DE2340669B2

DE2340669B2 - Anordnung zur regelung eines wechselrichters und eines auf dessen wechselstromseite angeordneten stufentransformators in einer anlage zur leistungsuebertragung zwischen wechselstromnetzen durch gleichstrom

Info

Publication number: DE2340669B2
Application number: DE19732340669
Authority: DE
Inventors: Atsumi Hitachi Watanabe (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-08-12
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1976-03-25
Also published as: DE2340669C3; US3886433A; JPS5814138B2; SU608490A3; SE389432B; DE2340669A1; JPS4937127A; GB1440368A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Regelung eines Wechselrichters und eines auf dessen Wechselstromseite angeordneten Stufentransformators in einer Anlage zur Leistungsübertragung zwischen Wechselstromnetzen durch Gleichstrom, mit einer den Wechselrichter steuernden Einrichtung, die den Löschwinkel konstant hält, wenn der Gleichstrom größer als ein vorbestimmter Wert ist, und mit eiiKi den Stufentransformator steuernden Einrichtung zur Spannungskonstanthaltung.

Eine solche Anordnung ist bekannt (BBC-Nachrichten, Okt./Nov. 1970, S. 295 bis 302, insbesondere S. 297 und 298).

Bei der Gleichstromübertragung wird ein Wechsel strom durch einen Gleichrichter zur Übertragung in einen Gleichstrom umgewandelt und danach durch einen Wechselrichter in einen Wechselstrom umgesetzt, um zu einem Wechselstromnetz unter Last übertragen zu werden. Dabei wird der Gleichrichter im allgemeinen auf einen konstanten Strom und der Wechselrichter auf einen konstanten Löschwinkel geregelt, und zwar solange der Gleichstrom großer als ein vorbeshimnter Wert ist, der etwas unterhalb des durch die Regelung des Gleichrichters angestrebten konstanten Stromes liegt Sinkt bei der vorgenannten bekannten Anordnung der Strom bis zu dem vorgenannten vorbestimmten Wert ab, so wird bei dem Wechselrichter die Löschwinkelregelung durch eine Regelung des Stromes auf den vorbestimmten Wert abgelöst, wobei dann die Spannung durch den Gleichrichter bestimmt wird.

Die den Stufentransformator steuernde Einrichtung ist bei der bekannten Anordnung derart ausgebildet, daß sie die Gleichspannung auf einen konstanten Nennwert regelt, damit bei langsamen stationären Zustandsänderungen des angeschlossenen Wechselstromnetzes die Nennspannung der Gleichstromleitung eingehaiien wird.

Die Regelung des Wechselrichters auf einen koir Mn ten Löschwinkel erfolgt einerseits zur Sicherung seinem stabilen Betriebes und andererseits zur Verringern,;, der Blindleistung, indem der Lösch winkel auf eine:!; geringsten konstanten Wert gehalten wird.

Diese Regelung des Wechselrichters auf c-inv·; konstanten Löschwinkel ist für die Verhinderung e;ι ■ 0s Ausfalls der Kommutierung günstig. Eine entspre. He₁]J dieser Regelung arbeitende Anordnung spricht arn .,u! Befehle zur Änderung der Leistungsübertragung '-ei einer Gleichstromübertragung langsam an. Weiterhin führt eine derartige Änderung der Leistungsübertragung zu einer großen Änderung der durch H_c; Wechselrichter verbrauchten Blindleistung. Dies v. ;rd weiter unten näher an Hand des Falles erläutert, dal.i der Gleichrichter auf einen konstanten Stm η und der Wechselrichter auf einen konstanten Löschwinke! geregelt wird.

Die Anschlußspannung Vd auf der Gleichstrom^ te (in! folgenden als »Gleichspannung« bezeichnet) es Wechselrichters und der Leistungsfaktor cos q des Wechselrichters werden bekanntlich durch die folgen den Gleichungen ausgedrückt:

=■■ 1.35 Z:\cos

COS 7 =

COS

+ cos!.¹) ·■( iil

mit Ei Sekundärspannung (Spannung auf der Wechselrichterseite) des Transformators im nichtbclasteten Zustand, der zwischen den Wechselrichter und das belastete Wechselstromnetz eingeschaltet ist,
^s X = Blindwiderstand des Transformators je Phase, ό = Löschwinkel,

u = Überlappungswinkel und

Id =■■ im Wechselrichter fließender Gleichstrom.

