DE2340669C3

DE2340669C3 - Anordnung zur Regelung eines Wechselrichters und eines auf dessen Wechselstromseite angeordneten Stufentransformators in einer Anlage zur Leistungsübertragung zwischen Wechselstromnetzen durch Gleichstrom

Info

Publication number: DE2340669C3
Application number: DE2340669A
Authority: DE
Inventors: Atsumi Hitachi Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-08-12
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1983-11-03
Also published as: GB1440368A; JPS4937127A; DE2340669A1; DE2340669B2; SU608490A3; US3886433A; JPS5814138B2; SE389432B

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, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. _n0 _C()s

Eine solche Anordnung ist bekannt (BBC-Nachrichten. Okt./Nov. 1970. S. 295 bis 302). mit

Bei der Gleichstromübertragung wird ein Wechselstrom durch einen Gleichrichter zur Übertragung in E₂ = einen Gleichstrom unigewandelt und danach durch _bi einen Wechselrichter in einen Wechselstrom umgesetzt, um zu einem Wechselstromnetz unter Last übertragen zu werden. Dabei wird der Gleichrichter im Normalbetrieb auf einen entsprechend der erforderlichen Obertragungsleistung eingestellten, den Arbeitspunkt bestimmenden konstanten Strom und der Wechselrichter auf einen konstanten Löschwinkel geregelt wobei der vorgegebene konstante Gleichstrom stets größer als ein vorbestimmter Wert ist, der etwas unterhalb des durch die Regelung des Gleichrichters angestrebten konstanten Stromes liegt und zusammen mit diesem verstellt werden muß. Sinkt bei der vorgenannten bekannten Anordnung infolge einer storungsbedingten Absenkung der Netzwechselspannung des Gleichrichters der Strom bis zu dem vorgenannten vorbestimmten Wert ab, so wird be; dem Wechselrichter die Löschwinkelregelung durch eine Regelung des Stromes auf den vorbestimmten Wert abgelöst, wobei dann die Spannung durch den Gleichrichter bestimmt wird.

Bei einer Ausführung dieser Anordnung tür HGÜ-Mehrpunktnetze ist die Kennlinie des Wechselrichters weiter so ausgebildet, daß bei Gleichströmen unterhalb des vorbestimmten Wertes die an dem Wechselrichter anliegende Gleichspannung konstant gehalten wird, und zwar auf einem Wert, der unterhalb der Nennspannung liegt Damit soll erreicht werden, daß die Anlagengleichspannung auch in Störungsfällen nicht unter den vorgegebenen Wert absinkt.

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 Wechseistromnetzes die Nennspannung der Gleichstromleitung eingehalten wird.

Die Regelung des Wechselrichters auf einen konstanten Löschwinkel erfolgt einerseits zur Sicherung seines stabilen Betriebes und andererseits zur Verringerung der Blindleistung, indem der Löschwinkel auf einem geringsten konstanten Wert gehalten wird.

Diese Regelung des Wechstrriohters auf einen konstanten Löschwinkel ist für die Verhinderung eines Ausfalls der Kommutierung günstig. Eine entsprechend dieser Regelung arbeitende Anordnung spricht aber auf Befehle zur Änderung der Leistungsübertragung bei einer Gleichstromübertragung langsam an. Weiterhin führt eine derartige Änderung der Leistungsübertragung zu einer großen Änderung der durch den Wechselrichter verbrauchten Blindleistung. Dies wird weiter unten nähe^r an Hand des Falles erläutert, daß der Gleichrichter auf einen konstanten Strom und der Wechselrichter auf einen konstanten l.oschwinkc! geregelt wird.

Die Anschlußspannung Vd auf der Gleichstromseite (im folgenden als »Gleichspannung« bezeichne!) des Wechselrichters und der Leistungsfaktor cos </ des Wechselrichters werden bekanntlich durch die folgen den Gleichungen ausgedrückt:

Vd = 1.35/;, cos.)- ³ 1,IX.

_ COS Λ (- COS(O I U) COb₇ - - ₇-

Ul

12)

Sckundärspannung (Spannung auf der Wechselrichterseite) des Transformators im nichtbelasteten Zustand, der zwischen tlcn Wechselrichter und das belastete Wechselstromnetz eingeschulte! ist.

