.
Es ist somit nunmehr ein Zustand erreicht, in dem der Thyristor T2 und auch der Löschschalter TL2 abgeschaltet ist, und in dem der Überlaststrom gleich Null ist. Im Unterschied zum Anfangszustand ist jedoch der Kondensator C2 nicht mehr negativ aufgeladen, sondern positiv.
Zur Wiederherstellung des Anfangszustands wird der Umschwingthyristor TU2 von der Steuerung ST leitend geschaltet. Der Kondensator C2 wird damit über die Umschwingspule LU2 entgegen dem Spannungspfeil der 1 und damit negativ aufgeladen. Dieser Umladevorgang wird so lange fortgesetzt, bis der Kondensator C2 die negative Spannung des Anfangszustands wieder aufweist. Gegebenenfalls ist in der Serienschaltung des Umschwingthyristors TU2 und der Umschwingspule LU2 ein zusätzlicher Umschwingwiderstand (nicht dargestellt) zum Zwecke der Dämpfung enthalten.
Gegebenenfalls kann eine Serienschaltung aus einer Diode Dov2 und einem Widerstand Rov2 parallel zu dem Kondensator C2 geschaltet sein. Diese Serienschaltung wirkt als Spannungsbegrenzung für den Kondensator C2. Anstelle der erläuterten Serienschaltung kann auch ein Varistor zu dem Kondensator C2 parallel geschaltet sein.
Sofern der Thyristor T1 leitet und damit den Laststrom IL führt, erfolgt das Abschalten des Thyristors T1 in entsprechender Weise mit Hilfe der dem Thyristor T1 zugeordneten Löscheinrichtung. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Kondensator C1 negativ aufgeladen ist. Für beide Kondensatoren C1, C2 gilt dabei, dass der Wert der negativen Spannung im Anfangszustand so gewählt ist, dass der Scheitelwert des erläuterten Schwingstroms größer ist als der maximal mögliche Überlaststrom IÜ.
In der 2 ist eine einphasige Schaltung dargestellt, die teilweise Übereinstimmungen mit der Schaltung der 1 aufweist. Es werden deshalb nachfolgend nur diejenigen Bauteile und Funktionsweisen der Schaltung der 2 erläutert, die sich von der Schaltung der 1 unterscheiden. Im Hinblick auf übereinstimmende Bauteile und Funktionsweisen der Schaltung der 2 wird auf die Beschreibung der Schaltung der 1 verwiesen.
In der 2 ist nur eine einzige Löscheinrichtung vorgesehen, die beiden Thyristoren T1, T2 zugeordnet ist. Die Funktionsweise dieser Löscheinrichtung entspricht der 1.
Im Unterschied zur 1 werden bei der Schaltung der 2 zum Löschen des Thyristors T1 von der Steuerung ST die Löschschalter TL11 und TL12 leitend geschaltet. Es ergibt sich damit eine Serienschaltung des Kondensators C, der Spule L, des Löschschalters TL11, des Thyristors T1 und des Löschschalters TL12. Zum Löschen des Thyristors T2 werden von der Steuerung ST die Löschschalter TL21 und TL22 leitend geschaltet. Es ergibt sich damit eine Serienschaltung des Kondensators C, der Spule L, des Löschschalters TL21, des Thyristors T2 und des Löschschalters TL22. Über die jeweilige Serienschaltung baut sich dann der Schwingstrom auf, der dem von dem jeweiligen Thyristor T1, T2 geführten Überlaststrom entgegenwirkt, wie dies im Zusammenhang mit der 1 erläutert wurde.
In der 3 ist eine mehrphasige Schaltung dargestellt, die teilweise Übereinstimmungen mit der Schaltung der 1 aufweist. Es werden deshalb nachfolgend nur diejenigen Bauteile und Funktionsweisen der Schaltung der 3 erläutert, die sich von der Schaltung der 1 unterscheiden. Im Hinblick auf übereinstimmende Bauteile und Funktionsweisen der Schaltung der 3 wird auf die Beschreibung der Schaltung der 1 verwiesen.
