-
Die Erfindung betrifft ein Versorgungssystem zum Vorladen eines Gleichspannungsnetzes sowie ein Verfahren zum Vorladen eines Gleichspannungsnetzes mit elektrischer Energie aus einem Wechselspannungsnetz mit einem derartigen Versorgungssystem.
-
Die Energieverteilung mit Gleichspannung innerhalb einer Fabrikanlage hat einige Vorteile (z.B. einfacher Energieaustausch zwischen den Geräten; einfacher Anschluss von Speichern und regenerativen Energiequellen). Ein solches Netz besteht in der Regel aus mehreren Abschnitten, die durch Schalt- und Schutzorgane voneinander trennbar sind. Ein Abschnitt kann Energiequellen (z.B. PV-Anlage) oder Energiespeicher mit unterschiedlich hoher Kapazität (Pufferkondensatoren, Batterie) aufweisen.
-
1 zeigt eine beispielhafte Ausprägung einer Gleichstromenergieversorgung (DC-Netz 1) mit Antrieben 2, kapazitivem Speicher 5, Photovoltaik-Anlage 4, Batteriespeicher 6 und anderen Verbrauchern 3. Den Antrieben 2, kapazitivem Speicher 5, Photovoltaik-Anlage 4, Batteriespeicher 6 und Verbrauchern 3 ist jeweils ein Schalt- und Schutzorgan 7 vorgeschaltet. Die primäre Energieversorgung des DC-Netzes 1 erfolgt über ein Wechselstromnetz 10 (AC-Netz) welches mittels einer Einspeisevorrichtung 8 mit dem DC-Netz 1 verbunden ist.
-
Eine beispielhafte Ausführung eines Schalt- und Schutzorgans 3 der 1 zeigt 2. Dieses Schalt- und Schutzorgan 7 innerhalb der Gleichstromenergieversorgung umfasst einen Halbleiterschalter und einen mechanischen Schalter zur galvanischen Trennung.
-
Die primäre Energieversorgung des DC- Netzes 1 erfolgt über eine elektrische Verbindung zu einem Drehspannungsnetz/ Wechselstromnetz 10. Hierbei kann die Einspeisung mit einem passiven (Diodengleichrichter) oder einem aktiven Gleichrichter, der als Hochsetzsteller arbeitet, erfolgen.
-
3 zeigt eine passive Netzeinspeisung mittels einer Einspeisevorrichtung 8, welche Diodengleichrichter 11 und eine Vorladeeinrichtung 12 umfasst.
-
4 zeigt eine aktive Netzeinspeisung mittels einer Einspeisevorrichtung 8, welche eine aktive Einspeiseschaltung 13 und eine Vorladeeinrichtung 12 umfasst.
-
Bei beiden Varianten der Einspeisung gemäß 3 und 4 darf die DC-Spannung des DC-Netzes 1 nicht wesentlich niedriger sein als die gleichgerichtete Drehspannung. Wäre die DC-Spannung des DC-Netzes 1 niedriger als die gleichgerichtete Drehspannung würde ein nicht steuerbarer Strom fließen, der die DC-Spannung auf diesen Wert anhebt und Komponenten, insbesondere Leistungshalbleiter, gefährdete.
-
Insbesondere beim Einschalten auf ein ungeladenes DC-Netzes 1 muss es eine Begrenzung dieses Stromes geben. Hierfür gibt es Vorladeeinrichtungen 12 in den Einspeiseschaltungen 8.
-
In den 3 und 4 ist jeweils eine beispielhafte Schaltung für eine solche Einrichtung dargestellt.
-
Sobald die Kapazitäten im DC-Netz 1 auf eine Spannung aufgeladen sind, bei der der nicht steuerbare Strom klein genug bleibt, wird der Schalter in der Vorladeeinrichtung 12 geschlossen.
-
Die Auslegung der Vorladeeinrichtung 12 wird sehr stark von der Summe der Kapazitäten der am Netz angeschlossenen Kapazitäten bestimmt.
