DE2201800C3

DE2201800C3 - Anordnung zur Erzeugung von Blindleistung.

Info

Publication number: DE2201800C3
Application number: DE19722201800
Authority: DE
Inventors: Kjeld Dipl.-Ing. Vaesteraas Thorborg
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1971-01-18
Filing date: 1972-01-14
Publication date: 1981-04-09
Also published as: DE2201800B2; CH530722A; DE2201800A1; CA947379A; GB1367571A; SE348602B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Blindleistung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Anordnung ist bekannt aus der deutschen Patentschrift 6 99 323. Die Gleichspannungen aus den beiden Nnllpunktschaltungen 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 genannten 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 ! vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 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 Ausführungsbeispie'^ soll die Erfindung näher erläutert werden:

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen den Steuerwinkeln der in der Anordnung nach der Erfindung verwendeten Stromrichterschaltungen.

Fig. 3 zeigt die vekiorielle Zusammensetzung der Wechselströme beider Stromrichterschaltungen zu dem resultierenden, an das Wechselstromnetz 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 Ccin an sich bekannter lastkominutierter Wechselrichter, der Wirkleistung an das Dreiphasennetz R, S, Tabgibt. K ist eine an das Wechselstromnetz angeschlossene dreiphasige Kondensatorbatterie. Die beiden netzkommutierten Stromrichterschaltungen A und B sind wechselstromseitig parallel zum Wechselstromnetz angeschlossen und gleichstromseitig über die Drosselspulen R] und R7 antiparallel geschaltet. Die Drosselspulen bilden ein unbelastetes Gleichstromzwischenglied, womit gemeint ist, daß das Gleichstromzwischenglied keine Abzweige oder Anzapfungen zum Anschließen einer Gleichstromlast als Wirkwiderstand hat. Schutz- oder Alarmkreise, Meßorgane usw. können

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jedoch an das Zwischenglied angeschlossen sein. Die Ventile der Stromrichtarschaltung A bekommen Zündimpulse von einem Steuerimpulsglied SDA. Der Steuerwinkel a. kann in Abhängigkeit von einem dem Steuerglied zugeführten Signal k ■ χ variiert werden. Dasselbe Signal wird dem Steuerirrpulsglied SDB der Stromrichterschaltung B zugeführt, und zwar über ein Addierglied ADD, in dem eine Größe k ■ Δα. zu dem Signal addiert wird. Dem Steuerimpulsglied SDB wird also das Signal k (<χ+Δοή zugeführt und es steuert die Ventile dar Stromrichterschaltung B mit dem Steuerwinke) α+Aol

Die Stromwandler S7"messen den von den Brückenstromrichtern an das Wechselstromnetz abgegebenen Strom /, und ein Glied M bildet aus diesem Strom und der Netzspannung eine Größe P_n die der an das Wechselstromnetz gegebenen Blindleistung entspricht. In dem Vergleichsglied / wird P, mit einer der gewünschten Leistung entsprechenden Größe P_rci verglichen, und die Differenz Ar · α wird, wie erwähnt, den Steuerimpulsgliedern der Stromrichterschaltungen zugeführt.

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

Zur Stromrichterschaltung A fließt der Wechselstrom 1_Λ und von ßder Strom /» Zum Wechselstromnetz.fließt der Strom /, der die Vektordifferenz zwischen Ib und Ia ist.

Die Stromrichterschaltung 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 Δ/χ und infolgedessen wird der Steuerwinkel für Strornrichterschaltung A stromnetz abgegeben wird. Die Abweichung der Steuerwinkel von den obengenannten Werten

a = 90° -

Aa

und der Sieuerwinkcl für Ii wird
a +A a ---90° + — .

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

In der Praxis haben sowohl die Stromrichterschaltungen als auch die Drosselspulen einsn gewissen Wirkwiderstand. Damit ein Gleichstrom //χ fließen kann, ist es daher erforderlich, daß λ den genannten Wert

90° -

Aa

etwas unterschreitet. Ein verminderter Winkel /x hat einen zunehmenden Strom /dczur Folge, und damit eine Zunahme der erzeugten Blindleistung.

Das geschlossene Regelsystem, das aus ST, M, J, SDA und SDB, A und B besteht, wird « so justieren, daß P_r und Prcf beinahe gleich werden, wobei die durch P_rcr bestimmte gewünschte Blindleistung an das Wechsel-90° -

und

90° +

Au

Aa

κι ist sehr gering und in den meis'en Fällen vernachlässigbar.

F i g. 3a zeigt in Vektorform die Grundwellen /4 1 und /ei der Ströme Ia und /«. Deren Vektordifferenz bildet, wie erwähnt, die Grundwelle /■, des Stromes /. Das

π Diagramm ist gezeichnet unter der Voraussetzung, daß /4oc = 30°, d.h., daß a = 75° und \+Δχ= 105' ist, was sich als ein passender Wert herausgestellt hat. Wie man sieht, ist /1 beinahe gleich der algebraischen Summe von Ia\ und /ei.

.".1 F i g. 3b zeigt den Vektor I_A 5, der die fünfte Oberwelle von Ia ist, mil der fünften Oberwelle von In, in;. a\s Bezugsvektor. Wie man sieht, wird dit fünfte Oberwelle /5 des Stromes / wesentlich kleiner als die einzelnen fünften Oberwellen der Stromrichter.