In der 3 sind drei Phasen vorhanden, an die ein- und ausgangsseitige Spannungssysteme angeschlossen sind, deren Sternpunkte über einen gemeinsamen Nullleiter miteinander verbunden sind. In jeder der drei Phasen ist ein Wechselstromsteller enthalten, der durch jeweils zwei parallel und gegensinnig geschaltete Thyristoren T11, T21, T12, T22, T13, T23 repräsentiert wird. Jeder der Phasen sind zwei Löscheinrichtungen zugeordnet. Die Funktionsweise der Löscheinrichtungen jeder Phase entspricht der 1. Bei der Schaltung der 3 kann damit in jeder der Phasen eine Einzellöschung der Thyristoren T1 bzw. T2 durchgeführt werden, die unabhängig ist von den beiden anderen Phasen.
In der 4 ist eine mehrphasige Schaltung dargestellt, die teilweise Übereinstimmungen mit der Schaltung der 3 aufweist. Es werden deshalb nachfolgend nur diejenigen Bauteile und Funktionsweisen der Schaltung der 4 erläutert, die sich von der Schaltung der 3 unterscheiden. Im Hinblick auf übereinstimmende Bauteile und Funktionsweisen der Schaltung der 4 wird auf die Beschreibung der Schaltung der 3 sowie auf die Beschreibung der Schaltung der 1 verwiesen.
Wie in der 3, so sind auch in der 4 drei Phasen vorhanden, an die ein- und ausgangsseitige Spannungssysteme angeschlossen sind, deren Sternpunkte über einen gemeinsamen Nullleiter miteinander verbunden sind. Jeder der Phasen ist aber nur eine einzige Löscheinrichtung zugeordnet. Die Funktionsweise dieser Löscheinrichtung jeder Phase entspricht der 2. Insoweit wird auf die Beschreibung der Schaltung der 2 verwiesen. Bei der Schaltung der 4 kann in jeder der Phasen eine Einzellöschung der Thyristoren T1 bzw. T2 durchgeführt werden, die unabhängig ist von den beiden anderen Phasen.
In der 5 ist eine mehrphasige Schaltung dargestellt, die teilweise Übereinstimmungen mit den Schaltungen der 1, 2 und 4 aufweist. Es werden deshalb nachfolgend nur diejenigen Bauteile und Funktionsweisen der Schaltung der 5 erläutert, die sich von den Schaltungen der 1, 2 und 4 unterscheiden. Im Hinblick auf übereinstimmende Bauteile und Funktionsweisen der Schaltung der 5 wird auf die Beschreibung der Schaltungen der 1, 2 und 4 verwiesen.
In der 5 sind drei Phasen vorhanden, an die ein- und ausgangsseitige Spannungssysteme angeschlossen sind, deren Sternpunkte nicht über einen Nullleiter miteinander verbunden sind. Es ist also kein gemeinsamer Nullleiter vorhanden. Jeder der Phasen ist nur eine einzige Löscheinrichtung zugeordnet. Insoweit wird auf die Beschreibung der 4 verwiesen. Die Funktionsweise dieser Löscheinrichtung jeder Phase entspricht grundsätzlich der 2. Insoweit wird auf die Beschreibung der Schaltung der 2 verwiesen. Im Unterschied zu den
2 und 4 sind bei der Schaltung der 5 jedoch keine Löschschalter vorhanden. Damit ist die Löscheinrichtung jeder Phase nicht beiden der einander parallel und gegensinnig geschalteten Thyristoren zugeordnet, sondern nur einem dieser beiden Thyristoren, nämlich dem Thyristor T21 bzw. T22 bzw. T23.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass – aufgrund des fehlenden Nullleiters – die Summe aller Phasenströme gleich Null sein muss. Damit fließen die Ströme in zwei Phasen immer in die eine Richtung und der Strom in der dritten Phase in die Gegenrichtung. Eine Abschaltung aller Phasen kann somit dadurch erreicht werden, dass beispielsweis die Thyristoren der beiden Phasen mit gleichgerichtetem Stromfluss abgeschaltet werden, selbst wenn der Thyristor der Phase mit dem gegengerichteten Strom leitend geschaltet ist.
