DE1763018C3

DE1763018C3 - Verfahren zur verzögerungsfreien Regelung der Blindleistung in elektrischen Netzen

Info

Publication number: DE1763018C3
Application number: DE1763018A
Authority: DE
Inventors: Floris Prof. Dr.-Ing. 1000 Berlin Koppelmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1968-03-23
Filing date: 1968-03-23
Publication date: 1985-06-27
Also published as: US3551799A; DE1763018B2; DE1763018A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verzögenmgsfreien Regelung der Blindleistung in elektrischen Netzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Ein solches Verfahren zur verzögerungsfreien Regelung der Blindleistung in elektrischen Netzen ist aus der CH-PS 4 31 705 bekannt

Dort werden statische Kondensatoren als Blindwiderstände über eine antiparallele Schaltung von steuerbaren Ventilen an das Netz geschaltet. Durch Steuerung der Öffnungsdauer der steuerbaren Ventile abhängig vom Betriebszustand des Netzes und von der erforderlichen Blindleistung wird die an das Netz abgegebene Blindleistung entsprechend dem bestehenden Bedarf eingestellt und damit die Wirtschaftlichkeit und das Betriebsverhalten der Gesamtanlage verbessert. Als problematisch erweist sich bei diesem bekannten Verfahren das Nachladen der Kondensatoren mit der Bestimmung des Nachladezeitpunktes und der Nachladedauer sowie die Festlegung des Zeitpunktes, in dem die Kondensatoren auf das Netz geschaltet werden, ohne daß es zu Schaltkurzschlüssen kommt Dabei muß eine erhebliche Totzeit in Kauf genommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren zur verzögerungsfreien Regelung der Blindleistung in elektrischen Netzen, die durch Verbraucher ir.it zeitlich stark schwankenden unregelmäßigen Wirk- und Blindströmen verursachten Spannungsschwankungen im Versorgungsnetz herabzusetzen und die Schwankungen der Netzspannung im wesentlichen aufzuheben.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird der Blindstrom des Verbrauchers nicht durch einen Blindstrom in entgegengesetzter Phasenlage kompensiert, sondern auf einem zeitlich angenähert konstanten Wert gehalten. Damit werden die Spannungsschwankungen im Versorgungsnetz herabgesetzt bzw. aufgehoben, so daß sie in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in einfacher Weise durch eine parallel geschaltete Kondensatorbatterie ganz oder teilweise kompensiert werden können, wobei diese Batterie nicht schnei! veränderlich zu sein braucht, da die schnell veränderlichen Blindströme des Verbrauchers durch die elektronisch geschalteten Induktivitäten schnell kompensiert werden. Das erfindungsgemäße Verfaiiren hat den weiteren Vorteil, daß es weitgehend kurzschlußfest ist, da Induktivitäten im Gegensatz zu Kapazitäten beim Zusammenbruch der Netzspannung keine kurzschlußartigen Ströme abgeben. Die Verwendung von Drosseln nach der Erfindung

ίο austeile von Kompensationskondensatoren hat noch den weiteren Vorteil, daß sich Drosseln bei synchronem, schwingungsarmem Schalten mit einer Totzeit von nur einer Halbwelle regeln lassen, Kondensatoren dagegen nur mit der doppelten Totzeit Dies ist von besonderer

is Bedeutung beim Problem der Beseitigung des Netzflimmerns, da das menschliche Auge bereits sehr kurzzeitige Spannungsabsenkungen bemerkt, wenn sie mit Frequenzen von einigen Hz auftreten. Gegenüber Kondensatoren haben Drosseln noch den weiteren Vorteil, daß sie weniger zu gefährlichen Resonanzschwingungen Anlaß geben als Kondensatoren, vor allem in Verbindung mit Lichtbögen als Schwingungsanregern.

Der Blindstrom des Verbrauchers wird in der Weise auf einem zeitlich angenähert konstanten Wert gehalten, daß vor den induktiven Verbraucher eine veränderliche Induktivität geschaltet wird, die derart geregelt wirr¹, daß der Blindstrom der Reihenschaltung von Verbraucher und veränderlicher Induktivität zeitlich angenähert konstant ist In einer anderen Ausführungsform kann parallel zum Verbraucher eine Induktivität angeordnet und derart geregelt werden, daß ihr Strom den zeitlich schwankenden Verbraucherblindstrom zu einem angenähert konstanten Blindstrom ergänzt

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Ersatzschaltbild eines elektrischen Netzes mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung,

F i g. 2 eine Anordnung zur Parallelkompensation und F i g. 3 eine Anordnung zur Reihenkompensation,
F i g. 4 den zeitlichen Verlauf von Drosselstrom und -spannung sowie
F i g. 5+6 die zu den F i g. 1 — 3 gehörenden Zeigerdiagramme.

F i g. 1 zeigt einen Verbraucher L/R, dessen Widerstand R zeitlich schnell veränderlich sein mag, wie dies bei Lichtbogenöfen der Fall ist Würde dieser Verbraucher an einer festen Spannung i/o arbeiten, so würde

so sein Strom entsprechend dem Kreisdiagramm der F i g. 5 schwanken; beispielsweise zwischen den Werten /οι und /o2. Die dabei auftretende große Schwankung d/e/zm/der Blindstromkomponente würde große, zeitlich schwankende Spannungsabfälle an den Netzreaktanzen L_n und Rn nach F i g. 1 zur Folge haben, die sich beispielsweise als Lichtflimmern bemerkbar machen würden. Man könnte dies dadurch verhindern, daß man die Netzreaktanz La/durch eine Zusatzreaktanz schnell veränderlich macht. Dies würde jedoch das Netz Unicht vom veränderlichen Blindstrom entlasten, so daß seine Spannung durch veränderliche Spannungsabfälle an der Reaktanz Ln schwanken würde. Außerdem müßte die veränderliche Netzreaktanz L^ auch den Strom anderer an der Spannung LO arbeitender Verbraucher P führen,

b5 was ihre Typenleistung erhöhen würde. Schließlich würde bei einem Kurzschluß des Netzes der Spannung Uo an der veränderlichen Netzreaktanz Ln und an den sie verändernden Thyristor eine große Spannung

auftreten.

