DE3027725C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art (siehe hierzu AT-PS 3 01 692).

Energieerzeugungs- und -speichervorrichtungen sind für Elektrizitätswerke von besonderem Interesse, die ausge­ dehnte Stromversorgungsnetze betreiben, welche große Men­ gen an elek­ trischer Wechselstromenergie über ein komplexes Übertra­ gungsnetzwerk liefern. Eine Vor­ richtung zur Erzeugung von elektrischer Gleichstromenergie ist die elektrochemische Zelle. Bevor die elektrische Energie aus einer solchen Zelle in ein Stromversorgungsnetz eingespeist werden kann, muß sie in elektrische Wechselstromenergie umgeformt werden. Ein Stromrichter ist eine Vorrichtung, die eine solche Energieumformung vornehmen kann.

Außer als elektrische Energiequelle sind ge­ wisse Typen von elektrochemischen Zellen auch zur Verwen­ dung als Energiespeichervorrichtung geeignet, wobei diese Möglichkeit hauptsächlich vorhanden ist, wenn die elektro­ chemische Zelle regenerierend ist.

Diese bidirektionale Fähigkeit gestattet, die elektrochemische Zelle während Spitzenstromverbrauchsperioden als Gleichspannungsquelle zu benutzen und während Perioden niedrigeren Stromverbrauches überschüssige elektrische Energie in aktive chemische Ele­ mente umzuwandeln, um sie für den späteren Gebrauch zu speichern.

Von Interesse ist die US-PS 39 91 319, die eine Reserve­ stromversorgungseinheit beschreibt, welche einen Wechsel­ richter enthält und eine Gleichstromversorgung benutzt. Eine Synchronisierschaltungsanordnung ist vorgesehen, um die Phasen- und Amplitudenanpassung des Wechselrichteraus­ gangssignals an das Wechselstromnetz sicherzustellen, wenn die Reservestromversorgungseinheit benutzt wird. Die Syn­ chronisierschaltung enthält einen Phasendetektor, der ein Rückkopplungssignal aus dem Wechselrichter empfängt und außerdem die Netzwechselspannung abfühlt. Das Ausgangssi­ gnal des Phasendetektors wird über einen Phasenrückkopplungs­ schalter an einen spannungsgeregelten Oszillator angelegt, um die Frequenz und die Phase des Ausgangssignals zu verän­ dern. Eine Beschränkung dieses besonderen Systems besteht darin, daß es nicht um Regeln der Richtung und der Größe sowohl der Wirkleistung als auch der Blindleistung zwischen der Quelle und der Last geeignet ist.

Eine Regelungsvorrichtung der im Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Art ist aus der AT-PS 3 01 692 bekannt. Diese bekannte Regelungsvorrichtung ermöglicht eine Leistungsregelung, und zwar eine differenzierte Blind- und Wirkleistungsregelung, wobei in die Regelung Betrag und Phase der Ausgangswechelspannung mit eingehen und über einen Steuersatz und Wechselrichter als Stellgröße Wirk- und Blindleistung geregelt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regelungsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß sie bei einem zwangskommutierten Strom­ richter eingesetzt werden kann, der mit einer Gleichspan­ nungsquelle in Form einer regenerativen Stromquelle verbun­ den ist, die elektrische Energie an ein Wechselspannungs­ netz abgeben und aus demselben empfangen kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Die Regelungsvorrichtung nach der Erfindung beinhaltet eine Blindleistungsregelung mit unterlagerter Spannungsregelung, eine Wirkleistungsregelung mit unterlagerter Phasenregelung und als Steuersatz einen Pulsmustergenerator, der abhängig von den Regelabweichungen der Spannungs- und Phasenregler ein Pulsmuster zur Ansteuerung des Stromrichters abgibt. In der Regelungsvorrichtung nach der Erfindung sind der Wirklei­ stungsregler und der Blindleistungsregler Teil einer ersten Rückkopplungsschleife, die eine relativ große Zeitkonstante hat, so daß der Leistungsfaktor zwischen der Gleichspan­ nungsquelle und dem Wechselspannungsnetz durch transiente Vorgänge im wesentlichen unbeeinflußt bleibt. Die Rege­ lungsvorrichtung enthält jedoch außerdem eine zweite Rück­ kopplungsschleife, die eine kleine Zeitkonstante hat, um die Effektivgröße und die Phase der Span­ nungsschwingung aus dem Stromrichter durch Verändern der ge­ nauen Zündpunkte der Halbleiterschaltelemente in dem Strom­ richter zur Kompensation der augenblicklichen oder eine kur­ ze Dauer aufweisenden Spannungsstöße, die in dem Wechselspannungs­ netz periodisch auftreten können, schnell einzustellen.