(So Wenn der Löschwinkel konstant gehalten wird, dann kann, wie aus der Gleichung (1) hervorgeht, die Gleichspannung mittels des Wechselrichter nicht konstant gehalten werden, wenn Veränderungen im Gleichstrom vorliegen; vielmehr ist die Gleichspannung

<,_s um so höher, je kleiner der Gleichstrom ist. wobei der Veränderungsbereich der Gleichspannung ungefähr 10% der Nenngleichspannung ausmacht. Es ist, wie die:, bereits gesagt, bekannt, die Gleichspannung durch

Steuerung der Abgrifflage des Stufentransformators durch Vergleich der Gleichspannung mit einer Bezugsspannung konstant zu halten (BBC-Nachrichten, Okt./ Nov. 1970, S. 295 bis 302, insbesondere S. 297 und 298). Diese herkömmliche Regeiungr.-.nordnung hat jedoch ^c den Nachteil, daß im Bereich sehr kleiner Gleichströme die Sekundärspannung des Stufentransformators auf ungefähr 10% unterhalb ihres Nennwer.es durch Einstellung des Abgriffes gehalten wird, um die Gleichspannung auf einen Pegel zu begrenzen, der nicht ι ο höher als ein vorbestimmter Pegel ist. Eine anschließende Vergrößerung des Gleichstromes auf seinen Nennwert, um den Nennwert der Wechselrichter-Ausgangsleistung zu erhalten, hat zunächst keinen Erfolg, da nur ungefähr 90% der Nennleistung erreicht wird. Um nämlich die volle Nennleistung mittels Verkleinerung des Spannungsübersetzungsverhältnisses durch den Abgriff zu erzielen, sind gewöhni.ch einige Minuten tür Abgriffverstellung erforderlich. Wenn andererseits 4er Löschwinkel konstant gehalten wird, dann nimmt fcei einer Vergrößerung des Gleichstromes die erforderliche Scheinleistung auf der Wechselstromseite des Wechselrichters im wesentlichen proportional zum Gleichstrom ab, während gleichzeitig der Überlappungswinkel u verringert ist, so daß, wie aus der 2s Gleichung (2) hervorgeht, der Leistungsfaktor schnell durch eine schnei! .· Verringerung der durch den Wechselrichter verbrauchten Blindleistung verbessert wird. Dieses Ergebnis bewirkt große Veränderungen in der Blindleistung mit einem Anwachsen und Abnehmen der Gleichstromleistung des Wechselrichters und damit große Veränderungen in der Wechselspannung. Dieses bedeutet insbesondere dann ein Problem, wenn das Wechselstromnetz eine kleine Kurzschlußkapazität aufweist. ^

Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Regelungsanordnung der eingangs genannten Art die beim Anwachsen und Abnehmen der Gleichstromleistung des Wechselrichters auftretenden Blindleistungsänderungen zu reduzieren und zu erreichen, daß auch unmittelbar nach einer Änderung der Gleichstromleistung die Anlage stets mit der vollen Gleichspannung betrieben wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art gelöst durch eine derartige Ausbildung der den Wechselrichter steuernden Einrichtung, daß die an dem Wechselrichter anliegende Gleichspannung konstant gehalten wird, wenn der Gleichstrom kleiner als der vorbestimmte Wert ist, und durch eine derartige Ausbildung der dtn Stufentransfor- ^₀ mator steuernden Einrichtung, daß diejenige Wechselspannung auf der Wechselrichterseite (Sekundärspannung) des Stufentransformators, die bei Leerlauf auftritt oder bei Stromentlastung auftreten wurden, konstant gehalten wird. ^

Während bei der bekannten Anordnung (a) der Gleichstrom durch den Wechselrichter konstant gehalten wird, wenn der Gleichstrom nicht größer als ein vorbestimmter Wen ist, (b) der Löschwinke! konstan¹ gehallen wird, wenn der Gleichstrom größer als der f,₀ vorbestimmte Wert ist, und (c) die Gleichspannung durch Einstellen des Abgriffes des Transformators konstant gehalten wi.cl, wird durch die f'rfindunp dor Strombereich konstanten Löschwinkels und dann! ιύτ Blindleistungsänderungsbereich reduziert, d;i unterhalb 6s eines vorbestimmten Glcichstromwertes die an dem Wechselrichter anliegende Gleichspannung konstant eehalten wird.

Wenn die Gleichspannung größer als der vorbestimmte Wert ist, wird ein bestimmter Löschwinkei beibehalten.

