DE2929260C2

DE2929260C2 - Löschwinkelsteuerung für einen netzgeführten Wechselrichter

Info

Publication number: DE2929260C2
Application number: DE2929260A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 1000 Berlin 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: 1987-03-26
Also published as: CH655624B; SE447614B; ZA804240B; CA1140988A; DE2929260A1; SE8005242L

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Steuerung ist aus dem Buch "Thyristoren" von Heumann/Stumpe, 1969, S. 93 bekannt.
Bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) wird auf der Wechselrichterseite ein möglichst kleiner Löschwinkel γ 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 w
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 eingangs zitierten Buch "Thyristoren" a. a. O. gilt für den Steuerwinkel β, der als Leitgröße für die Steuerung vorgegeben werden muß:
cos β = cos γ _N-k&sub1;@W:°Ki°k:°Ku°k&udf54;,
wobei γ _N 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 Spannungsmeßglied und der Spannung am Wechselrichterventil sind, während k&sub1; die Kommutierungsreaktanz berücksichtigt. Der Steuerwinkel β wird auch als Voreilwinkel bezeichnet und ergibt sich aus der Summe des Löschwinkels γ und des Kommutierungswinkels w (β = γ + 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 k&sub1; noch zu berücksichtigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Steuerung der eingangs angegebenen Art die Vorgabe des Führungswertes für den Steuerwinkel β für Stromrichteranlagen mit stationärem Wechselrichterbetrieb mit der erforderlichen Genauigkeit, aber ohne cos-Funktionsbildner, zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mittels der im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahme gelöst.
Die Erfindung macht von der Erkenntnis Gebrauch, daß die Kosinus-Beziehungen in der o. a. bekannten Gleichung für den Steuerwinkel β groß gegenüber der eigentlichen Einflußgröße k&sub1;@O:°Ki°k:°Ku°k&udf54; 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:
1-@W:&udf57;°Kb&udf56;¥:2&udf54; + @W:&udf57;°Kb&udf56;&guilder;:24&udf54;Kg @W:°KN°k¥:2&udf54; . . . -k&sub1; @W:°Ki°k:°Ku°k&udf54;
bzw. umgeformt
β²- @W:&udf57;°Kb&udf56;&guilder;:12&udf54;k @W:°Ki°k:°Ku°k&udf54;,
mit K = 2k&sub1;
Die cos-Reihe könnte beliebig weit geführt werden, jedoch ist unter Berücksichtigung der Bauteil-Toleranzen eine Fortsetzung über das β&sup4;-Glied hinaus sinnlos. Damit ergibt sich vorteilhafterweise als ohne großen Aufwand für die Vorgabe der Führungsgröße zu realisierende Beziehung
β²- @W:&udf57;°Kb&udf56;&guilder;:12&udf54;KK @W:°Ki°k:°Ku°k&udf54; = 0,
wobei cos γ _N für den Nennlöschwinkel γ _N als Konstante vorgegeben wird.
Ein weitere Verminderung des Aufwandes besteht darin, daß die Steuerung nicht an eine Brücke oder Gruppe der Wechselrichterseite einer HGÜ-Anlage gebunden ist, so daß sie je Stationshälfte der Wechselrichterseite nur einmal vorhanden sein muß. Der Spannungsmeßwertbildner 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 den Einfluß dieser möglichen Fehlerquellen zusätzlich auszuschalten, sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben, wobei die Maßnahmen nach den Ansprüchen 2 und 3 aus der DE-OS 22 23 589 an sich bekannt sind. Dabei wird von dem Grundsatz ausgegangen, daß ein vorübergehend zu großer Löschwinkel durchaus in Kauf genommen werden kann, so daß zur Begrenzung bzw. Beseitigung des Einflusses 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 β als Führungsgröße für die Löschwinkelsteuerung 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 U _R, U _S, U _T aufweist, verbinden. Für den Wechselrichterbetrieb ist ein Nennlöschwinkel γ _N (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 U _R, U _S, U _T entsprechende Eingangsspannungen, die jeweils zusätzlich mit der Verhältniszahl zwischen der Spannung am Spannungsmeßglied für die Phasenspannungen U _R, U _S, U _T 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. Über einen ohmschen Widerstand 5 liefert der zweite Verstärker 21 eine Spannung K · @O:°Ki°k:°Ku°k&udf54; an den positiven Eingang eines Differenzverstärkers 23.
Am Ausgang dieses Differenzverstärkers 23 ist der gesuchte Wert β 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 geführt und außerdem mit beiden Eingängen eines sechsten Multiplizierers 18 verbunden, dessen Ausgang über einen gegenüber dem ohmschen Widerstand 1 zwölfwertigen ohmschen Widerstand 2 an den positiven Eingang des Differenzverstärkers 23angeschlossen ist. An diesem Anschluß des Differenzverstärkers 23 liegt neben der Spannung K · @O:°Ki°k:°Ku°k&udf54; noch zusätzlich eine Spannung entsprechend der Größe 2(1-cos γ _N).
Die beschriebene Schaltung liefert unter geringem Schaltaufwand am Ausgang des Differenzverstärkers 23 die gesuchte Größe für den Steuerwinkel β gemäß der in der Schaltung realisierten Beziehung
β²-@W:&udf57;°Kb&udf56;&guilder;:12&udf54;k @W:°Ki°k:°Ku°k&udf54; = 0.

Claims

1. Steuerung des Löschwinkels eines eine Gleichstromleitung mit einem Wechselspannungsnetz verbindenden, netzgeführten Wechselrichters, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Zündzeitpunkt der Wechselrichterventile entsprechende, vom Nulldurchgang der Halbschwingung der Kommutierungsspannung rückwärts gezählte Steuerwinkel β nach der Beziehung &udf53;vu10&udf54;&udf53;el1,6&udf54;&udf57;°Kb&udf56;¥^@W:&udf57;°Kb&udf56;&guilder;:12&udf54;^2¤Ä1^cos¤&udf57;°Kg&udf56;°T°KN°tÀ^°KK°k@W:°Ki°k:°Ku°k&udf54;¤=¤0&udf53;zl10&udf54;als Leitgröße vorgegeben wird, wobei mit γ _N der Nennlöschwinkel
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 Anspruch 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 zur Leitgröße 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 jeweiligen, auf den Nennwert bezogenen Phasenspannung (U _R, U _S, U _T) 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 (i) 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,
- ein Differenzverstärker (23) vorgesehen ist, an dessen Ausgang der Steuerwinkel β abgenommen wird und außerdem die beiden Eingänge eines fünften Multiplizierers (17) angeschlosssind, dessen Ausgang über einen einwertigen ohmschen Widerstand (1) auf den negativen Eingang des Differenzverstärkers (23) geführt ist,
- ein sechster Multiplizierer (18) vorgesehen ist, dessen beiden 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 (23) zusätzlich mit der Ausgangspannung des zweiten Verstärkers (21) und einer Spannung belegt ist, die der Größe 2[1-cos γ _N] entspricht.