DE3122988A1

DE3122988A1 - Blindleistungsgenerator

Info

Publication number: DE3122988A1
Application number: DE19813122988
Authority: DE
Inventors: Laszlo Pittsburg Pa. Gyugyi
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1980-06-10
Filing date: 1981-06-10
Publication date: 1982-02-04
Also published as: KR830006731A; ZA813152B; IT8141592A0; SE455659B; SE8103648L; KR850000312B1; CA1140992A; MX149322A; US4353024A; AR230721A1; IN154783B; GB2077528A; NO160887C; BR8103383A; JPS5725015A; NO811894L; GB2077528B; IT1146883B; NO160887B

Description

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Blindleistungsgenerator

Die Erfindung betrifft einen Blindleistungsgenerator, welcher an ein elektrisches System angeschlossen ist und in Abhängigkeit von der Systemspannung eine Blindleistung liefert, wobei mit Spannungsmeßeinrichtungen die Systemspannung und daraus der Blindleistungsbedarf ermittelt wird.

Es ist bekannt, Blindleistungsgeneratoren derart aufzubauen, daß ein Festkondensator und eine einschaltbare Induktivität parallel an ein elektrisches System angeschlossen werden, in welchem die Blindleistung kompensiert werden soll. Mit Hilfe einer geeigneten Steuerung wird die Induktivität ein- und ausgeschaltet, um einen induktiven Strom während eines periodisch wiederkehrenden bestimmten Zeitintervalles zuzuschalten. Dieser induktive Blindstrom wirkt mit dem. kapazitiven Blindstrom über die Kondensatoren zusammen, um eine Netto-Blindleistung zu erzeugen, die für die Kompensation benötigt wird. Das bestimmte Zeitintervall entspricht üblicherweise dem Halbzyklus der Netzspannung im elektrischen System. Damit kann von Halbzyklus zu Halbzyklus das Schaltinter-

FS/hh vall

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vall geändert werden, um unterschiedliche Blindleistung entsprechend der durch die Steuereinrichtung ermittelten Notwendigkeit zu

erzeugen. Blindleistungsgeneratoren dieser Art sind bekannt durch die US-PS 3 936 727 und 3 999 117. Bei diesen bekannten Systemen werden die Kapazitäten und Induktivitäten derart ausgewählt, daß der erzeugte induktive Blindstrom etwa gleich dem erzeugten kapazitiven Blindstrom ist, wenn keine Blindleistung benötigt wird. Wenn die Zeitdauer der Einschaltung der Induktivität verlängert wird, ergibt sich dadurch eine Vergrößerung des induktiven Blindstromes, wogegen ein kapazitiver Blindstrom erhalten wird, wenn die Einschaltzeit der Induktivität verkürzt wird. Dadurch kann man dem elektrischen System eine induktive bzw. kapazitive Blindleistung anbieten. Bei diesem Einsatz ergibt sich die Schwierigkeit, daß sowohl im Bereitschaftsbetrieb oder im Fall eines fehlenden Blindleistungsbedarfs sowohl in den induktiven als auch in den kapazitiven Komponenten eine erhebliche Leistung erzeugt wird, die als Verlustleistung zu betrachten ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn kein Blindleistungsbedarf vorhanden ist und der volle induktive Blindstrom zur Kompensation des kapazitiven Blindstroms benötigt wird. Da für jede benötigte Blindleistung entweder ein negativer oder positiver, das heißt, ein kapazitiver oder induktiver Blindstrom erforderlich ist, sind entsprechend Kapazitäten und Induktivitäten vorzusehen. Bei einer Abwandlung dieses Systems ist auch vorgesehen, einen induktiven Zweig und einen kapazitiven Zweig zu verwenden, wobei der induktive Zweig unabhängig vom kapazitiven Zweig und umgekehrt einsetzbar ist. Da bei diesem System im Bereitschaftsbetrieb weder der induktive Teil noch der kapazitive Teil einen nennenswerten Strom führt, lassen sich die Bereitstellungsverluste reduzieren. Wird ein induktiver Blindstrom benötigt, so ist der induktive Teil ausschließ

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lieh eingeschaltet, was auch für den kapazitiven Teil gilt, wenn nur ein kapazitiver Blindstrom benötigt wird. Ein Nachteil dieses Systems besteht darin, daß der kapazitive Zweig für eine kontinuierliche Umschaltsteuerung in einem breiten Bereich kapazitiver Ströme nicht besonders gut geeignet ist. Im Gegensatz dazu trifft dies für den induktiven Teil des Systems zu. Aus diesem Grund werden im kapazitiven Bereich eine Vielzahl von diskreten Kondensatoren vorgesehen, welche jeweils separat ein- und ausschaltbar sind. Der kapazitive Blindleistungsanteil für die abgegebene Blindleistung wird dadurch geschaffen, daß eine Kombination von Kondensatoren entsprechend ihrer diskreten Kapazitätswerte eingeschaltet wird. Dieses System hat jedoch trotzdem den Nachteil, daß nur die Kapazitäten diskret für die Erzeugung eines kapazitiven Blindstromes herangezogen werden können. Aus diesem Grund ist eine kontinuierliche Steuerung sehr schwierig, wenn nicht sogar unmöglich. Im Bereich des kapazitiven Blindleistungsbedarfs können nur verhältnismäßig wenige kapazitive Werte des Blindleistungsstroms durch die diskreten Größen der Kapazitäten zur Verfügung gestellt werden. Aus diesem Grund kann eine Kompensation oder Korrektur im kapazitiven Blindstrombereich nur annäherungsweise erfolgen.