In der ersten Rückkopplungsschleife mit großer Zeitkon­ stante läßt sich eine Führungs­ größe einstellen, die sowohl den Sollblindleistungswert als auch den Sollwirkleistungswert des elektrischen Energieflusses zwi­ schen der Gleichspannungsquelle, d. h. einer elektrochemischen Zelle und dem Wechselspannungs­ netz angibt. Diese Führungsgrößen werden in der ersten Rückkopplungsschleife mit Signalen verknüpft, die zu der Istwirkleistung und zu der Istblindleistung proportional sind, um ein Blindleistungsreglerausgangssignal sowie ein Wirkleistungsreglerausgangssi­ gnal zu bilden. Das Blindleistungsreglerausgangssignal wird an den Spannungsregler abgegeben, der in der zweiten Rückkopplungs­ schleife angeordnet ist, die eine kleine Zeitkonstante hat, zum Verändern der Regelsignale, die an den Stromrichter ange­ legt werden, um die Effektivgröße der an das Wechselspannungs­ netz abgegebenen Spannungsschwingung zu ändern. In gleicher Weise wird das Wirkleistungsreglerausgangssignal an die zweite Rück­ kopplungsschleife abgegeben, und zwar an den Phasenregler zum Einstellen des Regel­ signals, das an den Stromrichter abgegeben wird, zum Verän­ dern der Phase der Spannungsschwingung aus dem Stromrichter relativ zu dem Wechselspannungsnetz.

Mit der Regelungsvorrichtung nach der Erfindung ist es möglich, die Wirkleistungskomponente und die Blindleistungs­ komponente des Energieflusses nach Bedarf in dem gesamten Betriebsbereich der elektrochemischen Zelle schnell zu ändern. Diese Möglichkeit ist, zum Teil, auf die Verwendung von zwei gesonderten Rückkopplungsschleifen zurückzuführen, von denen eine eine große Zeitkonstante und eine eine kleine Zeitkon­ tante hat, die den Spannungswert sowohl der elektrochemi­ schen Zelle als auch des Wechselspannungsnetzes, die Größe und die Richtung der Wirkleistung und der Blindleistung so­ wie die Phase der Spannungsschwingung des Wechselspannungs­ netzes erfassen, um mit Hilfe eines analytischen Modells die Stromrichterspannungsschwingung zu konstruieren, wie sie sein sollte. Diese wird dann mit der Istspannungsschwingung des Wechselspannungsnetzes verglichen. Die Regler­ ausgangssignale werden benutzt, um die Zündwinkel der Halbleiterschalter in dem Stromrichter einzustellen und entweder die Effektivgröße oder die Effektivphase oder beide der Spannungsschwingung aus dem Stromrichter nach Bedarf zu verändern, um sie zu veranlassen der des Wechselspannungs­ netzes zu folgen. Selbstverständlich wird jede unerwartete Abweichung der Spannungsschwingung des Wechselspannungs­ netzes, wie sie durch transiente Vorgänge verursacht werden könnte, durch das Modell abgefühlt, und das Stromrichterre­ gelsignal wird verstellt, um die Phase und die Größe der Stromrichterausgangsschwingung zu verändern, damit solche transienten Vorgänge in dem Wechselspannungsnetz kompensiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher be­ schrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform ei­ ner Regelungsvorrichtung nach der Erfindung für ei­ nen zwischen eine Gleichspannungsquelle und ein Wechselspannungsnetz geschalteten Strom­ richter,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Auführungsform eines Spannungsreglers, der in der schnellen Rück­ kopplungsschleife von Fig. 1 angeordnet ist,

