DE2022621A1

DE2022621A1 - Steuervorrichtung fuer statische Wechselrichter

Info

Publication number: DE2022621A1
Application number: DE19702022621
Authority: DE
Inventors: Ainsworth John Desmond
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1969-05-09
Filing date: 1970-05-08
Publication date: 1970-11-19
Also published as: GB1300226A; DE2022621B2; SE361117B; DE2022621C3; JPS515483B1; FR2047485A5; CH539977A; US3644820A

Description

DIPL-ING. CURT WALLACH DIPL-ING. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

3 MÜNCHEN 2, ⁸' ^M&1

UNSERZEicHEN: I² ^9 The English Electric Company Limited, London, England.

Steuervorrichtung für statische Wechselrichter

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung zur Steuerung statischer Wechselrichter und insbesondere eine Steuerschaltung zur Steuerung von Wechselrichtern, die in Hochspannungsgieichstromübertragungssystemen benutzt v/erden *

Gemäß der Erfindung ist die Steuerschaltung air Steuerung eines statischen Wechselrichters in der Weise ausgebildet, daß Steuermittel vorhanden sind, um den Löschwinkel des Viechseirichters auf einen festen vorbestimmten Wert gemäß einem ersten Löschwinkelbefehlssignal zu steuern, wenn der Pegel des Ausgangsstromes des Wechselrichters wenigstens so groß ist trie ein vorbestimmter Pegel,und daß Mittel vorgesehen sind, um diesen Steuermitteln ein zweites Löschwlnkelbefehlssignal zuzuführen, damit die Steuermittel den Löschwinkel vergrößern, wenn der Ausgangsstrompegel kleiner ist als der vorbestimmte Pegel.

Wenn ein Gleichstrom von einem Gleichrichter nach einem Wechselrichter übertragen wird, besteht ein Verfahren der Steuerung der übertragung u.a. darin, den Löschwinkel des Wechselrichters zu steuern oder Insbesondere die Ventile des Wechselrichters auf einen nominell konstanten Winkel. Unter gewissen Betriebsbedingungen hat es sich gezeigt, daß eine Form einer (Instabilität im singeschwungenen Zustand in der Leitung auftreten kann und es 1st daher Aufgabe der Erfindung, dieses Problem zu lösen.

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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Pig. 1 ein schematisehes Schaltbild eines vereinfachten Hochspannungsgleichstrom-Übertragungssystems,

Pig. 2 die normale Gleichspannungs/Gleiohstrom-Charakteristik für den Gleichrichter und den Wechselrichter gemäß PIg.1,
Pig. 5 die Gleichspannungs/Gleichstrom-Charakteristik für den Gleichrichter und den Wechselrichter in dem System, wenn die Charakteristik des Wechselrichters durch den Steuerkreis nach Fig.l abgewandelt wird.

Pig.l zeigt eine Hochspannungsgleichstromverbindung mit einem Gleichrichter 10, der von einer Wechselspannungsquelle 11 über eine Sammelschiene 12 und einen Transformator 14 gespeist wird. Die Spannungsquelle 11 ist eine Weehselspannungsquelle HE,mit der eine Impedanz HZ in Reihe geschaltet ist. Der Ausgang des Gleichrichters 10 wird über eine Glättungsdrossel 15 einer Glaichstromübertragungsleltung 16 zugeführt, v/obei die Impedanz dieser Leitung durch einen Kondensator 17 repräsentiert 1st.

Ein Wechselrichter 19 wird mit Gleichstrom aus der Übertragungsleitung 16 über eine weitere Glättungsdrossel 20 gespeist und der Wechselrichter speist seinerseits eine Wechselstromlast 21, die durch eine Spannungsquelle 21E und eine hiermit in Reihe geschaltete Impedanz 21Z charakterisiert ist. Die Speisung erfolgt dabei über einen Transformator 22 und eine Sammelschiene 23·

Die Zündimpulse werden dem Gleichrichter 10 durch einen Zündimpulsgenerator 24 geliefert» Der Winkel, bei dem dleee Impulse den Gleichrichterventilen aufgeprägt werden, wird in Abhängigkeit von einem Spannungssignal auf der Leitung 25 verändert, das . repräsentativ für die Differenz zwischen .dem gewünschten Gleiehrichterglelohstrom und dem in der übertragungsleitung gemessenen Strom ist. Wenn z.B. der gewünschte Strom größer ist als der

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gemessene Leitungsstrom, wird der Zündwinke-L ρ. _JC,ru.;iv vermindert, bis diese Stromwerte im wesentlichen gleich sind. Dieses Spannungssignal wird durch einen Verstärker 27 erzeugt, dessen Eingang durch ein Fehlersignal gebildet wird, welches von einer Summierungsstufe 28 abgeleitet wird. Die beiden Eingänge, die in dem dargestellten Sinn summiert werden, werden erstens von einem festen Signal I , gebildet, das dem gewünschten Gleichstrom entspricht, der von dem Oleichrichter erzeugt werden soll, und außerdem von einem Signal, das von einem Leitungstransformator 29 abgeleitet wird und den tatsächlichen Leitungsstrom angibt.

