DE2414807B2

DE2414807B2 - Verfahren und schaltungsanordnung zur statischen blindleistungskompensation

Info

Publication number: DE2414807B2
Application number: DE19742414807
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 8521 Weiher Waldmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-03-27
Filing date: 1974-03-27
Publication date: 1976-12-16
Also published as: FR2266347A1; CH587577A5; CA1048107A; SE7503133L; SE400423B; FR2266347B1; BE827114A; DE2414807A1; US3968422A; GB1502804A; JPS50129949A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur statischen Blindleistungskompensation für ein Drehstromnetz mit einem dreiphasigen Verbraucher, einer dreiphasigen Kondensatorbatterie und einem dreiphasigen Stromrichtersatz mit kurzgeschlossenen gesteuerten Blindleistungs-Stromrichtern, bei dem die Steuergrößen für die Blindleistungs-Stromrichter aus den Verbraucherströmen abgeleitet werden. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Neben der bisher üblichen Blindleistungskompensation durch rotierende Maschinen gelangen zunehmend statische Kompensationseinnchtungen mit Blindleistungs-Stromrichtern zum Einsatz. Ein kurzgeschlossener Stromrichter stellt einen Blindleistungsverbraucher dar, dessen Blindleistungsaufnahme vom Steuerwinkel der Stromrichterventile abhängig ist. Bei derartigen statischen Kompensationseinrichtungen mit einer Kon- fo densatorbatterie und Blindleistungs-Stromrichtern ist die Kondensatorbatterie so bemessen, daß sie die maximal auftretende Blindleistung kompensieren kann. Die kurzfristigen Scnwankungen der Blindleistung werden vom Blindleistungs-Stromrichter ausgeglichen.

Besonders schwierig ist die Blindleistungskomponsation bei Elektroöfen, die aufgrund ihres konstruktiven Aufbaues und ihres Betriebsverhaltens erhebliche Wirk- und Blindleistungsschwankungen verursachen. Diese Leistungsschwankungen sind außerdem noch unsymmetrisch auf die einzelnen Phasen des speisenden Drehstromnetzes verteilt

Bei einer bekannten statischen Blindleistungskompensationseinrichtung werden die Steuergrößen für den Blindleistungs-Stromrichter aus der gemessenen Blindleistung abgeleitet (Siemens-Zeits.chrift, 47 [1973], H. 10, S. 706 bis 711). Die Blindleistungsregelung erfolgt in zwei hintereinandergeschalteten Regelkreisen, nämlich einem inneren Stromregelkreis und einem äußeren Blindleistungsregelkreis, der die Steuergrößen für den Stromrichter liefert Dieses Regelkonzept erfordert eine aufwendige Ermittlung der Blindleistung durch Multiplikation des Netzstromes mit einer zur jeweiligen Phasenspannung senkrechten Spannung. Außeidem muß eine Glättung des ermittelten Wertes der Blindleistung vorgesehen werden, deren Glättungszeitkonstante insbesondere bei der Ausregelung sprunghaft auftretender Blindleistungsstöße störend ist Eine gesonderte Regelung für die einzelnen Phasen des speisenden Drehstromnetzes ist bei dieser bekannten Blindleistungskompensation nicht möglich.

Es ist bereits bekannt, einen Lichtbogenofen als unsymmetrischen Verbraucher zusammen mit einem Symmetrier-Blindleistungsmaschinensatz an das speisende Drehspannungsnetz anzuschließen (G. Hosemann »Blindleistungserzeugung durch Synchronmaschinen«, VDE-Verlag Berlin, 1963, S. 121, 122). Um die gegenläufige Stromkomponente zu kompensieren, ist der gegenläufig angetriebene Rotor der einen Blindleistungsmaschine mit zwei zueinander rechtwinklig stehenden Wicklungen versehen. Diese werden über je einen Stromrichter erregt, deren Regelgrößen die Komponenten des gegenläufigen Verbraucherstromes sind. Die durch die mitläufige Stromkomponente des Verbrauchers verursachten Spannungsschwankungen werden von einem antreibenden Synchronmotor als weitere Blindleistungsmaschine ausgeregelt. Die Erfassung der mitläufigen und der gegenläufigen Stromkomponenten erfolgt mit einer Komponentenbrücke. Bei dieser bekannten Blindleistungskompensation wird ein aufwendiger Maschinensatz mit zwei Blindleistungsmaschinen benötigt. Die Ausregelung von Blindleistungsschwankungen erfolgt selbst dann noch verhältnismäßig langsam, wenn die Erregung der Blindleistungsmaschinen über Stromrichter erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art eine statische Blindleistungskompensation zu schaffen, die eine Symmetrierung der Blindleistung in den einzelnen Phasen des speisenden Netzes und eine besonders rasche Ausregelung von plötzlich auftretenden Blindleistungsänderungen ermöglicht.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden die Steuergrößen für die Blindleistungs-Stromrichter aus den Verbraucherströmen durch folgende Verfahrensschritte abgeleitet:

a) Die Verbraucherströme werden in eine netzfrequente Schwingung mit orthogonalen Komponenten umgewandelt,

b) aus jeder der orthogonalen Komponenten der Schwingung werden zwei mit der Netzfrequenz rotierende Stromvektoren identifiziert,

