DE2030223A1

DE2030223A1 - Circuit arrangement for synchronizing restless electrical networks

Info

Publication number: DE2030223A1
Application number: DE19702030223
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr Ing Schulz Alfred Dipl Ing χ 2500 Rostock Thamm
Original assignee: Institut fuer Schiffbau
Current assignee: Institut fuer Schiffbau
Priority date: 1970-06-19
Filing date: 1970-06-19
Publication date: 1971-12-23

Description

Schaltungsanordnung zur Synchronisierung unruhiger elektrischer Netze Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Synchronisierung unruhiger elektrischer Netze, vorzugsweise für Drehstromnetze.Circuit arrangement for synchronizing restless electrical networks The invention relates to a circuit arrangement for synchronizing restless electrical Networks, preferably for three-phase networks.

Bs ist bekannt, Drehstromnetze durch Parallelschaltung bei Gleichheit ihrer Spannungen, Frequenzen und Phasenwinkel zu synchronisieren. Bei zwei vorgegebenen Drehstromnetzen entsteht als Differenz zwischen den Spannungen dieser Netze eine Schwebespannung. Diese Schwebespannung dient zur Ableitung des Synchronisationsschaltbe fehls. Der Nulldurchgang bedeutet Phasen-, annähernde Brequenz- und Spannungsgleich@eit . Da die Parallelschaltung der Netze mit Schaltern erfolgt, die Schaltereiggenzeiten aufweisen, muß die Ableitung des Schaltbefehls um die Schaltereigenzeit vor den Nulldurchgang der Schwebespannung erfolgen. Dadurch ist eine differenzfrequenzproportionale Gleichspannung erforderlich, die die Schaltereigenzeit kompensiert. Nach Gleichrichtung und Glättung der Schwebespannung und Kompensation der Schaltereigenzeit durch die differenzfrequenzproportionale Gleichspannung wird der Schaltbefehl durch ein Null-Meßglied abgeleitet.Bs is known, three-phase networks by parallel connection in the event of equality synchronize their voltages, frequencies and phase angles. Given two Three-phase networks arise as a difference between the voltages of these networks Floating voltage. This floating voltage is used to derive the synchronization switch fail. The zero crossing means phase, approximate frequency and voltage equality . Since the networks are connected in parallel with switches, the switch open times have, the derivation of the switching command must be the switch operating time before the Zero crossing of the floating voltage take place. This is a difference frequency proportional DC voltage required, which compensates for the inherent breaker time. After rectification and smoothing of the floating voltage and compensation of the switch operating time by the DC voltage proportional to the difference frequency is the switching command by a zero measuring element derived.

Dor Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht in der Notwendigkeit einer differenzfrequenzproportionalen Gleichspannung zur Kompensation der Schaltereigenzeiten.The disadvantage of this known arrangement is the necessity a direct voltage proportional to the differential frequency to compensate for the breaker operating times.

Wenn innerhalb der Schaltereigenzeit (Z.B. 300 ms) Belastungsstöße Änderung der Frequenz des Netzes hervorrufen, so erfolgt eine Zuschaltung bei zu großer Phasendifferenz und führt zur Fehlsynchronisation. Deshalb sind zur Reduzierung von Wirk- und Blindlaststößen bei der Synchronisierungn Synchronisierdrosseln erforderlich. Ein weiterer Mangel der bekannten Schaltungsanordnung ist ihre einseitige Verwendung nur zur Synchronisation von zwei Drehstromnetzen.If there are load surges within the breaker operating time (e.g. 300 ms) Cause a change in the frequency of the network, a connection takes place at closed greater Phase difference and leads to incorrect synchronization. That's why are used to reduce active and reactive load surges during synchronization necessary. Another shortcoming of the known circuit arrangement is that it is one-sided Use only for the synchronization of two three-phase networks.

