DE2201800B2

DE2201800B2 - Anordnung zur erzeugung von blindleistung

Info

Publication number: DE2201800B2
Application number: DE19722201800
Authority: DE
Inventors: Kjeld Dipl.-Ing. Västeraas Thorborg (Schweden)
Original assignee: AUmänna Svenska Elektriska AB, Västeraas (Schweden)
Priority date: 1971-01-18
Filing date: 1972-01-14
Publication date: 1977-01-27
Also published as: GB1367571A; CH530722A; SE348602B; CA947379A; DE2201800C3; DE2201800A1

Description

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angeschlossene dreiphasige Kondensatorbatterie. Die beiden netzkomrnutierten Stromrichter A und B sind wechselspannungsseitig parallel zum Netz angeschlossen und gleichspannungsseitig über die Drosselspulen fci und R₂ antiparallel geschaltet Die Drosselspulen bilden ein unbelastetes Gleichstromzwischenglied, womit gemeint ist, daß das Gleichstromzwischenglied keine Abzwe^;ge oder Anzapfungen zum Anschließen einer Gleichstromlast als Wirkwiderstand hat. Schutzoder Alarmkreise, Meßorgane usw. können jedoch an ι ο das Zwischenglied angeschlossen sein. Die Ventile des Stromrichters A bekommen Zündpulse von einem Steuerimpulsglied SDA. Der Steuerwinkel λ kann in Abhängigkeit von einem dem Steuerglied zugeführten Signal k ■ κ variiert werden. Dasselbe Signal wird dem Steuerimpulsglied SDB des Stromrichters R zugeführt, und zwar über ein Addierglied ADD, in dem eine Größe k . Atx zu dem Signal addiert wird. Dem Steuerimpulsglied SDB wird also das Signa! k (λ+Δα) zugeführt, und es steuert die Ventile des Stromrichters ß mit dem Steuerwinkel« + Δ&.

Die Stromwandler ST messen den von den Brückenstromrichtern an das Netz abgegebenen Strom /, und ein Glied M bildet aus diesem Strom und der Netzspannung eine Größe P_r, die der an das Netz gegebenen Blindleistung entspricht. In dem Vergleichsglied / wird P_T mit einer der gewünschten Leistimg entsprechenden Größe P„r verglichen, und die Diffe renz k ■ tx wird, wie erwähnt, den Steuerimpulsgliedern der Stromrichter zugeführt.

Der Widerstand des Gleichstromkreises ist in erster Näherung vernachlässigbar, und damit wird auch die vom Netz an die Stromrichter gegebene Wirkleistung vernachlässigbar.

Zum Stromrichter A fließt der Wechselstrom l_A und von S der Strom Ib- Zum Netz fließt der Strom /, der die Vektordifferenz zwischen Ib und U ist.

Der Stromrichter A arbeitet in dem gezeigten Fall als Gleichrichter und B als Wechselrichter. Ihre Gleichspannungen müssen, da der Wirkwiderstand der Drosselspulen vernachlässigt wird, bei endlichem Strom gleich groß und entgegengerichtet sein, d. h., die Summe ihrer Steuerwinkel wird 180°.

Die Differenz der Steuerwinkel ist Atx und infolgedessen wird der Steuerwinkel für Stromrichter A

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5°

= 90°-

und der Steuerwinkel für B wird

α + .1« = 90°- ~

Diese Verhältnisse sind in F i g. 2 gezeigt, wo die Sinuskurve einer der Spannungen des Wechselspannungsnetzes dargestellt ist.

In der Praxis haben sowohl die Stromrichter als auch die Drosselspulen einen gewissen Wirkwiderstand. Damil ein Gleichstrom Idc fließen kann, ist es daher erforderlich, daß α den genannten Wert

etwas unterschreitet. Ein verminderter Winkel λ hat einen zunehmenden Strom Idc zur Folge, und damit eine Zunahme der erzeugten Blindleistung.

Das geschlossene Regelsystem, das aus ST, M, J, SDA und SDB, A und B besteht, wird λ so justieren, daß P_r und Prei beinahe gleich werden, wobei die durch P_Ki bestimmte gewünschte Blindleistung an das Netz abgegeben wird. Die Abweichung der Steuerwinkel von den obengenannten Werten

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I.

ist sehr gering und in den meisten Fällen vernachlässigbar.

F i g. 3a zeigt in Vektorform die Grundwellen Ia\ und Im der Ströme I_A und Ib- Deren Vektordifferenz bildet, wie erwähnt, die Grundwelle /1 des Stromes /. Das Diagramm ist gezeichnet unter der Voraussetzung, daß Aa. = 30°, d.h. daß λ = 75° und<x + .4«= 105° ist, was sich als ein passender Wert herausgestellt hat. Wie man sieht, ist /ι beinahe gleich der algebraischen Summe von /Aiund /gi-

F i g. 3b zeigt den Vektor I_A^ der die fünfte Oberwelle von /4 ist, mit der fünften Oberwelle von /g, Im, als Bezugsvektor. Wie man sieht, wird die fünfte Oberwelle /5 des Stromes / wesentlich kleiner als die einzelnen fünften Oberwellen der Stromrichter.

