DE19603116C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation der Blindleistung in Wechselstromnetzen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation von Blindleistung in Wechselstromnetzen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art sowie auf eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist aus der Veröffentlichung "Micro­ processor based capacitor bank control and protection system", N. D. Sadanandan et al., IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 4, Nr. 1, Januar 1989 bekannt. Bei diesem Verfahren werden die Spannungen und Ströme in dem Wechselspannungsnetz kontinu­ ierlich überwacht und ausgewertet, um die Wirk- und Blind­ leistung sowie den Leistungsfaktor zu ermitteln. Die Meßwerte werden in einem Mikroprozessor zusammen mit weiteren Eingabe- und Sollwertsignalen verarbeitet und gegebenenfalls gespeichert. Der Mikroprozessor steuert eine Schnittstelle zur Betätigung von Relais, die einzelne Kompensationskondensatoren in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Auswertung zu- bzw. abschalten. Weiterhin wird eine Impedanzmessung der einzelnen Kondensatoren durchge­ führt, um den Ausfall von Kondensatoren erkennen zu können.

Aus der Zeitschrift "Elektrische Energietechnik", April/Mai 1992, Seiten 48, 49, ist ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Kompensation der Blindleistung in Wechselstromnetzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 6 bekannt, bei dem bzw. bei der ein gewünschter Leistungsfaktor, die Wand­ lerverhältnisse und die Leistungswerte der angeschlossenen Grup­ pen von Kondensatoren einprogrammiert werden. Eine Selbstadap­ tierung der Regelvorrichtung wurde hierbei als nicht geeignet angesehen, weil während der Adaptionsphase durch unkontrollier­ tes Schalten von Verbrauchern die Meßergebnisse beeinflußt würden und dadurch ein falsches Regelverhalten entstehen könnte. Fest programmierte Leistungswerte der Kondensatoren sind jedoch nachteilig, da sich die Leistungswerte im laufenden Betrieb vorübergehend oder dauerhaft ändern können und beim Austausch oder der Hinzufügung oder der Entfernung von Kondensatoren eine erneute Programmierung erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. die eine schnelle Kompensation bei geringer Schalthäufigkeit ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 bzw. 6 angege­ benen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ergibt sich eine schnelle Kompensation bei gleichzeitig verringerter Schalthäufigkeit, da anhand der gespeicherten Werte für die Regelabweichungssignale die jeweils zu- bzw. abzuschaltenden Kondensatoren vorherbestimmbar sind und nicht jeweils neu in einem Suchlauf ermittelt werden müssen. Dadurch, daß die bei jedem Zuschalten eines Kondensators auf­ tretenden Regelabweichungssignale bestimmt und gespeichert werden und aus den zumindest drei zuletzt gespeicherten Regelabweichungs­ signalen ein Mittelwert gewonnen wird, der zur Bestimmung des oder derjenigen Kondensatoren verwendet wird, die zu- bzw. abgeschaltet werden müssen, ist selbst bei einem unkontrollier­ ten Schalten von Verbrauchern oder anderen Störungen eine zu­ verlässige automatische Anpassung des Verfahrens bzw. der Vor­ richtung möglich, und sich im laufenden Betrieb ergebende Ände­ rungen der Leistungswerte der Kondensatoren werden automatisch berücksichtigt, wobei es nicht erforderlich ist, irgendwelche Parameter vor der Inbetriebnahme der Vorrichtung einzuprogram­ mieren.

Bei Ausfall eines Kondensators wird dessen gespeichertes Regel­ abweichungssignal zu Null, so daß dieser Kondensator bei nach­ folgenden Regelvorgängen übersprungen wird. Bei einem Rücksetzen der Regelschaltung oder bei in vorgegebenen Zeitabständen erfol­ genden erneuten Bestimmungen der Regelabweichungssignale wird nach Beseitigung des Fehlers das Regelabweichungssignal für die­ sen Kondensator wieder ermittelt und abgespeichert, so daß er wieder verfügbar ist.

Durch kontinuierliche Abspeicherung der Regelabweichungssignale eines Kondensators bei jedem Zuschalten werden Änderungen seiner Kapazität mit der Zeit und anderen Einflüssen automatisch berücksichtigt.

Die erste Ermittlung der Kondensator-Wertigkeiten bzw. der Regelabweichungssignale nach Inbetriebnahme der Vorrichtung kann im laufenden alltäglichen Regelungs-Prozeß erfolgen, so daß keine gesonderten probeweisen Zu- oder Abschaltvorgänge erforderlich sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer Ausführungs­ form der Vorrichtung zur Durchführung des Verfah­ rens,

Fig. 2 einen ersten Abschnitt eines schematischen Flußdiagrammes zur Erläuterung des Verfahrens,

Fig. 3 einen zweiten Abschnitt des schematischen Flußdiagrammes zur Erläuterung des Verfahrens,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Regelvor­ ganges.

