DE2929260A1

DE2929260A1 - Loeschwinkelsteuerung fuer einen wechselrichter

Info

Publication number: DE2929260A1
Application number: DE19792929260
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Golde
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-07-17
Filing date: 1979-07-17
Publication date: 1981-02-05
Also published as: SE447614B; DE2929260C2; ZA804240B; CH655624B; SE8005242L; CA1140988A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung entsprechend
dem Oberbegriff des Anspruchs a.
Bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Ubertragung (HGÜ) wird auf der Wechselrichterseite ein möglichst kleiner Löschwinkel r bei ausreichender Stabilität gefordert. Um diese Forderung zu erfüllen, bestehen die beiden Möglichkeiten der Löschwinkelregelung auf einen vorgegebenen Sollwert oder Steuerung unter Berücksichtigung des voraussichtlichen Kommutierungswinkels aN.
Eine Möglichkeit der Löschwinkelregelung ist in "Wissenschaftliche Berichte AEG-Telefunken", Band 44 (1971), Heft 1, Seiten 6 bis 12 beschrieben. Mit der Regelung ist bei stationärem Betrieb gegenüber einer Steuerung die höhere Genauigkeit zu erzielen, jedoch nur unter der Voraussetzung, daß der Löschwinkel als Regelgröße sich mit höchstmöglicher Genauigkeit aus der an den Wechselrichterventilen anliegenden Spannung gewinnen läßt. Das aber bedeutet einen erheblichen Aufwand.
Der Einsatz einer Löschwinkelsteuerung bietet demgegenüber insofern Vorteile, als die Steuerung auf Änderungen der Einflußgrößen Gleichstrom und Wechselspannung schneller reagieren kann. Dazu ist eine Vorgabe dieser Größen ohne großen Aufwand notwendig.
Nach dem Buch "Thyristoren" von Heumann/Stumpe, Verlag B.G. Teubner, Stuttgart, 1969, Seite 93, gilt für den Steuerwinkel &, der als Führungsgröße für die Steuerung vorgegeben werden muß: cosp = cosTN -wobei an der Nennlöschwinkel, i der auf den Nennwert bezogene Wert des Gleichstromes und u der auf den Nennwert bezogene Wert der Wechselspannung unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses zwischen der Spannung am SpannungsmeBglied und der Spannung am Wechselrichterventil sind, während k1 die Kommutierungsreaktanz berücksichtigt.
I)er Steuerwinkel 2 wird auch als Voreilwinkel bezeichnet und ergibt sich aus der Summe des Löschwinkeis γ und des Kommutierungswinkels w (ß r+ w). Die Kommutierungsreaktanz, die den induktiven Gleichspannungsabfall bewirkt, wird hier als bekannt und konstant angenommen. Sofern sie sich ändert, ist der entsprechende Einfluß bei der Bildung von k7 noch zu berücksichtigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine 8teuerung der eingangs angegebenen Art die Vorgabe des FUhrungswertes für den Steuerwinkel( für Stromriohteranlagen mit stationären Wechselrichterbetrieb mit der erforderlichen Genauigkeit, d.h. ohne cos-Funktionsbildner, zu ermoglichen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das Sennzelchen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung macht von der Erkenntnis Gebrauch, daß die Kosinus-Beziehungen in der o.a. bekannten Gleichung für den Steuerwinkel p groß gegenüber der eigentlichen Einflußgröße k1 u sind und im Bereich kleiner Winkel die Abhängigkeit vom Winkel vollends verschwindet, so daß die Kosinus-Funktionen zweckmäßig durch trigonometrische Reihen ersetzt werden. Damit wird es möglich, auf beiden Seiten der o.g. Gleichung die Zahl 1 zu subtrahieren und so den Zahlenwert der Gleichung und damit den Fehler auf einen Bruchteil zu verkleinern. Es gilt: Die cos-Reihe könnte beliebig weit geführt werden, jedoch ist unter Berücksichtigung der Bauteil-Toleranzen eine Fortsetzung über das 4-Glied sinnlos. Damit ergibt sich vorteilhafterweise als ohne großen Aufwand für die Vorgabe der Führungsgröße zu realisierende Beziehung wobei cos XN für den Nennlöschwinkel XN als Konstante vorgegeben wird.
Eine weitere Verminderung des Aufwandes besteht darin, daß die Steuerung nicht an eine Brücke oder Gruppe der Wechselrichterseite einer HG gebunden ist, so daß sie je Stationshälfte der Wechselrichterseite nur einmal vorhanden sein muß. Der Spannungsmewertbildner für die Wechselspannung u ist sogar nur einmal je Station erforderlich.