Dasselbe gilt für die in Fig. 3c gezeigte siebte Oberwelle /7 von /.

Auf diese Weise erhält man eine kräftige Reduzierung des Oberwellengehaltes des Stromes im Vergleich mit der genannten bekannten Schaltung mit einem einzigen Stromrichter. Filterkreise können hierdurch in ihrer Größe kräftig reduziert oder evtl. ganz überflüssig werden.

F i g. 4 zeigt die Anordnung gemäß der Erfindung in einer Schaltung für Wechselspannungsregelung. Eine Last L ist über die Drosselspulen R₃, Ra, Rs an das Dreiphasennetz R, S, T angeschlossen. Zwischen den Drosselspulen und der Last ist eine Kondensatorbatterie K und die Doppelstromrichterschaltung gemäß der Erfindung angeschlossen. Letztere besteht wie in F i g. 1 aus den Brückenstromrichtern A und B mit ihren Steuerimpulsgliedern SDA und SDB sowie den Drosselspulen R\ und Ri-

Ein Spannungsmeßglied SM bildet eine der der Last zugeführten Spannung entsprechende Größe LJ', die in / mit dem Spannungsbezugswert i7_re/-verglichen wird. Die Abweichung wird erst SDA und nach Hinzuzählung eines konstanten Wertes SDB auf dieselbe Weise zugeführt wie in Fig. 1. Die Stromrichterschaltung erzeugt eine von der Abweichung abhängige Blindleistung, wodurch der SpannungEfall in den Drosselspulen R₃, Ra, Rs und damit die Spannung an der Last beeinflußt wird, die auf Übereinstimrrung mit dem Bezugswert U_nr gesteuert wird.

]:de der Drosselspulen R\ und R2 kann, wenn es wünschenswert ist, durch eine Reihenschaltung aus zwei oder mehreren Drosselspulen ersetzt werden, von denen eine bei einem Strom gesättigt ist, der den maximal vorkommenden Gleichstrom bedeutend unterschreitet. Der Induktivitätsbedarf sinkt bekanntlich mit zunehmendem Gleichstrom, und durch diese Ausführung kann eine wesentliche Reduzierung der gesamten Leistung der Drosselspulen erreicht werden.

In den gezeigten Beispielen hat die Verzögerung (Δοή zwischen den Stromrichtern einen konstanten Wert.

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Der Grad der Oberwellenreduzierung ist, wie oben gezeigt, abhängig von der Größe der Verzögerung, und diese kann manuell oder automatisch variierbar sein, so daß der Oberwellengehalt auf ein im voraus bestimmtes Kriterium gebracht werden kann.

Die Steuerimpulsglieder der Stromrichter können so ausgeführt werden, daß in jedem einzelnen Stromrichter jede an einen Phasenleiter angeschlossene Ventilgruppe mit einem von den anderen Gruppen unabhängigen Steuerwinkel gesteuert wird. Hierdurch kann von der Anordnung ein asymmetrisches Stromsystem erzeugt werden. Der Grad der Asymmetrie kann z. B. so angepaßt werden, daß sie der Asymmetrie des von einer Last verbrauchten Stromes entgegenwirken kann, d. h., die Anordnung erzeugt den von der Last konsumierten Gegenstrom und entlastet die speisende Spannungsquelle von diesem Strom. Evtl. kann ein Meßglied angeordnet werden, das dem Grad der Asymmetrie der Wechselspannung entsprechende Größen bildet, die die Steuerwinkel der verschiedenen Ventilgruppen in solcher Weise beeinflussen, daß die Asymmetrie eine abnehmende Tendenz bekommt. Hierdurch kann man z. B. eine automatische Steuerung einer Lastspannung auf volle Symmetrie erreichen, die weitgehend von der Asymmetrie des von der Last verbrauchten Stromes unabhängig ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

'f 22 Ol Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung von Blindleistung mittels wechselstromseitig an ein Wechselstromnetz angeschlossener, netzkommutierter steuerbarer Brückenstromrichter und gleichstromseitiger abzweigfreier Drosselspulen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Brückenstromrichter (A, B) vorhanden sind, die über zwei Drosselspulen (Ri, R2), die im wesentlichen wirkwiderstandsfrei sind, gleichstromseitig derart in Reihe geschaltet sind, daß jeder der beiden Gleichstromanschlüsse jedes Stromrichters über eine Drosselspule mit einem Gleichstromanschluß des anderen Stromrichters verbunden ist, daß an das Wechselstromnetz (R, S, T) auch eine Kondensatorbatterie (K) angeschlossen ist und daß die Steuerwinkel der Brückenstromrichter (A, o^derart von dem Wert λ = 90° (Gleichspannung Null) abweichen, daß der eine Brückenstromrichter (A) im Gleichrichterbereich und der andere Brükkenstromrichter (B)im Wechselrichterbereich arbeitet, wobei der Abstand Δα. zwischen den beiden Steutrwinkeln etwa 20 bis 40° beträgt

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerimpulsglieder (SDA, SDB) vorhanden sind, die auf solche Weise Zündpulse an die Ventile der beiden Brückenstromrichter (A, B) geben, daß jedes Ventil des zweiten Brückenstromrichters (B) mit einer für alle Ventile dieses Brückenstromrichters gleichgroßen Verzögerung im Verhältnis zu der Zündung der entsprechenden Ventile des ersten Brückenstromrichters (A)zündet.