Der Stufentransformator wird bei der Erfindung derart gesteuert, daß die unbelastete Spannung auf der Sekundärseite (Gleichstromseite) des Transformators unabhängig von Spannungsänderungen oder -Fluktuationen in der Wechselstromschaitung konstant gehalten wird. Auf diese Weise wird also bei Veränderungen in der übertragenen Leistung die für die Abgriffsteuerung des Transformators erforderliche Zeit dadurch umgangen, daß eine konstante Leerlauf-Sekundärspannung des Transformators aufrechterhalten wird.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

F i g. 2 eine Schaltung eines Beispiels eines im Blockschaltbild der Fig.! enthaltenen Gleichspannungsregler,

F i g. 3 und 4 Kennlinien zur Erläuterung des Betriebs des in der F i g. 2 gezeigten Reglers,

Fig. 5a ein Beispiel einer Abgriffsteuerungsschaltung.

F i g. 5b ein Diagramm zu F i g. Fig. 5a,

F i g. 6 Kennlinien zur Erläuterung des Vorteils der in der Fig. 1 gezeigten Schaltung zur Erfassung einer plötzlichen Veränderung der Wechselspannung und

Fig. 7 eine Schaltung eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Minimalwert-Rechengliedes, das im Gleichspannungsregler enthalten ist.

In der F i g. 1 sind vorgesehen: ein Wechselstromnetz 1. ein Stufentransformator 2. eine Dreiphasen-Vollweg-Thyristorbrücke 3, eine Gleichstromdrossel 4, ein Spannungstransformator 5 zur Messung der Netzwechselspannung, ein Gleichstromtransformator 6 zur Messung des Gleichstromes, ein Abgriffsteuerglied 7 für den Stufentransformator, ein Gleichspannungsregler 8, ein Glied 9 zur Erfassung einer plötzlichen Veränderung der Wechselspannung und ein Impulsphasenschieber 10, der Ausgangssignale P\ bis R, zur Thyristorbrücke 3 sendet.

Das Abgriffsteuerglied 7 ist so aufgebaut, daß durch das Steuern des Abgriffes am Stufentransformator 2 dessen Sekundärspannung im unbelasteten Zustand (Leerlauf) immer unabhängig von Veränderungen der Spannung des Wechselstromnetzes konstant gehalten wird. Unter normalen Bedingungen wird lediglich ein Gleichstrom in den Gleichspannungsregler 8 eingespeist, so daß die Gleichspannung unabhängig von Veränderungen des Gleichstromes in gewissen Grenzen konstant gehalten wird. Zu diesem Zweck wird eine geeignete Spannung in den Impulsphasenschieber IC eingespeist, um den Steuerungswinkel der Voreilung dei Thyristorbrücke zu steuern. Wenn die gewisse Grenze durch den Gleichstrom überschritten wird, dann v*^;rc der Steuerungswinkel der Voreilung so eingestellt, daf. er unabhängig von der Größe des Gleichstrome! konstant ist. Die Bezeichnung »Steuerungswinkel de Voreilung« wird mit d + u ausgedrückt, wie dies ober bereits erwähnt wurde. In diesem Zusammenhang win der Steuerungswinkel λ ausgedrückt durcl λ ^ .τ - (ό + u), wie dies weiter unten näher erläuter wird. Das Glied 9 zur Erfassung einer plötzlichei Spannungsänderung arbeitet unter normalen Umstän den nicht, mit der Ausnahme, daß es erforderlich seil sollte, einen Ubertragungsverlust des Wechselrichter im Falle eines Wechselspannungsabfalles auf Grum

eines Kurzschlusses oder anderer Erdfehler zu vermeiden, die plötzlich im Wechselstromnetz auftreten können, um so ein zeitliches Nachhinken des Abgriffes zu verhindern. Eine genaue Erläuterung des Gliedes 9 wird später an Hand der Fig. 2,5 und 6 gegeben. s

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird die Leerlauf-Sekundärspannung des Transformators unabhängig von der Gleichspannung bei jedem beliebigen Strom auf dem Gleichen Pegel gehalten, wie wenn Nennstrom fließt, so daß es möglich ist, die volle elektrische Nennleistung unmittelbar nach dem Betrieb der Anordnung mit einer umgesetzten Leistung von beispielsweise 10% des Nennwertes zu erhalten. Da weiterhin, wie nachstehend erläutert, der Leistungsfaktor unterhalb eines vorbestimmten Gleichstromwertes ι _s unabhängig vom Gleichstrom konstant gehalten wird, sind Veränderungen der durch den Wechselrichter verbrauchten Blindleistung auf Grund von Änderungen des Gleichstromes klein. Daher sind die sich ergebenden Änderungen der Wechselspannung ebenfalls klein. Die Tatsache, daß der Leistungsfaktor durch eine konstante Gleichspannung unabhängig vom Strom festgelegt ist, geht aus einem Vergleich der Gleichung (2) mit der nachfolgenden Gleichung (3) hervor, die aus der Gleichung (1) entsteht, indem für 1,35 zunächst der

genaue Wert - I 2 eingesetzt und die weiter unten angegebene Gleichung (6) beachtet wird.