In der 6 ist eine mehrphasige Schaltung dargestellt, die teilweise Übereinstimmungen mit der Schaltung der 5 aufweist. Es werden deshalb nachfolgend nur diejenigen Bauteile und Funktionsweisen der Schaltung der 6 erläutert, die sich von der Schaltung der 5 unterscheiden. Im Hinblick auf übereinstimmende Bauteile und Funktionsweisen der Schaltung der 6 wird auf die Beschreibung der Schaltung der 5 sowie auf die Beschreibungen der Schaltungen der 1 und 2 verwiesen.
In der 6 sind drei Phasen vorhanden, an die ein- und ausgangsseitige Spannungssysteme angeschlossen sind, deren Sternpunkte nicht über einen Nullleiter miteinander verbunden sind. Es ist also kein gemeinsamer Nullleiter vorhanden. Allen drei Phasen ist nur eine einzige Löscheinrichtung zugeordnet. Die Funktionsweise dieser Löscheinrichtung entspricht grundsätzlich der 2. Insoweit wird auf die Beschreibung der Schaltung der 2 verwiesen.
Im Unterschied zur 5 wird bei der Schaltung der 6 zum Löschen des Thyristors T21 von der Steuerung ST der Löschschalter TL1 leitend geschaltet. Es ergibt sich damit eine Serienschaltung des Kondensators C, der Spule L1, des Löschschalters TL1, des Thyristors T21 und der Diode D1. Zum Löschen des Thyristors T22 wird der Löschschalter TL2 und zum Löschen des Thyristors T23 wird der Löschschalter TL3 leitend geschaltet. Es ergibt sich dann jeweils eine entsprechende Serienschaltung über die Spule L2 bzw. L3 und die Diode D2 bzw. D3. Über die jeweilige Serienschaltung baut sich der Schwingstrom auf, der dem von dem jeweiligen Thyristor T21, T22, T23 geführten Überlaststrom entgegenwirkt, wie dies im Zusammenhang mit der 1 erläutert wurde.
In den 7 und 8 sind Schaltungen dargestellt, die weitgehend mit den Schaltungen der 5 und 6 übereinstimmen. Es werden deshalb nachfolgend nur diejenigen Bauteile und Funktionsweisen der Schaltungen der 7 und 8 erläutert, die sich von den Schaltungen der 5 und 6 unterscheiden. Im Hinblick auf übereinstimmende Bauteile und Funktionsweisen der Schaltungen der 7 und 8 wird auf die Beschreibung der Schaltungen der 5 und 6 verwiesen.
Im Unterschied zu den 5 und 6 sind in den Schaltungen der 7 und 8 nicht zwei parallel und gegensinnig geschaltete Thyristoren in jeder Phase vorhanden, sondern jeweils nur ein Thyristor und eine Diode. In der 7 ist jeweils eine Löschschaltung für jede der drei Phasen vorgesehen, während in der 8 eine einzige Löschschaltung für alle drei Phasen vorhanden ist. Die Löschschaltung/en der 7 und 8 sind dabei immer den Thyristoren T21, T22, T23 zugeordnet. In der Gegenrichtung zu den Thyristoren T21, T22, T23 ist jeweils die Diode D11, D12, D13 vorgesehen.
In der 9 ist eine elektrische Schaltung mit einem doppelt gespeisten Asynchrongenerator mit netzgekoppeltem Statur dargestellt. Diese Schaltung kommt insbesondere in Energieerzeugungsanlagen zum Einsatz, beispielsweise in Windkraft- oder Wasserkraft- oder Gasturbinen-Energieerzeugungsanlagen.
