DE2529483A1

DE2529483A1 - Steueranordnung fuer gleichrichter

Info

Publication number: DE2529483A1
Application number: DE19752529483
Authority: DE
Inventors: Lars-Erik Dipl Ing Juhlin
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-07-10
Filing date: 1975-07-02
Publication date: 1976-01-29
Also published as: GB1506752A; CH595013A5; US4023086A; JPS5131835A; DE2529483C3; CA1032218A; JPS5927182B2; FR2278186B1; FR2278186A1; SE376335B; DE2529483B2

Description

PATENTANWÄLTE

ΓΤ: ^HR ^MsIh^LLE^ Fraakfurt/M, den 30.6.1975

GiESSEN, Bisi**!« Boe/MK 12.550

jeoidciR

β FRANKFURT 1,

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Vasteras/Schweden

Steueranordnung für Gleichrichter

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steueranordnung für Gleichrichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Beim Start eines solchen Gleichrichters werden die Ventile in der Regel bei einem relativ großen Steuerwinkel - bis zu 90° und mehr - freigegeben, was dadurch geschehen kann, daß man eine hohe untere Grenze für den Steuerwinkel einstellt. Wenn diese Grenze anschließend herabgesetzt wird, verringert der Regler des Gleichrichters den Steuerwinkel, wodurch die Gleichspannung heraufgesteuert wird, bis man den gewünschten Strom oder die gewünschte Leistung erreicht hat.

Wenn der am anderen Ende der Gleichstromübertragungsleitung vorhandene Wechselrichter jedoch aus irgendeinem Grunde nicht zündet und folglich keinen Strom führt, dann kann auch der Gleichstrom in der Gleichrichterstation nicht steigen, so daß der Regler die Gleichspannung des Gleichrichters weiter heraufsteuert,. wobei diese erhebliche Werte erreichen kann. Dies gilt insbeson-

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dere für die offene, d.h. unterbrochene Leitung, da an deren Ende die Gleichspannung reflektiert wird. Dies kann zu gefährlichen Überspannungen auf der Übertragungsleitung führen. Am gefährlichsten ist dies bei Übertragungen über Kabel, wobei die Glättungsdrossel und das Kabel zusammen einen Schwingkreis bilden, und ein Kabel empfindlicher gegen Überschläge ist als eine Freileitung.

Um dieser Gefahr vorzubeugen, kann man eine relativ hohe untere Grenze für den Steuerwinkel der Ventile so lange beibehalten, bis feststeht, daß die Übertragung tatsächlich stromführend wird, oder man kann eine Begrenzung der Größe des Reglersignals oder der Änderungsgeschwindigkeit des Reglersignals vornehmen. Auf diese Weise lassen sich größere Überspannungen vermeiden, was jedoch zu Lasten der Regelgeschwindigkeit geht. Es ist schwierig, einen Kompromiß zu erreichen, der sowohl die Überspannungen wie die Regelgeschwindigkeit in gewünschten Grenzen hält.

Der vorliegenden Erfhdung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steueranordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der die oben geschilderte Gefahr von Überspannungen weitgiahend beseitigt wird, ohne daß die Regelgeschwind^ceit zu stark vermindert wird.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Steueranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale enthält.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 das Grundprinzip der Begrenzung des Regeleingriffes bei einem Gleichrichter einer Gleichstromübertragungsanlage,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Regelung,

Fig. 3 und 5 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zur Begrenzung des Regeleingriffes zwecks Erzielung einer schnellen Regelung ohne Überspannungen,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Grenzwertgebers gemäß Fig. 3.

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Fig. 1 zeigt eine Gleichstromübertragungsanlage, die eine Gleichrichterstation 1 und eine Wechselrichterstation 2 umfaßt, welche über eine Gleichstromhochspannungsleitung 3 miteinander verbunden sind. Die Ventile des Gleichrichters erhalten Steuerimpulse, deren Phasenlage einen bestimmten Steuerwinkel bestimmt, von einem Steuerimpulsgenerator 4, der von einem Regler 5 gesteuert wird. Der Eingangsseite des Reglers wird ein Gleichstrom-Sollwert, beispielsweise von einem Potentiometer 6, und ein Gleichstrom-Istwert, beispielsweise von einem Transduktor 7, zugeführt. Eine ähnliche Regelanordnung ist in der Wechselrichterstation vorhanden.

Gemäß den üblichen Steuerprinzipien, bei denen der Istwert des Stroms in der Gleichrichterstation etwas höher als in der Wechselrichterstation gestellt wird, wird die letztere auf den max. Steuerwinkel gesteuert und die Leitungsspannung U, bestimmen, während der Gleichrichter seine Spannung heraufsteuert, so daß sich der richtige Gleichstrom einstellt. Fig. 2 zeigt Kurven zur Heraufsteuerung des Gleichrichters auf die Leitungsspannung U_L» wenn die Leitung unterbrochen ist, beispielsweise aufgrund einer Abschäfcung im Wechselrichter, so daß kein Gleichstrom fließen kann. IL erreicht dann einen höheren Wert als bei normalem Betrieb.