-
Wenn das speisende Drehstromnetz 10 ausfällt oder nicht mehr genügend Leistung liefern kann um den Energieverbrauch im DC-Netz 1 zu decken und auch keine anderen steuerbaren Energiequellen (z.B. Batterie mit Steller) den Ausfall kompensieren können, sinkt die Spannung des DC-Netzes 1. Die fehlende Leistung wird den nicht steuerbaren Kapazitäten entnommen.
-
Um eine möglichst lange Ausfallzeit überbrücken zu können, muss die DC-Spannung innerhalb des DC-Netzes 1 möglichst tief absinken können.
-
Bleibt in diesem Betriebszustand der Schalter in der Vorladeeinrichtung 12 geschlossen, entsteht bei der Wiederkehr der Netzspannung ein nicht steuerbarer, schnell ansteigender und hoher Aufladestrom (Nachladestrom). Wird stattdessen der Schalter der Vorladeschaltung 12 geöffnet, wird der Nachladestrom auf den Vorladestrom begrenzt. Allerdings ist dieser Strom im allgemeinen Fall nicht ausreichend um den für den Weiterbetrieb des DC-Netzes erforderlichen Leistungsfluss aus dem Drehstromnetz 10 zu ermöglichen. Die Kondensatorspannung sinkt daher weiter und die Anlage muss abgeschaltet werden.
-
Alternativ kann die Vorladung auch den einzelnen Verbrauchern oder deren Schutzorganen zugeordnet sein (dezentrale Vorladung). Die Auslegung des Vorladewiderstands richtet sich hier nach der Kapazität im Verbraucher bzw. der Summe der Kapazitäten, die hinter dem Schutzorgan liegen. Die Vorladeeinrichtung in der Einspeisung kann sehr klein sein oder ganz entfallen, weil sie nur den Kondensator in der Einspeisung laden muss. 5 zeigt ein derartiges Schutzorgan mit Vorladewiderstand.
-
Das grundsätzliche Problem besteht jedoch auch bei dieser Konstellation. Beim Weiterbetrieb während eines Netzausfalls entladen sich die Kapazitäten in den Verbrauchern. Bei Netzwiederkehr entsteht bei geschlossenem Schalter im Schutzorgan ein Nachladestrom. Bei offenem Schalter kann im allgemeinen Fall nicht genügend Strom fließen, um den Verbraucher weiter zu betreiben. Insbesondere ist der in diesem Fall fließende Strom durch den Wert des Widerstands vorgegeben und nicht kurzzeitig veränderbar. Zusätzlich besteht das Problem, dass die Netzspannung vor einem Ausfall häufig niedrig (in der Nähe der unteren Toleranzgrenze) war und bei der Wiederkehr höher ist, weil zwischenzeitlich einige Lasten am Drehstromnetz abgeschaltet haben.