Der Zweck der Erfindung ist sowohl der Fortfall der Synchronisierdrosseln als auch die Reduzierung des Aufwandes für die Erzeugung und Verwendung einer differenzfrequenzproportionalen Gleichspannung zur Kompensation der Schaltereigenzeit.The purpose of the invention is both the elimination of the synchronizing throttles as well as the reduction of the effort for the generation and use of a difference frequency proportional DC voltage to compensate for the breaker operating time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schafen, die elektrische Netze, deren Frequenzen und Phasenlagen sich vor dem Synchronisieren rasch verändern und deren Spannungsformen einen großen Oberschwingungsgehalt haben, mit minimalem Wirk- und Blindlaststoß synchronisiert. Im besonderen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine elektrische Welle, beispielsweise durch Verwendung zweier, läuferseitig zusammengeschalteter Schleifringläufermaschinen während des Betriebes unter Belastung zu trennen und nach einer Schlüpfung um 360 el. wieder zu synchronisieren.The invention is based on the object of a circuit arrangement to sheep, the electrical networks, their frequencies and phase positions before the Synchronize quickly change and their voltage forms have a large harmonic content have synchronized with minimal active and reactive load surge. In particular lies the invention is based on the object of an electric wave, for example by Use of two slip ring machines connected together on the rotor side Separate during operation under load and after hatching by 360 el. to synchronize again.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß elektrische Steller oder elektronische Einschalter (z.B. antiparallele steuerbare Stromrichter) zwischen den aufgabenmäßig zu synchronisierenden Netzen auf ein Einschaltsignal hin die entsprechenden Stränge der Netze verzögerungsfrei elektrisch verbinden. Das n'inschaltsig nal wird durch eine Einrichtung geliefert, die die Differenz der Phasenspannungen der zu synchronisierenden Netze bildet, gleichrichtet und mittels eines Integriergliedes glättet. Bei Erreichen eines vorgegebenen Minimalwertes der geglätteten Spannung wird durch einen Null Indikator mit nachgeschaltetem Impulsformer und -verstärker der Einschaltimpuls gegeben. Das Integrierglied ist so bemessen, daß der vorgegebene Minimalwert der geglätteten Spannung dann erreicht wird, wena zum ersten Mal die optimale Bedingung zur Synchronisierung der Netze vorhanden ist, die gegeben ist durch maximal zulässige positive oder negative Frequenzdifferenz und maximalen oder minimalen positiven oder negativen Phasenwinkel bei der Synchronisation. Durch Veränderung der Dimensionierung des Integriergliedes wird eine änderung der Synchronisierbedingungen bewirkt.According to the invention the object is achieved in that electrical actuators or electronic switches (e.g. anti-parallel controllable converters) between the networks to be synchronized according to the task in response to a switch-on signal Electrically connect the strands of the network without delay. That will be switched on supplied by a device showing the difference in phase voltages of the to synchronizing networks forms, rectifies and means of an integrator smooths. When a specified minimum value of the smoothed voltage is reached is indicated by a zero indicator with a downstream pulse shaper and amplifier the switch-on pulse is given. The integrator is like this measured, that the predetermined minimum value of the smoothed voltage is then reached, wena for the first time the optimal condition for the synchronization of the networks is present, which is given by the maximum permissible positive or negative frequency difference and maximum or minimum positive or negative phase angle in synchronization. By changing the dimensioning of the integrator, a change is made to the Synchronization conditions caused.

Bei der Synchronisation von Netzen geringer Frequenz, beispielsw@ise bei elektrischen Wellen, werden zur Bildung des Einschaltungssignals nicht die Spannungen der aufgabenmäßig zu synchronisierenden Netze benutzt, sondern solche, deren Frequenz ein vielfaches der der Netzspannungen ist, beispielsweise durch an die Wellenmaschinen angekuppelte Geber erzeugt.When synchronizing low-frequency networks, for example in the case of electrical waves, the voltages are not used to generate the switch-on signal the networks to be synchronized according to the task, but those whose frequency is used is a multiple of the line voltage, for example through to the wave machines coupled encoders generated.

Anhand eines Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1: ein Übersichtsschaltbild der Schaltungsanordnung, Big. 2: ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung.The invention will be explained in more detail on the basis of an exemplary embodiment. The accompanying drawings show: FIG. 1: an overview circuit diagram of the circuit arrangement, Big. 2: a block diagram of the control device.

Zwischen dem Netz 1, charakterisiert durch die Spannung U1, die Frequenz f1, die Phasenlage #1 und die Strangzahl m und dem Netz 2, chrakterisiert durch die Spannung U2, die Frequenz £2 die Phasenlage i°2 und die gleiche Strangzahl m wie lDetz 1, ist ein elektronischer Steller 3 oder elektronischer Einschalter 3' (z.B. antiparallele steuerbare Stromrichter) geschaltet, der gestattet, jeweils einen Strang des Netzes 1 mit dem entsprechenden Strang des Netzes 2 elektrisch leitend zu verbinden. Das Einschaltsignal für den elektronischen Steller 3 liefert die Steuereinrichtung 4, wenn zum ersten Mal die vorgegebene Bedingung zur Synchronisierung der Netze n und 2 vorhanden ist. Die vorsegebene Bedingung wird abgeleitet durch die erfassung und die Verarbeitung de@ charakteristischen Werte U1, f1 und #1 des Netzes 1 sowie2'' 2 und #2 des Netzes 2 und ist von Hand, gegebenenfalls elektronisch, einstellbar.Between the network 1, characterized by the voltage U1, the frequency f1, the phase position # 1 and the number of strings m and the network 2, characterized by the voltage U2, the frequency £ 2, the phase position i ° 2 and the same number of strings m like lDetz 1, is an electronic controller 3 or electronic on / off switch 3 ' (e.g. anti-parallel controllable converters), which allows each one strand of the network 1 with the corresponding strand of the network 2 electrically to connect conductive. The switch-on signal for the electronic actuator 3 supplies the control device 4, if the predetermined condition for synchronization for the first time of networks n and 2 is present. The given condition is derived by the acquisition and processing of the @ characteristic values U1, f1 and # 1 of network 1 as well as 2 '' 2 and # 2 of network 2 and is done by hand, if necessary electronic, adjustable.