Diese Schwierigkeit wurde dadurch vermieden, daß bei dem bekannten System der Blindleistungsgenerator mit einem kontinuierlichen Bereich der Blindleistungs korrektur versehen wurde, welche sowohl den Bereich der kapazitiven als auch der induktiven Blindleistungs erzeugung erfaßt. Die induktive und die kapazitiven Einrichtungen wurden derart in Verbindung miteinander benutzt, daß mit Hilfe der induktiven Einrichtungen im wesentlichen der gesamte induktive Blindleistungsbedarf erzeugt wurde, wobei mit Hilfe diskreter Kondensatoren in Verbindung mit derselben induktiven Einrichtung die Möglichkeit geschaffen wurde, in einem kontinuierlichen Bereich

den kapazitiven

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den kapazitiven Blindleistungsbedarf zu decken. Mit Hilfe eines entsprechenden Steuersystems wurde die Größe und die Phase des Blindleistungsbedarfs bestimmt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß verhältnismäßig hohe Verlustleistungen nicht zu vermeiden sind. Es ist daher wünschenswert, ein System zu schaffen, bei welchem im Bereich um die Nennspannung, wenn nur geringe Spannungsvariationen auftreten, im wesentlichen keine Kompensation aus Gründen der Leistungsersparnis erfolgt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Blindleistungsgenerator zu schaffen, welcher die Erzeugung einer Blindleistung in einem Bandbereich beiderseits des Null-Blindleistungsbedarfs unterdrückt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Blindleistung sgenerator mit einem Regelsystem verbunden ist, mit welchem die Erzeugung der abgegebenen Blindleistung entsprechend dem ermittelten Blindleistungsbedarf steuerbar ist, und daß E inrichtungen vorhanden sind, mit welchen die Erzeugung einer Blindleistung unterdrückbar ist, wenn die Systemspannung innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
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Die Erfindung mit ihren Vorteilen und Merkmalen wird anhand eines auf die Zeichnung bezugnehmenden Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines bekannten Blindleistungsgenerators;

Fig. 2 den Spannungs- und Strom verlauf über der Kreisfrequenz

für den Blindleistungsgenerator gemäß Fig. 1; 10

Fig. 3 den Verlauf der Ausgangsleistung in Abhängigkeit von der Leistungsanforderung für den Blindleistungsgenerator gemäß Fig. 1;

Fig. 4 das Schaltbild eines Blindleistungsgenerators mit einem Regelsystem zur Einstellung der erzeugten Blindleistung in einem vorgegebenen Bereich;

Fig. 5 ein Diagramm, aus welchem die Spannung in Abhängigkeit von der Blindleistung für den Blindleistungsgenerator ge

mäß Fig. 4 hervorgeht;

Fig. 6 ein Diagramm, welches die Ausgangsleistung in Abhängigkeit von dem Bedarf für die Schaltung gemäß Fig. 4 darstellt;

Fig. 7 ein Diagramm, aus welchem der induktive Blindleistungsund der kapazitive Blindleistungsbedarf in Abhängigkeit normalisierter Verluste für die Schaltung gemäß Fig. 4 hervorgeht.

In Fig. 1

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31 O O Q Q S

In Fig. 1 ist das Schaltbild eines Blindleistungsgenerators für ein Einphasensystem dargestellt. Grundsätzlich kann das gleiche Prinzip auch bei einem Mehrphasensystem Verwendung finden. Der Blindleistungsgenerator besteht aus einem Kondensator C und einer Induktivität L, welche über eine Thyristorschaltung TH ein- und ausschaltbar ist . Bei einer Null-Anforderung ist die Thyristorschaltung TH geschlossen, sodaß der induktive Effekt der Induktivität L den kapazitiven Effekt des Kondensators C kompensiert, das heißt, die Vektorsumme des kapazitiven Stromes I und des induktiven Stromes 1.

c "*■

ist Null. Die an das System angelegte Spannung ist mit Vl bezeichnet. Wenn ein von Null abweichender Blindleistungsbedarf vorhanden ist, wird das Schließen der Thyristorschaltung TH verzögert, und zwar für jede Halbwelle des Wechselstromes. Diese Verzögerung wird als Winkelgröße angegeben und als Zündwinkel oC bezeichnet, der bezogen auf den Spitzenwert der Versorgungsspannung gemessen wird, um den über die Induktivität fließenden induktiven Strom L· zu verringern.

Das Diagramm gemäß Fig. 2 zeigt den Verlauf der Spannung Vl und des induktiven Stromes I- in Abhängigkeit von Qt. Die Kurven sind in drei Zonen Al, Bl und Cl unterteilt, von welchen jede mit einem maximalen positiven oder negativen Spannungswert Vl für jede Halbwelle beginnt. In der Zone Al hat der induktive Strom L^ eine Phasenverschiebung gegenüber der Spannung Vl an der Induktivitat von 90 bei einem Zündwinkel eC ist gleich Null. Mit einem ansteigenden Zündwinkel oC im Bereich zwischen Null und 90 nimmt der induktive Strom I₀^ ab und entsprechend ergibt sich eine zunehmende voreilende Blindleistung für das Wechselstromsystem. Bei dem maximalen, voreilenden Blindleistungsbedarf ist die Thyristorschaltung gemäß Fig. 1 geöffnet, was für einen Winkel oC gleich

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90 der Fall ist. Wenn sich dieser Zustand einstellt, nimmt der induktive Strom I' in der Induktivität L gemäß Fig. 1 den Wert Null an, sodaß der maximale kapazitive Strom I für Kompensationszwecke zur Verfügung steht.