Die Löschwinkelsteuerung greift schnell bei allen Spannungs- und Stromänderungen ein, außer bei Spannungsänderungen während der Kommutierung, deren Folgen aber auch durch die Löschwinkelregelung nicht abgefangen werden können.
Die Steuerung setzt voraus, daß die Wechselspannungen oberschwingungsfrei, betragsgleich und phasenrichtig vorhanden sind und daß Stromänderungen sowie Änderungen im Wechselspannungsnetz nicht auftreten. Um diese möglichen Fehlerquellen zusätzlich auszuschalten, sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung in den Unteransprüchen 2 bis 4 angegeben. Dabei wird von dem Grundsatz ausgegangen, daß ein vorübergehend zu großer Löschwinkel durchaus in Kauf genommen werden kann, so daß bei der Begrenzung bzw. Beseitigung der genannten Fehlerquellen eine Bewertung des Vorzeichens des Löschwinkelfehlers vorgenommen wird.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Steuerung nach der Erfindung mit nur wenigen Schaltungselementen ist im Anspruch 5 angegeben.
Die Erfindung soll im folgenden für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungsfigur erläutert werden.
Die Zeichnungsfigur zeigt das Prinzipschaltbild einer Schaltung zur Erstellung des Steuerwinkels ß als Führungsgröe für die Löschinkelsteuerung für einen (nicht dargestellten) Wechselrichter. Der Wechselrichter soll eine Gleichstromleitung, die den auf Nennwert bezogenen Strom i führt, mit einem Drehstromnetz, das die auf Nennwert bezogenen Phasenspannungen UR, Us, UT aufweist, verbinden. Für den Wechselrichterbetrieb ist ein Nennlöschwinkel tN (Sollwert) vorgegeben. Mit K ist eine Eingangsspannung für die gezeigte Schaltung bezeichnet, die dem Vierfachen der relativen induktiven Gleichspannungsänderung infolge der Kommutierungsvorgänge am Wechselrichter entspricht. Die Eingangsspannung K berücksichtigt also die (u.U. veränderlichen) Kommutierungsreaktanzen.
Bei der gezeigten Schaltung werden drei den auf Nennwert bezogenen Phasenspannungen UR, Us, UT entsprechende Eingangsspannungen, die jeweils zusätzlich mit der Verhältniszahl zwischen der Spannung am Spannungsmeßglied für die Phasenspannungen UR, US, UT und der Spannung am Wechselrichterventil multipliziert sind, beiden Eingängen dreier erster Multiplizierer 11, 12, 13 zugeführt. Die Ausgänge der ersten Multiplizierer 11, 12, 13 sind über ohmsche Beschaltungswiderstände 7, 8, 9 an den Eingang eines ersten Verstärkers 22 angeschlossen, in dessen Gegenkopplungskreis sich ein zweiter Multiplizierer 16 mit einem ohmschen Widerstand 6 befindet. Die beiden Eingänge des zweiten Multiplizierers 16 sind mit der Ausgangsspannung des ersten Verstärkers 22 belegt.
Einem dritten Multiplizierer 14 sind eine dem Strom i und eine der Größe K entsprechende Spannung zugeführt. Der dritte Multiplizierer 14 ist über einen ohmschen Widerstand 3 an den Eingang eines zweiten Verstärkers 21 angeschlossen. Im Rückkopplungszweig des zweiten Verstärkers 21 ist zusammen mit einem ohmschen Widerstand 4 ein vierter Multiplizierer 15 angeordnet, dessen einem Eingang die Ausgangsspannung u des ersten Verstärkers 22 und dessen anderem Eingang die Ausgangsspannung des zweiten Verstärkers 21 zugeführt sind. Uber einen ohmschen Widerstand 5 liefert der zweite Verstärker 21 eine Spannung K ' u an den positiven Eingang eines Differenzverstärkers 23.
Am Ausgang dieses Differenzverstärkers 23 ist der gesuchte Wert p abnehmbar. Der Ausgang des Differenzverstärkers 23 ist auch an beide Eingänge eines fünften Multiplizierers 17 angeschlossen. Der Ausgang des fünften Multiplizierers 17 ist über einen einwertigen ohmschen Widerstand 1 an den negativen Eingang des Differenzverstärkers 23 gefübrt und außerdem mit beiden Eingängen eines sechsten Multiwlizierers 18 verbunden, dessen Ausgang über einen gegentiber a' ohmschen Widerstand 1 zwölfwertigen ohmsches Widerstand 2 an den positiven Eingang des Differenzveretärkers 23 angeschlossen ist. An diesem Anschluß des Differenzverstärkers 25 liegt neben der Spannung . noch zusätzu lich eine Spannung entsprechend der Größe 2 (1 - cosTN).
Die beschriebene Schaltung liefert unter geringem Schaltaufwand am Ausgang des Differenzverstärkers 23 die gesuchte Größe für den Steuerwinkel ß gemäß der in der Schaltung realisierten Beziehung Leerseite

