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Einrichtung zur Beeinflussung des Löschwinkels eines Wechselrichters
Bei einem - Wechselrichterbetrieb, insbesondere eines netzgeführten Wechselrichters
einer Hochspannungs-Gleichstromübertragung, besteht das Problem, einen optimalen
Löschwinkel einzuhalten. Der Löschwinkel gibt die Zeit vom Erlöschen eines Ventils
des als Wechselrichter ausgesteuerten Stromrichters bis zur Wiederkehr positiver
Sperrspannung an diesem Ventil an. Ein großer Löschwinkel verbessert zwar die Stabilität
(Sicherheit gegen eine Fehlkommutierung) des Wechselrichters, erhöht aber gleichzeitig
den Blindleistungsbedarf und verschlechtert die Ausnutzung der Anlage. Man ruß also
den Wechselrichter mit einem solchen Löschwinkel betreiben, daß bei -einem Minimum
an Blindleistung immer noch eine ausreichende Stabilität des Wechselrichters gewährleistet
ist.
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Der Löschwinkel und damit auch die Wechselrichterstabilität sind bei
festem Steuerwinkel im wesentlichen von der Größe der wechselstromseitigen Netzspannung
und der Höhe des übertragungsgleichstromes abhängig. Man spricht deshalb von einer
Spannungskomponente und von einer Stromkomponente des Löschwinkels. Die Spannungskomponente
kommt bei Netzspannungsänderungen trägheitslos zur Wirkung. Spannungsabsenkungen
gefährden daher die Stabilität des Wechselrichters besonders. Dementgegen können
Stromänderungen wegen der üblicherweise vorgesehenen gleichstromseitigen Glättungsdrossel
in der Regel nicht so schnell erfolgen.
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Zur Verbesserung der Wechselrichterstabilität sind bereits Verfahren
und Einrichtungen bekanntgeworden, mit denen versucht wird, die Abhängigkeit des
Löschwinkels von den genannten Betriebsgrößen durch eine entsprechende Verstellung
des Steuerwinkels des Wechselrichters auszugleichen. Hierdurch soll erreicht werden,
daß die Anlage, insbesondere eine Hochspannungsgleichstromübertragung, mit einem
vorgegebenen, optimalen Löschwinkel betrieben wird.
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Es sind zwei grundsätzliche Wege zur Verbesserung der Wechselrichterstabilität
bekannt, nämlich eine Löschwinkelsteuerung und eine Löschwinkelregelung. -Bei der
Löschwinkelsteuerung läßt man die Netzspannung bzw. Kommutierungsspannung und den
Übertragungsgleichstrom unmittelbar auf die Gittersteuerung des Stromrichters einwirken,
um den Löschwinkel auf dem gewünschten Wert zu halten. Diese Löschwinkelsteuerung
hat den Vorteil, daß sie praktisch verzögerungsfrei bei Spannungs- und Stromänderungen
eingreifen kann. Außerdem ist es möglich, die Löschwinkelsteuerung für jeden Ventilzweig
des Stromrichters getrennt vorzunehmen, so daß auch unsymmetrische Netzspannungen
erfaßt werden können. Die Löschwinkelsteuerung hat aber folgende Nachteile: 1. Es
besteht keine laufende Kontrolle für das tatsächliche Einhalten de's gewünschten
optionalen Löschwinkels.
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2. Zur Einsteuerung auf einen optimalen Löschwinkel ruß eine Spannungs-
und Stromaufschaltung nach einer angenommenen funktionalen Beziehung erfolgen. Die
hierfür erforderlichen Funktionsgeber (Rechengeräte) sind bei höheren Genauigkeitsanforderungen
mit einem entsprechenden Aufwand verbunden. Bei Vereinfachungen dieser Einrichtungen
ergeben sich insbesondere bei einem größeren Steuerbereich des Stromrichters Abweichungen
des Löschwinkels von dem Optirnum_ Bei der Löschwinkelregelung wird laufend der
Istwert des Löschwinkels mit .dem zugehörigen Sollwert verglichen. Die sich ergebende.
Differenz bewirkt in dem gewünschten Sinn eine Verstellung der Gittersteuerung des
Stromrichters. Damit werden auch die Steuergrößen »Netzspannung bzw. Kommutierungsspannurig«
und »Übertragungsgleichstrom« erfaßt und ausgeregelt. Der Istwert des Löschwinkels
kann beispielsweise durch einen Spannungsblock wiedergegeben werden, dessen vordere
Flanke durch den Nulldurchgang des verlöschenden Ventilstromes und dessen rückwärtige
Flanke durch den folgenden Phasenschnittpunkt bestimmt ist. Der Vorteil der Löschwinkvl,regelung
gegenüber der Löschwinkedsteuerung besteht darin, daß die Größe (der Istwert) des
Löschwinkels laufend überwacht und auf einen durch den Sollwert vorgegebenen optimalen
Wert geregelt wird. Es ergibt sich jedoch gegenüber der Löschwiukelsteuerung folgender
Nachteil: Bei der Messung des Löschwinkels fällt beispielsweise für einen Stromrichter
in DrehstrombrÜckenschaltung der Meßwert nur sechsmal in einer Netzperiode
an.