Fig. 3 ein Diagramm, das die Ansprechcharakteristik der Multiplizierschaltung von Fig. 2 zeigt,

Fig. 4 ein Diagramm, das eine typische Schwingung aus dem Stromrichter zeigt,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines in Fig. 1 gezeigten Phasenreglers, und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines in Fig. 1 gezeigten Pulsmustergenerators.

Fig. 1 zeigt eine Gleichspannungsquelle in Form einer elektro­ chemischen Zelle 10, die über eine Leitung 12 mit einem zwangskommutier­ ten Stromrichter 14 verbunden ist. Es sind zwar auch netzkommutierte Stromrich­ ter bekannt, die hier beschriebene Regelungsvorrichtung gilt jedoch hauptsächlich für einen zwangskommutierten Stromrichter, weil seine Halbleiterschaltelemente zur Abschaltung nicht von der Pha­ senbeziehung zwischen den Spannungs- und Stromschwingungen des Wechselspannungs-Strom­ netzes 22 abhängig sind. Der Stromrichter 14 gibt ein Wechselspannungs­ signal, das aus einem Grundschwingungssignal und zahl­ reichen Harmonischen besteht, über eine Leitung 16 an eine Parallelschal­ tungsimpedanz 18 ab, die ein Filter enthält, das Signale mit der Netzfrequenz, z. B. 60 Hz, durch­ läßt und Signale anderer Frequenz unterdrückt. Die Parallelschaltungsimpedanz 18 kann außerdem eine Drossel zur Unterdrückung der Harmonischen enthalten. Die andere Seite der Parallelschaltungsimpedanz 18 ist über eine Lei­ tung 20 mit dem Wechselspannungsnetz 22 verbunden.

Gemäß Fig. 1 enthält das Wechselspannungsnetz 22 eine Quelle 24 elektrischer Wechselstrom­ energie, eine Übertragungsimpedanz 26, die die Impedanz der Übertragungsleitung und auch die Impedanz der Quelle bein­ haltet, und eine Last 28. Der übliche Fall ist viel komplexer als die einfache Darstellung, da es meistens eine Anzahl von Stromquellen zusammen mit einer großen An­ zahl gesonderter Belastungen gibt, die unterschiedliche Men­ gen an elektrischer Energie zu unterschiedlichen Zeiten auf­ nehmen und alle durch Übertragungsleitungen miteinander ver­ bunden sind.

Die im folgenden beschriebene Regelungsvorrichtung ermöglicht die elektrochemische Zelle 10 als Energiequelle während Perioden zu benutzen, in denen das Wechselspannungs­ netz 22 stark belastet ist oder viel elektrische Energie lie­ fern muß, dagegen, wenn ein Überschuß an Energie in dem Wechselspannungsnetz 22 verfügbar ist, die Richtung des Energie­ flusses umzukehren, so daß Energie in der elektro­ chemischen Zelle 10 gespeichert werden kann. Darüberhinaus ermöglicht sie, die Blindlei­ stung der Last zu regeln, um die Leistungsfaktorein­ stellung in dem Wechelspannungsnetz 22 zu unterstützen.

Ein Leistungsdetektor 30 ist in der Leitung 20 angeordnet, um die Größe und die Richtung sowohl des Wirkleistungsflus­ ses als auch des Blindleistungsflusses zwischen der elektro­ chemischen Zelle 10 und dem Wechselspannungsnetz 22 zu erfassen.