= .,35E₂

(3.

Wenn ein vorbestimmter Pegel durch den Gleichstrom überschritten wird, dann wird, wie bereits erwähnt wurde, der Löschwinkel konstant gehalten, so daß das Kippen oder die Polwendung des Stromrichters vermieden wird, wodurch ein Stabiler Betrieb der Anordnung gewährleistet ist

Ein tatsächliches Beispiel des Gleichstromreglers 8 der F i g. 1 ist in der F i g. 2 dargestellt wobei dessen Betrieb näher an Hand der F i g. 3 und 4 erläutert ist.

In der Fig.2 sind Operationsverstärker A\, Ai und Ai, ein Eingangsanschluß 21 des Gleichspannungsreglers 8, mit Vorspannungen beaufschlagte Anschlüsse 22 und 23 sowie Widerstände Ru und Äie vorgesehen. Die Ausgangssignale £bi und £02 der Operationsverstärker Ai und Ai sind jeweils die Ergebnisse der Multiplikation des gemessenen Wertes Id des Gleichstromes (umgesetzt in eine Spannung) und der Vorspannungen mit den durch Widerstände R\ bis Rs bestimmten Verstärkungsfaktoren und einer Addition miteinander, wie dies unten angegeben ist:

A, - R₇Z¹R₁. k; =-- RJR₂, k₂ = RJR-,

k₂ = R_H R₄ .

Ein Widerstand Ri und Dioden D\ und Di bilden eine Schaltung zur Auswahl der niedrigeren Spannung aus den Spannungen £bi und £02, wobei die niedrigere Spannung als Ausgangssignal £0 erscheint. Ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Gleichstrom Id und der Spannung Ea ist in der Fig. 3 gezeigt. Der Gradient und der Schnittpunkt der beiden Kurven kann so bestimmt werden, wie Am. Am', to und ki' in den Gleichungen (4) und (5) ausgewählt sind. Wenn das Ausgangssignal des Gliedes 9 zur Erfassung eines plötzlichen Spannungsabialles, das in den Anschluß 24 eingespeist wird, Null ist, dann wird die Spannung En in eine Spannung Ec umgekehrter Polarität durch den Operationsverstärker Ai umgewandelt, wobei die Spannung Eceine Steuerspannung für den Impulsphasenschieber 10 bildet. Es soll angenommen werden, daß Rio = Ri3und£r= - Ea gilt. Weiterhin soll angenommen werden, daß die Kennlinien des Impulsphasenschiebers 10 so ausgebildet sind, daß die Spannung Ec direkt proportional zum Steuerverzögerungswinkel λ ist, wie dies in F i g. 2 (innerhalb von 10) dargestellt ist. Die Beziehung zwischen dem Gleichstrom Id und dem Steuerverzögerungswinkel α nimmt die gleiche Kurve an, wie diese in Fig.? gezeigt ist.

Die Art und Weise, in der die Vorspannungen Am Vm, kiVß2 und die Verstärkungsfaktoren An', ki bestimmt sind, wird im folgenden an Hand der F i g. 4 näher erläutert, die das Ergebnis der Berechnung mittels der Gleichung (3) und der unten angegebenen Gleichung (6) angibt: ·

3° COS Λ - COS (M- H) —

= 180 (Λ 4 „).

: ν id

In der Fig.4 zeigt die Kurve (a) die Werte des Steuerverzögerungswinkels α, die so ausgewählt sind. daß unabhängig von Veränderungen des Stromes Id eine konstante Gleichspannung Vd beibehalten wird, was auf der Annahme beruht, daß die Sekundärspannung Ei des Transformators konstant ist. Die Kurve (b) stellt andererseits die Werte des Steuerverzögerungswinkels α zur Aufrechterhaltung des Löschwinkels <5 auf einem konstanten Pegel unabhängig von Veränderungen von Id dar, wobei ebenfalls angenommen wird, daß £2 konstant ist. Weiterhin zeigt die Kurve (c) die Werte des Löschwinkels <5, wenn die Steuerung entlang der Kurve (a) erfolgt. Schließlich zeigt die Kurve (d) den

4S Löschwinkel ö, wenn der Kurve (b) gefolgt und dieser konstant gehalten wird.