I3ierdurch sind gewisse Trägheiten und Totzeiten gegeben, die die dynamischen Eigenschaften
der Löschwinkelregelung verschlechtern. Vor allem die schnellen Neizspannungsänderungen
können durch eine Löschwinkelregelung schwerlich sofort erfaßt werden, insbesondere
wenn es sich um unsymmetrische Netzspannungsänderungen handelt. Die Stabilität des
Wechselrichters kann demgemäß nicht in allen Fällen aufrechterhalten werden. Dies
ist nur bis zu bestimmten Spannungsabsenkungen möglich und außerdem vom Zeitpunkt
des Spannungseinbruches abhängig.
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Unter weitgehender Einhaltung eines optimalen, d. h. möglichst kleinen
noch zugelassenen Löschwinkels, beispielsweise 15° elektrisch, sollen die geschilderten
Nachteile gemindert werden.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beeinflussung des Löschwinkels
eines Wechselrichters mit Hilfe einer Löschwinkelregeleinnichtung, die einen Löschwinkelsollwert
und einen von einem Löschwinkelmeßglied erfaßten Löschwinkelistwert enthält. Die
Erfindung ,ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einer solchen Einrichtung eine Löschwinkelsteuereinrichtung,
mit welcher von Kommutierungsspannung und Übertragungsgleichstrom in ihrer Phasenlage
abhängige Zündungsimpulse des Wechselrichters erzeugbär sind, für das Einstellen
eines Löschwinkels, der nahe dem kleinsten zugelassenen Löschwinkel liegt, vorgesehen
.ist, daß den auf den Eingang der Löschwinkelsteuereimichtung einwirkenden Meßgrößere
der Kommutierungsspannung und des Übertragungsgleichstromes die Ausgangsgröße der
Löschwinkelregeleinrichtung, deren Löschwinkelsollwert auf den kleinsten zugelassenen
Löschwinkel eingestellt ist, überlagert ist und daß die Löschwinkelsteuereinrichtung
und die Löschwinkelregeleinrichtung bezüglich ihres Zeitverhaltens derart bemessen
sind, daß die Löschwinkelsteuereinrichtung bei Änderung der Kommutierungsspannung
und/oder des Übertragungsgleichstromes schneller wirksam ist als die über die Löschwinkelregeleinrichtung
erfoI-gende Verstellung des Zündwinkels, und die Löschwinkelregeleinrichtung gegenüber
der Löschwinkelsteuereinrichtung für ein genaueres Einhalten des angestrebten Löschwinkels
bemessen ist.
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Die dynamisch hochwertige Löschwinkelsteuerung hat hierbei die Aufgabe,
schnelle Änderungen der Betriebsgrößen zu erfassen und den Steuerwinkel des Wechselrichters
momentan zu verstellen. Für die Löschwinkelsteuerung kann auf eine genaue Einhaltung
des angestrebten Löschwinkels (entsprechend dem Löschwinkelsollwert) verzichtet
und. insbesondere eine gewisse Überschreitung desselben zugelassen werden. Ein vergrößerter
Löschwinkel verschlechtert nämlich lediglich den Leistungsfaktor, nicht aber die
Wechselrichterstabilität. Damit ergibt sich auch eine wesentliche Vereinfachung
der Löschwinkelsteuerung. Die genannte Toleranz des Lösch= winkels wird zulässig,
weil die Löschwinkelregelung die Gittersteuerung des Stromrichters (des Wechselrichters)
in dem Sinne nachstellt, daß die Abweichung des Löschwinkelistwertes vomLöschwinkelsollwert
korrigiert wird. Die Löschwinkelregelung hat also einmal die Aufgabe, bei dynamischen
Vorgängen die Genauigkeit des von der Löschwinkelsteuerung eingestellten Löschwinkels
zu verbessern. Weiterhin soll die Löschwinkelregelung auch im stationären Betrieb
die Einhaltung des optimalen Löschwinkels ermöglichen, der bei geringstem Blindleistungsbedarf
noch eine ausreichende Wechselrichterstabilität gewährleistet.
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Die neue Einrichtung hat bei unsymmetrischen Netzspannungsabsenkungen
einen weiteren Vorteil. Ohne die Löschwinkelsteuerung würden die Löschwinkel für
die einzelnen Ventilzweige voneinander abweichen. Dadurch würde ein für alle Ventilzweige
gemeinsamer Löschwinkelistwert mit einer entsprechenden Welligkeit behaftet sein,
der die Löschwinkelregelung erschwert. Wenn man die Löschwinkelsteuerung für jede
Netzphase getrennt vorsieht, dann verschwindet auch die Welligkeit des gemeinsamen
Löschwinkelistwertes weitgehend.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die Figuren.