Im Betrieb liefert der Leistungsdetektor 30 ein Ausgangs­ signal auf einer Leitung 32, das zu der Größe und der Richtung der in der Leitung 20 fließenden Blindleistung proportional ist. In gleicher Weise liefert der Leistungsdetektor 30 auf einer Leitung 34 ein Ausgangssignal, das zu der Größe und zu der Richtung der in der Leitung 20 fließenden Wirkleistung proportional ist. Ein Spannungsdetektor 36 ist ebenfalls mit der Leitung 20 verbunden und liefert ein Signal auf einer Leitung 38, das zu der Größe der Spannungsschwingung auf der Leitung 20 proportional ist, bei der es sich sowohl um die Spannungsgrundschwingung aus dem Stromrichter 14 als auch um die Spannungsgrundschwingung des Wechselspannungsnetzes handelt.

Die Regelungsvorrichtung enthält eine erste Rückkopplungsschleife 40, die eine große Zeitkonstante oder relativ lange Ansprechzeit hat, und eine zweite Rückkopplungs­ schleife 42, die eine kleine Zeitkonstante oder relativ kurze Ansprechzeit hat. Die erste Rückkopplungsschleife (langsame Schleife) 40 enthält einen Blindleistungsregler 40 b zum Bilden einer einstellbaren Blindleistungsführungsgröße dient ein Potentiometer 44, dessen eine Klemme 46 mit einer Quelle positiven Bezugspotentials verbunden ist, während die andere Klemme 48 mit einer Quelle negativen Bezugspotentials ver­ bunden ist. Die Steuerklemme 50 gibt einen gewünschten Span­ nungswert, der in einem geeigneten Bereich eingestellt wer­ den kann, über eine Leitung 52 an einen Eingang eines ersten Vergleichers 54 ab. Der andere Eingang des ersten Vergleichers 54 ist mit der Leitung 32 verbunden, um das Signal zu empfan­ gen, das zu der Größe und zu der Richtung der in der Leitung 20 fließenden Blindleistung proportional ist. Der erste Ver­ gleicher 54 macht eine Differenzverknüpfung der Blindleistungsführungsgröße auf der Leitung 52 mit dem Signal aus dem Leistungsdetektor 30, das die Istgröße und die Richtung der Blindleistung an­ gibt, und gibt die Blindleistungsregelabweichung an seinem Aus­ gang über eine Leitung 55 an einen Integrator 100 ab. Der Integrator 100 integriert effektiv den Fehler über eine Zeitspanne von ungefähr 1,5 bis 2 Zyklen der Spannungsgrund­ schwingung und gibt die integrierte Regelabweichung als Ausgangssignal des Blindleistungsreglers 40 b über eine Leitung 56 an einen Spannungsregler 58 ab.

Der Spannungsregler 58 ist über die Leitung 38 mit dem Span­ nungsdetektor 36 verbunden, um ein Signal zu empfangen, das zu der Größe der Wechselspannung auf der Leitung 20 propor­ tional ist. Außerdem ist er über eine Leitung 60 mit der Leitung 12 verbunden, um den Wert der Gleichspannung aus der elektrochemischen Zelle 10 zu erfassen. Der Spannungsregler 58 bildet durch Vergleich der Größen des Ausgangssignals der elektrochemi­ schen Zelle 10 auf der Leitung 60 und des Signals auf der Leitung 20 ein Differenzsignal und verknüpft es mit dem Reglerausgangssignal, welches er auf der Leitung 56 empfängt, um ein Regelsignal an seinem Ausgang auf einer Leitung 62 zu bilden, das an einen Pulsmustergene­ rator 64 abgegeben wird. Das Signal auf der Leitung 62 be­ wirkt, daß der Pulsmustergenerator 64 die Zündpunkte der Halbleiterschalter in dem Stromrichter 14 so einstellt, daß die Effektivspannung der Spannungsgrundschwingung aus dem Stromrichter im Verhältnis zu dem Signal auf der Leitung 62 vergrößert oder verringert wird.

