DE2529483C3

DE2529483C3 - Überspannungen beim Einschalten vermeidende Steueranordnung für Gleichrichter

Info

Publication number: DE2529483C3
Application number: DE2529483A
Authority: DE
Inventors: Lars-Erik Dipl.-Ing. Ludvika Juhlin (Schweden)
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-07-10
Filing date: 1975-07-02
Publication date: 1980-03-20
Also published as: SE376335B; US4023086A; FR2278186A1; FR2278186B1; JPS5927182B2; GB1506752A; CA1032218A; CH595013A5; DE2529483B2; DE2529483A1; JPS5131835A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steueranordnung für Gleichrichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Steueranordnung ist aus der DE-OS 1588159 bekannt.

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 herauf gesteuert 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 insbesondere 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 (DE-OS 1588159) 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 Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steueranordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der die oben, geschilderte Gefahr von Überspannungen weitgehend beseitigt wird, ohne daß die Regelgeschwindigkeit zu stark vermindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird - ausgehend von einer Steueranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 - vorgeschlagen, die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale zusätzlich vorzusehen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

An Hand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt

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.

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 Leitspannung U₁ 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 U₁, wenn die Leitung unterbrochen ist, beispielsweise auf Grund einer Abschaltung im Wechselrichter, so daß kein Gleichstrom flie-

ßen kann. U_L erreicht dann einen höheren Wert als bei normalem Betrieb.

Der ideale Heraufsteuerungsverlauf der Gleichspannung ist der gemäß c, bei dem also der Wert U_L schnell erreicht, aber nicht überschritten wird. Dieser Verlauf ist jedoch praktisch kaum erreichbar, da eine schnelle Heraufsteuerung auf Grund von Reflexionen am unterbrochenen Leitungsende unvermeidlich zu einer kurzzeitigen Überspannung entsprechend der Kurve α führt. Um dies zu vermeiden, kann man am Ausgang des Reglers 5 eine Begrenzungsanordnung vorsehen, die einen Grenzwertgeber in Form eines Potentiometers 8 umfaßt, das über die Diode 9 angeschlossen ist. Die Diode 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 a per Kommutierung, wobei einer Überspannung gemäß der Kurve α entgegengewirkt wird. Man erhält eine Begrenzung der Heraufsteuerung entsprechend der Kurve b in Fig. 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 α für die Ventile abhängig macht, wie es in Fig. 3 angedeutet ist.

Fig. 3 zeigt einen Grenzwertgeber 8' entsprechend 8 in Fig. 1, der über die Diode 9 wie in Fig. 1 angeschlossen ist. Der Steuerimpulsgenerator 4 ist dabei mit einem zusätzlichen Ausgang versehen, der die Größe des Steuerwinkels α angibt. Über ein Summierungsglied 10 und einen Verstärker 11 wird der Wert α den über die Diode angeschlossenen Grenzwert Y_max des Regelsignals r vom Regler 5 bestimmen. Der Grenzwert Y_11111x wird mit Hilfe der Schaltungsglieder 12,13 und 14 weiter definiert, so daß er im Verhältnis zu α 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_max entsprechend den horizontalen Abschnitten/bzw. din Fig. 4 festgelegt. Die Steigung des dazwischenliegenden Abschnitts e wird vom Verstärker 11 bestimmt, und die Lage des schräg verlaufenden Abschnitts wird vom Anschluß an das Potentiometer 12 bestimmt, welches an das Summierungsglied 10 angeschlossen ist.

Hieraus geht hervor, daß dann, wenn der Gleichrichter weit herüntergesteuert ist, d. h., wenn er mit einem großen Steuerwinkel arbeitet, ein großes Signal r vom Regler 5 an den Steuerimpulsgenerator 4 zugelassen win·', entsprechend dem Abschnitt / in Fig. 4.

In dem Maß.^, wie der Gleichrichter dann auf einen niedrigeren Ste'ierwinkel gesteuert wird, d. h. im Abschnitt e für deΊ Steuerwinkel a, wird r_mu bei abnehmendem α sti'rk begrenzt, bis der niedrigste Wert von r_max gemä'J dem Abschnitt d in Fig. 4 erreicht ist.

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

Um dies zu vermeiden, kann man die Größe r_max anstatt vom Augenblickswert von α von der Änderungsgeschwindigkeit von α abhängig machen, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.