Aus Fig. 2 geht für die Zone Bl hervor, daß für eine Verzögerung bzw. einen Zündwinkel von oCl der induktive Strom I für eine

oCl

kürzere Zeitdauer als in der Zone Al fließt. Entsprechendes gilt auch für die dritte Zone Cl mit einem ZündwinkeloC2, der größer als oCl ist. Dementsprechend ergibt sich auch ein induktiver Strom I _„, welcher für eine noch kürzere Zeit fließt.

In Fig. 3 ist die abgegebene Blindleistung VAR über dem Blindleistungsbedarf VAR . dargestellt, wie er durch die Änderung der Spannung V an den Klemmen gemäß Fig. 1 gemessen wird.

Der Bündleistungsgenerator mit einem Thyristor-gesteuerten induktiven Strom erzeugt die für die Kompensation abgegebene Blindleistung VAR, indem eine konstante kapazitive Blindleistung VAR vom Kondensator C in ihrer Größe durch die induktive Blindleistung VAR von der Induktivität L dadurch variert wird, daß die Thyristorschaltung TH kontrolliert an- und abgeschaltet wird. Wenn also kein Blindleistungsbedarf besteht, heben sich die kapazitive Blindleistung und die induktive Blindleistung gegeneinander auf. Das bedeutet, daß der gesamte kapazitive Strom vom Kondensator C über die Induktivität L und die Thyristorschaltung TH zirkuliert wird, wodurch die Kompensation bereit steht, jedoch keine Lastverluste auftreten. Verluste nehmen mit ansteigender abgegebener kapazitiver Blindleistung ab, das heißt, mit einem verringerten induktiven Strom I₀. und steigen mit einer ansteigenden abgegebe-

:U) non induktiven Blindleistung an, das heißt, mit ansteigendem induktiven

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duktiven Strom

Bei einer Schaltung gemäß Fig. 4 mit einer Vielzahl von Blindleistungskondensatoren, welche in Verbindung mit einer einzigen Blindleistungsinduktivität verwendet werden, kann die Nennleistung der Induktivität in der Größenordnung von einem Blindleistungskondensator liegen und trotzdem eine kontinuierlich veränderbare Ausgangsblindleistung liefern, welche über den gesamten kapazitiven Bereich des statischen Blindleistungsgenerators veränderbar ist. Bei diesem Aufbau wird die benötigte abgegebene kapazitive Blindleistung durch diskretes stufenweises Zuschalten von Blindleistungskonden satoren eingestellt, und nur der Nettoüberschuß an kapazitiver Blindleistung durch eine entsprechend geringe induktive Blindleistung kompensiert. Dieser Aufbau arbeitet innerhalb des Wirkungsbereiches der zuschaltbaren Induktivität analog dem Aufbau gemäß Fig. 1, bei welchem eine verhältnismäßig kleine konventionell gesteuerte Induktivität mit einem Festkondensator zusammenarbeitet. Die Nennleistung der Induktivität L kann verhältnismäßig niedrig gehalten werden, da die Größe der benötigten Kapazität ■ durch diskretes Zuschalten von Kondensatoren erfolgt, das heißt, die abgegebene Blindleistung kann zwischen Null und einer maximalen Blindleistung des Blindleistungsgenerators innerhalb des normalen Betriebsbereiches der Induktivität L geändert werden. Als Folge dieses Arbeitsprinzipes ergibt sich, daß die Verluste im Bereich um den Nullbedarf der Blindleistung verhältnismäßig gering sind, und daß sie im Mittel proportional mit der abgegebenen Blindleistung ansteigen. Diese Verluste bei dem Nullbedarf der Blindleistung könnten theoretisch Null sein, indem alle Kondensatoren und die Induktivität ausgeschaltet werden, jedoch würde die Steuerschaltung in Abhängigkeit von einer sehr geringen Änderung

der Klemmenspannung

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der Klemmenspannung, welche der Blindleistungsgenerator auszuregeln hat, ein Bedarfs signal für die Blindleistung erzeugen, welche den ersten Blindleistungskondensator einschalten und einen entsprechenden Strom über die Induktivität auslösen, wodurch sich die Verluste schrittweise wesentlich vergrößern würden. Man hat jedoch festgestellt, daß bei vielen Anwendungen, insbesondere bei der Kompensation von Übertragungsleitungen, wobei der statische Blindleistungsgenerator primär für eine dynamische Kompensation zur Verbesserung der Schaltstoßstabilität benutzt wird, es von wirtschaftlichem Vorteil ist, die abgegebene Blindleistung im wesentlichen auf Null zu halten, um Verluste zu reduzieren, wenn die Spannungsänderungen verhältnismäßig klein sind und eine Kompensation nicht benötigt wird. Dadurch wird für den aktiven Spannungsbereich eines statischen Blindleistungsgenerators eine spezieile charakteristische Abhängigkeit der abgegebenen Blindleistung von der Anschlußspannung erforderlich.