Von diesen Nachteilen ist das Verfahren nach der Erfindung frei. Es hält den Blindanteil des Stromes I_n angenähert konstant Die Drossel AL führt nur den Strom /. Bei einem Kurzschluß des Netzes der Spannung U₀ wird AL spannungslos. Andererseits verhindert ihre Vorschaltung große Kurzschlußströme des Verbrauchers L/R. Da die Spannung an LJR nicht konstant ist, sondern durch die veränderlich wirkende Drossel AL ein Teil der konstanten Spannung Lk aufgenommen wird, gilt für den Verbraucher L/R nicht mehr das Kreisdiagramm nach F i g. 5. Regelt man die Drossel AL auf konstanten Blindstromanteil des Stromes /, so gilt für den Zusammenhang des jeweiligen Widerstandes R mit dem erforderlichen Induktivitätswort L+AL das Kreisdiagramm nach F i g. 6. Wählt man den Strommaßstab derart, daß der Durchmesser des Impedanzkreises gleichzeitig den Blindstrom leiind = konst darstellt, so lassen sich ζιτ jedem Widerstandswert R\, R₂... nicht nur die erforderlichen Induktivitätswerte L, L+AL... ablesen, sondern auch die Ströme /j, I₂... und die Phasenwinkel φι, φι... Wählt man beim größten vorkommenden Widerstand R\ die Induktivität AL=O, so wird φι=φ_Οι und Z₁ = An-Bei abnehmendem Widerstand R steigt dann der Strom nicht wie nach Fig.5 an, sondern er nimmt ab, beispielsweise auf den Wert I₁. Bei R=O würde man eine Induktivität AL=AL_x benötigen, um den Blindstrom konstant zu halten. Der Kurzschlußstrom I_K würde dann wesentlich kleiner sein als I₀K in Fig.5. In manchen praktischen Fällen wird es jedoch genügen, den Blindstrom zwischen zwei Betriebspunkten 1 und 2 konstant zu halten.

Die Unterdrückung wirkt sich dann durch die Unterdrückung der großen kurzschlußartigen Blindströme vorteilhaft auf die Stromverluste der Zuleitungen, Umspanner usw. aus, außerdem verhindert sie die mit diesen großen Strömen verbundenen elektrodynamischen Kräfte.

In manchen Fällen wird es genügen, den Blindstrom auf etwa 7% konstant zu halten. Man kommt dann entsprechend F i g. 3 mit drei im Verhältnis 1:2:4 gestuften Induktivitäten Lu L₂, L* aus, welche die Induktivitätswerte 1 bis 7 durch entsprechende Zündung zur Sperrung der Thyristoren ermöglichen, so daß nur Vm des Blindstromes unkompensiert bleibt ίο Der in Fig.4 dargestellte zeitliche Verlauf von Drosselstrom und -spannung zeigt, daß die steuerbaren Ventile (Thyristoren) im Scheitelwert der Drosselspannung (Zeitpunkte f_t und f₂) gezündet werden müssen, wenn man Gleichstromglieder in den Drosseln verraeidenwilL

Fig.2 zeigt ein zweites Ausführungr.beispiel der Erfindung. Hier liegt die veränderliche Drossel AL parallel zum Verbraucher und ergänzt seinen veränderlichen Blindstrom in jedem Augenblick auf den vorkommenden Höchstwert I₀₂ in Fig.5, d. h. sie führt Ströme von 0 bis Ahund- Dieser Nachteil verhältnismäßig großer Netzströme, nämlich dauernd /02, wird unter Umständen dadurch aufgehoben, daß die Drossel AL und ihre Thyristoren beim Kurzschluß R=O des Verbrauchers keinerlei Überstrom oder Oberspannung erhalten. Die Teildrosseln L\, L₂ und Iu sind in diesem Fall parallel zu schalten, die Tnyristoren liegen dabei in Reihe mit den Drosseln.

Die Erfindung in der Ausführung nach F i g. 1 ist dann besonders vorteilhaft, wenn es erforderlich ist, gelegentliche kurzschlußartige Belastungen eines Versorgungsnetzes zu verhindern, beispielsweise bei Lichtbogenofen, Schweißmaschinen usw. Aber auch zur Kurzschlußbegrenzung in allgemeinen Netzen bzw. bei Netzkupplungen kann sie verwendet werden, sie bietet dabei die zusätzliche Möglichkeit der Regulierung der Spannung bzw. der Lastverteilung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur verzögerungsfreien Regelung der Blindleistung in elektrischen Netzen, bei dem Blindwiderstände fiber eine antiparallele Schaltung von steuerbaren Ventilen an ein Netz geschaltet werden und die Öffnungsdauer der steuerbaren Ventile abhängig von dem Betriebszustand des Netzes und von der erforderlichen Blindleistung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der dem elektrischen Netz entnommene Blindstrom durch mehrere in Reihe oder parallel zum Verbraucher geschaltete Teilinduktivitäten mittels der antiparallel geschalteten steuerbaren Ventile zu einem angenähert konstanten induktiven Blindstrom trgänzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konstante induktive Blindstrom durch eine parallel zum elektrischen Netz geschaltete Kondensatorbatterie ganz oder teilweise kompensiert wird.