2~< Dasselbe eilt für die in F i g. 3c gezeigte siebte Oberwelle /7 von /.

Auf diese Weise erhslt man eine kräftige Reduzierung des Oberwellengehalies des Stromes im Vergleich mit der genannten bekannten Schaltung mit einer einzigen

in Stromrichterbrückensrhaltung. 1 ilterkreise können hierdurch in ihrer Größe kräftig reduziert oder evtl. ganz überflüssig werden.

Fig.4 zeigt die Anordnung gemäl.i der Erfindung im einer Schaltung für Wechselspannungsregelung FJne

η Last L ist über die Drosselspulen R_s, R,, R- an das Dreiphasennetz R, S. T angeschlossen. Zwischen Jen Drosselspulen und der Last sind eine Kondensatorbatterie K und die Stromrichterbrückenschaitungen gemäß der Erfindung angeschlossen mit ihren Steuerimpulsgliedern SDA und SDB sowie den Drosselspulen R und

Ein Spannungsmeßglied SM bildet eine der der Last zugeführten Spannung entsprechende Größe U'. die in / mit dem Spannungsbezugswert U_Ki verglichen wird. Die

r> Abweichung wird erst SDA und nach Hinzuzählung eines konstanten Wertes SDB auf dieselbe Weise zugeführt wie in Fig. 1. Die Anordnung erzeugt eine von der Abweichung abhängige Blindleistung, wodurch der Spannungsfall in den Drosselspulen Ri, Ri. R--, und

"■11 damit die Spannung an der Last beeinflußt wird, die auf Übereinstimmung mit dem Bezugswert U_ri-i gesteuert wird.

Jede der Drosselspulen R] und Rz kann, wenn es wünschenswert ist, durch eine Reihenschaltung aus zwei

V) 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 Ausfüh-

hii rung kann eine wesentliche Reduzierung der gesamten Leistung der Drosselspulen erreicht werden.

In den gezeigten Beispielen hat die Verzögerung (Aex.) zwischen den Stromrichtern einen konstan^gn Wert. Ct Grad der Oberwellenreduzierung ist, wie oben

h-> 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 Stromrichterbrückenschaltungen können so ausgeführt werden, daß in jeder einzelnen Stromrichterbrückenschaltung jede an einen Phasenleiter angeschlossene Ventilgruppe mit einem von den anderen Gruppen unabhängigen Steuerwinkel gesteuert wird. Hierdurch kann von der Anordnung ein asymmetrische 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. Eventuell kann ein Meßglied angeordnet werden, das dem Grad der Asymmetrie der Wechselspannung entsprechende Größen bildet, die die Sleuerwinkel 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.

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Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung von Blindleistung mittels zweier wechselstromseitig an einem mehrphasigen Wechselstromnetz angeschlossener netzkommutierter steuerbarer Stromrichterschaltungen, deren eine im Gleichrichterbereich und deren andere im Wechselrichterbereich arbeitet und die gleichstromseitig über eine im wesentlichen wirkwiderstandsfreie Induktivität miteinander verbunden find, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichterschaltungen als Stromrichterbrückenschaitungen (A, B) ausgebildet sind, daß die Induktivität aus zwei Drosselspulen (Ru /??) besteht, die gleichstromseitig derartig geschaltet sind, daß die beiden Gleichstromanschlüsse der einen Stri.mrichterbrückenschaltung jeweils über eine Drosselspule (Ru R2) mit den Gleichstromanschlüssen der anderen Stromrichterbrückenschaltung verbunden sind, daß an das Wechselstromnetz (RST) eine Kondensatorbatterie (K) angeschlossen ist und daß die Steuerwinkel α der im Gleichrichterbereich arbeitenden Stromrichterbrückenschaltung (A) und der im Wechselrichterbereich arbeitenden Stromrichterbrückenschaltung (B) derart von dem Wert α = 90° (Gleichspannung Null) abweichen, daß der Abstand Δχ zwischen den beiden Steuerwinkeln etwa 20 bis 40° beträgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerimpulsglieder (SDA, SDB) vorhanden sind, die auf solche Weise Zündimpulse an die Ventile der beiden Stromrichterbrückenschaltungen (A, B) geben, daß jedes Ventil der zweiten Stromrichterbrückenschaitung (B) mit einer für alle Ventile dieser Stromrichterbrückenschaitung gleich großen Verzögerung im Verhältnis zu der Zündung der entsprechenden Ventile der ersten Stromrichterbrückenschaitung (A)zündel

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß abtastende Glieder (ST, M) vorhanden sind, die eine der von beiden Stromrichterbrückenschaltungen insgesamt erzeugten Blindleistung entsprechende Größe bilden und die Steuerimpulsglieder (SDA, SDB) zur Kegelung der Zündzeitpunkte der Ventile abhängig von der Abweichung dieser Blindleistung von einem Sollwert (P_rct)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 (L^i/beeinflussen.

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile einer Stromrichterbrückenschaitung (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 Wechselspan nung in einem Punkt des Wechselspannungsnetzes abtasten und abhangig von der Größe der Asymmetrie die Steuerwinkel der genannten Gruppe beeinflussen.