X = Blindwiderstand des Transformators je Phase, δ = Löschwinkel,

u — Überlappungswinkel und

Id = im Wechselrichter fließender Gleichstrom.

Wenn der Löschwinkel konstant gehalten wird, dann kann, wie aus der Gleichung (1) hervorgeht die Gleichspannung mittels des Wechselrichters nicht konstant gehalten werden, wenn Veränderungen im Gleichstrom vorliegen; vielmehr ist die Gleichspannung \o um so höher, je kleiner der Gleichstrom ist, wobei der Veränderungsbereich der Gleichspannung ungefähr 10% der Nenngleichspannung ausmacht. Es ist, wie dies 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 Regelungsanordnung hat jedoch den Nachteil, daß im Bereich sehr kleiner Gleichströme die Sekuffdärspannung des Stufentransformators auf ungefähr 10% unterhalb ihres Nennwerte'· durch Einstellung des Abgriffes gehalten wird, um die Gleichspannung auf einen Pegel zu begrenzen, der nicht höher als ein vorbestimmter Pegel isL 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 gewöhnlich einige Minuten zur Abgriffverstellung erforderlich. Andererseits nimmt, da der Löschwinkel konstant gehalten wird, bei einer Verkleinerung 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 Gleichung (2) hervorgeht, dt. Leistungsfaktor schnell durch eine schnelle Verringerung der durch den Wechselrichter verbrauchten Blindleistung verbessert wird Dieses Ergebnis bewirkt große, über das durch die Stromänderung an sich bedingte Ausmaß hinausgehende Veränderungen in der Blindleistung mit einem Anwachsen und Abnehmen cL*r Gleiclistromleistung oes Wechselrichters und damit große Veränderungen in der Wechselspannung. Dieses bedeutet insbesondere dann ein Problem, wenn das Wechselstromnetz eine kleine Kur/schlußkapa/itat aufue.jt.

Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei e;/ier 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 Gleichstromleistunj.· die Anlage stets mit der vollen Gleichspannung betneben wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten An durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Durch die Erfindung wird der Strombereich konstanten Löschwinkels und damit der Blindleistungsänderungsbereich reduziert, da unterhalb eines vorbestimmten Gleichstromweries die an dem Wechselrichter anliegende Gleichspannung konstant gehalten wird.

Wenn der Gleichstrom j/ößer als der vorbestimmte Wert ist, wird ein bestimmter Löschwinkel 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 Wechselstromschaltung konstant gehalten wird. Auf diese Weise v/ird 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.

Es ist bereits eine Anordnung zur Verstellung der Lastschalter von Stromrichtertransformatoren in einer HGÜ-Anlage mit einer Regeleinrichtung für eine oder mehrere Stationen vorgeschlagen worden, bei der die ventilseitige Transformatorleerlaufspannung oder die ihr proportionale ideelle Leerlaufgleichspannung als Regelgröße dient (DE-PS 21 09 763). Die Anordnung soll nicht nur für Gleichrichter, sondern auch für Wechselrichter der Anlage verwendbar sein, und zwar auch für solche Wechselrichter, die mit ~iner Löschwinkelregehip.g versehen sind. Es sollen mir der vorgeschlagenen Anordnung unerwünschte Lastschalterverstellungen und unerwünschte Spannungszunahmen vermieden werden.

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

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 eine Schaltung eines Beispiels eines im Blockschaltbild der F i g. 1 enthaltenen Gleichspannungsregler,

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

F i g. 5a ein Beispiel einer Abgriffsteuerungsschaltung,

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

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

F i g. 7 eine Schaltung eines weiteren Ausführungsbeispielei eines Minimalwert-Rechengliedes, das im Gleichspannungsregler enthalten ist.

In der Fig. 1 sind vorgesehen: ein Wechselstromnetz 1. ein Stufentransformator 2. eine Dreiphasen-Vullweg-Thyristorbrücke 3. eine Gleichstromdrossel 4. ein Spanmingstransformator 5 zur Messung der Netzwechselspannung, ein Gleichstromtransforn ator 6 zur Messung des Gleichstromes, ein Abgriffsteuerglied 7 für den Stufentransformator, ein Gleichspannungsregler 8. ein Glied 9 /ur Erfassung einer plötzlichen Veränderung der Wechselspannung und ein Impulsphasenschieber 10. der Ausgangssignale P bis P* zur Thyristorbrücke 3 sendet.