-
Um ein DC-Netz, das von einer aktiven Einspeiseschaltung gespeist wird, vorzuladen, ohne dass diese Einspeiseschaltung speziell auf die Konstellation des Netzes ausgelegt werden muss und außerdem Netzausfälle von möglichst langer Dauer überbrückbar sind, ohne dass bei der Wiederkehr der Netzspannung Komponenten durch den Nachladestrom gefährdet werden, wird üblicherweise die Vorladeschaltung der Einspeiseeinheit stark genug ausgelegt, um das Netz vorladen zu können. Um die Energie der Speicher möglichst gut nutzen zu können, muss die Spannung tief absinken können. Um dies zu ermöglichen, werden die Freilaufdioden und/oder die Kommutierungsdrosseln in der Einspeiseeinheit stark überdimensioniert. Insbesondere bei aktiven Gleichrichtern ist diese Überdimensionierung sehr kostenintensiv, da die Dioden ein gutes Schaltverhalten aufweisen müssen und deshalb nur eine geringe Überlastfähigkeit haben. Alternativ werden statt aktiver Einspeisungen passive Einspeisungen (Diodenbrücke) oder gesteuerte oder halb-gesteuerte Thyristorgleichrichter eingesetzt. Diese Einspeisungen sind robust, können aber keine Leistung in das Drehstromnetz zurückspeisen. Außerdem erzeugen sie netzharmonische Stromoberschwingungen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleichspannungsnetz, das von einer aktiven Einspeiseschaltung gespeist wird, vorzuladen, ohne dass diese Einspeiseschaltung speziell auf die Konstellation des Gleichspannungsnetzes ausgelegt werden muss. Vorzugsweise können ferner Netzausfälle von möglichst langer Dauer überbrückbar sein, ohne dass bei der Wiederkehr der Netzspannung Komponenten durch den Nachladestrom gefährdet werden.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, d.h. durch ein Versorgungssystem zum Vorladen eines Gleichspannungsnetzes, aufweisend einen aktiven Gleichrichter, ein Vorladegerät, ein Wechselspannungsnetz mit einer im Betrieb anliegenden Netzwechselspannung, ein Gleichspannungsnetz mit einer im Betrieb anliegenden Netzgleichspannung, wobei der aktive Gleichrichter eingangsseitig mit einem Wechselspannungsnetz und ausgangsseitig mit dem Gleichspannungsnetz verbunden ist, wobei das Vorladegerät eingangsseitig mit dem Wechselspannungsnetz und ausgangsseitig mit dem Gleichspannungsnetz verbunden ist, wobei das Vorladegerät eine Brückenschaltung eines netzgeführten Gleichrichters umfasst.
-
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Kombination der aktiven Einspeisung durch den aktiven Gleichrichter mit einem speziell auf die Anforderungen der Vorladung und der Nachladeströme ausgelegtem Vorladegerät. Der Vorladestrom des Versorgungssystems wird über das Vorladegerät bereitgestellt und muss somit nicht über den aktiven Gleichrichter fließen.
-
Der aktive Gleichrichter benötigt keine Vorladung und kann unabhängig von der Kenntnis der im Netz vorhandenen Summenkapazität ausgelegt werden. Das Dimensionierungskriterium des Gleichrichters ist somit nur die für den Betrieb erforderliche Leistung.
-
Vorzugsweise verfügt das Vorladegerät eine im Verhältnis zur Dauerleistung hohe Kurzzeitüberlastbarkeit. Es werden Bauelemente eingesetzt, die für diesen Zweck besonders geeignet sind. Dies sind beispielsweise Dioden oder Thyristoren mit geringen Durchlassverlusten (sogenannte „Netzdioden, bzw. - Thyristoren“).
-
Die Brückenschaltung des Vorladegerätes kann halbgesteuert oder vollgesteuert sein. Vorzugsweise ist das Vorladegerät ein gesteuerter oder halbgesteuerter Thyristor-Brückengleichrichter, der auf hohe Kurzzeitüberlast ausgelegt ist und daher wenig Kühlung benötigt.
-
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10, d.h. durch ein Verfahren zum Vorladen eines Gleichspannungsnetzes mit elektrischer Energie aus einem Wechselspannungsnetz mit einem Versorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Brückenschaltung des Vorladegerätes Leistungsthyristoren umfasst, wobei zur Vorladung des Gleichspannungsnetzes der aktive Gleichrichter von dem Wechselspannungsnetz getrennt wird, über eine Veränderung des Zündwinkels der Leistungsthyristoren der Brückenschaltung der Ladestrom des Gleichspannungsnetzes auf zulässige Werte begrenzt wird, der aktive Gleichrichter zugeschaltet wird, wenn der Zündwinkel der Leistungsthyristoren den Wert Null erreicht, so dass die Energieversorgung des Gleichspannungsnetzes über das Wechselspannungsnetz vollständig über den aktiven Gleichrichter erfolgt.