In Fig. 4 ist ein derartiger Blindleistungsgenerator 10 mit zugehörigem Regelsystem dargestellt. Der Blindleistungsgenerator 10 ist über zwei Anschlüsse X und Y an nicht dargestellte Netzleitungen angeschlossen und wird mit einer Spannung V beaufschlagt. Der einzige Signalaustausch bei diesem Ausführungsbeispiel mit dem elektrischen System erfolgt über die Anschlüsse X und Y, obwohl dies nicht notwendigerweise der Fall sein muß. Die Erzeugung einer Blindleistung, welche in ein elektrisches System eingespeist wird, ist aus vielerlei Gründen nützlich. So kann zum Beispiel die eingespeiste Blindleistung eine Spannungskompensation bewirken. In einem anderen Fall kann die Netzspannung in Abhängigkeit von den Lastbedingungen im elektrischen System gegenüber dem Nominal-

wert ansteigen oder abfallen. Spannungsänderungen über einen vorgegebenen

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gegebenen Toleranzwerl hinaus sind jedoch in vielen elektrischen Systemen unerwünscht. Der Blindleistungsgenerator kann genügend Blindleistung zur Kompensation von Änderungen der Spannung liefern und diese im Fall eines Spannungsabfalles anheben bzw. eines Spannungsanstieges verringern. Die Erzeugung der Blindleistung hängt vom Blindleistungsgenerator ab, der in der Regel kapazitive und induktive Elemente und ein Steuersystem umfaßt, um die verschiedenen Elemente mit einer Verzögerung jeweils im Halbwellenintervall entsprechend einem errechneten Signal für den Blindleistungsbedarf in den Stromkreis einzuschalten. Bei dem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt das Regelsystem 11 eine Spannungsmeßeinrichtung 14, einen Synchrontaktgeber 18, einen Fehlergenerator 20, einen Fehler Signalverstärker 22, einen Bedarfskomparator 24, eine Fehleranpassungsschaltung 26, einen Fehler/Zündwinkel wandler 28, Zünd schaltungen 29 und eine Verlust-Minimalisier-Einheit 31. Zusätzlich dazu ist eine logische Entscheidungsschaltung 32 für die Einschaltung der Blindle istung skondensatoren und ein Umschaltzeitwähler 34 vorgesehen. Die Spannungsmeßeinrichtung 14 ist an die Anschlüsse X und Y angeschlossen, um die Phasenspannungen vl, v2 und v3 für ein Drei-Phasen-System zu messen und ausgangsseitig ein VAVE-Signal zur Verfügung zu stellen. Die Spannungsmeßeinrichtung 14 kann eingangsseitig mit einer logischen Schwellwert-Einstellvorrichtung versehen sein. Es sind auch andere Ausführungsformen mit Meß schaltung en zur Strom- und Leistungsmessung oder dergleichen möglich. Die prinzipielle Funktion besteht darin, ein Aus gangs signal zu liefern, welches in Beziehung mit den Veränderlichen des Wechselstromnetzwerkes steht, und von welchem ein Fehlersignal abgeleitet werden kann. Zur Ableitung eines solchen Fehlersignals kann das VAVE-Signal von der Spannungsmeßeinrichtung 14 aus einerseits an den

negativen

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negativen Eingang des Fehlergenerators 20 und andererseits an die Verlust-Minimalisier-Einheit 31 angelegt werden. Am positiven Eingang des Fehlergenerators 20 liegt ein bestimmtes vorgegebenes Bezugssignal VREF, welches von einer Festspannungsquelle V" abgeleitet ist. Dieses VREF-Bezugssignal wird auch an die Verlust-Minimalisier-Einheit 31 übertragen. Die VAVE- und VREF-Bezugssignale werden im Fehlergenerator 20 algebraisch addiert, um das Fehlersignal Ve zu erzeugen. Dieses Fehlersignal Ve wird dann an einen Fehlersignalverstärker 22 angelegt, welcher ein verstärktes Fehlersignal VARD ausgangsseitig zur Verfügung stellt. Dieses vergrößerte Fehlersignal VARD ist proportional zum Fehlersignal Ve und wird gleichzeitig an vier verschiedene Stellen übertragen. Der erste Anschluß erfolgt über einen veränderlichen Schwächungswider stand DR zurück zum Fehlergenerator 20. Über den zweiten Anschluß wird das VARD-Signal vom Fehlersignalverstärker 22 zum Bedarfskomparator 24 übertragen. Schließlich liegt das VARD-Signal noch an der F ehleranpassungs schaltung 26 und der Verlust-Minimalisier-Einheit 31. Im Bedarfskomparator 24 wird das den Bedarf kennzeichnende VARD-Signal mit einem Bezugssignal VART verglichen, welches von einer nicht dargestellten Fixspannungsquelle oder einer stabilisierten Spannungsquelle, welche von der Netzwerkvariablen abhängig ist, abgeleitet werden kann. Der Bedarfskomparator 24 liefert Ausgangssignale BKl bis BK4, von welchen jedes einem Zündsignal für einen bestimmten Kondensator Cl bis C4 zugeordnet ist. Diese Signale BKl bis BK4 können ihrerseits in Kaskade an die Entscheidungsschaltung 32 für die Kondensatoransteuerung übertragen werden. Diese Entscheidungsschaltung vergleicht die diskreten Niveaus der einzelnen Bedarfssignale BKl bis BK4 mit Signalen SPl bis SP4, welche vom Um-Schaltzeitwähler 34 für die Kondensatoren geliefert werden. Ferner

