DE2627293A1

DE2627293A1 - Verfahren und vorrichtung zur elektronischen ermittlung und regelung der blindleistung eines verbrauchernetzes

Info

Publication number: DE2627293A1
Application number: DE19762627293
Authority: DE
Inventors: Guenter Koepp
Original assignee: KOEPP ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: KOEPP ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 1976-06-18
Filing date: 1976-06-18
Publication date: 1977-12-22
Also published as: DE2627293B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur elektronischen Ermittlung
und Regelung der Blindleistung eines Verbrauchernetzes Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektronischen Ermittlung und Regelung der Blindleistung eines Verbrauchernetzes.
Die in Verbrauchernetzen auftretende Blindleistung wird in den meisten Fällen durch abgestufte Zu- und Abschaltung von Phasenschieberkondensatoren kompensiert. Es sind zahlreiche Schaltungsanordnungen bekannt geworden, die die Kondensatoren, die auch in unterschiedlicher Dimensionierung vorgesehen sein können, stufenweise nach bestimmten Schaltschemata zu- und abschalten.
Zur Ermittlung der Jeweiligen Blindleistung des Verbrauchernetzes sind unterschiedliche Schaltungsanordnungen bekannt. So werden beispielsweise Ferraris-Neßwerke oder Meßmotoren verwendet, die meist mechanisch über Kupplungseinrichtungen Schalter steuern, die das Zu- und Abschalten der Phasenschieberkondensatoren bewirken. Induktive Blindlast beeinflusst die Ferraris-Meßwerke so, dass solange Kondensatoren zugeschaltet werden, bis die Blindleistung des Netzes kompensiert ist. Sinkt dann die Blindleistung im Netz ab, wird in umgekehrter Weise mit dem Abschalten der Kondensatorenbegonnen.
Bekannt geworden sind auch elektronische Blindleistungsregler, die beispielsweise über Schrittschaltwerke oder ähnliche Schaltstufen die Kondensatorschütze steuern (DOS 1 934 233).
Es sind auch zahlreiche Schaltungen zur Verringerung der Kondensatoren und Schaltßchütze bekannt geworden, die im wesentlichen andere Stufungen der Phasenschieberkondensatoren als 1:1:1:1...
vorsehen (DBP 937 721, 957 247, DOS1 513 193).
Nachteilig bei all diesen Schaltwerken wirkt sich aus, dass durch die mechanischen Nockenwellen und auch durch die Temperaturabhängigkeit der Ferraris-Meßwerke ein beträchtlicher störanfälliger Aufwand betrieben werden muss.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, preiswertes und sicheres Verfahren zur Ermittlung der Blindleistung zu schaffen. Darüberhinaus sollte aufgrund dieses Verfahrens eine Vorrichtung geschaffen werden, mit der sich elektronisch unter Vermeidung des Aufwandes und der Nachteile bisheriger Schaltungsanordnungen störungsfrei ein Blindleistungsregler betreiben lässt.
Es wurde gefunden, dass sich diese Aufgabe in einfacher Weise dadurch lösen lässt, dass eine dem Jeweiligen Augenblickswert des Stromes proportionale Meßspannung und eine dem Jeweiligen Augenblickswert der zugehörigen Netzspannung proportionale, aber um 900 phasenverschobene Meßspannung ermittelt und den Eingängen einer elektronischen Anordnung zum Multiplizieren zugeführt werden, die rechnerisch den jeweiligen Augenblickswert der Blindleistung ermittelt und deren Ausgang über eine Auswertschaltung mit Schaltstufen für Phasenschieberkondensatoren in Schaltverbindung steht.