Gemäß Fig. 1 enthält die erste Rückkopplungsschleife 40 außerdem einen Wirkleistungsregler 40 a. Eine einstellbare Wirkleistungsführungsgröße wird durch ein Potentiometer 70 gebildet, dessen eine Klemme 72 mit einer Quelle positiven Bezugspotentials verbunden ist, während die andere Klemme 74 mit einer Quelle negativen Bezugspotentials verbunden ist. Die Steuerklemme 76 gibt einen Spannungswert, der in einem geeigneten Bereich verändert werden kann, über eine Leitung 78 an einen Eingang eines zweiten Vergleichers 80 ab. Der andere Eingang des Ver­ gleichers 80 ist mit der Leitung 34 verbunden, um ein Signal zu empfangen, das zu der Größe und zu der Richtung der in der Leitung 20 fließenden Wirkleistung proportional ist. Der zweite Vergleicher 80 liefert eine Wirkleistungsregelabweichung an seinem Ausgang auf einer Leitung 81 durch Differenz­ verknüpfung der Wirkleistungsführungsgröße mit dem abgefühlten Signal auf der Leitung 34 und gibt diese Regelabweichung über eine Leitung 81 an einen A/D-Integrator 83 ab. Der A/D-Inte­ grator 83 integriert die Regelabweichung über einer Zeitspanne von ungefähr 1,5 bis 2 Zyklen der Spannungsgrundschwingung und gibt die integrierte Regelabweichung als Ausgangssignal des Wirkleistungsreglers 40 a über eine Leitung 82 an einen Phasenregler 84 ab. Der Phasenregler 84 ist außerdem über eine Leitung 86 mit der Leitung 20 verbun­ den, um die Phase des Wechselstromsignals auf der Leitung 20 abzufühlen, und er bildet damit ein Phasenverschiebungsschwin­ gungssignal im Verhältnis zu dem Eingangssignal auf der Lei­ tung 82 an seinem Ausgang auf einer Leitung 88. Der Pulsmuster­ generator 64 ist mit der Leitung 88 verbunden und verknüpft dieses Phasenverschiebungsschwingungssignal mit dem Spannungsregelsignal, das er auf der Leitung 62 empfängt, um ein Regelsignal an seinem Ausgang auf einer Leitung 90 zu bilden, das an den Stromrichter 14 abgegeben wird.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Spannungsreglers 58, der in der zweiten Rückkopplungsschleife (schnelle Schleife) 42 angeordnet ist und ein Ausgangssignal an den Pulsmustergenerator 64 abgibt, welches zu der Solleffektivgröße der Spannungschwin­ gung aus dem Stromrichter 14 in Beziehung steht. Das Blind­ leistungsreglerausgangssignal wird, wie oben erwähnt, durch den Span­ nungsregler 58 auf der Leitung 56 aus der ersten Rückkopplungs­ schleife 40 empfangen, und dieses Signal ist zu der Blind­ leistungsänderung proportional, die, wenn überhaupt, in der Spannungsgrundschwingung aus dem Stromrichter 14 auftreten soll. Das Blindleistungsreglerausgangssignal wird zuerst über die Leitung 56 an einen Eingang eines Vergleichers 104 abgegeben. Ein zweiter Eingang des Ver­ gleichers 104 empfängt ein Signal aus dem mit der Leitung 38 verbundenen Spannungsdetektor 36, das zu der Größe des Spannungswertes des Wechselspannungsnetzes 22 proportional ist. Ein dritter Eingang des Vergleichers 104 empfängt ein Rückkopplungssignal über eine Leitung 106, das mit den Signalen an den anderen beiden Eingängen differenz­ verknüpft wird. Das Ausgagssignal des Vergleichers 104 wird über eine Leitung 108 an den Eingang einer integrie­ renden A/D-Einheit 110 abgegeben, die eine kleine Zeitkon­ stante hat und bei der es sich um eine 8-Bit-Schaltung han­ deln kann, die das Ausgangssignal über ungefähr einem halben Zyklus der Spannungsgrundschwingung quantisiert oder eine Zeitkonstante von etwa 3 µs hat. Das digitale Ausgangssignal wird dann über eine Leitung 112, bei der es sich um einen Datenbus mit acht Leitern handeln kann, an einen Eingang des Pulsmustergenerators 64 abgegeben. Der Spannungs­ regler 58 enthält außerdem einen Rückkopplungsabschnitt. Dieser geschlossene Regelkreis ist relativ schnell, so daß der Ein­ gangsfehler, wenn überhaupt vorhanden, voll in einer Span­ nungsänderung ausgedrückt werden kann, die in etwa der Hälf­ te eines Zyklus der Spannungsgrundschwingung des Wechselspannungsnetzes 22 zu dem Pulsmustergenerator 64 geleitet wird. Demge­ mäß umfaßt die Rückkopplungsschleife eine Leitung 116, bei der es sich ebenfalls um einen Datenbus mit acht Leitern handelt und die mit der Leitung 112 verbunden ist, um das integrier­ te digitale 8-Bit-Ausgangssignal zu dem Eingang einer 8-Bit-D/A- Einheit 118 rückzukoppeln, welche die Digitalinformation wie­ der in einen Analogwert zurückverwandelt, der über eine Leitung 120 einem Eingang einer Multiplizierschaltung 122 zugeführt wird. Der andere Eingang der Multiplizierschaltung 122 ist mit der Leitung 60 verbunden, um ein Signal zu empfangen, das zu dem Gleichspannungswert aus der elektrochemischen Zelle 10 proportional ist.