c) die Komponenten der Stromvektoren werden durch Addition mit den Komponenten eines von einer Phase des Drehstromnetzes abgeleiteten Netzvektors in Gleichgroßen transformiert,

d) aus den Gleichgrößen werden ein mitläufiger Vektor und ein gegenläufiger Vektor gebildet,

e) die orthogonalen Komponenten des gegenläufigen Vektors und die den Blindstrom darstellende Komponente des mitläufigen Vektors werden in die Steuergrößen für die Blindleistungs-Stromrichter umgeformt.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung werden die Steuergrößen für die Blindleistungs-Stromrichter aus den Verbraucherströmen durch folgende Verfahrensschritte abgeleitet:

b) aus jeder der orthogonalen Komponenten der Schwingung werden zwei mit der Netzfreqzenz rotierende Stromvektoren identifiziert,

c) aus den Komponenten der Stromvektoren werden ein mitläufiger Vektor und ein gegenläufiger Vektor gebildet,

d) die orthogonalen Komponenten des mitläufigen Vektors und die orthogonalen Komponenten des gegenläufigen Vektors werden durch Addition mit den Komponenten eines von einer Phase des Drehstromnetzes abgeleiteten Netzvektors in Gleichgrößen transformiert,

e) die aus den Komponenten des gegenläufigen Vektors und aus der den Blindstrom darstellenden Komponenten des mitläufigen Vektors gewonnenen Gleichgrößen werden in Steuergrößen für die Blindleistungsstromrichter umgeformt.

Die Erfindung geht davon aus, daß zur Symmetrierung und schnellen Kompensation der Blindleistung ein Stromrichtersatz mit einphasig steuerbaren Blindleistungs-Stromrichtern eingesetzt ist. Die einzelnen Blindleistungs-Stromrichter sind beispielsweise als getrennt ansteuerbare Wechselstromsteller ausgebildet. Durch unterschiedliche Aussteuerung der einzelnen Blindleistungs-Stromrichter können Blindströme unterschiedlicher Größe in den einzelnen Phasen des Drehstromnetzes kompensiert werden. Die erforderlichen Steuergrößen für die Blindleistungs-Stromrichter werden aus den Verbraucherströmen abgeleitet. Hierzu werden zunächst zwei gegenläufig rotierende Vektoren — ein Mitvektor und ein Gegenvektor — gebildet, deren Komponenten anschließend in die Steuergrößen für die Blindleistungs-Stromrichter umgeformt werden.

Ausführungsbeispiele für Schaltungsanordnungen zur Durchführung der Erfindung und ihre in den Unteransprüchen gekennzeichneten Ausgestaltungen werden anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Blindleistungskompensation bei einem Lichtbogenofen,

F i g. 2 ein Blockschaltbild des Vektorgenerators und des Komponentenwandlers aus Fi g. 1,

F i g. 3 eine schematische Darstellung eines 3/2-Koordinatenwandlers (F i g. 3a) und eine hieraus abgeleitete Schaltungsanordnung (Fig. 3b),

Fig.4 eine Blockschaltbild eines Vektoridentifizierers (Fig.4a) und eine zugehörige Frequenzgangdarstellung (F i g. 4b),

Fig.5 eine schematische Darstellung eines Vektordrehers,

F i g. 6 eine Schaltungsanordnung eines Vektoranalysators,

F i g. 7 eine schematische Darstellung eines Mit-Gegen-Wandlers,

Fig.8 eine schematische Darstellung eines Koordi natenwandlers,

F i g. 9 ein Blockschaltbild einer Korrekturanordnunj zur Begrenzung der Steuergrößen,

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanord nung einer erfindungsgemäßen Kompensationseinrich tung mit zusätzlichen Komponentenreglern.

In Fig. 1 stellt der Lichtbogenofen 1 einen aus einen Drehstromnetz RSTüber einen Drehstromtransforma

ίο tor 2 gespeisten dreiphasigen Verbraucher dar. Die Lichtbogenleistung der einzelnen Elektroden wire insbesondere von Änderungen des Lichtbogenabstan des beim Niederschmelzen des Schrotts beeinflußt Hierdurch können plötzliche Wirk- und Blindleistungs Schwankungen verursacht werden, die unsymmetrisch auf die einzelnen Phasen verteilt sind. Zur Blindlei stungskompensation ist eine Kompensationseinrichtung vorgesehen, die eine Kondensatorbatterie 3 und einer Stromrichtersatz mit den drei Blindleistungs-Stromrich tern 4/?, 4S, 4renthält. Die Blindleistungs-Stromrichtei sind über einen Stromrichtertransformator 5 an da; Drehstromnetz angeschlossen. Zur Strombegrenzung können zusätzliche Drosseln vorgesehen sein. Es is jedoch auch möglich, den Stromrichtertransformator ί mit einer so hohen Streuinduktivität auszulegen, dal; weitere Drosseln entfallen können. Die Ansteuerung der Blindleistungs-Stromrichter 4R bis 47"erfolgt durch Steuersätze 6/?, 65.6T die mit den Steuergrößen i_R*, i_s* ir* angesteuert sind.