Ein dreiphasiges Energieversorgungsnetz ist mit einem Transformator T verbunden, an den weiterhin ein Statorschalter Es angeschlossen ist, der seinerseits mit dem Statur eines Asynchrongenerators G verbunden ist. Der Statorschalter Es kann mit Hilfe einer oder mehrerer der Schaltungen der 1 bis 8 realisiert sein. Der Statorschalter Es weist also zumindest einen der Thyristoren T1, T2, T11, T21, T12, T22, T13, T23 der 1 bis 8 auf.
Zur Messung der Netzspannung Un ist auf der Netzseite des Statorschalters Es ein Spannungssensor vorgesehen. Zur Messung der Statorspannung Us ist auf der Statorseite des Statorschalters Es ein weiterer Spannungssensor vorgesehen. Auf dieser Statorseite ist des weiteren ein Stromsensor vorhanden, der den über den Statorschalter Es fließenden Statorstrom Is misst.
An den Verbindungspunkt des Transformators T und des Statorschalters Es ist ein Netz-Umrichter Npr angeschlossen, der über einen Zwischenkreis Cd mit einem Motor-Umrichter Mpr verbunden ist. Der Motor-Umrichter Mpr ist weiterhin mit dem Rotor des Asynchrongenerators G verbunden. Der Netz-Umrichter Npr und der Motor-Umrichter Mpr können beliebig aufgebaut sein, insbesondere kann es sich dabei um Schaltungen handeln, die eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen aufweisen, beispielsweise Dioden oder Transistoren oder dergleichen. Der Zwischenkreis Cd ist zur Speicherung einer Gleichspannung vorgesehen und weist insbesondere einen oder mehrere Kondensatoren auf.
Zur Messung des über den Netz-Umrichter Npr fließenden Stroms Inp ist auf der Netzseite des Netz-Umrichters Npr ein Stromsensor vorgesehen. Zur Messung des über den Motor- Umrichter Mpr fließenden Rotorstroms Ir ist auf der Maschinenseite des Motor-Umrichters Mpr ein weiterer Stromsensor vorhanden. Zwischen dem Motor-Umrichter Mpr und dem Zwischenkreis Cd ist ein Spannungssensor vorgesehen, mit dem die Zwischenkreisspannung Ud gemessen werden kann.
Die Messsignale der Netzspannung Un, der Statorspannung Us, der Zwischenkreisspannung Ud, des über den Netzumrichter Npr fließenden Stroms Inp, des Statorstroms Is und des Rotorstroms Ir sind einer Steuerung ST als Eingangssignale zugeführt. Diese Steuerung ST erzeugt mehrere Ausgangssignale ZES, ZNpr, ZMpr, mit denen der Statorschalter Es, der Netz-Umrichter Npr und der Motor-Umrichter Mpr angesteuert werden können.
Im Normalbetrieb dieser Schaltung ist der Statorschalter Es leitend geschaltet. Wird der Rotor durch eine äußere Kraft, beispielsweise durch Wind oder Wasser, in eine Drehbewegung versetzt, so wird im Stator eine Spannung induziert, die über den Statorschalter Es in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird. Die Anpassung, insbesondere die Synchronisierung der in den Stator induzierten Spannung an die Netzspannung Un des Energieversorgungsnetzes wird von der Steuerung ST durch eine entsprechende Ansteuerung des Netz-Umrichters Npr und des Motor-Umrichters Mpr erreicht.
Tritt in dem Energieversorgungsnetz ein Fehler auf und wird dieser Fehler von der Steuerung ST erkannt, so wird der Statorschalter Es von der Steuerung ST möglichst schnell sperrend geschaltet. Der durch eine der Schaltungen der 1 bis 8 realisierte Statorschalter Es ist dabei in der Lage, auch unter Last und insbesondere auch bei einem Fehler im Energieversorgungsnetz eine Umschaltung von seinem leitenden in den gesperrten Zustand durchzuführen. Die Umschaltung in den gesperrten Zustand wird dabei bei Erreichen einer vorgegebenen Zwischenkreisspannung Ud oder bei Erreichen eines vorgegebenen Statorstrom Is oder bei Erreichen eines sonstigen vorgegebenen Schwellwerts durch die Steuerung ST ausgelöst.