Der Zweck der Multiplizierschaltung 122 in Verbindung mit einer im folgenden beschriebenen Suchtabelle 154 in dem Pulsmustergenerator 64 ist es, die auf der Lei­ tung 16 dargebotene Stromrichterausgangsspannung linear zu modellieren. Diese Beziehung wird am besten verständlich, wenn neben Fig. 2 zusätzlich auf die Fig. 3 und 4 Bezug ge­ nommen wird. Fig. 4a zeigt eine Schwingung, deren Zeitperi­ ode gleich der des Wechselspannungssignals des Wechselspannungs­ netzes 22 ist, welches im wesentlichen die Zeitperiode t ₀-t ₇ ist. Fig. 4b zeigt eines der zahlreichen Pulsmuster, die benutzt werden könnten, um die Schalter in dem Strom­ richter 14 zwischen dem leitenden und dem nichtleitenden Zustand umzuschalten, damit eine Ausgangsschwingung gebil­ det wird, die die gewünschte Grundkomponente hat, welche mit der des Wechselspannungsnetzes 22 kompatibel ist. In den meisten Fällen ist die Anzahl der Umschaltungen pro Zyklus, t ₀-t ₇, aller Wahrscheinlichkeit nach größer als in der Darstellung in Fig. 4b. Der Einfachheit halber ist ein äußerst einfaches Pulsmuster, das mit nur einer Stromrichterbrücke benutzt werden könnte, dargestellt wor­ den. Die Pulsbreite an den Enden je­ des Halbzyklus (d. h. t ₀-t ₁, t ₂-t ₃, t ₃-t ₄, usw.) wird verändert, die ihrerseits eine Änderung in der effektiven Größe der Spannungs­ grundschwingung aus dem Stromrichter 14 verursacht. Dieser Zu­ stand ist in Fig. 3 gezeigt, die im wesentlichen den Effek­ tivwert V ₁ der Spannungsschwingung aus dem Stromrichter 14 über der Pulsbreite in Grad zeigt, z. B. t ₀-t ₁. Die Kur­ ve 126 zeigt unkorrigierte Zustände, da die effektive Span­ nung aus dem Stromrichter abnimmt, wenn die Pulsbreite zunimmt, aber in nichtlinearer Weise. Der Pulsmustergenerator 64 linearisiert die Rückkopplung, so daß das an den dritten Eingang des Vergleichers 104 über die Leitung 106 abgegebene Signal der Kurve 128 in Fig. 3 entspricht. Das hilft sicherzustellen, daß in der Regelungsvorrichtung im Betrieb keine Schwingungen oder unerwarteten transienten Zustände auftreten.