Zur Bestimmung dieser Steuergrößen dient die dargestellte Schaltungsanordnung. Die primärseitiger Verbraucher-Phasenströme ig, /5 und /7· werden au; Stromwandlern 7R, 75, 77 gewonnen und einerr Vektorgenerator 9 an den Eingangsklemmen SR, 85.87 zugeführt. Zwischen der Phase R und Erde wird vorr Spannungswandler 16 eine Phasenspannung abgegriffen und dem Vektorgenerator 9 an der Eingangsklemme 17 zugeführt. Der Vektorgenerator 9 bildet aus der Verbraucherströmen ig, ig. i_T die Komponenten eines mitläufigen Vektors im und die Komponenten eines gegenläufigen Vektors^ Da die Kompensationseinrichtung nur die Erzeugung von Blindströmen ermöglicht wird die an der Klemme 10 erscheinende, den Wirkstrom des Verbrauchers darstellende Komponente i_m\ des Mitvektors in, nicht weiter verarbeitet, sondern nur seine Komponente /_m2 an Klemme 11, die den Blindstrom darstellt.

Einem Komponentenwandler 14 werden eingangsseitig die orthogonalen Komponenten /^₁ bzw. i_g2 des

Gegenvektors ig von den Klemmen 12 bzw. 13 und die den Blindstrom darstellende Komponente i_w2 des Mitvektors hn von Klemme 11 zugeführt Der Komponentenwandler 14 bildet hieraus die Steuergrößen i'r*, is*, ir* an den Klemmen 15/?, 155,15Tzur Aussteuerung

der Blindleistungs-Stromrichter 4R,45,4T.

F i g. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung mit einem Vektorgenerator zwischen den Klemmen SR, 85, 8 T sowie 17 und den Klemmen 10 bis 13 und einem nachgeschalteten Komponentenwandler zwischen den Klemmen 10 bis 13 und den Klemmen 15/?, 155,15 T.

Ein 3/2-Koordinatenwandler 18 wandelt die Verbraucherströme in is, h in eine netzfrequente Schwingung mit den orthogonalen Komponenten /1, /2 um.

Vektoridentifizierer 19 bzw. 20 fügen den Schwingungskomponenten i_x bzw. /2 jeweils um 90° nacheilende Schwingungskomponenten hinzu. Der Vektoridentifizierer 19 bildet einen mit der Netzfrequenz rotierenden

Stromvektor i\ mit den Komponenten /π, '12 und der Vektoridentifizierer 20 einen ebenfalls mit Netzfrequenz rotierenden Stromvektor /2 mit den Komponenten ;₂i, /22- Vektordreher 21 bzw. 22 transformieren durch ständige Addition mit einem Netzvektor ^7 die Stromvektoren i\ bzw. /2 in Gleichgrößen i_a bis id. Der Vektordreher 21 bildet aus den Komponenten des Stromvektors 4 und den Komponenten des N etzvektors u die Komponenten /_a, //, eines Zeigers /1. Der Vektordreher 22 bildet analog die Komponenten i_a id eines Zeigers h aus dem Stromvekvor h und dem Netzvektor u.

Zur Bestimmung der Komponenten u\, ü2 des Netzvektors u fügt ein weiterer Vektoridentifizierer 23 zu der ihm an der Klemme 17 zugeführten Spannung zwischen der Phase R und Erde die um 90° nacheilende Schwingungskomponente hinzu. Die Ausgangsgrößen des Vektoridentifizierers 23 werden von einem Vektoranalysator 24 in die Komponenten Uj₁ t/2 des Netzvektors u zerlegt.

Die Gleichgrößen /, bis id der beiden Vektordreher 21 und 22 sind einem Mit-Gegen-Wandler 25 ehgangsseitig zugeführt. Der Mit-Gegen-Wandler 25 bildet hieraus die Komponenten i_mX, i_m2 des Mitvektors Z₂, an den Klemmen 10 und 11, sowie die Komponenten 7^1, 4,2 des Gegenvektors /fanden Klemmen 12und 13.

Die aus dem Mitvektor im abgeleitete Blindkomponente /_m2 und die beiden aus dem Gegenvektor /g abgeleiteten Komponenten 7^1, i_g2 weiden in Umkehrverstärkern 26, 27, 28 invertiert und bestimmen dann den gewünschten Arbeitspunkt der Kompensationseinrichtung. Falls die Stromwandler 7 R. 7.9. 77 so angeordnet sind, daß sie die Verbraucherströme ohne Berücksichtigung der Ströme in der Kondensatorbatterie erfassen, so kann ein Additionspunkt 29 vorgesehen werden, an dem eine konstante Spannung, die dem Strom in der Kondensatorbatterie 3 entspricht, zur Blindkomponente w des Mitvektors Tmaddiert wird. Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung der Stromwandler 7R, 75, 7T erfassen diese jedoch unmittelbar die Ströme auf den Leitungen des Drehstromne::zes unter Berücksichtigung des Einflusses der Kondensatorbatterie 3.

Ein weiterer Koordinatenwandler 30 rechnet die beiden Komponenten des Gegenvektors und die Blindkomponente des Mitvektors in die Steuergrößen /«*, is*, i't* um. Die Steuergrößen an den Klemmen i5R, 155, 157" dienen zur Ansteuerung der den einzelnen Blindleistungs-Stromrichtern 4/?, 45. 4Γ zugeordneten Steuersätze 6R, 65,6 T.