Das Abgriffsteuerglied 7 ist so aufgebaut, daß durch das Steuern des Abg-iffes am Stufentransformator 2 dessen Sekundärspannung im unbelasteten Zustand (Leerlauf) immer unabhängig von Veränderungen der Spannung des Werhselstromnet/es konstant gehalten wird. Unter normale:. 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 10 eingespeist, um den Steuorungswinkel der Voreilung der Thyristorbrücke zu steuern. Wenn die gewisse Gren/c durch den Gleichstrom unterschritten wird, dann wird der Steucruneswinkel der Voreilung so eingestellt., daß

er unabhängig von der Größe des Gleichstromes konstant ist. Die Bezeichnung ».Steuerungswinkel der Voreilung« wird mit o + u ausgedrückt, wie dies oben bereits erwähnt wurde. In diesem Zusammenhang wird der Steuerungswinkel \ ausgedrückt durch λ = -τ — (Λ + u), wie dies weiter unten näher erläutert wird. Das Glied 9 zur Erfassung einer plötzlichen Spannungsänderung arbeitet unter normalen Umständen nicht, mit der Ausnahme, daß es erforderlich sein sollte, einen Übertragungsvcrlust des Wechselrichters im Falle eines Wechselspannungsabfalles auf Grund eines Kurzschlusses oder anderer Erdfehler /u 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 F i g. 2. 5 und 6 gegeben.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird

I' I ι J η ι ι.· ι -ρ ρ

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 unabhängig vom Gleichstrom konstant gehalten wird, sind Veränderungen der durch den Wechselrichter verbrauchten Blindleistung den Änderungen des Gleichstromes proportional und damit kleiner als bei J0 Vorhandensein einer zusätzlichen Änderungskomponente der Blindleistung auf Grund einer stromabhängigen Änderung des Leistungsfaktors. Daher sind die sich ergebenden Änderungen der Wechselspannung ebenfalls kleiner. 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 — fä eingesetzt und die weiter unten angegebene Gleichung (6) beachtet wird.

Jt₁ = R₁IR₁. A₁' = R₁IR₁,

R₁₁IR₃

IV= 1,35/^^

(3)

45

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 wirr¹, 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 F i g. 2 sind Operationsverstärker ,4t. ,42 und -43. ein Eingangsanschluß 21 des Gleichspannungsreglers 8. mit Vorspannungen beaufschlagte Anschlüsse 22 und 23 sowie Widerstände Ru und R_Sb vorgesehen. Die Ausgangssignale £bi und E>> 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 Ri bis R_s bestimmten Verstärkungsfaktoren und einer Addition miteinander, wie dies unten angegeben ist:

ξ» = ^ki I'm -A/·W (4)

£.2 = *2 ^VHl - K W (5)

kj = RJR₄.

Ein Widerstand R* und Dioden D, und /> bilden eine Schaltung zur Auswahl der niedrigeren Spannung aus den Spannungen En und E,.. wobei die niedrigere Spannung als Ausgangssignal E₁ . erscheint. Ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Gleichstrom Id und der Spannung Et ι ist in der F i g. 3 gezeigt. Per Gradient und der Schnittpunkt der beiden Kurven kann so bestimmt werden, wie Ai. AV. A.· und A/ in den Gleichungen (4) und (5) ausgewählt sind. Wenn das

' *—-e***"O — ·ο"·~· — *' - * " —c ■

plötzlichen Spannungsabfalls, das in den \nschluL) 24 eingespeist wird. Null ist, dann wird die Spannung E, . in eine Spannung E₁ umgekehrter Polarität durch den Operationsverstärker A₁ umgewandelt, wobei die Spannung Et eine Steuerspannung für den Impulspha xensehieber 10 bildet. Es soll angenommen werden, daß R[I₁=Rn und Et - -Et ι gilt. Weiterhin soll angenommen werden, daß die Kennlinien des Impulsphasenschielrlrs 10 so ausgebildet sind, daß die Spannung F, direkt proportional zum Steuerverzögerungswinkel \ ist, wie dies in F i g. 2 (innerhalb von 10) dargestellt ist. Die Beziehung zwischen dem Gleichstrom Id und dem Steuerverzögerungswinkel λ nimmt die gleiche Kurve an. wie diese in F i g. 3 gezeigt ist.