Eine Ausführungsform des Phasenreglers 84, der die Phasenverschiebung er­ zeugt, die zu dem Wirkleistungsreglerausgangssignal proportional ist, wird nun beschrieben. Gemäß Fig. 5 empfängt der Phasenregler 84 die sinusförmige Spannungsschwingung auf der Leitung 20 über die Leitung 86, wobei diese Schwingung an einen Null­ durchgangsgeber 130 angelegt wird. Der Nulldurchgangsgeber 130 erfaßt die einzelnen Nulldurchgangspunkte der Schwingung der Spannung auf der Leitung 20 und gibt ein diese wiedergebendes Digitalsignal über eine Leitung 132 an einen Eingang eines Phasenvergleichers 134 ab, der in einer Phasenregelschleife angeordnet ist. Der Phasenvergleicher 134 verknüpft das Rückkopplungssignal auf einer Leitung 136 mit dem dem Wechselspannungsnetz entsprechenden auf der Leitung 132 und gibt das Ausgangssignal über eine Leitung 138 an ein Filter 140 ab, welches die Impulse effektiv integriert, um ein Gleichstromausgangssignal über eine Leitung 142 abzugeben. Ein spannungsgesteuerter Oszillator 144 emp­ fängt dieses Signal und gibt ein Ausgangssignal über eine Leitung 146 an einen Phasenschieber 148 ab, der eine Fre­ quenz f ₀ hat, die ausreichend hoch gewählt ist, um das ge­ wünschte Ausmaß an Phasenauflösung zum Steuern der Haupt­ schaltelemente des Stromrichters 14 zu erreichen. Wenn bei­ spielsweise das Wechselspannungsnetz mit 60 Hz arbeitet und es erwünscht ist, daß die Phasenregelschleife auf Ver­ änderungen bis zu (⅛)° el. anspricht, dann ist die Frequenz f ₀ für den spannungsgesteuerten Oszillator 144 gleich 172,8 kHz. Der Phasenschieber 148 verschiebt die Ausgangsschwin­ gung auf der Leitung 88 in einer Voreil- oder einer Nacheil­ richtung im Vergleich zu der Eingangsphase des Signals auf der Leitung 86 in einem Ausmaß, das dem auf der Leitung 82 empfangenen Wirkleistungsreglerausgangssignal entspricht.

Der Pulsmustergenerator 64 spricht, wie oben erwähnt, auf den Spannungsregler 58 an, um ein Pulsmuster für die Stromrichterhauptschaltelemente, bei denen es sich normalerweise um Thyristoren oder andere Halbleiterschalter mit hoher Strombelastbarkeit handelt, so zu erzeugen, daß die Ausgangsspannungsschwingung eine gewisse Effektivgrund­ spannung hat. Außerdem ist das besondere Pulsmuster im Verhält­ nis zu dem durch den Phasenregler 84 an den Spannungsregler 58 abgegebenen Signal phasenverschoben. Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform des Pulsmustergenerators 64, die nun beschrieben wird. Das Signal, das auf der Leitung 62 aus dem Spannungsregler 58 empfangen wird, beispielsweise über einen digitalen Datenbus mit acht Leitungen, wird an den Eingang der Suchtabelle 154 angelegt. In der Such­ tabelle 154 ist in digitalem Format die vorbestimmte Breite jedes Pulses in dem Pulsmuster gespeichert, bei der die Thyristoren im Stromrichter 14 umgeschaltet werden sollten, um eine Ausgangsspannungsschwingung zu erzeugen, die die besondere Effektivspannungsgröße hat. Wenn demge­ mäß aufgezeichnete Information durch die 8-Bit-Wörter adres­ siert wird, wird ein Ausgangssignal über eine Verriegelungs­ schaltung 157, die je Halbzyklus der Grundschwingung getriggert wird, an einen digitalen Vergleicher 158 abgegeben. Übli­ cherweise wird es einen digitalen Vergleicher 158 für je­ den Pol in dem Stromrichter 14 geben, der Einfachheit halber ist aber nur ein digitaler Vergleicher in der Ausführungs­ form von Fig. 6 dargestellt worden. Das Phasenregelsignal, das an den Pulsmustergenerator 64 über die Leitung 88 abgegeben wird, wird als Steuesignal für einen Ring­ zähler 160 benutzt, dessen Ausgangssignal eine Reihe von phasenverschobenen Digitalsignalen ist, die in Beziehung zu der Grundschwingung stehen und über eine Leitung 162 an den digitalen Vergleicher 158 angelegt werden. Der digitale Vergleicher nimmt demgemäß eine digitale Verknüpfung des Signals aus der Suchtabelle 154, das die Breite der Pulse des Pulsmusters angibt, mit der Folge von phasenver­ schobenen Impulsen auf der Leitung 162 vor und liefert ein Pulsmuster für den Stromrichter 14. Gemäß diesem Pulsmuster werden die einzelnen Schaltelemente in dem Stromrichter 14 zwischen dem leitenden und dem nichtleitenden Zustand umgeschaltet.