In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schaltbild einer Ausfüh­ rungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt das einen nicht näher dargestell­ ten Netzabschnitt und eine Regelschaltung umfaßt, die allgemein mit B bezeichnet ist.

Der Netzabschnitt weist in üblicher Weise Span­ nungs- und Stromtransformatoren auf, die mit dem zu kompensierenden Netz verbunden sind und ein Span­ nungssignal U1 bzw. ein Stromsignal 1 an die Regel­ schaltung B liefern. Der Spannungstransformator liefen zusätzlich die zum Betrieb der Regelschaltung B erfor­ derlichen Betriebsspannung Vcc und eine Bezugsspan­ nung N.

Zur Kompensation des Netzes sind nicht gezeigte Kondensatoren vorgesehen, die über ebenfalls nicht ge­ zeigte Relais oder andere Schalteinrichungen an- bzw. abschaltbar sind. Diese Schalteinrichtungen werden von den Ausgängen von Schnittstellenschaltungen IC7, IC8 angesteuert, die ihrerseits von einem Mikroprozessor IC6 angesteuert werden. Die Ansteuerung der Schalt­ einrichtungen erfolgt über Leuchtdioden L1 bis L14 an den Anschlüssen RL1 bis RL14. Bei der dargestellten Ausführungsform können entsprechend maximal 14 Kondensatoren geschaltet werden.

Das Spannungssignal U1 des Spannungstransforma­ tors wird einer Auswerteschaltung mit der integrierten Schaltung IC1 zugeführt, die ihrerseits Spannungs-Meß­ signale an den Mikroprozessor IC6 an liefert, und zwar ein Vollwellensignal an eine Klemme 57, ein Triggersi­ gnal mit der Frequenz des Wechselstromnetzes an die Klemme 18 und ein die reelle positive Spannungshalb­ welle darstellendes Signal an die Klemme 3.

Das Stromsignal 1 des Stromtransformators wird der Klemme 4 des Mikroprozessors IC6 zugeführt.

Der Mikroprozessor IC6 liefert seinerseits Steuersi­ gnale an die Schnittstellenschaltungen IC7 und IC8 zur Ansteuerung der Relais an den Anschlüssen RL1 bis RL14 sowie an eine Anzeigevorrichtung mit Anzeige­ elementen A1 bis A4.

Ein Codierschalter CS dient zur Lieferung von Funk­ tionssteuersignalen an den Mikroprozessor IC6, wobei eine Änderung der jeweiligen Funktionen über Tast­ schalter TA1 und TA2 möglich ist.

Mit dem Mikroprozessor IC6 ist weiterhin ein nicht­ flüchtiger Speicher verbunden.

Die Betriebsweise der Schaltung nach Fig. 1 sowie, der Befehlsablauf des Mikroprozessors werden nach­ folgend anhand der Fig. 2 bis 4 noch näher erläutert.

In Fig. 2 ist ein erster Abschnitt eines Ablaufdia­ gramms zur Erläuterung der Betriebsweise der Meß- und Auswerteschaltungen der Schaltung nach Fig. 1 dargestellt.

Ausgehend von einem mit START bezeichneten Block 104 erfolgt im Block 105 ein Zurücksetzen der gesamten Regelschaltung. Dieses Zurücksetzen erfolgt ebenfalls, wenn in Blöcken 106 bzw. 107 über vorgege­ bene Zeiten ein Spannungs- bzw. Stromausfall festge­ stellt wird.

Mit Hilfe der bereits erwähnten Spannungs- bzw. Stromtransformatoren TR1 und TR2, Auswerteschal­ tungen 100, 101 und A/D-Wandlern 102, 103 werden Spannungs- bzw. Stromsignale an die Blöcke 106, 112 und 107 geliefert.

Über den Block 108 kann in einer Eingabefunktion ein Sollwert des Leistungsfaktors in einen Block 110 eingegeben werden, wobei dieses Sollsignal in einem Block 111 mit einem Ist-Signal verglichen wird und zur Erzeugung eines Fehlersignals dq dient.

Blöcke 112 bis 116 dienen zur Lieferung einer Anzei­ ge des Ist-Leistungsfaktors.

Das Fehlersignal dq an dem mit B bezeichneten Aus­ gang des Blockes 111 wird dem ebenfalls mit B bezeich­ neten Eingang eines Blockes 117 des zweiten Abschnit­ tes des Flußdiagramms gemäß Fig. 3 zugeführt.