-
Vorzugsweise wird bevor der aktive Gleichrichter freigegeben wird, d.h. die Halbleiter angesteuert werden, das Vorladegerät vom Netz getrennt.
-
Die Energieversorgung erfolgt nach dem letzten Schritt vorzugsweise vollständig über den aktiven Gleichrichter.
-
Eine Begrenzung des Ladestroms des Gleichspannungsnetzes auf zulässige Werte bedeutet insbesondere, dass der maximal zulässige Thyristorstrom des Vorladegerätes nicht überschritten wird.
-
Wenn das Vorladegerät mit Halbleitern ausgeführt ist, die in beiden Richtungen Spannung aufnehmen können, ist es nicht unbedingt erforderlich, das Vorladegerät vom Netz zu trennen. Die verfügbaren Thyristoren genügen zwar grundsätzlich dieser Bedingung, allerdings ist die erlaubte Spannungsänderungsgeschwindigkeit nicht ausreichend. Das Problem würde sich durch ein geeignetes passives Filtern beheben lassen, was allerdings zusätzlichen Aufwand erfordern würde.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 sowie 11 bis 13 angegeben.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Brückenschaltung Leistungshalbleiter mit einer Kombination von Leistungsdioden und Leistungsthyristoren für einen halbgesteuerten Betrieb oder Leistungshalbleitern mit Leistungsthyristoren für einen vollgesteuerten Betrieb auf.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Versorgungssystem ein Schaltelement, wobei über das Schaltelement die elektrische Verbindung vom Wechselspannungsnetz zum Vorladegerät steuerbar ist. Dieses Schaltelement kann dezentral zum Vorladegerät angeordnet sein oder im Vorladegerät integriert sein.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Gleichspannungsnetz einen Energiespeicher, der das Gleichspannungsnetz bei einem Ausfall des Wechselspannungsnetzes mit Energie speist. Vorzugsweise ist der Energiespeicher ein Kondensator, welcher mit dem Gleichspannungsnetz elektrisch verbunden ist.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der aktive Gleichrichter eine Brückenschaltung mit IGBT-Leistungshalbleitermodulen auf. Die IGBT-Leistungshalbleitermodule sind insbesondere mit oder ohne Freilaufdiode ausgebildet.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Versorgungssystem ein Schaltelement, wobei über das Schaltelement die elektrische Verbindung vom Wechselspannungsnetz zum Gleichrichter steuerbar ist. Dieses Schaltelement kann dezentral zum Gleichrichter angeordnet oder im Gleichrichter integriert sein.
-
Der aktive Gleichrichter hat insbesondere keine Vorladeschaltung, kann sich aber mittels des Schaltelements vom Drehstromnetz trennen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Versorgungssystem eine Vordrossel, welche vor dem Vorladegerät im Wechselspannungsnetz geschaltet ist.
-
Bei einer Verwendung von Vordrosseln werden vorzugsweise kostengünstige Kernmaterialien mit hoher Sättigungsinduktion („Trafoblech“) eingesetzt. Eine Wicklung der Vordrosseln wird vorzugsweise nur für eine thermische Kurzzeit-Belastung ausgelegt.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Vorladung des Gleichspannungsnetzes durch das Wechselspannungsnetz lediglich über das Vorladegerät. Der aktive Gleichrichter umfasst folglich keine Vorladeschaltung. Die Vorladung des Gleichspannungsnetzes erfolgt somit lediglich über den netzgeführten Gleichrichter des Vorladegeräts.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Gleichspannungsnetz ein Teilnetz eines überlagerten DC-Netzes. In den Teilnetzen sind vorzugsweise nur in den Fällen Vorladeschaltungen vorgesehen, in denen ein Teilnetz bei bereits vorgeladenem DC-Netz nachträglich zugeschaltet werden muss.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird nach dem Schritt des Zuschaltens des aktiven Gleichrichters das Vorladegerät vom Wechselspannungsnetz getrennt. Dies erfolgt vorzugsweise über ein Schaltelement. Dieses Schaltelement kann das Vorladegerät umfassen oder dem Vorladegerät vorgeschaltet sein.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der aktive Gleichrichter gesperrt, wenn die Spannung des Gleichspannungsnetzes unter einen Schwellwert, welcher einen kritischen Spannungswert des Gleichspannungsnetzes charakterisiert, fällt, hierauf wird das Vorladegerät an das Gleichspannungsnetzes zur Energieversorgung geschaltet und darauf wird der aktive Gleichrichter von dem Wechselspannungsnetz getrennt. Tritt im regulären Betrieb des Versorgungssystems eine Netzunterspannung am Gleichspannungsnetz ein, so kann durch obige Schritte die Energieversorgung des Gleichspannungsnetzes durch das Wechselspannungsnetz sichergestellt werden.