Die Art und Weise, in der die Vorspannungen A, V,, ta Vb2 und die Verstärkungsfaktoren Ai'. A_·' 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:

CIlS Λ - COS (Λ \ It) =

„ = 180 -|Λ + «ι.

[2X lil

16)

In der Fig.4 zeigt die Kurve (a) die Werte des Steuerverzögerungswinkels λ, 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 £j des Transformators konstant ist. Die Kurve (b) stellt andererseits die Werte des Steuerverzög^rungswinkels λ zur Aufrechterhaltung des Löschwinkels ö auf einem konstanten Pegel unabhängig von Veränderungen von /c/dar, wobei ebenfalls angenommen wird, daß E₂ 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 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 den Nennwert aus irgendwelchen Gründen überschreitet, dann ist, wie aus der Zeichnung hervorgeht, der Löschwinkel δ unter einem normalen Wert 6» verringert, wodurch die Gefahr eines Kippens besteht. Um diese Gefahr zu vermeiden, ist es erforderlich, den notwendigen Löschwinkel zu sichern, indem der Kurve (b) bei der Steuerung gefolgt wird. Auf diese Weise ist

immer eine stabile Steuerung möglich, indem den Kurven (n)und ^gefolgt wird, in Abhängigkeil davon, ob der Gleichstron 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 b''-Jen. und deshalb wird die beabsichtigte Steuerung durch die Schaltung der Fig. 2 für eine stückweise lineare Annäherung durchgeführt. Die Werte k V)₁ ,. A; Vn<_. Αί' und A_>' in den 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.

Fin Ansfiihrungsbeispiel des Abgriffsteuergliedes mit einer festen Leerlauf-Sekundürspunnung des Trans- η formators ist in der F i g. 5a gezeigt. Wahrend 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 F i g. 5a gezeigten Alisführungsbeispiel werden abhängig von der auf der Primärseite des Transformators eingestellten Abgriffstellung verschiedene Bezugsspannungen mittels Kontakten für die Abgriffstcllungsanzeige 2i erzeugt. Die Primärspannung wird mil den Bezugsspaniiungen verglichen, um einen Befehl zu erzeugen, der die Abgriffstellung anhebt oder senkt. In der gleichen Figur

sind vorgesehen: Schalter .S'i. .S'.> 5„. die die

verschiedenen Abgriffstellungen anzeigen, von denen einer in einem gegebenen Zeitpunkt entsprechend der Abgriffstellung geschlossen ist. Fine negative Bezugspannung - V₁ , wird in einen der Anschlüsse jedes Schalters eingespeist, während der andere Anschluß

davon über Widerstände An. /?_m R„\ mit J5

verschiedenen Widerstandswerten mit dem Eingang eines Gleichstromverstärker Au verbunden ist. Ein Widerstand R„ ist vorgesehen, um die Spannung - V₍₍ in den Eingangsanschluß des Gleichstromverstärkers A11 direkt ohne Schalter einzuspeisen. Der andere Anschluß deb Gleichstromverstärkers Au ist über einen Widerstand R_L. geerdet. Da der Ausgang des Gleichstromverstärkers Au mit seinem Eingang über einen Widerstand RF\ rückgekoppelt ist, ist das Ausgangssignal EsdesGleichstromverstärkerS/An gegeben durch:

wobei R, ein Widerstand ist. der in Serie mit eintm Schalter entsprechend zur geschlossenen Abgriffstellung / geschaltet ist, und wobei die Spannung £5 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 Es^urch den Hegelvergleicher LD verglichen. Wenn Ea größer als £5 ist, wird ein Befehl ausgegeben, um den Transformatorabgriff anzuheben, eo Der Wert Ni des Verhältnisses der Sekundärspannung V₂ des Transformators zu seiner Primärspannung V, in der Abgriffstellung /wird kleiner, und die Spannung £s nimmt schrittweise zu, bis der Abgriff an einer Stellung anhält, in der £5 gleich ist zu Ea. Wenn dagegen ΈΊ 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 Spannung En in eine Gleichspannung umwandeil. Widerslände R₁ 1 und R₁ >. die den Widerständen /?_. und R-, (F 1 g. 2) ähnlich sind, und Widerstände Rn und Ri >. die den Widerständen R; und /?*(Fi g. 2) ähnlich sind.