Von besonderem Vorteil ist, dass erfindungsgemäss die Jeweilige Blindleistung rechnerisch aus den Augenblickswerten von Strom und Spannung bereitgestellt wird. Die elektronischen Schaltungselemente hierfür sind denkbar störunanfällig und nehmen nur einen geringfügigen Platz in Anspruch. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Blindleistung nicht über mehr oder weniger störanfällige Meßwerke ermittelt, sondern auf einfache Weise durch Multiplikation der die Blindleistung ausmachenden Strom- und Spannungswerte ermittelt wird.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass aus den Ausgangswertender elektronischen Anordnung zum Multiplizieren eine der Jeweiligen Blindleistung nach Höhe und Vorzeichen propQrtionale Gleichapannung ermittelt und an parallel liegende, auf positive bzw. negative Schwellwerte einstellbare Schwellwertschalter angelegt wird. Sowohl für die Multiplikation als auch für die Ermittlung der der Blindleistung nach Höhe und Vorzeichen proportionalen Gleichspannung sind einfache elektronische Schaltungsanordnungen einsetzbar. Diese können entweder einfach aus handelsüblichen integrierten Schaltkreisen aufgebaut oder direkt als handelsübliche Schaltkreise bezogen werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der den Jeweiligen Augenblickswerten des Stromes proportionalen Meßspannung ein Strompfad über einen Ohm'schen Widerstand geführt wird. Durch den Spannungsabfall, der sich an diesem Widerstand ausbildet, ist auf einfache Weise eine dem Strom proportionale Spannung ableitbar.
Zur Erzeugung einer der Netzspannung proportionalen, aber um 900 phasenverschobenen Meßspannung wird eine RC-Brücke verwendet.
Ist hingegen ein verkettetes Netz vorhanden, wird zur Erzeugung einer der Netzspannung proportionalen, aber um 900 phasenverschobenen Meßspannung die Spannung zwischen den beiden der Stromphase gegenüberliegenden Phasen verwendet.
Auf beide Arten lässt sich in sehr einfacher Weise die der Netzspannung proportionale Meßspannung ermitteln. Durch die Phasenverschiebung um 900 gegenüber der Netzspannung lassen sich die-Jenigen Werte ermitteln, durch deren Multiplikation rechnerisch die Blindleistung erhalten wird.
Nach der Erfindung werden die so ermittelten Meßwerte an die Eingänge einer elektronischen Vorrichtung zur Multiplikation gelegt und am Ausgang dieser Anordnung eine Spannung mit doppelter Frequenz erhalten, deren Gleichspannungsanteil proportional der im Netz herrschenden Blindspannung ist.
Als elektronische Anordnung zum Multiplizieren kann in einem ersten Ausführungsbeispiel ein monolytisch integrierter Multiplizierer verwendet werden., Mit einem ähnlichen Vorteil wird die elektronische Anordnung zum Multiplizieren auch diskret aus Operationsverstärkern aufgebaut werden können, die handelsüblich erhältlich sind.
Ohne am Kern der Erfindung etwas zu ändern, kann die elektronische Anordnung zum Multiplizieren auch Schaltungsanordnungen zum Logarithmieren, Addieren und anschliessendem Antilogarithmieren der Eingangswerte einschliessen.
Dort, wo es die Verhältnisse erfordern, können in der elektrischen Anordnung zum Multiplizieren auch Hall-Multiplikatoren verwendet werden.
Am Ausgang der Anordnung zum elektronischen Multiplizieren ergibt sich eine Wechselspannung der doppelten Netzfrequenz, die einen auswertbaren, der Jeweiligen Blindleistung entsprechenden Gleichspannungs anteil enthält. Um hieraus eine verwertbare Ausgangsgrösse zum Steuern der angeschlossenen Auswertschaltung zu bekommen, ist an den Ausgang der elektronischen Anordnung zum Multiplizieren eine integrierend wirkende Stufe zum Ermitteln einer der Jeweiligen Blindleistung nach Grösse und Vorzeichen proportionalen Gleidispannung angeschlossen. Auch eine derartige integrierend wirkende Stufe lässt sich aus handelsüblichen Schaltelementen in einfacher Weise aufbauen.
An den Ausgang der integrierend wirkenden Stufe schliessen sich, in Parallelßchaltung, ein Schwellwertschalter für positive Gleichspannungswerte und ein Schwellwertschalter zum Erfassen negativer Gleichspannungswerte an. Jeder der Schwellwertschalter ist mit einer Schaltungsanordnung zum Einstellen der Schwellwerte versehen. Hierdurch erreicht man, dass der Blindleistungsregler erst anspricht, wenn eine bestiste Blindleistung im Netz vorhanden ist.
Zum Auswerten der Ausgänge der Schwellwertßchalter ist eine Logikschaltung vorgesehen, an deren Ausgang über ein Schieberegister bzw. einen Vor-Rückwärts zähler die Schaltitufen für die Phasenschieberkondensatoren angeschlossen sind. Mit der Kombination: Logikschaltung - Schieberegister bzw. Vor-Rückwärts zähler lässt sich eine besonders feine Abstufung der Kompensationskapazität erreichen. Ohne am Kern der Erfindung etwas zu ändern, können aber auch andere Schaltungsanordnungen zum Schalten der Phasenschieberkondensatoren vorgesehen sein.