Dies hat zur Folge, dass der Stator des Asynchrongenerators G von dem Transformator T und damit von dem Energieversorgungsnetz abgetrennt ist. Es fließt damit kein Statorstrom Is mehr. Eine weitergehende Aufladung des Zwischenkreises Cd über den Stator und den Rotor ist damit nicht mehr möglich. Die Bauelemente der beiden Umrichter Mpr, Npr sind damit nicht gefährdet und es ist auch nicht notwendig, den Betrieb der beiden Umrichter Mpr, Npr zu beenden.
Mit dem Erkennen eines Fehler in dem Energieversorgungsnetz wird der netzseitige Umrichter Npr derart von der Steuerung ST angesteuert, dass er einen Blindstrom in das Energieversorgungsnetz einspeist. Weiterhin werden die beiden Umrichter Mpr, Npr derart von der Steuerung ST angesteuert, dass ein erwünschter Wirkstrom erzeugt wird, der zur Aufrechterhaltung der Zwischenkreisspannung Ud erforderlich ist.
Nach der Unterbrechung des Statorstroms Is durch den Statorschalter Es wird der rotorseitige Stromrichter Mpr derart von der Steuerung ST angesteuert, dass der magnetische Fluss zu dem fehlerhaften Energieversorgungsnetz synchronisiert wird. Dabei überwacht die Steuerung die Netzspannung Un und die Statorspannung Us. Wird die Differenz dieser beiden Spannungen zu Null, was gleichbedeutend damit ist, dass die an dem Statorschalter Es anliegende Spannung zu Null wird, so wird der Statorschalter Es von der Steuerung ST wieder leitend geschaltet. Danach kann der Statorstrom Is von der Steuerung ST mit Hilfe des rotorseitigen Umrichters Mpr derart gesteuert werden, dass von dem Betreiber des Energieversorgungsnetzes vorgegebene Anforderungen für die Einspeisung von Energie im Fehlerfall erfüllt werden.

Claims

Ein- oder mehrphasige elektrische Schaltung zum Abschalten eines über einen Wechselstrom- oder Drehstromsteller geführten Stroms, wobei der Wechselstrom- oder Drehstromsteller mindestens einen Thyristor pro Phase aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Thyristor eine Serienschaltung bestehend aus einem Kondensator und mindestens einem Löschschalter parallel geschaltet ist.
Einphasige Schaltung nach Anspruch 1, wobei zwei Thyristoren (T1, T2) vorhanden sind, denen jeweils eine Serienschaltung bestehend aus dem Kondensator (1: C1, C2) und einem Löschschalter (1: TL1, TL2) parallel geschaltet ist.
Einphasige Schaltung nach Anspruch 1, wobei zwei Thyristoren (T1, T2) vorhanden sind, denen eine einzige Serienschaltung bestehend aus dem Kondensator (2: C) und vier Löschschaltern (2: TL11, TL12, TL21, TL22) parallel geschaltet ist.
Mehrphasige Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Phasen über einen Nullleiter miteinander verbunden sind, wobei in jeder Phase zwei Thyristoren (T11, T21, T12, T22, T13, T23) vorhanden sind, und wobei zu jedem Thyristor (T11, T21, T12, T22, T13, T23) eine Serienschaltung bestehend aus dem Kondensator und einem Löschschalter parallel geschaltet ist (3).
Mehrphasige Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Phasen über einen Nullleiter miteinander verbunden sind, wobei in jeder Phase zwei Thyristoren (T11, T21, T12, T22, T13, T23) vorhanden sind, und wobei zu jeder Phase eine einzige Serienschaltung bestehend aus dem Kondensator und vier Löschschaltern parallel geschaltet ist (4).