Aus der obigen Beschreibung geht hei vor, daß es die in der F i g. 5a dargestellte Schaltung ermöglicht, die Leerlauf-Sekundiirspannung des Transformators konstant zu halten.

Das eingangs genannte Ziel der Erfindung wird unter normalen Bedingungen leicht durch die Zusammenfassung 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 F i g. 2 und 5a durch .Strichlinien angegebenen Glieder gelöst, die jeweils milden Bezugszeichen 26 und 9 versehen sind. In der Fig. 5a hat RuCn einen relativ kleinen Wert, und deshalb folgt einer plöizlichen Veränderung in der Wechselspannung En innerhalb einer sehr kurzen Zeit ein geeigneter Betrieb. Die Differenz J V zwischen /:'.* und Eli in diesem Zeitpunkt wird durch den Differenzverstärker A;i ermittelt, wonach Λ V/Es durch einen Dividierer DV erhalten wird. J V/Es zeigt die Abweichung der Wechselspannung vom normalen Wert an, wobei der gleiche normale Wert als Grundlage genornmcn wird, d. h., die Primärspannung wird zur Erzeugung einer Nennsekundärspannung verwendet. Bei kleinen Veränderungen der Spannung unter normalen Bedingungen unterliegt Ev einer sehr kleinen Veränderung, so daß der Dividierer DV weggelassen 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 F i g. 2 dargestellte Schaltung eingespeist, um dadurch die Phasensteuerung durchzuführen. Die Anordnung für eine derartige Phasensteuerung wird im folgenden an Hand der F i g. 6 näher beschrieben.

Die Kurve CC\ 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 δ unabhängig von Veränderungen der Wechselspannung bei festem Gleichstrom konstant zu halten. Die Kurve der F i g. 6 zeigt an. daß der Steuerverzögerungswinkel λ um Δ λ gegen die Ablenkung ;on 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 die Gleichspannung entsprechend über ihren Nennwert an. Dies bringt keine Schwierigkeiten mit sich, wenn ein ausreichender Isolationspegel der Anordnung auf der Gleichstromseite vorgesehen ist. Es ist jedoch wünschenswert, die Gleichspannung unter dem Nennwert durch eine Impulsphasensteuerung zu halten, da eine zu große Spannung auf jeden Faii vermieden werden sollte. Die Kurve CC2 der F i g. 6 zeigt das Ergebnis der Berechnung des Steuerverzögerungswinkels tx 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 Nennwer'. verringert ist, dann erfolgt die Steuerung entsprechend der Kurve CG, 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 F i g. 2 ist es möglich, eine Steuerung durch gerade Linien CG' und CC.·' ungefähr in der Nähe der Kurven CC und CCi der Fig. 6 durchzuführen. Eine Steuerung mit einer größeren Genauigkeit ist durch eine stückweise lineare

A ηηηηρπιηπ ηιΛ»τΙ tch »»//λΙλ^ι ριπ ^C 1 οιι*^γ*τ1ρ*"»/Ί miI ριπργ

Annäherung an eine gerade Linie weiter unter näher erläutert wird.

Da Δ V/Es als negative Spannung erzeugt wird, wenn die Wechselspannung Eu unterhalb des Nennwertes Es liegt, leitet eine Diode D₁ im Glied 26, so daß die Steuerspannung Ec des Impulsphasenschiebers 10 abhängig vom Verhältnis R JRu verringert wird. wodurch der Steuerverzögeriingswinkel λ abnimmt, während das Verhältnis Rn/Ru entsprechend der geraden Linie CG' der F i g. b festgelegt ist. Wenn weiterhin Ea über Es anwächst, dann wird das Ausgangssignal eines Operationsverstärkers A* im Glied 26 negativ, so daß eine Diode Dt zu leiten beginnt, um Ec zu verringern. Der Gradient der Verringerung ist in Übereinstimmung mit der geraden Linie CC:' der Fig. 6 festgelegt, indem die Widerstände Ri,. R\~. R\i und R₁ 1 geeignet ausgewählt sind.