Wenn der Gleichstrom kleiner als der Nennstrom oder gleich dem Nennstrom ist, erfolgt die Steuerung entlang der Kurve (a). Wenn jedoch der Gleichstrom

so den Nennwert aus irgendwelchen Gründen überschreitet, dann ist, wie aus der Zeichnung hervorgeht, der Löschwinkel ό unter einen normalen Wert Oo verringert, wodurch die Gefahr eines Kippens besteht. Um diese Gefahr zu vermeiden, ist es erforderlich, den notwendi-

ss gen Löschwinke] zu sichern, indem der Kurve (b)be\ der Steuerung gefolgt wird. Auf diese Weise ist immer eine stabile Steuerung möglich, indem den Kurven (a) und (b, gefolgt wird, in Abhängigkeit davon, ob der Gleichstrom jeweils kleiner oder größer als dessen Nennwert ist. Aus der Zeichnung geht hervor, daß die Teile der Kurven a^und (b), denen für die Steuerung gefolgt wird im wesentlichen eine gerade Linie bilden, und deshalb wird die beabsichtigte Steuerung durch die Schaltung der F i g. 2 für eine stückweise lineare Annäherung

6«, durchgeführt. Die Werte Ai Vbi, IciVb2, Am' und h' in der Gleichungen (4) und (5) werden leicht bestimmt, indem für jeden besonderen Fall ähnliche Kurven zu den in der F i g. 4 gezeigten Kurven herausgearbeitet werden.

(ο

Ein Ausführungsbeispiel des Abgriffsteuergliedes mit einer festen Leerlauf-Sekundärspannung des Transformators ist in der F i g. 5a gezeigt. Während des Kippens des Wechselrichters tritt ein Kurzschluß zwischen den Sekundäranschlüssen des Transformators auf, und die Spannung dazwischen fällt auf Null ab, so daß es unmöglich ist, die Leerlauf-Sekundärspannung des Transformators zu messen. In dem in der Fig.5a gezeigten Ausführungsbeispiel werden abhängig von der auf der Primärseite des Transformators eingestellten Abgriffstellung verschiedene Bezugsspannungen mittels Kontakten für die Abgriffstellungsanzeige erzeugt. Die Primärspannung wird mit den Bezugsspannungen verglichen, um einen Befehl zu erzeugen, der die Abgriffstellung anhebt oder senkt. In der gleichen Figur ι s

sind vorgesehen: Schalter Si. S2 Sn, die die

verschiedenen Abgriffstellungen anzeigen, von denen einer in einem gegebenen Zeitpunkt entsprechend der Abgriffstellung geschlossen ist. Eine negative Bezugspannung — Vcc wird in einen der Anschlüsse jedes Schalters eingespeist, während der andere Anschluß

davon über Widerstände Rw, R2\ Rat mit

verschiedenen Widerstandswerten mit dem Eingang eines Gleichstromverstärkers Aw verbunden ist. ein Widerstand Ro ist vorgesehen, um die Spannung — Vcc :< in den Eingangsanschluß des Gleichstromverstärkers Λ11 direkt ohne Schalter einzuspeisen. Der andere Anschlub des Gleichstromverstärkers Aw ist über einen Widerstand Rg geerdet. Da der Ausgang des Gleichstromverstärkers Aw mit seinem Eingang über einen _₁₀ Widerstand Rf\ rückgekoppelt ist. ist das Ausgangssignal fsdes Gleichstromverstärkers A11 gegeben durch:

Es -- I',

Rf Rf

(71

wobei R, ein Widerstand ist, der in Serie mit einem Schalter entsprechend zur geschlossenen Abgriffstellung / geschaltet ist, und wobei die Spannung Es in F i g. 5b dargestellt ist. Wie aus der F i g. 5a hervorgeht, wird die Wechselspannung Ea der Primärseite des Transformators gleichgerichtet und durch einen Widerstand Ra und einen Kondensator Ca in eine Spannung Ea geglättet, und dann wird diese Spannung mit der Spannung fs durch den Pegelvergleicher LD verglichen. Wenn Eli größer als Es ist, wird ein Befehl ₄s ausgegeben, um den Transformatorabgriff anzuheben. Der Wert M des Verhältnisses der Sekundärspannung V2 des Transformators zu seiner Primärspannung Vi in der Abgriffstellung ;' wird kleiner, und die Spannung Es nimmt schrittweise zu, bis der Abgriff an einer Stellung <;₀ anhält, in der Es gleich ist zu Ea. Wenn dagegen Ea kleiner als Es ist, dann wird ein Befehl ausgegeben, um die Abgriffstellung abzusenken.