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Der ideale Heraufsteuerungsverlauf der Gleichspannung ist der gemäß c, bei dem also der Wert IL schnell erreicht, aber nicht überschritten wird. Dieser Verlauf ist jedoch schwer erreichbar, da eine schnelle Heraufsteuerung aufgrund von Reflektionen am unterbrochenen Leitungsende unvermeidlich zu einer kurzzeitigen Überspannung entsprechend der Kurve a führt. Um dies zu vermeiden, kann man am Ausgang des Reglers 5 eine Begrenzungsanordnung vorsehen, die einen Grenzwertgeber in Form eines Potentiometers umfaßt, das über die Diode 9 angeschlossen ist. Die Dixie 9 ist so gepolt, daß sie leitend wird, wenn der Istwert des Gleichrichterstroms den Sollwert um einen Betrag unterschreitet, der von der Einstellung am Potentiometer 8 bestimmt wird. Dadurch wird die Heraufsteuerungsgeschwindigkeit begrenzt, d.h. die zulässige Verringerung des Steuerwinkels et per Kommutierung, wobei einer Überspannung gemäß der Kurve a entgegengewirkt wird. Man erhält eine Begrenzung der Heraufsteuerung entsprechend der Kurve b in Pig. 2, was jedoch durch eine recht langsame Heraufsteuerung erkauft wird.

Einen günstigeren Heraufsteuerungsverlauf erzielt man gemäß der Erfindung dadurch, daß man den Grenzwertgeber von der Größe des vom Impulsgenerator 4 bestimmten Steuerwinkels oC für die Ventile abhängig macht, wie es in Fig. 3 angedeutet ist.

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Fig. 3 zeigt einen Grenzwertgeber 8¹ entsprechend 8 in Fig. 1, der über die Diode 9 wie in Fig. 1 angeschlossen ist. Der Steuerimpuls generator 4 ist dabei mit einem zusätzlichen Ausgang versehen, der die Größe des Steuerwinkels o4 angibt, über ein Summierungsglied 10 und einen Verstärker 11 wird der Wertet den über die Diode angeschlossenen Grenzwert V" _Q^ des Regelsignals r

max

vom Regler 5 bestimmen. Der Grenzwert V" wird mit Hilfe der Schaltungsglieder 12, 13 und 14 weiter definiert, so daß er im Verhältnis zu Ca einen Verlauf entsprechend der Kurve nach Fig. 4 bekommt.

Mit Hilfe der Schaltungsglieder 13 und 14 - von denen jedes ein Potentiometer und eine Diode umfaßt - wird der obere bzw. untere Wert von Y* entsprechend den horizontalen Abschnitten f bzw. max

d in Fig. 4 festgelegt. Die Steigung des dazwischenliegenden Abschnittes e wird vom Verstärker 11 bestimmt, und die Lage des schräg verlaufenden Abschnittes wird vom Anschluß an das Potentiometer 12 bestimmt, welches an das Summierungsglied 10 angeschlossen ist.

Hieraus geht hervor, daß dann, wenn der Güchrichter weit heruntergesteuert ist, d.h.,wenn er mit einem großen Steuerwinkel arbeitet, ein großes Signal r vom Regler 5 an den Steuerimpulsgenerator 4 zugelassen wird, entsprechend dem Abschnitt f in Fig. 4.

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In dem Maße, wie der Gleichrichter dann auf einen niedrigeren Steuerwinkel gesteuert wird, d.h. im Abschnitt e für den Steuerwinkel dL t wird r__ bei abnehmendem oC stark begrenzt, bis

max

der niedrigste Wert von rgemäß dem Abschnitt d in Fig. 4 erreicht ist.

Der Regler 5 in Fig. 1 ist im allgemeinen so aufgebaut, daß er außer dem Augenblickswert des Gleichstromes auch dessen Änderungsgeschwindigkeit erfaßt. Dies bedeutet, daß bei kleinen Schwingungen im Gleichstrom die HeruntersteiB rung des Gleichrichters bei zunehmendem Strom schnell erfolgt, während die anschließende Heraufsteuerung aufgrund der Begrenzung des Signals r langsam erfolgt. Das Resultat bei Strompendelungen ist daher eine Heruntersteuerung des Gleichrichters.

Ifin dies zu vermeiden, kann man die Größe ranstatt vom Augenblickswert von 7^~ von der Änderungsgeschwindigkeit von (X abhängig machen, wie es in Fig. 5 für eine Steuerungsanordnung gemäß dem sühwedischen Patent 337 421 (DOS 1 811 199) dargestellt ist.

Fig. 5 zeigt eine Steueranordnung, deren unterer Teil vollkommen mit Fig. 1 des genannten Patents übereinstimmt und auch mit denselben Bezugszeichen versehen ist. Der Grenzwertgeber 8^M - entspredaend 8 und 8¹ in Fig. 1 und 3 - ist über die Diode 9¹, ent-

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sprechend 9 in Fig. 1 und 3, an den Ausgang des Regelverstärkers 31 angeschlossen, an dessen Eingangsseite der Istwert und Sollwert des Gleichstroms angeschlossen wird.