-
Der Schwellwert, welcher einen kritischen Spannungswert des Gleichspannungsnetzes charakterisiert, ist durch den Nachladestrom bei einer plötzlichen Erhöhung der Netzspannung vom augenblicklichen Wert auf den maximal zulässigen Wert bestimmt. Der Nachladestrom tritt auf, wenn die Amplitude der verketteten Netzspannung dabei größer wird als die Spannung des Gleichspannungsnetzes. Er wird durch die Differenz dieser Spannungen, die Kapazitäten im Gleichspannungsnetz und die dem aktiven Gleichrichter vorgeschalteten Induktivitäten bestimmt. Der Nachladestrom darf den kurzzeitig zulässigen Strom des aktiven Gleichrichters nicht überschreiten.
-
Wenn die DC-Spannung auf kritisch niedrige Werte fällt, wird zunächst die aktive Einspeiseeinheit gesperrt, dann das Vorladegerät ans Netz geschaltet und dann die aktive Einspeiseschaltung vom Netz getrennt. Dieser Betrieb wird aufrechterhalten, solange die DC-Spannung auf einem für die Anwendung ausreichend hohen Wert gehalten werden kann und es thermisch möglich ist.
-
Wenn die Gleichspannung weiter fällt, wird das Vorladegerät gesperrt. Der Wiederanlauf erfolgt analog zum Vorladevorgang, d.h. zur Vorladung des Gleichspannungsnetzes.
-
Wenn die Netzspannung wieder steigt, bevor es zu einer Abschaltung kommt, steigt auch die DC-Spannung des Gleichspannungsnetzes automatisch wieder an. Nach Überschreiten der für die aktive Einspeisung kritischen Spannung wird der aktive Gleichrichter zugeschaltet, das Vorladegerät vom Netz getrennt und die Regelung des aktiven Gleichrichters freigegeben. Erfolgt der Anstieg der Netzspannung zu schnell, wird der Nachladestrom vorzugsweise mittels des Vorladegerätes durch Veränderung des Zündwinkels der Leistungsthyristoren der Brückenschaltung begrenzt.
-
Durch die Möglichkeit, den Strom der Thyristoren über den Zündwinkel zu kontrollieren und die Temperatur der Thyristoren in einem thermischen Modell zu rechnen, kann für jeden augenblicklichen Leistungsbedarf der Verbraucher im DC-Netz die maximal mögliche Überbrückungszeit erreicht werden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird bei einem Ausfall des Wechselspannungsnetzes zunächst der aktive Gleichrichter gesperrt, dann wird das Vorladegerät an das Gleichspannungsnetz zur Energieversorgung geschaltet, hierauf wird der aktive Gleichrichter vom Netz getrennt und der Steuerwinkel des Vorladegerätes auf einen Steuerwinkel gesetzt, der bei Netznennspannung der augenblicklichen Spannung des Gleichspannungsnetzes entspricht.
-
Hierdurch kann die Strombegrenzung bei schneller Netzwiederkehr ausreichend schnell erfolgen. Das weitere Vorgehen entspricht dem bei der Vorladung des Gleichspannungsnetzes.