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F i g. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispieles der
Erfindung; F i g. 2 und 3 dienen der Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung.
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In F i g. 1 ist ein einanodiges Stromrichtventil (ein Ventilzweig)
1 gezeigt, das Zündimpulse von einer Gittersteuereinrichtung 2 erhält. Letztere
besteht aus einer Endstufe 3 und einer Steuerstufe 4, die als Löschwinkelsteuereinrichtung
dient. In der Endstufe 3 werden die Leistung und die Form der dem Stromrichtventil
1 zugeleiteten Zündimpulse bestimmt. In der Steuerstufe 4 wird die Phasenlage der
Zündimpulse festgelegt, wobei auf die dem Stromrichtventil 1 zugeordnete Netzwechselspannung
u (Phase II in F i g. 2) Bezug genommen ist. Auf Eingänge der Steuerstufe, d. h.
der Löschwinkelsteuereinrichtung 4, wirken Meßglieder 5 und 6 ein. Das Meßglied
5 liefert eine der Kommutierungsspannung proportionale Spannung uK. Letztere wird
durch die verkettete Spannung mit der vorher stromführenden Phase (Spannung zwischen
den Phasen I und II in F i g. 2) gebildet. Das Meßglied 6 liefert eine dem Übertragungsgleichstrom
J proportionale Spannung uj. Mit den beiden von den Meßgliedern 5 und 6 gelieferten
Spannungen wird über die Löschwinkelsteuereinrichtung 4 zunächst ein Löschwinkel
y angesteuert. Soweit ist. der Gegenstand der F i g. 1 bereits bekannt.
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Zusätzlich ist eine an sich bekannte, für alle Ventilzweige des Stromrichters
gemeinsame Löschwinkelregeleinrichtung 7 vorgesehen, die auf die Löschwinkelsteuereinrichtung
4 einwirkt. Der Eingangskreis der Einrichtung 7 enthält einen Sollwertgeber 8 und
ein den Löschwinkelistwert lieferndes Löschwinkelmeßglied 9.
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Die F i g. 2 und 3 zeigen Spannungen u über der Zeit t. In F i g.
2 sind die drei Phasenspannungen des dem als Wechselrichter arbeitenden Stromrichter
zugeordneten Drehstromsystems I, II und HI dargestellt. Im Zeitpunkt t1 soll die
Kommutierung von der Phase I auf die Phase II eingeleitet werden. Hierzu erhält
das S_tromrichtventil 1 im Zeitpunkt t1 einen Zündimpuls. Der Zeitpunkt t1 liegt
von dem folgenden Phasenschnittpunkt (Zeitpunkt t3) um den Steuerwinkel ß entfernt.
Im Zeitpunkt t2 ist die durch die Induktivitäten des Kommutierungskreises bedingte
Kommutierungszeit (t2 -t,) beendet. Der hieran bis zum folgenden Phasenschnittpunkt
(Zeitpunkt t3) anschließende Winkel y wird als Löschwinkel bezeichnet.
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In der. Löschwinkelsteuereinrichtung 4 wird der aus der Kommutierungsspannung
(verketteten Spannung
zwischen den Phasen I und 1I) resultierenden
Spannung u« eine Phasenvoreilung um den kleinsten noch zugelassenen Löschwinkel
yo erteilt, was zur Wechselspannung uv führt. Die Wechselspannung uv und die vom
Strommeßglied 6 gelieferte Spannung uj werden in der Löschwinkelsteuereinrichtung
4 nach Art einer Horizontalsteuerung, die häufig als G.-W.-Müller-Steuerung bezeichnet
wird, überlagert. Im Zeitpunkt t1 schneiden sich die beiden Spannungen, wodurch
der Zündimpuls ausgelöst wird.
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Um den erstrebten minimalen Löschwinkel yo zu erreichen, wird der
Spannung uj eine in F i g. 3 nicht dargestellte Gleichspannung überlagert, die von
der Löschwinkelregeleinrichtung 7 geliefert wird. Nunmehr bestimmt die resultierende
Gleichspannung den Schnittpunkt mit der Wechselspannung uv und damit den Zündzeitpunkt
des Stromrichtventils 1.
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Abschließend kann gesagt werden, daß durch die Kombination der Löschwinkelsteuerung
und der Löschwinkelregelung die Vorteile beider Verfahren miteinander vereinigt
und ihre Nachteile ausgeschaltet worden sind. Somit ergeben sich für einen Wechselrichter
bei dynamischen Vorgängen und im stationären Betrieb optimale Verhältnisse.