Die Fig. 7 zeigt ein weiteres Beispiel eines Minimalwert-Auswahlgliedes, das zur Auswahl des niedrigeren der Ausgangssignale Em oder En.· der Operationsverstärker A\ und 4:(Fi g. 2) verwendet w ird. Wie aus einen Vergleich zwischen den beiden Schaltungen hervorgeht, *o 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 R; und Rn jeweils parallel mit den Operationsverstärkern und Dioden D\ und D· verbunden sind. Deshalb ist es möglich, den Minimal wert auszuwählen, wobei die Sperrschichtspannung der Dioden vollständig ausgeschlossen ist. Dies gilt auch für eine Schaltung einschließlich des Operationsverstärkers At und der Diode D₄ (Fig. 2). obwohl diese in Fig. 7 nicht dargestellt ist. Denn wenn angenommen wird, daß 0<Ei, <E<)2 gilt, ist die Diode Di leitend, so daß E(i-=Eoi vorliegt. Als Ergebnis ist die Diode Di in Sperrichtung vorgespannt und nichtleitend. Da die Rückkopplungsspannung für den Operationsverstärker Az den Wert Eq\ hat, der kleiner als E02 ist, wächst die Spannung E02 ständig an und erreicht schließlich die Sättigungsspannung des Operationsverstärkers A₂. Dadurch wird die Diode Dz weiter in Sperrichtung vorgespannt. Auf diese Weise wird die niedrigste Spannung ausgewählt, die nicht mit der Art der Dioden D\ und Di zu tun hat.

Wie aus der o'uigen Beschreibung hervorgeht, werden bei der vorliegenden Erfindung je nach Höhe des Gleichstromes die Gleichspannung oder der Löschw in· kcl 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 ist. so daß eine zusätzliche plötzliche Verringerung der Blindleistung auf Grund eines verringerten Überlappungswinkels u und eines vergrößerten Leistungsfaktors, der sonst bei eine,¹! kleinen Strom auftreten würde, verhindert ist. mit dem Ergebnis, daß Spannunjjsveränderungen auf Grund von *»r;inrliirnn«T**n rlpr RlinHlnictiinu im

auf einem verhältnismäßig niedrigen Wert geha'ten werden.

jedoch liegt eine Schwierigkeit darin, bei welchen Wert des Gleichstromes der Übergang /wischen 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 Nennstrumes 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 Gleich strom 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 Löschwinkel 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 R₁Id auf Grund der Gleichstromleitung zur rechten Seite der Gleichung (3) addiert, so daß eine ähnliche Rechnung zu der an Hand der F i g. 4 erläuterten Gleichung durchführbar ist. um die Schaltungskonstanten zu bestimmen.

Hierzu 4 Blatt 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 die die an dem Wechselrichter anliegende Gleichspannung konstant hält, wenn der Gleichstrom kleiner als der vorbestimmte Wert ist, und mit einer den Stufentransformator steuernden Einrichtung zur Spannungskonstanthaltung, gekennzeichnet durch eine deratige Ausbildung der den Wechselrichter (3) steuernden Einrichtung, daß der Wert, auf dem die an dem Wechselrichter (3) anliegende Gleichspannung konstant gehalten wird, gleich demjenigen Wert der Gleichspannung is·., der auf Grund der Konstanthaltung des Löschwinkels bei dem vorbestimmten Wert des Gleichstroms auftritt, und durch eine derartige Ausbildung der den Stufentransformator (2) steuernden Einrichtung, daß ,₅ diejenige Wechselspannung 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 gekenn- _M zeichnet, 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 ,-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 Stufentransistors (2) proportionalen Spannung und eine Einrichtung (LD). die Ίιε 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-Stcuerungswinkel des Wechselrichters (J) proportional zu einer plötzlichen beliebig gerichteten Änderung der Spannung des Wechselstromnetzes (1) vergrößert.

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