Die charakteristischen Werte U1, f1, sowie U2, £2 und #2 der Netze 1 und 2 werden analog durch einen berlagerungstransformator 4.1 erfaßt. Das Ausgangssignal (Schwebespannung) wird durch das Integrierglied 4.2 gleichgerichtet und geglättet. Das Minimum der Hüllkurve ist allgemein von Null verschieden; nur bei annähernder Gleichheit der Spannungen U1 und U2, der Phasenlagen und # 2 sowie der Frequenzen f1 und f2 ist die minimale Größe der Ausgangsspannung des Integriergliedes 4.2 zu 2 Null In diesem Punkt gibt das Null-Meßglied 4.3 ein "L"-Signal ab. Das "L"-Signal wird durch einen Übertrager 4.4. differenziert. Die ansteigende Flanke des, Ausgangssignals des übertragers 4.4 wird zum Ansteuern galvanisch getrennter bistabiler Kippstufen 4.5 verwendet. Die Ausgangssignale der galvanisch getrennten Kippstufen 4.5, deren Anzahl der Phasenzahl der zu synchronisierenden Netze 1 und 2 entspricht, werden über Leistungsschaltstufen 4.6 zur Ansteuerung des elektronischen Schalters 3 benutzt.The characteristic values U1, f1, as well as U2, £ 2 and # 2 of the networks 1 and 2 are recorded analogously by a superposition transformer 4.1. The output signal (Floating voltage) is rectified and smoothed by the integrator 4.2. The minimum of the envelope is generally different from zero; only at approximate Equality of the voltages U1 and U2, the phase positions and # 2 as well as the frequencies f1 and f2 is the minimum size of the output voltage of the integrator 4.2 2 Zero At this point the zero measuring element 4.3 emits an "L" signal. The "L" signal is through a transformer 4.4. differentiated. The rising edge of the output signal the transformer 4.4 is used to control galvanically separated bistable multivibrators 4.5 used. The output signals of the galvanically isolated multivibrators 4.5, their Number corresponds to the number of phases of the networks 1 and 2 to be synchronized Used via power switching stages 4.6 to control the electronic switch 3.

Durch geeignete Auslegung des Integriergliedes 4.2 läßt sich die Differenz der Frequenzen f1 und f2 während der Synchronisierung der Netze 1 und 2 festlegen. Darüber hinaus wird durch Wahl der Vor spannung des Null-Meßgliedes 4.3 Einschaltzeitpunkt zur Synchronisierung der Netze gegenüber dem Minimum der Schwebespannung vor-oder nacheilend varii@rt.With a suitable design of the integrating element 4.2, the difference set the frequencies f1 and f2 during the synchronization of networks 1 and 2. In addition, by choosing the voltage of the zero measuring element 4.3 switch-on time to synchronize the networks with respect to the minimum of the floating voltage before or lagging varii @ rt.

Claims

Patent claims

Circuit arrangement for the synchronization of restless electrical networks, preferably for three-phase networks, through parallel connection if their voltages are the same, Frequencies and phase angles, characterized in that electronic actuators (3) each other corresponding strands of the networks to be synchronized by means of a known per se Electrically connect electronic control device (4) without delay.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the control device (4) the difference between the phase voltages to be synchronized Networks (1; 2) or the difference of voltages whose frequencies are a multiple of the Frequencies of the networks to be synchronized are, forms, rectified and means an integrator (4.2) smooths and supplies a switch-on signal.

3. Circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that that the integrator (4.2) of the control device (4) is the optimal, adjustable Condition for the synchronization of the networks determined.

4. Circuit arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that that a zero measuring equation (4.3) connected after the integrating element (4.2) the optimal, adjustable condition for the synchronization of the networks determined.