Das Fehlersignal dq wird in diesem zweiten Abschnitt einer C/k-Findungsroutine mit dem Block 117 zuge­ führt, der eine Ruheschleife mit dem Block 118 ausführt, solange dieses Fehlersignal dq kleiner als ein Mindest- Schwellenwert ΔQ ist. Sobald das Fehlersignal dq grö­ ßer als dieser Mindest-Schwellenwert ΔQ wird, werden Blöcke 125 zur Messung der Regelabweichung aktiviert, jedoch noch nicht gestartet. Weiterhin wird dann das Fehlersignal dq einem Block 119 zugeführt, in dem festgestellt wird, ob dq größer als der Absolutwert von 2ΔQ ist. Wenn dies nicht der Fall ist so wird eine Relais-Routine im Block 125 für das Zu- bzw. Abschal­ ten von Kondensatoren gestartet. Anderenfalls erfolgt im Block 120 eine Prüfung auf Lastumkehr. Falls diese Prüfung positiv verläuft wird im Block 122 eine über den Block 121 einstellbare Umkehrverzögerung gestar­ tet. In jedem Fall wird im Block 123 eine weitere, im Block 122 einstellbare Verzögerung gestartet.

Wenn dq größer als ΔQ ist, so wird weiterhin ausge­ hend von dem Block 118 weiterhin im Block 141 geprüft, ob die in einem nichtflüchtigen Speicher (EEPROM) 140 gespeicherte Regelabweichung q_n für einen vorgegebe­ nen Kondensator die Bedingung 1,4 dq < q_n < 0,7 dq erfüllt. Wenn dies nicht der Fall ist, so wird im Block 142 überprüft, ob q_n < 1,4 dq ist. Wenn dies der Fall ist, so erfolgt ein Rücksprung zur C/k-Findung 117. Anderen­ falls sind alle abgespeicherten q_n-Werte kleiner als 0,7 dq. Daher muß eine Regelabweichung q_max aufgerufen werden. Im Block 143 wird überprüft ob der der maxi­ malen Regelabweichung q_max entsprechende Konden­ satorblock aktiviert ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird über den Block 144 und die Relais-Routine 125 der Kon­ densator entsprechend diese maximalen Regelabwei­ chung aufgerufen.

Wenn die Bedingung des Blockes 141 erfüllt ist, wird im Block 145 festgestellt, welcher Kondensator diese Bedingung erfüllt. Der Block erhält zu diesem Zweck Informationen von dem Speicher 140. Im Block 146 wird überprüft, ob der dieser Regelabweichung entsprechen­ de Kondensator bereits aktiviert ist. Wenn dies nicht der Fall ist, erfolgt über den Block 147 und die Relais-Routi­ ne 125 der Aufruf dieses Kondensators. Anderenfalls erfolgt über einen Block 148 eine Überprüfung des nächsten Kondensators solange, bis ein nicht aktivierter Kondensator aufgefunden wurde.

Vor und nach dem Schalten eines Kondensators er­ folgt eine Messung des Fehlersignals in den Blöcken 129 und 130, und das Ergebnis dieser Messung wird vor­ übergehend in den Blöcken 131 und 132 gespeichert, wobei im Block 133 die Differenz dieser beiden Werte bestimmt und als Regelabweichung q_n für diesen Kon­ densator im Speicher 140 gespeichert wird. Auf diese Weise wird der sich für einen vorgegebenen Kondensa­ tor ergebende Wert der Regelabweichung bei jedem Schalten dieses Kondensators aktualisiert. Zu diesem Zweck wird die im Block 133 ermittelte Regelabwei­ chung q_n für den Kondensator "n" (n = 1 bis 14 im Beispiel der Fig. 1) im Block 150 diesem Kondensator zugeordnet und der Relais-Routine 125 zugeführt.

Weiterhin wird diese Regelabweichung q_n in einem Block 152 mit einem über einen Block 151 eingegebenen Minimalwert ΔQ_c verglichen. Sofern q_n nicht größer als dieser Minimalwert ist, ist davon auszugehen, daß der gerade zugeschaltete Kondensator unwirksam oder de­ fekt ist, und es wird ein Zählerblock 155 angesteuert der zwei weitere Probeschaltungen dieses Kondensators veranlaßt. Bleibt die durch diesen Kondensator hervor­ gerufene Regelabweichung q_n kleiner als der Minimal­ wert ΔQ_c, so wird eine Unwirksamkeit dieses Konden­ sators festgestellt Block 155 liefen über den Block 128 ein Signal an die Relais-Routine, damit die Auswahl die­ ses Kondensators in Zukunft unterdrückt wird.