Von besonderem Vorteil ist eine Schaltungsanordnung zur Einstellung des Sollwertes des Cosinus . Erfindungsgemäss schliesst die Schaltanordnung zur Erzeugung einer der Netzspannung proportionalen, aber um 900 phasenverschobenen Meßspannung eine solche Schaltungsanordnung ein.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, die sich auf die Zeichnung bezieht.
Es zeigt: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung und Fig. 2 eine Schaltungseinzelheit.
Die Fig. 1 zeigt den Gesamtüberblick einer Schaltung. Fig. 2 zeigt eine Schaltungseinzelheit. Mit 1 ist die Meßleitung zur Ermittlung des Stromes bezeichnet. An diese ist ein Ohm'scher Meßwiderstand 3 angeschlossen, welcher mit Masse 2 verbunden ist. Der am Ohm'schen Meßwiderstand 3 anstehende Spannungsabfall wird in einem Verstärker 4 mit einstellbarer Verstärkung verstärkt und an den zugehörigen Eingang einer elektronischen Anordnung zum Multiplizieren 8 gelegt.
Um ein der Netzspannung proportionales Spannungssignal zu erhalten, ist in Fig. 1 diese Meßspannung mit 7 bezeichnet. Die Neßspannung 7 wird mittels einer RC-Brücke 20 gegenüber der Netzspannung um 900 phasenverschoben und diese Neßspannung wird an einen zweiten Eingang der elektronischen Anordnung zum Multiplizieren angelegt.
Die so erhaltenen und an die elektronischen Anordnung zum Multiplizieren 8 gelegten Meßspannungen entsprechen den Augenblickswerten von Strom und Spannung, wobei der Meßwert für die Spannung durch die RC-Brücke 20 noch um 900 gedreht ist.
Fig. 2 lässt eine prinzipiell andere Ermittlung der Meßspannung erkennen. Ein verkettetes Netz 6 mit den Phasen R, S und T weist eine Meßleitung 1 zur Ermittlung des Stromes auf, die an die Phase T angeschlossen ist. Uber einen Meßwandler wird die Meßspannung für den Strom abgegriffen.
Die um 90° phasenverschobene Meßspannung erhält man zwischen den der Stromphase T gegenüberliegenden Phasen R und S. in diesem Fall ist die Meßspannung mit 7a bezeichnet. J In Fig. 1 ist die elektronische Anordnung zum Multiplizieren 8 lediglich angedeutet. Es können, je nach den Einsatzgegebenheiten, zum Multiplizieren der Meßspannungen für die Augenblickswerte von Strom und Spannung monolytisch integrierte Multiplizierer r L tiplizierer, die diskret aus handelsüblichen Operationsverstärkern aufgebaut sind>verwendet werden. Zum Teil gibt es derartige Schaltungsanordnungen bereits handelsüblich zu kaufen und Jeder Fachmann wird imstande sein, diese den Jeweiligen Eingangswerten anzupassen. In einem anderen Ausführungsbeispiel können in der elektronischen Anordnung zum Multiplizieren auch Hall-Multiplikatoren verwendet werden.
An den Ausgang der elektronischen Anordnung zum Multiplizieren 8 ist eine integrierend wirkende Stufe 11 geschaltet, mit deren Hilfe eine der Jeweiligen Blindleistung nach Grösse und Vorzeichen proportionale Gleichspannung ermittelt wird.
Die integrierend wirkende Stufe 11 ist Teil einer insgesamt mit 9 bezeichneten Auswertschaltung. Diese Auswertschaltung ist zwischen den Ausgang der Anordnung zum elektronischen Multiplizieren 8 und den mit 10 bezeichneten Schaltstufen für die Phasenschieberkondensatoren geschaltet.
An die Stufe 11 sind Schwellwertschalter 13 bzw. 14 in Parallelschaltung angeschlossen. Der Schwellwertschalter 13 ist für positive Schwellwerte und der Schwellwertschalter 14 für negative Schwellwerte der Gleichspannung vorgesehen. Beide Schalter sind mit Schaltungsanordnungen 13a, 14a zum Einstellen der Höhe der Schwellwerte versehen.