F i g. 3 veranschaulicht die an sich bekannte Umwandlung der dreiphasigen Verbraucherströme in eine Schwingung mit orthogonalen Komponenten (M Erche »Schaltungen für den Übergang zwischen der Komponentensystemen für Drehstromnetze« Disserta tion an der TH Stuttgart, 1962, S. 9, 10). Die orthogonalen Komponenten /Ί, k der Schwingung entstehen aus den Verbraucherströmen /«, As, /Vnach der Gleichungen (la) und (1 b):

1, = i» - 0,5 · ic

h = —-r-

0,5 · i_t

(la)

(Ib)

F i g. 3a zeigt schematisch die Realisierung dei Gleichungen (la) und (Ib), wenn die dargestellter Verstärker auf die angegebenen Verstärkungsfaktorer eingestellt und ihre Ausgangssignale den Summations punkten mit den angegebenen Vorzeichen zugeführ sind.

Die in Fig.3b dargestellte schaltungstechnisch« Realisierung des 3/2-Koordinatenwandlers 18 gemäl F i g. 3a enthält die beiden Operationsverstärker 31 unc 32, deren Eingangswiderstände und Gegenkopplungs widerstände in der angegebenen Weise dimensionier sind.

F i g. 4a zeigt als Beispiel für einen Vektoridentifizierer den Schaltungsaufbau des Vektoridentifizierers Ii zur Bildung eines Stromvektors 7; mit den Komponenten /π, /12 aus der Komponente λ der Schwingung. Eir derartiger Vektoridentifizierer dient im allgemeinen zui Bestimmung von Amplitude und Phasenlage einei Schwingung bekannter Frequenz. Ein Vektoridentifizierer erzeugt aus einer skalaren Eingangsgröße die beider orthogonalen Komponenten eines Drehvektors. Die skalare Eingangsgröße bildet die eine orthogonale Komponente des Drehvektors, während die andere orthogonale Komponente des Drehvektors hierau: abgeleitet wird.

Der Vektoridentifizierer 19 enthält ein mit 1] beaufschlagtes Verzögerungsglied 33 mit der Zeitkonstante Γ33, einen parallelgeschalteten Proportionalverstärker 34 mit dem Verstärkungsfaktor V34, einer Vergleichspunkt 36 und einen nachgeordneten weiterer Proportionalverstärker 35 mit dem Verstärkungsfaktor V35. Das Verzögerungsglied 33 bewirkt eine Phasendrehung zwischen /Ί und der abgeleiteten Komponente /12 Bezeichnet man die Ausgangsgröße des Vergleichspunktes 36 mit A und die Eingangsgröße für den Proportionalverstärker 34 und das parallelgeschaltete Verzögerungsglied 33 mit E, so ergibt sich die in F i g. 4b dargestellte Übergangsfunktion nach Gleichung (2):

^J33

Um bei einer Netzfrequenz von 50 Hz eine Phasendrehung von 30° zu erzielen, können beispielsweise der Verstärkungsfaktor V₃₄ zu 0.866, der Verstärkungsfaktor V₃₅ zu 2 und die Zeitkonstante T₃₃ . zu 1,83 msec gewählt werden.

F i g. 5 zeigt beispielsweise den Aufbau eines Vektordrehers 21, der die Komponenten /n, /12 des Stromvektors /j in Gleichgrößen /«, k transformiert. Hierzu wird zum Stromvektor i\ fortlaufend der Netzvektor u addiert

Der dargestellte Vektordfeher 21 enthält vier 1-V₃^-ρ T₃₃ V₃₄ 1+P-T₃₃

Multiplizierer 37 bis 40, sowie die beiden Summierer 41 und 42. Die Multiplizierer sind in der dargestellten Weise eingangsseitig mit den Komponenten /n, /'12 des Stromvektors i\ und den Komponenten u\, u₂ des Netzvektors u beaufschlagt Die Ausgangssignale der Multiplizierer werden den Summierern 41 und 42 mit den angegebenen Vorzeichen zugeführt Die Ausgangssignale der Summierer bilden die Gleichgrößen i_a und 74 als Komponenten eines Zeigers I_x.

Der Vektoridentifizierer 20 bildet in analoger Weise aus den Komponenten 721, /'22 des Stromvektors /2 und

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den Komponenten U\, U₂ des Netzvektors u die Gleichgrößen i_a /^aIs Komponenten eines Zeigers I₂.

Zur Erfassung des Netzvektors u dient ein weiterer Vektoridentifizierer 23, dem an Klemme 17 die Spannung zwischen der Phase R des Drehstromnetzes und Erde zugeführt ist. Der Vektoridentifizierer 23, der in seinem Schaltungsaufbau dem in F i g. 4 dargestellten Vektoridentifizierer entspricht, bildet die beiden Komponenten U_n Uj einer netzfrequenten Referenzschwingung U.