Claims

Löschwintelsteuerung für einen Wechselrichter Patentansprüche 1. Steuerung des Löschwinkeis eines eine Gleichstromleitung mit einem Wechselspannungsnetz verbindenden Wechselrichter, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Zündzeitpunkt der Wechselrichterventile entsprechende, vom Nulldurchgang der Halbschwingung der Kommutierungsspannung rückwärts gezählte Steuerwinkel y nach der Beziehung als Führungsgröße vorgegeben wird, wobei mitN der Sollwert des Löschwinkels, i der auf den Nennwert bezogene Wert des Gleichstromes, u der auf den Nennwert bezogene Wert der Wechselspannung unter Berücksichtigung des Verhältnisses zwischen der Spannung am Spannungsmeßglied und der Spannung am Wechselrichterventil und K das Vierfache der relativen Gleichspannungsänderung bezeichnet sind.
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ihr zugeführte Wechselspannung derart gedämpft wird, daß Absenkungen der Spannung unverzögert, Anstiege der Spannung dagegen stark verzögert erfaßt werden.
3. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß allein positive Änderungen des ihr zugeführten Stromes derart aufgeschaltet werden, daß der Einfluß dieser Stromänderungen kompensiert wird.
4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Phasenänderungen der Wechselspannung über einen Phasendetektor erfaßt und zu der Führungsgröße addiert werden.
5. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß - je Phase der Wechselspannung ein erster Multiplizierer (11, 12, 13) vorgesehen ist, der eingangsseitig über beide Anschlüsse mit dem Wert der 5erilligen, auf den Nennwert bezogenen Phasenspannun (UR, US, UT) beaufschlagt ist und der ausgangsseitig mit dem Eingang eines ersten Verstärkers (22) verbunden ist, der im Gegenkopplungszweig einen zweiten Multiplizierer (16) aufweist, dessen beide Eingänge mit der Ausgangsspannung des ersten Verstärkers (22) belegt sind, - ein dritter Multiplizierer (14) vorgesehen ist, dessen einer Eingang mit einer Spannung belegt ist, die dem auf den Nennwert bezogenen Gleichstrom ( entspricht, und dessen anderer Eingang mit einer Spannung belegt ist, die der Konstanten (K) entspricht, - ein zweiter Verstärker (21) vorgesehen ist, der an den Ausgang des dritten Multiplizierers (14) angeschlossen ist und in dessen Rückkopplungszweig ein vierter Multiplizierer (15) angeordnet ist, dessen einer Eingang an den Ausgang des ersten Verstärkers (22) und dessen anderer Eingang an den Ausgang des zweiten Verstärkers(21) angeschlossen ist, -- --eiI)ifferenzverstärker (23) vorgesehen ist, an dessen Ausgang der Steuerwinkel (3 abgenommen wird und außerdem die beiden Eingänge eines fünften MXultiplizierers t ) angeschlossen sind, dessen Ausgang über einen einwertigen ohmschen Widerstand (1) auf den negativen Eingang des Differenzverstärkers (23) geführt ist, - ein sechster Multiplizierer (18) vorgesehen ist, dessen beide Eingänge mit dem Ausgang des fünften Multiplizierers (17) verbunden sind und dessen Ausgang über einen zwölfwertigen ohmschen Widerstand (2) an den positiven Eingang des Differenzverstärkers (23) angeschlossen ist, der positive Eingang des Differenzverstärkers (2X) zusätzlich mit der Ausgangsspannung des zweiten Verstärkers (21) und einer Spannung belegt ist, die der Größe 2(1-cos γN) entspricht.