findet

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findet auch ein Vergleich mit Signalen VPS und VNS vom Synchrontaktgeber 18 statt. Diese Entscheidungsschaltung 32 liefert zwei Gruppen von Ausgangssignalen. Die eine Gruppe von Signalen können als geschlossene Schleifensignale DPI, DNl usw. betrachtet werden und stehen über die Leitungen 36 zur Verfügung. Diese Signale werden an die Zündschaltungen 29 übertragen., um die Thyristorschalter THC und THL zu betätigen, die einerseits den Blindleistungskondensatoren Cl, C2, C3 und C4 und andererseits der Induktivität L zugeordnet sind. Die zweite Gruppe von Ausgangssignalen GOl bis GO4 der Entscheidungsschaltung 32 werden über die Leitungen 38 zur Fehleranpassungsschaltung 26 geführt. Diese Signale GOl bis GO4 sind im Sinne ei ner Mit-Kopplung wirksam. In der Fehleranpassungsschaltung 36 wird aus diesen Signalen zusammen mit dem Bedarfssignal VARD ein angepaßtes Fehlersignal VARLD abgeleitet. Dieses angepaßte Fehlersignal wird an den Fehler/Zündwinkelwandler 28 angelegt, zusammen mit einem Taktsignal von dem Synchrontaktgeber 18, um daraus über die Leitung 30 ein e£s-Signal als Ansteuerungssignal an die Zündschaltungen 29 zu übertragen. Mit Hilfe dieses Ansteuerungssignals werden die Stromwinkel bzw. Zündwinkel eingestellt, indem entsprechend die Thyristorschalter THL für die Induktivität L in den leitenden Zustand geschalten werden. Der Umschaltzeitwähler 34 kann zur Messung der Spannungen an den Thyristorschaltern THC an diese angelegt werden, um daraus die Signale SPl bis SP4 in Verbindung mit dem Taktsignal tsl vom Synchrontaktgeber 18 abzuleiten. Der Umschaltzeitwähler 34 greift, basierend auf den Spannungsbedingungen an den Kondensatoren, den richtigen Augenblick heraus, um diese anzuschließen und in Abhängigkeit mit dem Status der Signale BKl bis BK4 eine möglichst stoßfreie Ladungsverschiebung vorzunehmen. Der Synchrontaktgeber 18 kann entsprechend

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chend dem US-PS 3 999 117 aufgebaut sein und kann eine zeitliche Bezugsbasis für den Betrieb des gesamten Blindleistungsgenerators 10 liefern. Der Synchrontaktgeber 18 ist mit den Anschlüssen X und Y verbunden und wird mit der Wechselstromnetzspannung beaufschlagtwelche ein- oder mehrphasig angelegt werden kann. Diese Netzspannung bildet die zeitliche Bezugsbasis für alle Funktionen des Regelsystems für den Blindleistungsgenerator 10. Das Ausgangssignal VARD des Fehlersignalverstärkers 22 wird, wie bereits erwähnt, einem Stabilisierverstärker 39 in der Verlust-Minimalisier-Einheit 31 zugeführt. Das Ausgangs signal dieses Stabilisierverstärkers 39 wird als Rückkopplungssignal VARD₃FB an einen Variationsverstärker 40 übertragen, welcher ferner mit dem Bezugssignal VREF beaufschlagt wird. Schließlich liegt an dem Variationsverstärker 40 auch das Ausgangssignal VAVE der Spannungsmeßeinrichtung 14. Das Ausgangssignal Vv des Variationsverstärkers 40 wird gleichzeitig an je einen Eingang eines positiven Niveaukomparators 42 und eines negativen Niveaukomparators 44 angelegt. Am zweiten Eingang des positiven Niveaukomparators 42 ist von einem an einer positiven Spannungsquelle liegendem Potentiometer 46 aus ein positiver Spannungsgrenzwert wirksam. Entsprechend wirkt am negativen Niveaukomparator 44 von einem an eine negative Versorgungsspannung angeschlossenen Potentiometer 48 aus ein negativer Spannungsgrenzwert. Die Ausgangssignale des positiven Niveaukomparators 42 und des negativen Niveaukomparators 44 werden gleichzeitig an ein ODER-Gatter 50 übertragen, das ausgangsseitig ein Ableitverstärker 52 ansteuert, der mit einer negativen Vorspannung -V' an einem weiteren Eingang beaufschlagt ist. Dieser Ableitverstärker 52 liefert ein gate-Signal an einen elektronischen Schalter eS.

Der in Fig. 4

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Der in Fig. 4 dargestellte Blindleistungsgenerator 10 hat drei verschiedene Betriebsarten. In der ersten Betriebsart wird eine reine induktive Blindleistung zur Verfügung gestellt. Für diesen Fall wird ein induktiver über die Induktivität L fließender Strom benötigt. Die Spannungsmeßeinrichtung 14 liefert das VAVE-Signal an den Fehlergenerator 2O₁ welches mit dem Bezugssignal VREF verglichen wird. Das abgegebene Fehlersignal Ve wird an den Fehlersignalverstärker 22 übertragen und von dort aus über die Fehleranpassungsschaltung 26 motiviert, sodaß man das angepaßte Fehlersignal VARLD am Ausgang dieser Schaltung erhält. Dieses Signal wird in den Fehler/Zündwinkelwandler 28 eingespeist und bewirkt ein dem richtigen Zündwinkel tC s entsprechendes Signal für die Zündschaltung 2 9. Da zu der gleichen Zeit keine kapazitive Blindleistung benötigt wird, werden über die Zündschaltung 29 die Thyristorschalter THL während der zugeordneten Halbwellen gezündet, um einen induktiven Strom IL über die Induktivität L während der entsprechenden Halbwelle der Spannung V fließen zu lassen. Dadurch steht der induktive Blindstrom für die Kompensation an den Anschlüssen X und Y zur Verfügung.