In der Fig.5a sind weiterhin vorgesehen ein Dreiphasen-Vollweg-Gleichrichter Rd, der die Span- ^ nung Ea in eine Gleichspannung umwandelt. Widerstände Rn und R,2, die den Widerständen R2 und Rs ( F i g. 2) ähnlich sind, und Widerstände Rn und Ro, die den Widerständen Ri und Rs ( F i g. 2) ähnlich sind.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß es die ^₀ in der Fig.5a dargestellte Schaltung ermöglicht, die Leerlauf-Sekundärspannung des Transformators konstantzuhalten.

Das eingangs genannte Ziel der Erfindung wird unter normalen Bedingungen leicht durch die Zusammenfas- ^ sung der in den F i g. 2 und 5a dargestellten Schaltungen erreicht. Wenn jedoch eine plötzliche Veränderung in der Wechselspannung auf Grund beispielsweise eines Fehlers des Gleichstromnetzes auftritt, dann ist eine spezielle Gegenmaßnahme erforderlich, da der Abgriff nicht unmittelbar auf den Fehler ansprechen kann. Dieses Problem wird durch die in den Fig. 2 und 5a durch Strichlinien angegebe.ien Glieder gelöst, die jeweils mit den Bezugszeichen 26 und 9 versehen sind. In der Fig. 5a hat RaCa einen relativ kleinen Wert, und deshalb folgt einer plötzlichen Veränderung in der Wechselspannung Ea innerhalb einer sehr kurzen Zeit ein geeigneter Betrieb. Die Differenz Δ V zwischen Es una Ea in diesem Zeitpunkt wird durch den Differenzverstärker Ai\ ermittelt, wonach Δ V/Es durch einen Dividierer DV erhalten wird. Δ V/Es zeigt die Abweichung der Wechselspannung vom normalen Wert an. wobei der gleiche normale Wert als Grundlage genommen wird, d. h.. die Primärspannung wird zur Erzeugung einer Nennsekundärspannung verwendet. Bei kleinen Veränderungen der Spannung unter normalen Bedingungen unterliegt Fs einer sehr kleinen Veränderung, so daß der Dividierer DV weggeLssen werden kann, um Δ V selbst als Ausgangssignal zu benutzen. Die so berechnete Abweichung oder Ablenkung wird über einen mit dem Anschluß 24 (Fig. 2) verbundenen Anschluß 40 in die in der Fig. 2 dargestellte Schaltung eingespeist, um dadurch die Phasensteuerung durchzuführen. Die Anordnung für eine derartige Phasensteuerung wird im folgenden an Hand der Fi g. 6 näher beschrieben.

Die Kurve CCt der F i g. 6 ist das Ergebnis der Berechnung entsprechend der Gleichung (6), die durchgeführt wird, um zu bestimmen, wie der Steuerverzögerungswinkel λ verändert werden sollte, um den Löschwinkel ό unabhängig von Veränderungen der Wechselspannung bei festem Gleichstrom konstant zu halten. Die Kurve der Fig. 6 zeigt an, daß der Steuerverzögerungswinkel α um Δ <x gegen die Ablenkung von Δ V/Es verändert werden sollte. Indem die Steuerung auf diese Weise durchgeführt wird, ist es möglich, einen stabilen Betrieb der Anordnung mit dem erforderlichen Löschwinkel ό durchzuführen, der unabhängig von Veränderungen in der Wechselspannung festgelegt ist. Wenn die Steuerung entsprechend der Kurve CCi durchgeführt wird, während die Wechselspannung über ihren normalen Wert angehoben ist, dann wächst der Gleichstrom entsprechend über seinen Nennwert an. Dies bring! keine Schwierigkeiten mit sich, wenn ein ausreichender Isolationspegel der Anordnung auf der Gleichstromseite vorgesehen ist. Es isi jedoch wünschenswert, die Gleichspannung unter dem Nennwert durch eine Impulsphasensteuerung zu halten, da eine zu große Spannung auf jeden Fall vermieden werden sollte. Die Kurve CCi der Fig.6 zeigt das Ergebnis der Berechnung des Steuerverzögerungswinkels α auf der Grundlage der Gleichungen (1) und (2), um eine konstante Gleichspannung unabhängig von Veränderungen der Wechselspannung zu erhalten, während ein konstanter Gleichstrom beibehalten wird.