-
Die DC-Spannung kann bei Netzausfall sehr weit absinken, bevor die Anlage wegen der Gefahr zu hoher Nachladeströme abgeschaltet werden muss. Es können längere Netzausfälle überbrückt und ungesteuerte kapazitive Speicher gut ausgenutzt werden. Durch die Möglichkeit, den Strom der Thyristoren über den Zündwinkel zu kontrollieren und die Temperatur der Thyristoren in einem thermischen Modell zu rechnen, kann für jeden augenblicklichen Leistungsbedarf der Verbraucher im DC-Netz die maximal mögliche Überbrückungszeit erreicht werden.
-
Im Folgenden werden die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 Eine schematische Darstellung einer Gleichstromenergieversorgung,
- 2 eine beispielhafte Ausführung eines Schalt- und Schutzorgans der 1, und
- 3 eine schematische Darstellung einer passiven Netzeinspeisung,
- 4 eine schematische Darstellung einer aktiven Netzeinspeisung,
- 5 ein Schutzorgan mit Vorladewiderstand, und
- 6 eine schematische Darstellung eines Versorgungssystems
-
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Versorgungssystems zum Vorladen eines Gleichspannungsnetz 1. Dieses Versorgungssystem umfasst einen aktiven Gleichrichter 20, ein Vorladegerät 30, ein Wechselspannungsnetz 10 mit einer im Betrieb anliegenden Netzwechselspannung, ein Gleichspannungsnetz 1 mit einer im Betrieb anliegenden Netzgleichspannung, einen Energiespeicher 40 zur Energiepufferung im Gleichspannungsnetz 1 bei kurzzeitigen Lastspitzen oder einem Ausfall des Wechselspannungsnetzes 10.
-
Der aktive Gleichrichter 20 ist eingangsseitig mit dem Wechselspannungsnetz 10 und ausgangsseitig mit dem Gleichspannungsnetz 1 verbunden. Der aktive Gleichrichter 20 weist eine Brückenschaltung 21 mit IGBT-Leistungshalbleitermodulen und ein Schaltelement 23, mittels welchem die elektrische Verbindung vom Wechselspannungsnetz 10 zum Gleichrichter 20 steuerbar ist, auf.
-
Das Vorladegerät 30 ist eingangsseitig mit dem Wechselspannungsnetz 10 und ausgangsseitig mit dem Gleichspannungsnetz 1 verbunden.
-
Das Vorladegerät 30 umfasst eine Brückenschaltung 31 eines netzgeführten Gleichrichters sowie ein Schaltelement 33, über welches die elektrische Verbindung vom Wechselspannungsnetz 10 zum Vorladegerät 30 steuerbar ist.
-
Die Vorladung des Gleichspannungsnetzes 1 durch das Wechselspannungsnetz 10 erfolgt lediglich über das Vorladegerät 30.
-
Zum Vorladen eines Gleichspannungsnetzes 1 mit elektrischer Energie aus dem Wechselspannungsnetz 10 mit dem Versorgungssystem wird zunächst der aktive Gleichrichter 20 von dem Wechselspannungsnetz 10 getrennt. Daraufhin wird über eine Veränderung des Zündwinkels der Leistungsthyristoren der Brückenschaltung 31 der Ladestrom des Gleichspannungsnetzes 1 auf zulässige Werte begrenzt. Anschließend wird der aktive Gleichrichter zugeschaltet, wenn der Zündwinkel der Leistungsthyristoren den Wert Null erreicht, so dass die Energieversorgung des Gleichspannungsnetzes 1 über das Wechselspannungsnetz 10 vollständig über den aktiven Gleichrichter 20 erfolgt. Nach dem Schritt des Zuschaltens des aktiven Gleichrichters 20 wird das Vorladegerät 30 vom Wechselspannungsnetz 1 getrennt. Danach werden die Leistungshalbleiter des aktiven Gleichrichters 20 angesteuert, d.h. es beginnt der geregelte Betrieb des aktiven Gleichrichters 20. Eine Vorladung des Gleichspannungsnetzes 1 bzw. des Energiespeichers 40 kann auf diese Weise erfolgen, ohne, dass der aktive Gleichrichter 20 speziell auf die Konstellation des Gleichspannungsnetzes 1 ausgelegt werden muss.