Über einen Block 149 kann periodisch, beispielsweise alle 7 Tage nochmals überprüft werden, ob ein als un­ wirksam festgestellter Kondensator wieder wirksam ist z. B. nach einer Reparatur, einem Sicherungswechsel oder einem Ersatz. Falls die Wirksamkeit dann wieder festgestellt wird, erfolgt ein Rücksetzen des Zählerbloc­ kes 155 für diesen Kondensator. Seine neu gefundene Wertigkeit bzw. Regelabweichung q_n wird wie folgt weitergegeben:

Ist q_n größer als ΔQ_c ist so liefen der Block 152 ein Rücksetzsignal an den Zählerblock 155 sowie ein Spei­ chersignal an einen Block 153, in dem beispielsweise die drei letzten Werte von q_n für die jeweiligen Kondensa­ toren gespeichert werden. Der Mittelwert dieser drei (oder einer anderen Anzahl von) Werten von q_n eines Kondensators wird dann in dem Block 154 gebildet und in dem Speicher 140 gespeichert.

Dieser Regelvorgang wird laufend wiederholt, sobald die Bedingung des Blockes 118 erfüllt ist.

Die Relais-Routine 125 kann mit Anzeigeblöcken 126 und 127 für die Anzahl der verfügbaren Kondensator- Stufen bzw. der Anzahl der blockierten Stufen verbun­ den sein.

Fig. 4 zeigt schematisch diesen Regelvorgang. Bei Vorliegen eines Fehlersignals d_q werden diejenigen Kondensatoren aufgerufen, für die die Regelabweichun­ gen q_n, q_n+1 und q_n+2 gespeichert sind, die in ihrer Summe dem Fehlersignal entsprechen, so daß dieses aufgehoben oder unter den Schwellenwert ΔQ gebracht wird.

Claims (8)

1. Verfahren zur Kompensation der Blindleistung in Wechsel­ stromnetzen, bei dem mit einer Regelschaltung, die eine Meßschaltung zur Messung der Blindleistung, eine Auswerteschaltung zum Vergleich der Istwerte der Blindleistung mit Sollwerten und eine Schalt­ einrichtung umfaßt, Kondensatoren an das Wechselstromnetz mit der Schalteinrichtung in Abhängigkeit von einem Fehlersignal zu- oder abgeschaltet werden, das eine Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Istwerten und den Sollwerten der Blindleistung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeweiliges Regelabweichungssignal (q_n), das die Änderung des Fehlersignals (dq) in Abhängigkeit von dem Zuschalten eines jeweiligen Kondensators der Anzahl der Kon­ densatoren darstellt, bei jedem Zuschalten dieses Kondensators bestimmt und zumindest die drei zuletzt bestimmten Regelab­ weichungssignale in diesem Kondensator zugeordneten Speicher­ plätzen gespeichert werden, und daß beim nachfolgenden Auftreten eines Fehlersignals (dq) der oder die Kondensatoren, dessen oder deren Mittelwert(e) der in den Speicherplätzen gespeicherten Regelab­ weichungssignale (q_n) das Fehlersignal (dq) im wesentlichen zu Null macht, selektiv zugeschaltet oder abgeschaltet wird (werden).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erstmalige Ermittlung der Regelabweichungssignale (q_n) ausschließlich im alltäglichen Regelungs-Prozeß ausgeführt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal mit einem vorgeb­ baren Schwellenwert verglichen wird und ein Regelvorgang nur dann erfolgt, wenn der Absolutwert des Fehlersignals größer als der Schwellenwert ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zu- bzw. Abschalten der Konden­ satoren jeweils nach einer vorgebbaren Zeitverzögerung erfolgt, und daß bei Schaltrichtungswechsel (Zu- bzw. Ab-) eine zusätz­ liche Verzögerung eingebbar ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltzustand und/oder die Schalthäufigkeit der jeweiligen Kondensatoren gespeichert und ausgewertet werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (B) Speicherein­ richtungen zur Speicherung des bei jedem Zuschalten eines Kondensators auftretenden Regelabweichungssignals (q_n), Mittelwert-Berechnungsschaltungen zur Berechnung des Mittel­ wertes zumindest der letzten drei für einen bestimmten Konden­ sator gespeicherten Regelabweichungssignale und Rechnereinrich­ tungen (IC6) zur Berechnung der Summe derjenigen Mittelwerte der Regelabweichungssignale aufweist, die ein derzeit vorliegen­ des Fehlersignal (dq) im wesentlichen zu Null macht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung Meßeinrichtungen zur Messung und Speicherung des Fehlersignals (dq) vor und nach dem Schalten eines Kondensators und Subtrahiereinrichtungen zur Bildung der Differenz dieser Signale vorgesehen sind, und daß die jeweilige Differenz als Regelabweichungssignal dieses Kon­ densators in den Speichereinrichtungen gespeichert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Vergleichereinrichtungen zum Vergleich des durch einen vorgegebenen Kondensator hervorge­ rufenen Regelabweichungssignals mit einem Minimalwert und zum Blockieren der Auswahl dieses Kondensators vorgesehen sind, wenn dieses Regelabweichungssignal bei mehreren Zuschaltvorgängen kleiner als der Minimalwert ist.