Wenn zusammenfassend die Wechselspannung unter ihren Nennwert verringert ist. dann erfolgt die Steuerung entsprechend der Kurve CCi, wodurch der erforderliche Löschwinkel gewährleistet ist. Wenn dagegen die Wechselspannung über den Nennwert erhöht ist, dann wird der Kurve CCi für die Steuerung gefolgt, wodurch ein Überschlag vermieden wird, der sonst auf Grund der angewachsenen Gleichspannung auftreten würde.

Durch Verwendung des Gliedes 26 in Fig. 2 ist es möglich, eine Steuerung durch gerade Linien CO' und

CCi' ungefähr in der Nähe der Kurven CCi und CO der Fig. 6 durchzuführen. Eine Steuerung mit einer größeren Genauigkeit ist durch eine stückweise lineare Annäherung möglich, wobei ein Steuerglied mit einer Annäherung an eine gerade Linie weiter unten näher erläutert wird.

Da Δ V7£sals negative Spannung erzeugt wird, wenn die Wechselspannung Ea unterhalb des Nennwertes Es liegt, leitet eine Diode D> im Glied 26, so daß die Steuerspannung Ec des Impulsphasenschiebers 10 abhängig vom Verhältnis RmIRw verringert wird, wodurch der Steuerverzögerungswinkel <x abnimmt, während das Verhältnis RnIRw entsprechend der geraden Linie CG' der Fig. 6 festgelegt ist. Wenn weiterhin Ea über Es anwächst, dann wird das Ausgangssignal eines Operationsverstärkers Aa im Glied 26 negativ, so daß eine Diode Di zu leiten beginnt, um £czu verringern. Der Gradient der Verringerung ist in Übereinstimmung mit der geraden Linie CCi der Fig.6 festgelegt, indem die Widerstände Rw Ru, Rn und Au geeignet ausgewählt sind.

Die Fig. 7 zeigt ein weiteres Beispiel eines Minimalwert-Auswahlgliedes, das zur Auswahl des niedrigeren der Ausgangssignale £oi oder £02 der Operationsverstärker A\ und Ai (Fig. 2) verwendet wird. Wie aus einem Vergleich zwischen den beiden Schaltungen hervorgeht, in denen für sich entsprechende Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind, zeichnet sich die in der F i g. 7 dargestellte Schaltung dadurch aus, daß die Widerstände Ri und Rt jeweils parallel mit den Operationsverstärkern und Dioden Z> und Ch verbunden sind. Deshalb ist es möglich, den Minimalwert auszuwählen, wobei die Sperrschichtspannung der Dioden vollständig ausgeschlossen ist. Dies gilt auch für eine Schaltung einschließlich des Operationsverstärkers Aa und der Diode Da ( F i g. 2), obwohl diese in F i g. 7 nicht dargestellt ist. Denn wenn angenommen wird, daß O < £01 < £02 gilt, ist die Diode Lh leitend, so daß Ec ν = Eoi vorliegt. Als Ergebnis ist die Diode Lh in Sperrichtung vorgespannt und nichtleitend. Da die Rückkopplungsspannung für den Operationsverstärker Ai den Wert £01 hat, der kleiner als L·^. ist, wächst die Spannung £02 ständig an und erreicht schließlich die Sättigungsspannung des Operationsverstärkers Ai. Dadurch wird die Diode Di weiter in Sperrichtung vorgespannt. Auf diese Weise wird die niedrigste Spannung ausgewählt, die nichts mit der Art der Dioden Di und Di zu tun hat.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, werden bei der vorliegenden Erfindung je nach Höhe des Gleichstromes die Gleichspannung oder der Löschwinkel für die Steuerung konstant gehalten. Die Sekundärspannung des Stufentransformators, die bei Leerlauf auftritt oder bei Stromentlastung auftreten würde, wird auf ihrem Nennwert gehalten.

Was die Veränderungen der Blindleistung auf Grund von Veränderungen des Gleichstromes anbelangt, so ermöglicht die Erfindung, daß der Leistungsfaktor während der Steuerung durch eine konstante Gleichspannung festgelegt :~.t, so daß eine plötzliche Verringerung der Blindleistung auf Grund eines verringerten Überlappungswinkels u und eines vergrößerten Leistungsfaktors, der sonst bei einem kleinen Strom auftreten würde, verhindert ist, mit dem Ergebnis, daß Spannungsveränderungen auf Grund von Veränderungen der Blindleistung im Wechselstromnetz auf einem verhältnismäßig niedrigen Wert gehalten werden.