Mehrphasige Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Phasen nicht über einen Nullleiter miteinander verbunden sind, wobei in jeder Phase zwei Thyristoren (T11, T21, T12, T22, T13, T23) oder eine Diode (D11, D12, D13) und ein Thyristor (T21, T22, T23) vorhanden sind, und wobei zu jeder Phase eine einzige Serienschaltung bestehend aus dem Kondensator und einem Löschschalter parallel geschaltet ist (5 und 7).
Mehrphasige Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Phasen nicht über einen Nullleiter miteinander verbunden sind, wobei in jeder Phase zwei Thyristoren (T11, T21, T12, T22, T13, T23) oder eine Diode (D11, D12, D13) und ein Thyristor (T21, T22, T23) vorhanden sind, und wobei zu allen Phasen eine einzige Serienschaltung bestehend aus dem Kondensator und einem der Phasenzahl entsprechenden Anzahl von parallelgeschalteten Löschschaltern (TL1, TL2, TL3) parallel geschaltet ist (6 und 8).
Mehrphasige Schaltung nach Anspruch 7, wobei die Serienschaltung eine der Phasenzahl entsprechende Anzahl von parallelgeschalteten Dioden (D1, D2, D3) aufweist (6 und 8).
Ein- oder mehrphasige Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Serienschaltung des weiteren eine Spule (1: L1, L2; 2: L; 6 und 8: L1, L2, L3) aufweist.
Ein- oder mehrphasige Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dem Kondensator (1: C1, C2; 2: C) eine Serienschaltung bestehend aus einem Umschwingthyristor (1: TU1, TU2; 2: TU) und einer Umschwingspule (1: LU1, LU2, 2: LU) parallel geschaltet ist.
Ein- oder mehrphasige Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dem Kondensator (1: C1, C2; 2: C) eine Serienschaltung bestehend aus einer Diode (1: Dov1, Dov2; 2: Dov) und einem Widerstand (1: Rov1, Rov2; 2: Rov) parallel geschaltet sind.
Ein- oder mehrphasige Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dem Kondensator ein Varistor parallel geschaltet ist.
Ein- oder mehrphasige Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Wechselstrom- oder Drehstromsteller zwischen zwei elektrische Netze (Un, Uq) oder zwischen ein elektrisches Netz und eines Last geschaltet ist.
Ein- oder mehrphasige Schaltung nach Anspruch 13, wobei als elektrisches Netz ein Energieversorgungsnetz und als Last ein Generator insbesondere einer Windkraft-Energieerzeugungsanlage vorgesehen ist.
Verfahren zum Abschalten eines über einen Thyristor eines Wechselstrom- oder Drehstromstellers geführten Stroms, dadurch gekennzeichnet, dass ein parallel zu dem Thyristor geschalteter Löschschalter leitend geschaltet wird, und dass von einem in Serie zu dem Löschschalter geschalteten Kondensator ein Strom über den Löschschalter getrieben wird, der dem über den Thyristor geführten Strom entgegenwirkt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der von dem Kondensator getriebene Strom über eine in Serie geschaltete Spule geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei der Kondensator über eine parallel geschaltete Umschwingspule aufgeladen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der von dem Kondensator getriebene Strom über einen parallel geschalteten Widerstand oder Varistor gedämpft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei ein Asynchrongenerator statorseitig über den Thyristor mit einem Energieversorgungsnetz gekoppelt ist, wobei der Asynchrongenerator rotorseitig über einen rotorseitigen Umrichter, einen Zwischenkreis und einen netzseitigen Umrichter mit dem Energieversorgungsnetz verbunden ist, und wobei bei einem Fehler in dem Energieversorgungsnetz die Kopplung zwischen dem Stator des Asynchrongenerators und dem Energieversorgungsnetz möglichst schnell unterbrochen wird.