F i g. 6 zeigt den Schaltungsaufbau des Vektoranalysators 24, der aus den vom Vektoridentifizierer 23 ausgegebenen Komponenten u_r, uj die Winkelkomponenten Ui, i/2 des Netzvektors u bildet. Die Komponenten Ur bzw. Uj liegen an den Eingangsklemmen der jeweils mittels Multiplikatoren 43 bzw. 44 gegengekoppelten Verstärker 45 bzw. 46. Die Ausgangsspannungen der Verstärker 45, 46 werden in zwei weiteren Multiplikatoren 47 und 48 quadriert und im Eingang eines Summierverstärkers 49 mit einer normierten negativen Spannung -N² verglichen. Die Ausgangsspannung des Summierverstärkers 49 beaufschlagt den Eingang eines Integrators 50, dessen durch einen Begrenzungsanschlag 51 — beispielsweise in Form an sich bekannter Begrenzerdioden — einseitig auf Null begrenzte Ausgangsspannung A₅₀ auf die beiden anderen Eingänge der Multiplikatoren 43, 44 wirkt. Durch die gegenkoppelnde Wirkung der Multiplikatoren 43, 44 tritt am Ausgang des Verstärkers 45 die Spannung

Durch Umformung dieser Matrizen entsteht GIe chung(5):

I _ Γ'αΊ _ J_ Fa₁ · cos (w t + ν L'fc I 2 L"i ' sin (ωί + ν

J_ Va₁ cosl- (toi+ _(/l)

2 L

J_ Va₂ -sin (ωί + 2 \ a₂ ■ cos (ω ί+ V

l_ Va₂ ■ sin {- (_ω t + v₂)}] 2 Ia₂ · cos { - (ω t + _?.₂)}J

und am Ausgang des Verstärkers 46 die Spannung

auf. Der Integrator 50 ändert dann seine Ausgangsspannung /!so nicht mehr, wenn seine Eingangsspannung Null ist, d. h. wenn die Beziehung (3) gilt:

^5O = -.7

(3)

Die Ausgangsspannungen der Verstärker 45 bzw. 46 sind den gegengekoppelten Umkehrverstärkern 52 bzw. 53 zugeführt, deren Gegenkopplungswiderstände sich zu ihren Eingangswiderständen verhalten wie 1 ·. N. An deren Ausgangsklemmen 54 und 55 treten die Komponenten U\ und U2 eines Einheitsvektors auf, der stets in Richtung des Netzvektors zeigt

F i g. 7 zeigt schematisch einen Mit-Gegen-Wandler 25, der die Gleichgrößen i_a bis id in die Komponenten eines Mitvektors im und eines Gegenvektors ig umformt Zur Ableitung dieser Umwandlung werden die Zeiger I, und h als Schwingungen nach Gleichung (4a, 4b) angeschrieben:

· COS (ω ' + φ₂)

- Ρ'Ί - P*¹ ■ήηΙν' + Ψιϊ] "UJ "U sin M_{+ ?2})J In Gleichung (5) beinhaltet auf der rechten Seite de erste und vierte Term einen im mathematisch positivei Sinn rotierenden Mitvektor und der zweite und dritti Term einen im mathematisch negativen Sinn rotieren den Gegenvektor. Mit- und Gegenvektor ergeben siel hieraus nach den Gleichungen (6a) und (6b):

_L = ΓΗ = 1 P

- Um₂J 2 L'

i. = \y\ = ι r ί !-ι

LvJ 2 .L-I₆ ,J

(6a)

(6b)

Der in Fig. 7 dargestellte Mit-Gegen-Wandler 25 realisiert die Gleichungen (6a) und (6b). Er bildet aus den Gleichgroßen /_a bis i_d in der dargestellten Weise durch Summation die Komponenten i_m ,, i_m2 des Mitvektors k und die Komponenten /^₁, i_g2 des Gegenvektors ig. Die schaltungsmäßige Realisierung des Mit-Gcgcn-Wandlers 25 kann in der in Fig. 3b angegebenen Weise erfolgen.

Es läßt sich mathematisch leicht nachweisen, daß die Vektordreher 21, 22 und der Mit-Gegen-Wandler 25 in ihrer Reihenfolge vertauscht werden können. Dann erfolgt zunächst die Umwandlung der Komponenten der von den Vektoridentifizierern 19 bzw. 20 dargestellten Stromvektoren J₁, J₂ j_n einen Mit- und einen Oegenvektor und anschließend die Transformation der Mit- und Gegenvektoren auf Gleichgrößen durch Addition mit einem Netzvektor.

^F! S- 8 zeigt schematisch einen Koordinatenwandler

60 der die Komponenten 4,, i_g2 des Gegenvektors 4 und die den Blindstrom darstellende Komponente i_m2 des Mitvektors i_M in die Steuergrößen i_R\ i_s*. i_T* für die Blindleistungs-Stromrichter umformt Die Umformung erfolgt m bekannter Weise nach den Gleichungen (7a)

—(7c):

is* = -2 · I/3. j,, +2-/

i_T* = -,

^lm2

(7a) (7b) (7c)

Der Koordinatenwandler 30 enthält vier Verstärker mit den m der Zeichnung angegebenen Verstärkungsfaktoren, sowie drei Summierer, denen die Ausgangsspannungen der Verstärker mit den angegebenen Vorzeichen zugeführt sind.