Der Wechselrichter 19 wird in gleicher Weise mit Zündimpulsen aus einem Impulsgenerator 31 gespeist. Der Winkel, bei dem die ä Zündimpulse den Ventilen des Wechselrichters 19 zugeführt werden, wird in Abhängigkeit von dem einen oder anderen zweier Signale geändert, die dem Zündimpulsgenerator 31 über zwei Dioden 32 und 33 in der unten beschriebenen Weise zugeführt werden. Diese beiden Signale werden von Verstärkern 3^,35 zugeführt, die mit den Dioden 32 bzw. 33 verbunden sind. Der Verstärker y\ wird mit einem Signal aus einer Summierungsstufe 36 gespeist, der das "erwünschte" Stromsignal I , zugeführt wird und außerdem mir ei nem konstanten Stromeingangssignal dl und einem dein Leitungsstrom am Wechselrichter proportionalen Signal und dies letztere Signal wird von einem Transformator 37, wie dargestellt, geliefert. Diese drei Signale werden in dem dargestellten Sinne summiert, um ein Fehlersignal zu liefern, das den Betrag angibt, \ um welchen sich der Leitungsstrom am Wechselrichter von dem gewünschten Gleichstrom,der vom Gleichrichter erzeugt wird, unterscheidet.

Das Signal dl, das den Verstärker 3^ zugeführt wird, liefert ein Konstantstromsignal, das die Charakteristik des Wechselrichters der Charakteristik des Gleichrichters anpaßt, wie weiter unten beschrieben wird.

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Der Verstärker 35 wird aus einer Sumraierungsstufe 38* welche drei Eingänge besitzt, mit einem Signal gespeist. Der erste Eingang der Summierungsstufe 38 ggftftyt rührt von einer "Löschwinkel"-Steuerstufe 39 her, welche der Leitung 40 ein Signal liefert, das den Winkel anzeigt, unter dem die Ventile des Wechselrichters aufhören zu leiten. (Diese Steuerstufe kann zweckmäßigerweise von der in der britischen Patentschrift 1 171 953 beschriebenen Bauart sein). Der zweite Eingang ist ein Befehlssignal auf der Leitung 41, das einen voreingestellten gewünschten Löschwinkel " % ", z.B. l8°, der Ventile des Wechselrichters darstellt. Der dritte Eingang wird von einem Verstärker 42 abgenommen, der ein modifiziertes FdiJersignal erzeugt, das von der Differenz zwischen den gewünschten Gleichrichtergleichstromsignal I , und dem Leitungsstrom am Wechselrichter abhängig ist, der über den Transformator 37 gemessen wird.

Der Verstärker 35 erzeugt demgemäß ein Steuersignal, das vom Löschwinkel der Ventile des Wechselrichters 19 abhängig ist und der Verstärker 34 erzeugt ein ähnliches Signal, das von den relativen Größen von gewünschten und tatsächlichen Gleichstromleitungsströmen abhängig ist. Je nachdem, welcher dieser beiden Verstärker das negativere Signal erzeugt, jeweils ist der dieses negative Signal erzeugte Verstärker für die Steuerung des Impulsgenerators 31 wirksam, da gemäß der dargestellten Anordnung nur eine der Dioden 32 und 33 leiten kann, wenn die beiden Signale von den Verstärkern 34 und 35 unterschiedliche Spannungspegel zu jeder Zeit besitzen.

Nunmehr wird auf Fig.2 der Zeichnung bezuggenommen. Hierin ist die Normalcharakteristik von Gleichrichter 10 und Wechselrichter 19 gegenüber der Gleichspannung (V^) und dem Gleichstrom (l_L) der übertragungsleitung aufgetragen. Die Kurven ABC und DEFG stellen die Charakteristiken von Gleichrichter bzw. Wechselrichter dar. Der vertikale Abschnitt BC der Kurve ABC entspricht

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der Bedingung, bei der der tatsächliche Leitungsstrom etwa gleich ist dem gewünschten Wert (durch das Signal I* repräsentiert) und der Abschnitt AB folgt der natürlichen Charakteristik des Gleichrichters bei einem Zündwinkel " ⁰^ "gleich" Null über einen Bereich, wo der Gleichrichtergleichstrom geringer ist alsxder erwünschte Leitungsgleichstrom. Wenn der Strom der übertragungsleitung kleiner ist als der gewünschte Strom des Gleichrichters, sucht der Verstärker 27 in den Sättigungszustand tiberzugehen,und die Begrenzungswirkung des Wechselrichtersystemsiiird wirksam, wenn der ZUndwinkel gleich Null ist.