Claims (6)

1. Regelungsvorrichtung für einen Stromrichter (14) zwi­ schen einer Gleichspannungsquelle (10) und einem Wechsel­ spannungsnetz (22), mit einem Wirkleistungsregler (40 a) und einem Blindleistungsregler (40 b), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - dem Wirkleistungsregler (40 a) ist ein Phasenregler (84) nachgeschaltet,
  wobei die Regelzeitkonstante des Wirkleistungsreglers (40 a) groß und die des Phasenreglers (84) klein ist,
• - dem Blindleistungsregler (40 b) ist ein Spannungsreg­ ler (58) nachgeschaltet,
  wobei die Regelzeitkonstante des Blindleistungsreg­ lers (40 b) groß und die des Spannungsreglers (58) klein ist,
• - die Ausgänge des Phasenreglers (84) und des Span­ nungsreglers (58) sind mit den Eingängen eines Puls­ mustergenerators (64) zur Ansteuerung des Stromrich­ ters (14) verbunden.

2. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leistungsregler (40 a, 40 b) I-Regler sind.

3. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenregler (84) außer dem Ausgangssignal des Wirkleistungsreglers (40 a) ein zu der Spannungsgrund­ schwingung des Wechselspannungsnetzes (22) proportionales Signal empfängt und ein Phasenverschiebungssignal an den Pulsmustergenerator (64) abgibt, das zu dem Ausgangssignal des Wirkleistungsreglers (40 a) proportional ist.

4. Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsregler (58) außer dem Ausgangssignal des Blindleistungsreglers (40 b) ein zu der Amplitude der Span­ nung des Wechselspannungsnetzes (22) proportionales Signal empfängt und ein I-Regler ist, der ein über dem halben Zy­ klus der Spannungsgrundschwingung des Wechselspannungsnet­ zes (22) integriertes Ausgangssignal liefert.

5. Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenregler (84) enthält:

• - einen Nulldurchgangsgeber (130) für die Spannung des Wechselspannungsnetzes (22),
• - einen Phasenvergleicher (134), der das Ausgangssignal des Nulldurchgangsgebers (130) empfängt und einen
• - Rückkopplungskreis mit einem spannungsgesteuerten Os­ zillator (144) hat, und
• - einen Phasenschieber (148), der in dem Rückkopplungs­ kreis zwischen dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators (144) und dem Phasenvergleicher (134) an­ geordnet ist,
  zum Phasenverschieben des Rückkopplungssignals in Ab­ hängigkeit des Ausgangssignals des Wirkleistungsreg­ lers (40 a).

6. Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsmustergenerator (64) enthält:

• - eine Suchtabelle (154), in der das Pulsmuster für den Pulsmustergenerator (64) gespeichert ist,
• - einen Ringzähler (160) zum Abgeben von Impulszügen in Abhängigkeit von der Frequenz der Spannungsgrund­ schwingung des Stromrichters (14), und
• - einen zwischen den Ringzähler (160) und die Suchta­ belle (154) geschalteten digitalen Vergleicher (158) zum Phasenverschieben der Impulszüge gemäß dem aus der Suchtabelle (154) empfangenen Pulsmuster.