Uber ein Steuer-Flip-Flop 17 für einen Oszillator 16 sind die Ausgänge der Schwellwertschalter 13 und 14 an eine Schaltmatrix 15 angeschlossen, die bei Erscheinen eines Schwellwertschalterausganges über den Einschalter 17 und den Oszillator in Betrieb gesetzt wird.
Die Transistorausgänge der Schwellwertschalter 13, 14 wirken erstens auf ein Steuer-Flip-Flop 17, welches die Schieberichtung für das Schieberegister 15 bestimmt, und zweitens auf einen Oszillator 16, der das schrittweise Zu- bzw. Abschalten der über die Schaltstufen 10 angesteuerten Kompensationskondensatoren herbeführt.
In der Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer der Netzspannung proportionalen, aber um 900 phasenverschobenen Meßspannung 7, 7a kann zusätzlich eine Schaltungsanordnung 20 zur Einstellung des Sollwertes des Cosinus yvorgesehen sein. Hierdurch sowie durch die Schwellwertschalter kann vorgegeben werden, wann die Blindleistungsregelung einsetzen soll.
Leerseite

Claims

Patentansprüche: 0" erfahren zur elektronischen Ermittlung und Regelung der Blindleistung eines Verbrauchernetzes, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass eine dem jeweiligen Augenblickswert des Stromes proportionale Meßspannung und eine dem Jeweiligen Augenblickswert der zugehörigen Netzspannung proportionale, aber um 900 phasenverschobene Meßspannung ermittelt und den Eingängen einer elektronischen Anordnung zum Multiplizieren (8) zugeführt werden, die rechnerisch den Jeweiligen Augenblickswert der Blindleistung ermittelt, und deren Ausgang über eine Auswertschaltung (9) mit Schaltstufen (10) für Phasenschieberkondensatoren in Schaltverbindung steht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Ausgangswerten der elektrischen Anordnung zum Multiplizieren (8) eine der Jeweiligen Blindleistung nach Höhe und Vorzeichen proportionale Gleichspannung ermittelt und an parallel liegende, auf positive bzw. negative Schwellwerte einstellbare Schwellwertschalter (13, 14) angelegt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der den Jeweiligen Augenblickswerten des Stromes proportionalen Meßspannung ein zwischen einer Meßleitung (1) und Masse (2) geschalteter Ohm'scher Meßwiderstand (3) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer der Netzspannung proportionalen, aber um 900 phasenverschobenen Meßspannung (7) ein Kondensator (5) verwendet wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer der Netzspannung proportionalen, aber um 900 phasenverschobenen Meßspannung (7a) bei einem verketteten Netz (6) die Spannung zwischen den beiden der Stromphase (T) gegenUberliegenden Phasen (R, S) verwendet wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als elektronische Anordnung zum Multiplizieren (8) ein monolytisch integrierter Multiplizierer verwendet wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Anordnung zum Multiplizieren (8) diskret aus Operationsverstärkern aufgebaut ist.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Anordnung zum Multiplizieren (8) Schaltungsanordnungen zum Logarithmieren, Addieren und anschliessendem Antilogarithmieren der Eingangswerte einschliesst.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektronischen Anordnung zum Multiplizieren (8) Hall-Multiplikatoren verwendet werden.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ausgang der elektronischen Anordnung zum Multiplizieren (8) eine integrierend wirkende Stufe (11) zum Ermitteln einer der Jeweiligen Blindleistung nach Grösse und Vorzeichen proportionalen Gleichspannung angeschlossen ist.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ausgang der integrierend wirkenden Stufe (11) in Parallelschaltung ein Schwellwertschalter (13) für positive Gleichspannungswerte und ein Schwellwertschalter (14) für negative Gleichspannungswerte angeschlossen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schwellwertschalter (13, 14) mit einer Schaltungsanordnung (13a, 14a) zum Einstellen der Schwellwerte versehen ist.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auswerten der Ausgänge der Schwellwertschalter (13, 14) ein Schieberegister bzw. ein Vor-Rückwärtszähler (15) vorgesehen ist, an dessen Ausgängen Schaltstufen (10) für die Phasenschieberkondensatoren angeschlossen sind.
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer der Netzspannung proportionalen, aber um 900 phasenverschobenen Meßspannung (7, 7a) eine Schaltungsanordnung (20) zur Einstellung des Sollwertes des Cosinus CPeinschliesst.