Bei einer derartigen statischen Blindstromkompensation können die erzeugten Blindströme nur innerhalb des Arbeitsbereiches eines Blindleistungs-Stromrichters liegen. Der obere Grenzwert des Arbeitsbereiches ist bei Vollaussteuerung gegeben. Wird ein höherer Stromwert gefordert, so kann entweder auf einen Teil der Symmetrierung oder auf einen Teil der Blindleistungskompensation oder aber auf beides verzichtet werden.

Um auch bei starken Blindleistungsschwankungen stets die größtmögliche Symmetrierung und Kompensierung der Blindleistung zu erreichen, schlägt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß die beiden Komponenten des Gegenvektors und die den Blindstrom darstellende Komponente des Mitvektors mit Korrekturfaktoren multipliziert werden, die aus den Extremwerten der ermittelten Steuergrößen durch Vergleich mit den entsprechenden zulässigen Stromwerten gebildet werden. Falls von einem Blindleistungs-Stromrichter ein zu großer oder zu kleiner Strom gefordert wird, so können dadurch die beiden Komponenten des Gegenvektors und die als Blindstrom zu berücksichtigende Komponente des Mitvektors soweit reduziert werden, daß der zulässige Stromwert nicht überschritten bzw. unterschritten wird.

Fig. 9 zeigt den Schaltungsaufbau einer derartigen Korrekturanordnung. Eine Minimalwert-Auswahlstufe 65 und eine Maximalwert-Auswahlstufe 66 wählen aus den Steuergrößen //?*, is*, ir* für die Blindleistungs-Stromrichter die kleinste und die größte Steuergröße aus. Die im Vergleichspunkt 67 gebildete Differenz zwischen einem vorgegebenen minimal zulässigen Stromwert /_m,_n und der ausgewählten kleinsten Steuergröße steuert einen Minimalwertregler 69 aus. In entsprechender Weise ist der Maximalwertregler 70 von der im Vergleichspunkt 68 gebildeten Differenz zwischen einem vorgegebenen maximal zulässigen Stromwert i_max und der ausgewählten größten Steuergröße angesteuert. Solange die ausgewählten größten und kleinsten Steuergrößen innerhalb des Arbeitsbereiches eines Blindleistungs-Stromrichters liegen, stehen am Eingang der Regler 69 bzw. 70 entsprechende Eingangsspannungen an. welche die Regler bis zu ihren Begrenzungsanschlägen durchsteuern. Die Ausgangssignale der Regler 69 und 70 sind über Kennliniengeber 71 bis 74 weiteren Minimalwert-Auswahlstufen 63 und 64 zugeführt. Die Kennliniengeber weisen geknickte Kennlinien auf, wobei die Ausgangsspannung zunächst linear mit der Eingangsspannung ansteigt und von einem Knickpunkt ab auf einer konstanten Ausgangsspannung gehalten wird. Die konstante Ausgangsspannung im waagerechten Teil der Kennlinie entspricht einem Korrekturfaktor von 1. Da bei den meisten Anwendungsfällen die Blindleistungskompensation wichtiger ist als die Symmetrierung der Blindleistung, weisen die Kennliniengeber 72 und 74 geknickte Kennlinien auf, deren Knickpunkte gegenüber den Knickpunkten der Kennlinien der Kennliniengeber 71 und 73 in Richtung auf positive Werte verschoben sind.

Solange die geforderten Steuergrößen im Arbeitsbereich eines Blindleistungs-Stromrichters liegen, sind — wie bereits beschrieben — die Regler 69 und 70 voll durchgesteuert. Sämtliche Kennliniengeber führen ein Ausgangssignal, das einem Korrekturfaktor 1 entspricht. Die Komponenten i_m ₂, i_g \, ig 2 werden daher von den Multiplizierern 60, 61, 62 nicht verändert. Überschreitet jedoch beispielsweise eine geforderte Steuergröße den maximal zulässigen Stromwert w, so geht die Ausgangsspannung des Reglers 70 zurück und

ίο unterschreitet schließlich den Knickpunkt in der Kennlinie des Kennliniengebers 74. Die Ausgangsspannung des Kennliniengebers 74 sinkt dadurch auf einen Wert, der einem Korrekturfaktor kleiner als 1 entspricht. Die Minimalwert-Auswahlstufe 64 wählt diesen Wert als die kleinere der Ausgangsspannungen der Kennliniengeber 72 und 74 aus und gibt ihn als Faktor in die Multiplizierer 61 und 62, die daraufhin ihre Ausgangsgrößen entsprechend verringern. Die Symmetrierung der erzeugten Blindleistung wird dadurch vermindert.

Falls trotz dieser beschriebenen Maßnahme die geforderte größte Steuergröße noch immer außerhalb des Arbeitsbereiches des entsprechenden Blindleistungs-Stromrichters liegt, so wird schließlich auch der Knickpunkt der Kennlinie des Kennliniengebers 73 unterschritten. Die Ausgangsspannung des Kennliniengebers 73 entspricht dann ebenfalls einem Korrekturfaktor kleiner als 1. Die Minimalwert-Auswahlstufe 63 wählt diesen Wert als den kleineren Wert der Ausgangsspannungen der Kennliniengeber 71 und 73 aus und schaltet ihn als Korrekturfaktor auf den Multiplizierer 60, dem die den Blindstrom darstellende Komponente i_m2 des Mitvektors zugeführt ist. Diese Komponente wird durch die Multiplikation entsprechend verringert und die geforderte Kompensationsblindleistung entsprechend zurückgenommen.