-
Wenn das Wechselspannungsnetz 10 die für den Betrieb des Gleichspannungsnetzes 1 erforderliche Leistung nicht liefern kann, z.B. bei einem Ausfall des Wechselspannungsnetzes 12 oder bei einem erheblichen Einbruch der Spannung, sinkt die Spannung im Gleichspannungsnetz 1.
-
Erheblicher Einbruch bedeutet dabei, dass der für die erforderliche Leistung benötigte Wechselstrom größer wird als der zulässige Strom des aktiven Gleichrichters 20.
-
In einem solchen Fall wird der aktive Gleichrichter 20 gesperrt, wenn die Spannung des Gleichspannungsnetzes 1 unter einen Schwellwert, welcher einen kritischen Spannungswert des Gleichspannungsnetzes 1 charakterisiert, fällt. Hierauf wird das Vorladegerät 30 an das Gleichspannungsnetzes 1 zur Energieversorgung geschaltet und der aktive Gleichrichter 20 wird von dem Wechselspannungsnetz 10 getrennt.
-
Wenn die Gleichspannung weiter fällt, wird das Vorladegerät 30 gesperrt. Der Wiederanlauf erfolgt analog zum Vorladevorgang, d.h. zur Vorladung des Gleichspannungsnetzes 1.
-
Wenn die Netzspannung wieder steigt, bevor es zu einer Abschaltung kommt, steigt auch die DC-Spannung des Gleichspannungsnetzes 1 automatisch wieder an. Nach Überschreiten der für die aktive Einspeisung kritischen Spannung wird der aktive Gleichrichter 20 zugeschaltet, das Vorladegerät 30 vom Netz getrennt und die Regelung des aktiven Gleichrichters 20 freigegeben.
-
Erfolgt der Anstieg der Netzspannung des Gleichspannungsnetzes 1 zu schnell, wird der Nachladestrom mittels des Vorladegerätes 30 durch Veränderung des Zündwinkels der Leistungsthyristoren der Brückenschaltung 31 begrenzt.
-
Bei einem Ausfall des Wechselspannungsnetzes 10 wird zunächst der aktive Gleichrichter 20 gesperrt. Dann wird das Vorladegerät 30 an das Gleichspannungsnetz 1 zur Energieversorgung geschaltet. Hierauf wird der aktive Gleichrichter 20 vom Netz 10 getrennt und der Steuerwinkel des Vorladegerätes 30 auf einen Steuerwinkel gesetzt, der bei Netznennspannung der augenblicklichen Spannung des Gleichspannungsnetzes 1 entspricht.
-
Hierdurch kann die Strombegrenzung bei schneller Netzwiederkehr ausreichend schnell erfolgen. Das weitere Vorgehen entspricht dem bei der Vorladung des Gleichspannungsnetzes 1.
-
Da die Gleichspannung bei einem Netzausfall sehr weit absinken kann, bevor die Anlage wegen der Gefahr zu hoher Nachladeströme abgeschaltet werden muss, können längere Netzausfälle durch das Versorgungssystem überbrückt und ungesteuerte kapazitive Speicher gut ausgenutzt werden. Durch die Möglichkeit, den Strom der Thyristoren über den Zündwinkel zu kontrollieren und die Temperatur der Thyristoren in einem thermischen Modell zu rechnen, kann für jeden augenblicklichen Leistungsbedarf der Verbraucher im Gleichspannungsnetzes 1 die maximal mögliche Überbrückungszeit erreicht werden.