3. Anordnung nach Ansprurh 2, dadurch gekennzeichnet, daß abtastende Glieder (ST, M) vorhanden sind, die eine der von beiden Brückenstromrichtern insgesamt erzeugten Blindleistung entsprechende Größe bilden, und die Steuerimpulsglieder (SDA. SDB) zur Regelung der Zündzeitpunkte der Ventile abhängig von der Abweichung dieser Blindleistung von einem Sollwert (P_ret) beeinflussen.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Verzögerung konstant ist.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß abtastende Glieder (SM) vorhanden sind, die die Spannung in einem Punkt des Wechselspannungsnetzes abtasten und die Steuerimpulsglieder (SDA, SDB) zur Regelung der Zündzeitpunkte der Ventile abhängig von der Abweichung dieser Spannung (LJ') von einem Sollwert (U_re^ beeinflussen.

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile eines Briickenstromrichters (A, B), die an denselben Phasenleiter (R, S, T) angeschlossen sind, mit untereinander im wesentlichen gleichem Steuerwinkel gesteuert werden.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß spannungsabtastende Glieder angeordnet sind, die die Asymmetrie der Wechselspannung in einem Punkt des Wechselspannungsnetzes abtasten und abhängig von der Größe der Asymmetrie die Steuerwinkel der genannten Gruppen beeinflussen.

6s Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Blindleistung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Anordnung ist beispielsweise bekannt aus der deutschen Patentschrift 6 99 323.

In vielen Stromerzeugungs- und Stromverteilungsanlagen ist eine Anordnung erwünscht, die an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen werden kann und möglicht verlustfrei, schnell und in einfacher Weise Blindleistung erzeugt, deren Größe in weiten Grenzen einstellbar oder regelbar ist. Es ist bekannt, für diesen Zweck einen an das Netz angeschlossenen Stromrichter zu verwenden, zwischen dessen Gleichstromanschlüssen eine Drosselspule geschaltet ist Durch diese Drosselspule wird der Gleichstrom des Stromrichters geglättet und ist beinahe konstant Die Ströme in den Wechseistromzuieitungen des Stromrichters werden hierbei rechteckig und sind folglich stark oberwellenhaltig, wobei (bei drei Phasen) die fünfte und die siebte Oberweile im allgemeinen dominieren.

Aus der deutschen Patentschrift 6 99 323 ist eine Stromrichterschaltung bekannt, bei der zwei dreiphasige Nullpunktsschaltungen, die zusammen eine dreiphasige Bröckenschaltung bilden, auf eine Induktivität arbeiten. In dieser Schaltung wird die eine Nullpunktschaltung als Gleichrichter und die andere als Wechselrichter betrieben. Die Gleichspannungen der beiden Nullpunktsstromrichter werden praktisch auf den Wert Null gesteuert. Durch diese Schaltung wird der Oberwellengehalt zwar herabgesetzt, er ist jedoch nach wie vor relativ groß, und neben den ungeraden Oberwellen treten auch gerade Oberwellen auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromrichteranordnung der eingangs genantiten Art zu entwickeln, bei der der Oberwellengehalt durch einfache Mittel erheblich vermindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.

Im Gegensatz zu der bekannten Anordnung nach der deutschen Patentschrift 6 99 323 werden die Stromrichter nach der Erfindung auf von Null abweichende Gleichstromwerte gesteuert. Bei der Erfindung treten niemals gerade Oberwellen auf, sondern nur ungerade Oberwellen. Die stärksten unter diesen Oberwellen, nämlich die fünfte und siebente, können durch entsprechende Einstellung der Steuerwinkel weitgehend eliminiert werden.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden:

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung.

F i g. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen den Steuerwinkeln der in der Anordnung nach der Erfindung verwendeten Stromrichter.

Fig.3 zeigt die vektorielle Zusammensetzung der Wechselströme beider Stromrichter zu dem resultierenden, an das Netz abgegebenen Strom.

F i g. 4 zeigt die Anwendung der Anordnung nach der Erfindung in einer Schaltung zur Wechselspannungsregelung.

In F i g. 1 ist Cein an sich bekannter lastkommutierter Wechselrichter, der Wirkleistung an das Dreiphasennetz R, S, T abgibt. K ist eine an das Netz