Bei der zweiten Betriebsart liefert der Fehlergenerator 20 ein Ausgangssignal VARD mit entgegengesetztem Vorzeichen, verglichen mit dem Signal während der rein induktiven Betriebsart. Dieses Bedarfssignal VARD wirkt auf den Bedarfskomparator 24, der an seinem Ausgang die Bedarfs signale BKl bis BK4 für die E nt scheidung s schaltung 32 zur Verfügung stellt. Im geeigneten Zeitpunkt, wenn die Spannungen an den Blindleistungskondensatoren Cl bis C4 für die Zündung geeignete Werte einnehmen, löst der Umschaltzeit wähler 34 die Ent s ehe idungs schaltung 32 über die Signale SPl bis SP4 aus. Wenn die Netzspannung V entsprechend

der Ermittlung

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der Ermittlung durch den Synchrontaktgeber 18 die richtige Größe hat, liefert die Entscheidungsschaltung 32 die Signale DPI, DNl, usw. an die Zündschaltungen 29, um die zugeordneten Thyristorschalter THC zu betätigen und die richtige der erforderlichen kapazitiven Blindleistung entsprechende Anzahl der Kondensatoren Cl bis C4 parallel an die Anschlüsse X und Y anzuschalten, sodaß der entsprechende kapazitive Blindstrom eingespeist werden kann. Für den Fall, daß der diskrete Blindstrom exakt dem für die Kompensation benötigten Bedarf entspricht, wie er durch den Bedarfskomparator 24 festgestellt wurde, sind keine weiteren Aktionen des Blindleistungsgenerators 10 vonnöten. Diese Situation ist jedoch äußerst selten gegeben. Es ist sehr viel mehr häufig der Fall, daß •die dritte Betriebsart erforderlich wird, bei welcher ein gewisser kapazitiver Blindstrombedarf benötigt wird, der zwischen den diskreten Werten liegt, die sich durch die Kombination der Kondensatoren Cl bis C4 zusammenstellen lassen. In dieser Situation liefert die E nt scheidung s schaltung 32 über eine oder mehrere der Leitungen 38 Signale an die Fehleranpassungsschaltung 26, welche ihrerseits das angepaßte Fehlersignal VARLD in den Fehler/Zündwinkelwandler 28 einspeist,um über diesen und die Leitung 30 den Thyristorschalter THL zu zünden und einen induktiven Strom über die Induktivität L zuzuscnalten. Damit entsteht eine induktive Blindstromkomponente, welche einen Teil der kapazitiven Blindstromkomponenten kompensiert und innerhalb bestimmter Grenzen eine genauere Anpassung des kapazitiven Blindstroms entsprechend dem über den Fehlersignalverstärker 22 angeforderten Bedarf ermöglicht.

Man kann daraus erkennen, daß bei einem negativen, das heißt, einem induktiven Blindleistungsbedarf die Blindleistungskondensatoren abgeschaltet sind und induktive Blindleistung in herkömmlicher Weise durch eine Phasensteuerung an der Induktivität L angenommen

^ _ _ werden

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werden kann. Wenn jedoch ein positiver, das heißt, kapazitiver Blindleistungsbedarf besteht, werden ein oder mehrere Blindleistungskondensatoren eingeschaltet und mit Hilfe der Induktivität durch eine Phasensteuerung die überschüssige kapazitive Blindleistung kompensiert, sodaß die für die Netzkompensation erforderliche Blindleistung zur Verfügung steht. Durch die Tatsache, daß die vier Blindleistungskondensatoren individuell zuschaltbar sind, ergibt sich dadurch ein breiter Anpassungsbereich. Um sicherzustellen, daß die Kapazitäten nicht in einem Eigenschwingungsverhalten jenseits der festgelegten Umschaltpunkte ein- und ausgeschaltet werden, ist zwischen dem Blindleistungsbedarf und den Positionen, in welchen die Einschaltung bzw. Ausschaltung tatsächlich erfolgt, eine geeignete Hysterese vorgesehen. Dies bedingt, daß die Nennleistung der Induktivität größer als die eines einzelnen Blindleistungskondensators ist, um die Hysteresefunktion zu bewirken.

Die Verlust-Minimalisier-Einheit 31 arbeitet in der Weise, daß sie den mittleren Wert des VAVE-Signals der Spannung des Wechselstromnetzwerkes mit der vorgegebenen Bezugsspannung VREF und dem Rückkopplungssignal VARD,FD im Variationsverstärker miteinander vergleicht. Das Ausgangssignal Vv des Variationsverstärkers wird dann mit den eingestellten positiven und negativen Spannungsgrenzwerten im positiven Niveaukomparator 42 und negativen Niveaukomparator 44 verglichen. Wenn der durch das Signal Vv repräsentierte Variationsbereich verhältnismäßig klein ist, nehmen entweder eines oder beide der Ausgangs signale der Kiveaukomparatoren 42 und 44 einen gegen Null gehenden Wert an, d. h. , das ODER-Gatter 50 wird an einem oder beiden Eingängen mit ei-

nem Null-Signal beaufschlagt. Infolgedessen steht am Ausgang ebenfalls

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falls ein Null-Signal, welches an den Ableitverstärker 42 angelegt wird, der aufgrund seiner negativen Vorspannung -V' den elektronischen Schalter eS einschaltet. Damit wird die Verstärkung des Wählersignalverstärkers 22 reduziert, sodaß dessen Aus gangs signal ebenfalls einen im wesentlichen bei Null liegenden Wert annimmt. Der Bedarfskomparator 24 wird aufgrund dieses niederen Signalniveaus derart eingestellt, daß die Thyristorschalter THC für die Kondensatoren Cl bis C4 nicht betätigt werden.