Jedoch liegt eine Schwierigkeit darin, bei welchem Wert des Gleichstromes der Übergang zwischen der Steuerung des Wechselrichters durch eine konstante Spannung und durch einen konstanten Löschwinkel erfolgen sollte. Dieser Übergangspunkt braucht nicht notwendigerweise beim oder in der Nähe des Nennstromes zu liegen. Wenn mit anderen Worten die Größe des Löschwinkels, über die für einen stabilen Betrieb des Wechselrichters nicht verfügt werden kann, groß genug ist, dann kann die Steuerung durch eine konstante Gleichspannung für einen größeren Gleichstrom als dessen Nennwert durchgeführt werden. Wenn andererseits der Löschwinkel klein ist, dann sollte die Steuerung durch einen konstanten Löschwinkel schon erfolgen, wenn der Gleichstrom kleiner als sein Nennwert ist. Wenn weiterhin der Übergangspunkt von der Steuerung durch eine konstante Gleichspannung zur Steuerung durch einen konstanten Löschwinkel auf einen kleinen Wert des Gleichstromes festgelegt ist, dann ist eine stabile Verwendung der Gleichstromübertragung möglich, selbst wenn das Wechselstromnetz eine kleine Blindleistungsversorgungskapazität aufweist. Wenn andererseits eine Steuerung durch eine konstante Gleichspannung bis zu einem großen Wert des Gleichstromes möglich ist. dann kann der Wechselrichter mit einem großen Löschwinke] in einem weiten Bereich betrieben werden, so daß ein Kippen kaum auftritt, wodurch ein stabiler Betrieb des Wechselrichters gewährleistet ist.

Mit der oben beschriebenen Regelungsanordnung ist eine Steuerung des Steuerverzögerungswinkels des Wechselrichters möglich, um die Gleichspannung auf der Gleichrichterseite anstatt auf der Wechselrichterseite der Gleichstromübertragungsanordnung auf einem konstanten Wert zu halten. Zu diesem Zweck wird bei der Bestimmung des Gradienten der Steuerungskurve der Fig. 3 der Spannungsabfall RiId auf Grund der Glcichstromleitung zur rechten Seite der Gleichung (3) addiert, so daß eine ähnliche Rechnung zu der an Hand der Fig.4 erläuterten Gleichung durchführbar ist, um die Schaltungskonstanten zu bestimmen.

Hier/u 4 BUiIi Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Regelung eines Wechselrichters und eines auf dessen Wechselstromseite angeordneten Stufentransformators in einer Anlage zur Leistungsübertragung zwischen Wechselstromnetzen durch Gleichstrom, mit einer den Wechselrichter steuernden Einrichtung, die den Löschwinkel konstant hält, wenn der Gleichstrom größer als ein vorbestimmter Wert ist, und mit einer den Stufentransformator steuernden Einrichtung zur Spannungskonstanthaltung, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der den Wechselrichter (3) steuernden Einrichtung, daß die an dem is Wechselrichter (3) anliegende Gleichspannung konstant gehalten wird, wenn der Gleichstrom kleiner als der vorbestimmte Wert ist, und durch eine derartige Ausbildung der den Stufentransformator (2) steuernden Einrichtung, daß diejenige Wechsel- >o spannung auf der Wechselrichterseite des Stufentransformators (2) (Sekundärspannung), die bei Leerlauf auftritt oder bei Stromentlastung auftreten würde, konstant gehalten wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Steuerung so durchgeführt ist, daß der Löschwinkel (ό) bei Erfassung einer plötzlichen beliebig gerichteten Veränderung der Spannung im Wechselstromnetz (1) zunimmt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet ',0 durch ein erstes Glied (7) zur Erzeugung einer mit der Stellung des primärseitigen Abgriffes des Stufentransistors (2) veränderlichen Bezugsspannung, ein zweites Glied zur Erzeugung einer zur Primärspannung des Stufentransformators (2) pro- « portionalen Spannung und eine Einrichtung (LU), die die Spannungen des ersten und zweiten Gliedes vergleicht und die Stellung des Abgriffes des Stufentransformators (2) im Sinne des Nullwerdens der Differenz der beiden Spannungen steuert.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (9, 26), die den Voreil-Steuerungswinkel des Wechselrichters (3) proportional zu einer plötzlichen beliebig gerichteten Änderung der Spannung des Wechselstromnetzes (I) vergrößert. _A^