Der Steuerimpulsgenerator 4 bis 7, der dem Glied 4 in Fig. 1 entspricht, ist wie ein Oszillator aufgebaut, der mit Hilfe des Schaltgliedes 5 die Zeit seit der letzten Kommutierung mißt und im stationären Betrieb den nächsten Impuls abgibt, wenn diese Zeit gleich der Periodendauer des Wechselstromnetzes RSV ist, dividiert durch die Pulszahl des Gleichrichters. Das Signal vom Regel Verstärker 31, das r in Fig. 1 entspricht, hat den Charakter einer Zeit Δ t, die zu der vom Schaltglied 5 gemessenen Zeit t addiert oder subtrahiert wird, wodurch die Zeit zwischen den Sißierimpulsen und damit der Steuerwinkel für die Ventile 11 bis 16 geändert wird. Im Schä&glied 100 wird das Zeitsignal /^t in einer solchen W.se verändert, daß man bei einem Steuereingriff ei#e lineare Proportionalität zwischen dem Steuereingriff nnd der Spannungs- und Stromänderung erhält.

Das Ausgangssignal vom Schaltglied 100 entspricht dem negativen Wert der bei Jeder Kommutierung auftretenden Steuerwinkeländerung A <&■ , da ein positives Signal Λ t vom Schaltglied 100 eine Verkleinerung der Intervalle zwischen den Steuerimpulsen und somit einen verringerten Steuerwinkel, d.h. negativ bedeutet.

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Das Signal vom Schaltungsglied 100 wird dem Eingang des Grenzwertgebers 8" zugeführt, der ein Summierungsglied 101, ein Schalterglied 102 und einen Integrator 103 umfaßt. Das Schalterglied 102 wird von den Impulsen vom Schaltungs|.ied 18 so gesteuert, daß das Signal vom Schaltungsglied 100 bei jedem Steuerimpuls über das Schalterglied 102 zu dem Integrator 103 durchgelassen wird, in welchem die Signalimpulse addiert werden. Der Integrator 103 hat einen negierten Eingang, so daß die Summe der Steuerwinkeländerung ^r /\ oC stets mit dem richtigen Vorzeichen auftritt.

Der Ausgang des Integrators 103 ist auf ein Begrenzungsglied geschaltet, das einen oberen Wert für ¹Sl Δ G^- feststellt und somit etwa dem Schaltungsglied 13 in Fig. 3 entspricht. Der Grenzwert Zl t___ für das Signal vom Regelverstärker 31 wird über das Summierungsglied 105 und die Diode 9¹ an den Ausgang des Regelverstärkers 31 angeschlossen. Ein unterer Wert für /\ ^_max ^{wird m}i"t Hilfe des an das Summierungsglied 105 angeschlossenen Potentiometer 106 festgelegt, das etwa dem Schaltungsglied 14 in Fig. 3 entspricht.

Mit Hilfe des Potntiometers 107 wird ein ständiges schwaches Eingangssignal am Integrator 103 sichergestellt, so daß /\ t_max abnimmt. Jede Heruntersteuerung des Gleichrichters bringt jedoch

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.- ίο -

eine Zunahme von ΣΓ Zl (Λ- und damit eine Zunahme von U t mit sich, während eine Herauf steuerung eine Verminderung von el t. bewirkt. Zweckmäßigerweise ist der Integrator 103 so aufgebaut, daß er bei^I Δ cL ^= 90° gesättigt ist.

Statt dem Summierungsglied 101 das Signal (\ t vom Schaltungsglied 100 zuzuführen, kann man die Differenz der Ausgangssignale der Schaltungsglieder 5 und 6 über ein Summierungsglied 108 gewinnen. Dieses Differenz signal ist dem Ausgangssignal des Schaltungsgliedes 100 numerisch gleich.

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Claims

- 11 Patentansprüche;

ί 1.j Steueranordnung für Gleichrichter einer Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage mit einem Steuerimpulsgeber für die Ventile des Gleichrichters und einem Regler zur Einstellung des Steuerwinkels des Steuerimpulsgebers, welcher Regler an seinem Ausgang mit einem Begrenzer seines Ausgangssignals bei Heraufsteuerung des Gleichrichters auf einen kleineren Steuerwinkel versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung mit einer Meßanordnung (10) für den Steuerwinkel (gC) des Steuerimpulsgebers versehen ist, welche Anordnung an den genannten Signalbegrenzer (8·) derart angeschlossen ist, daß die obere Grenze ( /\ ^r _max^ ^^{r die} ^^rö^^e ^es Reglersignals (r) mit kleiner werdendem Steuerwinkel (oL) abnimmt.
2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung (10) für den Steuerwinkel den Augenblickswert ^des Steuerwinkels mißt (Fig. 3).
3. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung (103) für den Steuerwinkel bei jeder Kommutierung die Änderung (AvL) des Steuerwinkels (oC) seit der vorhergehenden Kommutierung mißt und diese Änderungen von Kommutierung zu Kommutierung addiert, wobei das Reglersignal (^t) im Verhältnfe zum addierten Wert begrenzt wird (Fig. 5).

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