Fig. 5 zeigt eine Steueranordnung, deren unterer Teil bereits bei bekannten Steueranordnungen verwendet wird. Der Grenzwertgeber 8" - entsprechend 8 und 8' in Fig. 1 und 3 - ist über die Diode 9', entsprechend 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 T, 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 \st, dividiert durch die Pulszahl des Gleichrichters. Das Signal vom Regelverstärker 31, das r in Fig. 1 entspricht, hat den Charakter einer Zeit At, die zu der vom Schaltglied 5' gemessenen Zeit t addiert oder subtrahiert wird, wodurch die Zeit zwischen den Steuerimpulsen und damit der Steuerwinkel für die Ventile 41 bis 46 geändert wird. Im Schaltglied 100 wird das Zeitsignal At in einer solchen Weise verändert, daß man bei einem Steuereingriff eine lineare Proportionalität zwischen dem Steuereingriff und der Spannungs- und Stromänderung erhält.

Das Ausgangssignal vom Schaltglied 100 entspricht dem negativen Wert der bei jeder Kommutierung auftretenden Steuerwinkeländerung Aa, da ein positives Signal At vom Schaltglied 100 eine Verkleinerung der Intervalle zwischen den Steuerimpulsen und somit einen verringerten Steuerwinkel, d. h. negativ Aa, bedeutet.

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 Steuerimpulsgenerator 4' bis 7' so gesteuert, daß das Signal vom Schaltungsglied 100 bei jedem Steuerimpuls über das Schalterglied 102 zu dem Integrator 103 durchgelassen wird, in welchem die Signaümpulse addiert werden. Der Integrator 103 hat einen negierten Eingang, so daß die Summe der Steuerwinkeländerung ΣΑα stets mit dem richtigen Vorzeichen auftritt.

Der Ausgang des Integrators 103 ist auf ein Begrenzungsglied 104 geschaltet, das einen oberen Wert für ΣΑα feststellt und somit etwa dem Schaltungsglied 13 in Fig. 3 entspricht. Der Grenzwert At_max für das Signal vom Regelverstärker 31 wird über das Summierungsglied 105 und die Diode 9' an den Ausgang des Regelverstärkers 31 angeschlossen. Ein unterer Wert für At_max wird mit Hilfe des an das Summierungsglied 105 angeschlossenen Potentiometers 106 festgelegt, das etwa dem Schaltungsglied 14 in Fig. 3 entspricht.

Mit Hilfe des Potentiometers 107 wird ein ständiges schwaches Eingangssignal am Integrator 103 sichergestellt, so daß At_n,^ abnimmt. Jede Heruntersteuerung des Gleichrichters bringt jedoch eine Zunahme von ΣΑα und damit eine Zunahme von At mit sich,

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während eine Heraufsteuerung eine Verminderung Schaltungsglied 100 zuzuführen, kann man die Diffevon At₁₇₁₁₁₁ bewirkt. Zweckmäßigerweise ist der Inte- renz der Ausgangssignale der Schaltungsglieder 5' und grator 103 so aufgebaut, daß er bei ΣΔα~ 90° gesät- 6' über ein Summierungsglied 108 gewinnen. Dieses tigt ist. Differenzsignal ist dem Ausgangssignal des Schal-Statt dem Summierungsglied 101 das Signal Δι vom , tungsgliedes 100 numerisch gleich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Pate ntansprüche:

1. Überspannungen beim Einschalten vermeidende 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 für den Steuerwinkel (α) des Steuerimpulsgebers versehen ist, weiche Meßanordnung an den genannten Begrenzer des Ausgo.ngssignals derart angeschlossen ist, daß die vom Begrenzer vorgegebene obere Grenze (/^) für die Größe des Reglersignals (r) mit kleiner werdendem Steuerwinkel (α) abnimmt.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung für den Steuerwinkel den Augenblickswert (α) des Steuerwinkels mißt (Fig. 3).

3. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung für den Steuerwinkel bei jeder Kommutierung die Änderung (Λα) des Steuerwinkels (α) seit der vorhergehenden Kommutierung mißt und diese Änderungen von Kommutierung zu Kommutierung addiert, wobei das Reglersignal (At) im Verhältnis zum addierten Wert begrenzt wird (Fig. 5).