Wenn dagegen das Fehlersignal verhältnismäßig groß ist, wird das Ausgangssignal Vv des Variationsverstärkers 40 ausreichend groß, um entweder einen oder beide der positiven und negativen Spannungsgrenzwerte zu übersteigen, sodaß am Ausgang der Niveaukomparatoren 42 und/oder 44 ein positives Signal ansteht. Damit steht auch am Ausgang des ODER-Gatters 50 ein positives Signalniveau an, welches dafür sorgt, daß das Ausgangssignal des Ableitverstärkers 52 einen negativen Wert annimmt. Es wird dabei davon ausgegangen, daß das an den Ableitverstärker 52 angelegte positive Signalneveau groß ge.nug ist, um die konstante negative Vorspannung -V' zu überwinden. In diesem Fall wird der elektronische Schalter eS negativ angesteuert und geöffnet. Damit arbeitet der Fehlersignalverstärker 22 mit seiner normalen Verstärkung und stellt am Ausgang das Bedarfssignal VARD zur Verfugung. Aufgrund dieses Bedarfssignals werden durch das Regelsystem die Thyristorschalter THC und THL in entsprechender Weise betätigt, um die für die Kompensation erforderliche Blindleistung zu liefern. Durch die Blindieistungskompensation wird die an den Anschlüssen X und Y liegende Spannungsvariation verringert. Dadurch kann ein instabiler Betrieb entstehen, d.h., das an die Niveaukomparatoren 42 und 44 angelegte Variationssignal Vv wird reduziert, welches seinerseits

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eine Betätigung des elektronischen Schalters eS auslösen kann, um als Folge davon die Verstärkung des Fehlersignalverstärkers 22 zu reduzieren, wodurch die Blindleistungskompensation für das Netz unterbrochen wird. Damit entsteht die Tendenz, daß sich die Spannungsvariation an den Anschlüssen X und Y vergrößert, wodurch erneut über die Niveaukomparatoren 42 und 44 der elektronische Schalter eS ■ geöffnet wird und der Fehler Signalverstärker 22 und entsprechend die für die Kompensation vorgesehene Blindleistung ihre normale Größe annimmt. Dadurch kann das Gesamtsystem in Schwingung versetzt werden. Um dies zu vermeiden und einen stabilen Betrieb zu gewährleisten, wird das invertierte Ausgangssignal des Fehlersignal Verstärkers 22 in den Stabilisierverstärker 39 eingespeist, um die Verringerung des Variations signals Vv nach dem Beginn des Regelbetriebs für die Blindleistungskompensation zu kompensieren. Da das Aus gangs signal des Fehlersignalverstärkers 22 einerseits und andererseits die Verringerung der Spannungsvariation proportional der Blindleistungskompensation ist, ergibt sich die Möglichkeit, den in der vorliegenden Ausführungsform invertierenden Stabilisierverstärker 39 dazu zu benutzen, um ein Eingangssignal zu liefern , welches im wesentlichen die nichtkompensierten Spannungsänderungen aller ausgangsseitigen Blindleistungswerte repräsentiert, und um den Blindleistungsgenerator im stabilen Zustand zu betreiben. Durch die Verwendung der Verlust-Minimalisier-Einheit 31 und das bewußte Festlegen der positiven und negativen Spannungsgrenzwerte für die Niveaukomparatoren 42 und 44 können die Verluste des statischen Blindleistungsgenerators sehr niedrig gehalten und nahezu zu Null gemacht werden, wenn immer die Spannungsvariation an den Anschlüssen und damit das Bedarfssignal VARD innerhalb vorgegebener Grenzen liegt, indem die von dem Blindleistungsgenerator abgegebene Blindleistung im

wesentlichen

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wesentlichen in der Größenordnung von Null gehalten wird. Der Bereich der Variation der Werte kann mit Hilfe der Potentiometer und 48 eingestellt werden.

Eine Überprüfung der Schaltung gemäß Fig. 4 zeigt, daß das Regelsystem die folgenden Hauptfunktionen erfüllt:

Es legt fest, wieviele Blindleistungskondensatoren ein- oder ausgeschaltet werden, um den für die Kompensation benötigten Blindleistungsbedarf mit einem positiven, d.h. kapazitiven Blindleistungsüberschuß zu approximieren.

Es legt fest, welche Blindleistungskondensatoren zum Schaltzeitpunkt eingeschaltet werden können, um eine minimale Stoßbelastung zu erhalten.

Es bestimmt die notwendige induktive Blindleistung, um den kapazitiven Blindleistungsüberschuß zu absorbieren, welcher notwendig ist, um den Blindleistungsbedarf an die zu kompensierende Blindleistung anzupassen.

Es wird die gelieferte Blindleistung derart in einer geschlossenen Regelschleife geregelt, daß sie an die für die Netzkompensation erforderliche Größe angepaßt ist und gleichzeitig festlegt, wenn die Kompensation erfolgen soll.