Die dargestellte Schaltung arbeitet in analoger Weise, wenn eine ermittelte Steuergröße den minimal zulässigen Stromwert /_m/n unterschreitet.

Fig. 10 zeigt eine Schaltungsanordnung bei der die Toleranzen bei der Ansteuerung der Blindleistungs-Stromrichter durch zusätzliche Komponentenregler ausgeglichen werden. Die Schaltung enthält einen weiteren Vektorgenerator 75, der aus den ihm eingangsseitig zugeführten Stromrichterströmen in, is, ir die orthogonalen Komponenten i_m\, /_m2, eines mitläufigen Referenzvektors /_m' und die orthogonalen Komponenten i_g\', i_g2 eines gegenläufigen Referenzvektors ig bildet. Weiterhin sind drei Komponentenregler 76, 77, 78 vorgesehen, die jeweils mit der Differenz der entsprechenden Komponenten des Vektorgenerators 9 und des weiteren Vektorgenerators 75 ausgesteuert sind. Die Ausgangsspannungen der Komponentenregler werden in Summierern 79, 80, 81 zu der entsprechenden Komponenten vom Vektorgenerator 9 hinzugefügt und bilden die Eingangsgrößen für den Komponentenwandler 14. Die dargestellte Schaltung ermöglicht eine besonders rasche Ausregelung vor Blindleistungsschwankungen durch ein schnelleres Ansprechen der Blindleistungs-Stromrichter.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur statischen Blindleistungskompensation für ein Drehstromnetz mit einem dreiphasi- gen Verbraucher, einer dreiphasigen Kondensatorbatterie und einem dreiphasigen Stromrichtersatz mit kurzgeschlossenen gesteuerten Blindleistungs-Stromrichtern, bei dem die Steuergrößen für die Blindleistungs-Stromrichter aus den Verbraucher- ι ο strömen abgeleitet werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Die Verbraucherströme (i'r, is, /^werden in eine netzfrequente Schwingung mit orthogonalen Komponenten (/Ί, /2) umgewandelt,

b) aus jeder der orthogonalen Komponenten (i\ bzw. /₂) der Schwingung werden zwei mit der Netzfrequenz rotierende Stromvektoren (h bzw. /2) identifiziert,

c) die Komponenten (in, /12 bzw. hu '22) der Stromvektoren (J₁ bzw. h) werden durch Addition mit den Komponenten (u\, 1/2) eines von einer Phase des Drehstromnetzes abgeleiteten Netzvektors (u)'m Gleichgrößen (i_a,4 bzw. ic. id) transformiert,

d) aus den Gleichgrößen (/„ bis id) werden ein mitläufiger Vektor (i_m) und ein gegenläufiger Vektor (i_g) gebildet,

e) die orthogonalen Komponenten (i_g\, /^2) des gegenläufigen Vektors (i_£) und die den Blindstrom darstellende Komponente (i_m2) des mitläufigen Vektors (i_m) werden in die Steuergrößen (/«*, is*, /V*) für die B.indleistungsstromrichter (4/?, 45,477umgeformt.

2. Verfahren zur statischen Blindleistungskompensation für ein Drehstromnetz mit einem dreiphasigen Verbraucher, einer dreiphasigen Kondensatorbatterie und einem dreiphasigen Stromrichtersatz mit kurzgeschlossenen gesteuerten Blindleistungs-Stromrichtern, bei dem die Steuergrößen für die Blindleistungs-Stromrichter aus den Verbraucherströmen abgeleitet werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Die Verbraucherströme (ir, /$, /V) werden in eine netzfrequente Schwingung mit orthogonalen Komponenten (i\, h) umgewandelt,

b) aus jeder der orthogonalen Komponenten (i\ bzw. ;₂) der Schwingung werden zwei mit der Netzfrequenz rotierende Stromvektoren (j\ bzw. /2) identifiziert,

c) aus den Komponenten (in, in bzw. '21, /22) der Stromvektoren (i± bzw. ijj werden ein mitläufiger Vektor (T₂J und ein gegenläufiger Vektor Q₁^ gebildet,

d) die orthogonalen Komponenten (i,„\, i_m2) des mitläufigen Vektors (Vm) und die orthogonalen Komponenten (i_g\, i_g2) des gegenläufigen Vektors (i_g) werden durch Addition mit den Komponenten (u\, U₂) eines von einer Phase des Drehslromnetzes abgeleiteten Netzvektors (u) do in Gleichgrößen transformiert,

e) die aus den Komponenten des gegenläufigen Vektors und aus der den Blindstrom darstellenden Komponente des mitläufigen Vektors gewonnenen Gleichgrößen werden in Steue"- fts größen für die Blindleistungsstromrichter (4R, 4.9,4 T) umgeformt.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des

Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) einen Koordinatenwandler (18) zur Eildung einer netzfrequenten Schwingung mit orthogonalen Komponenten (h, h) aus den Verbraucherströmen (ir, is, ΐτ),

b) zwei Vektoridentifizierer (19 bzw. 20) zur Bildung der Komponenten (in, in bzw. Z₂₁, Z₂₂) von zwei mit Netzfrequenz rotierenden Stromvektoren Οχ bzw. h) aus den orthogonalen Komponenten (i\ bzw. /₂) der Schwingung,

c) zwei Vektordreher (21 bzw. 22) zur Transformation der Komponenten (in, '12 bzw. hu '22) der Stromvektoren (h bzw. Z₂) und der Komponenten (ui, U₂) des Netzvektors (u) in Gleichgrößen (Z₃,/'t, bzw. i_a id),

d) einen Mit-Gegen-Wandler (25) zur Bildung der Komponenten (i_mu '«2 bzw. i_g\, i_g2) des mitläufigen Vektors (hi) bzw. des gegenläufigen Vektors (i^j aus den Gleichgroßen (i_a bis i_d),

e) einen Koordinatenwandler (30) zur Bildung der Steuergrößen (ir*, is*. 'V) für die Blindleistungs-Stromrichter (4R, 45, 4T) aus den Komponenten (i_g\, i_g2) des gegenläufigen Vektors (ig) und der den Blindstrom darstellenden Komponente (i_m2) des »nitläufigen Vektors ß»)(Fig. 2^

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Komponenten (i_g\, i_g2) des gegenläufigen Vektors (ZJ und die den Blindstrom darstellende Komponente (i_m2) des mitläufigen Vektors (Zm) mit Korrekturfaktoren multipliziert werden, die aus den Extremwerten der ermittelten Steuergrößen (ir*, is*, ir*) durch Vergleich mit den entsprechenden zulässigen Stromwerten (i_mm, i_max) gebildet sind.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Eine Minimalwert-Auswahlstufe (65) und eine Maximalwert-Auswahlstufe (66), die eingangsseitig mit den Steuergrößen (ir*, is*, ι'τ*) für die Blindleistungs-Stromrichter (4R, 45, 4T) beaufschlagt sind,

b) ein Minimalwertregler (59), der von der Differenz zwischen einem vorgegebenen minimal zulässigen Stromwert (/„,,„) und der von der Minimalwert-Auswahlstufe (65) ausgewählten kleinsten Steuergröße angesteuert ist, sowie ein Maximalwertregler (70), der von der Differenz zwischen einem vorgegebenen maximal zulässigen Stromwert (i_max) und der von der Maximalwert-Auswahlstufe (66) ausgewählten größten Steuergröße angesteuert ist,

c) zwei Kennliniengeber (71 bzw. 73), die von den Ausgangssignalen des Minimalwertreglers (69) bzw. des Maximalwertreglers (70) beaufschlagt sind und deren Ausgänge über eine weitere Minimalwert-Auswahlstufe (63) geführt sind,

d) zwei weitere Kennliniengeber (72 bzw. 74), die von den Ausgangssignalen des Minimalwertreglers (69) bzw. des Maximalwertreglers (70) beaufschlagt sind und deren Ausgänge über eine weitere Minimalwert-Auswahlstufe (64) geführt sind,

e) ein Multiplizierer (60), der die den Blindstrom darstellende Komponente (/,„2) des mitläufigen Vektors (Tm) mit dem von der Minimalwert-Aus-

wahlstufe (63) ausgewählten kleineren Wert als Korrekturfaktor multipliziert,
f) zwei weitere Multiplizirer (61 bzw. 62), die die Komponenten (i_g ι bzw. i_{g 2}) Jes gegenläufigen Vektors Q^ mit dem von der Minimalwert-Auswahlstufe (64) ausgewählten kleineren Wert als Korrekturfaktor multiplizieren (F i g. 9).

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3. gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) r.n erster Vektorgenerator (9) mit einem Koordinatenwandler, Vektoridentifizieren, Vektordrehern und einem Mit-Gegen-Wandler, der aus den Verbraucherströmen (i_R, is, i-ή die orthogonalen Komponenten (i_mU i_mi) eines mitläufigen Vektors ^_n) und die orthogonalen κ Komponenten (i_gU i_g2) eines gegenläufigen Vektors Q^ bildet,

b) ein weiterer, gleichartig aufgebauter Vektorgeneraior (75) mit einem Koordinatenwandler, Vektoridentifizierern, Vektordrehern und einem Mit-Gegen-Wandler, der aus den Stromrichterströmen (ir, is, /Y) die orthogonalen Komponenten (i_m\, i_m-i) eines mitläufigen Referenzvektors (T₂/) und die orthogonalen Komponenten (i_g\, i_g2') eines gegenläufigen Referenzvektors Q^) bildet,

c) drei Komponentenregler (76,77, 78), die jeweils mit der Differenz der entsprechenden Komponenten des ersten Vektorgenerators (9) und des weiteren Vektorgenerators (75) angesteuert sind,

d) drei Summierer (79, 80, 81), die jeweils das Ausgangssignal eines Komponentenreglers (76, 77, 78) zur entsprechenden Komponente des Vektorgenerators (9) hinzufügen und den Komponentenwandler (14) beaufschlagen (Fig. 10).