Der Vertikalabschnitt DE der Wechselrichtercharakteristik ent- I spricht in gleicher Weise der Bedingung, bei der der gewünschte Wechselrichterstrom gleich dem erwünschten Leitungsstrom I , weniger dl gleich dem tatsächlichenWechselrichterstrom ist, wobei der Verstärker j54 den Impulsgenerator Jl steuert. Wenn der Leitungsstrom größer ist als der gewünschte Strom, wird der Verstärker 35 wirksam und die Charakteristik des Wechselrichters folgt der Linie EPG für einen Nennlöschwinkel von z.B.

18°. ,χ, ; . ■ /' ν -■■■■.■ .■■.■ ;.

Die Länge der vertikalen Abschnitte der beiden K_urven BC und DE hängen von den jeweiligen Wechselstromsystemspannungen am Eingang und Ausgang der Verbindung ab. Wenn z.B. die Glelchrichterwech- | selspeisespannung abfällt, dann wird die Länge von BC geringer und die Linie AB fällt graduell über die beiden strichliert dargestellten Stellungen A₁B₁ und AgB₂, wenn die Gleichrichter<wechselspannung vr von dem Nennwert vro über vrl nach vr2 abfällt.

Die Neigung der Abschnitte AB und EG hängt im großen Maße von den jeweiligen Wechselstromsystemimpedanzen HZ und 21Z ab. Die strichlierte Linie EE^P^Gj inPig.2 zeigt z.B. die Wirkung der sich von dem Ursprungswert gemäß Fig.1 erhöhenden Impedanz 21Z. .

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Wenn die Gleichrichterwechselspannung bei vro liegt, ist nur ein Überkreuzungspunkt zwischen den beiden Charakteristiken bei P vorhanden und das System arbeitet unter einer stabilen Bedingung. Wenn jedoch die Gleichrichterwechselspannung z.B. auf den Wert vrl abgefallen ist, sind nunmehr drei Überkreuzungspunkte zwischen den beiden Charakteristiken bei L,M und P₁ vorhanden. Eine Betrachtung des Systems lehrt, daß, obgleich es nicht in der Stellung M arbeitsfähig wäre, dennoch zwei quasistabile Zustände verbleiben, in denen das System arbeiten kann, nämlich L und P,. Vorausgesetzt, daß man sich den Stellungen vorsichtig genähert hat, ist es möglich, daß System entweder an dem einen oder an dem anderen dieser Punkte zu betreiben, aber jede darauffolgende Störung, z.B. ein augenblicklicher Kommutationsverlust, bewirkt, daß das System kontinuierlich zwischen L und P, mit einer Geschwindigkeit hin- und herspringt, die von der Zeitkonstanten der Leitung abhängt.

Diese unerwünschte Wirkung wird durch die Arbeitsweise des Verstärkers 42 ausgeschaltet. Dieser wird mit einem Signal gespeist, das der Differenz zwischen dem gewünschten Gleichrichtergleichstrom I_Ql und dem tatsächlichen Leitungsgleichstrom IL proportional ist und zwar erfolgt die Speisung von einer Summierungsstufe 43 her. Der Verstärker hat eine voreingestellte Verstärkung und der Ausgang wird einem "Löschwinkel¹¹-Steuerverstärker 35 in der Weise zugeführt, daß das Befehlslöschwinkelsignal " ^ " sich zu erhöhen sucht, wenn der Leitungs- " strom unter den gewünschten Wert abfällt. Außerdem ist der Verstärker 42 mit Sättigungsbegrenzung derart versehen, daß seine Ausgangsspannung von Null aus auf einen gewissen festgelegten positiven Spannungswert begrenzt 1st. Wenn der Leitungsstrom gleich 1st oder größer als der gewünschte Strom, dann wird der Ausgang dieses Verstärkers Null und die Löschmiwinkelsteuerstufe wird durch ihn nicht beeinflußt. Wenn aber der Leitungsstrom unter den gewünschten Strom abfällt, dann wird ein progressiv ansteigender Löschwinkel durch die Kombination von Verstärker 42 und Lösohwinkelbefehlsspannung in der obenbesohriebenen Welse abgefordert.

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Die Charakteristik des Wechselrichters wird auf diese Weise modifiziert und nimmt die Gestalt der in Fig.3 ersichtlichen Kurve an, wobei die gesamte Wechselrichtercharakteristik der Linie DHP₁G folgt. ■

Aus dieser Figur ist deutlich ersichtlich, daß im Falle von Änderungen der Wechselstromsystemspannungen,z.B. Änderungen der Wechselspeisespannung, die eine Änderung der Länge der Linie BQ zur Folge hat, nur ein Überkreuzungspunkt zwischen den beiden Charakteristiken zu allen Zeiten besteht, so ist stets eine stabile Arbeitsweise möglich. Die für diesen Zustand erforderlichen Bedingungen bestehen darin, daß die Verstärkung des Verstärkers 42 genügend groß ist, um die Wechselrichtercharakteristik von der Anfangsstellung E,F. nach einer Stellung HF₁ oder einer Stellung zu überführen, wo H noch niedriger auf der Linie E₁D liegt, um eine Stabilität zu gewährleisten. Die Kurve HF₁ hat dann eine Neigung, die genügend groß ist, um zu gewährleisten, daß jeder Punkt längs HF₁ niedriger ist als AB bei Bedingungen, die der niedrigsten zu erwartenden Gleichrichterimpedanz 112 entsprechen und der höchsten zu erwartenden Last- . impedanz 21Z. Die Neigung dieser Linie kann zur Gewährleistung der Stabilität sogar noch größer gemacht werden.

Der Betrieb findet normalerweise nicht in dem Bereich KH statt, aber es kann dieser Fall dann eintreten, wenn z.B. das dem Wechselrichter gelieferte Signal I₁ wesentlich unter dem dem Gleichrichter gelieferten Signal liegt. Um eine umgekehrte Arbeitsweise des Wechselrichters zu vermeiden, d.h. um zu verhindern, daß dieser als Gleichrichter arbeitet, ist, es zu bevorzugen, die Verstärkung so zu begrenzen, daß der Punkt K einem Wert des Wechselrichterkommutiationswinkels von nicht weniger als ungefähr 120° entspricht. Wenn die Neigung der Linie

groß ist, dann ist die positive obere Begrenzungssättigungsspannung des Gleichrichters so gewählt, daß der Wechselrichterkommutierungswinkel auf einen Winkel von nicht weniger als etwa 120° begrenzt wird. Dies wirkt als Sekundärschutz in Fällen mit geringer Neigung, wie aus Fig.5 ersichtlich.

' Patentansprüche^ __i

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Claims

Patentansprüche:

( 1. !steuerschaltung zur Steuerung eines statischen Wechselrichters,

dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel vorgesehen sind, um den Löschwinkel des Wechselrichters an einem festen vorbestimmten Wert gemäß einem ersten Löschwinkelbefehlssignal zu steuern, wenn der Pegel des Ausgangsstromes des Wechselrichters wenigstens die Größe eines vorbestimmten Wertes besitzt, und daß Mittel vorgesehen sind, um ein zweites Löschwinkelbefehlssignal den Steuermitteln zuzuführen, damit diese Steuermittel den Löschwinkel vergrößern, wenn der Ausgangsstrompegel geringer ist als der vorbestimmte Pegel.

2. Schaltung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zuführung eines zweiten Befehlssignals das erste Befehlssignal mit einem dritten Signal summieren, das dem tatsächlichen Löschwinkel des Wechselrichters entspricht,und außerdem mit einem vierten Signal, das durch Vergleich des Wechselrichterausgangsstrompegels mit dem vorbestimmten Ausgangsstrompegel erhalten wird.

j5. Schaltung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um ein fünftes Signal zu erzeugen, das der Differenz zwischen dem Wechselrichterausgangsstrom und dem vorbestimmten Strom entspricht und daß Signalauswertmittel vorgesehen sind, um selektiv die zweiten und fünften Signale den Steuermitteln zu liefern.

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4. Schaltung nach Anspruch 3 zur Benutzung in einer Gleichstromübertragungsleitung, bei der der Wechselrichter von einem Gleichrichter gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung des fünften Signales ein dem erforderliehen Gleichrichterausgangsstrom entsprechendes Signal mit einem Signal summieren, das dem Wechselrichterausgangss tr ompegel entspricht,und außerdem mit einem Stromkorrek tursignal, das von der Differenz zwischen Gleichrichter-und Wechselrichtercharakteristik abhängt.

5. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Löschwinkelbefehlssignal im wesentlichen proportional der Differenz zwischen dem Wechselrichterausgangsstrompegel und dem vorbestimmten Pegel ist.

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