Daraus ergibt sich, daß mit der erläuterten Schaltung sowohl ein Regelbetrieb in geschlossener Schleife als auch ein offener Steuerungsbetrieb möglich ist.
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In Fig. 5

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In Fig. 5 ist in einem Diagramm die Spannung V an den Anschlüssen über der Blindleistung Q dargestellt. Im normalen Betrieb liegt die Spannung V zwischen den Punkten 60 und 62 auf der vertikalen Achse. Außerhalb dieses Bereiches arbeitet der Blindleistungsgenerator beim Unterschreiten des Spannungspunktes 60 im kapazitiven und beim Überschreiten des Spannungspunktes 62 im induktiven Bereich.

Die Kurve Q = B_, V repräsentiert die erste Situation,

C> Lmäx ~

wogegen die Kurve QB V die zweite Situation wieder-

J — LlHäX

gibt. Grundsätzlich liegt der kapazitive Blindleistungsbereich auf der linken Seite der Fig. 5 und der induktive Blindleistungsbereich auf der rechten Seite. Die Nenn-Blindleistung der Blindleistung^ kondensatoren ist auf der linken Seite mit Q und die Nenn-Blindleistung der Induktivität mit Q angedeutet. Im Bereich zwischen

Li

den beiden Punkten 60 und 62 auf der vertikalen Achse ergibt sich eine lineare Abhängigkeit der Blindleistung von der Admittanz der eingeschalteten Kondensatoren und der Admittanz der Induktivität beim Zündwinkel 06 . Es sei bemerkt, daß die tatsächliche gelieferte Blindleistung sich von der tatsächlich erforderlichen Blindleistung zwischen den Punkten 64 und 66 unterscheidet, wie ebenfalls aus Fig. 5 hervorgeht. In diesem Bereich ist das inaktive Band vorgesehen, welches um die Nominal spannung V des Wechselstrom-

^ ^ö nom

systems herum angeordnet sein kann. In der Darstellung haben die Bezeichnungen folgende Bedeutung:

Q = Blindleistung

B_ = Admittanz der eingeschalteten Blindleistungskondensatoren

B (oC ) = Admittanz der Induktivität beim Zündwinkel

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^V = Spannungsvariation an den Anschlüssen

In Fig. 6 ist die abgegebene Blindleistung VAR über dem Blindleistungsbedarf bzw. der Spannungsvariation dargestellt. Aus der Darstellung kann man entnehmen, daß ein Bedarfsbereich zwischen den Punkten 68 und 70 auf der horizontalen Achse existiert, in welchem keine Blindleistung abgegeben wird. Ferner kann man entnehmen, daß im unteren rechten Bereich die abgegebene, von der Induktivität L erzeugt Blindleistung VAR einen Sägezahnverlauf hat. Im rechten oberen Bereich wird die abgegebene kapazitive Blindleistung VAR dargestellt, wie sie sich durch das Zuschalten der einzelnen Kondensatoren ergibt. Eine Addition der abgegebenen kapazitiven und induktiven Blindleistung gibt die Gesamtblindleistung VAR, welche sich als dickere ausgezogene Kurve in Fig. 6 darstellt. Auf der links vom Punkt 68 gelegenen Seite kann man erkennen, daß sich ein entsprechender linearer Verlauf für die erzeugte Blindleistung ergibt, in dem die selben Prinzipien wie auf der rechten Seite zur Anwendung gelangen.

In Fig. 7 sind die normalisierten Verluste über dem induktiven Blindleistungsbedarf bzw. über der abgegebenen induktiven Blindleistung einerseits und andererseite über dem kapazitiven Bündle istung sbedarf bzw. der abgegebenen kapazitiven Blindleistung dargestellt. In dem Bereich zwischen den Punkten 72 und 74 wird keine Blindleistung abgegeben. In diesem Bereich sind die normalisierten Verluste im wesentlichen gleich Null, jedoch steigen sie an sowohl mit dem ansteigenden induktiven Blindleistungsbedarf als auch mit dem ansteigenden kapazitiven Blindleistungsbedarf.

Im Hinblick auf

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Im Hinblick auf das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel sei erwähnt, daß die Erfindung eine vielgestaltige Variation und Ausgestaltung erfahren kann. So können die für die Kompensation der Blindleistung erforderlichen Komponenten in Form von induktiven Elementen und kapazitiven Elementen in beliebiger Anzahl Verwendung finden. Die Große und Anzahl der diskreten Schritte kann verhältnismäßig groß sein, wobei jedoch eine kontinuierliche Anpassung nur in Verbindung mit der Verwendung von induktiven Elementen möglich ist. Die Schaltung gemäß Fig. 4 kann eine Vielzahl von Ausgestaltungen erfahren, wobei jedoch die Erfindung, soweit sie sich auf die Funktion der Erzeugung eines Nullbandbereiches zwischen den Punkten 72 und 74 gemäß Fig. 7 bezieht, nicht beeinträchtigt wird. Insbesondere kann der Synchrontaktgeber und der Fehler / Zünd winkel wandler in bekannter Weise nach dem US-PS 3 999 117 aufgebaut sein.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat viele Vorteile, wobei ein besonderer Vorteil in der Tatsache liegt, daß eine kontinuierliche Anpassung der Blindleistung sowohl bezüglich der Voreilung als auch der Nacheilung bei einem statischen Blindleistungsgenerator üblich ist, obwohl ein Null-Bereich beiderseits der Nominalspannung ohne Kompensation Verwendung findet. Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß das System, wenn keine Blindleistung abgegeben wird bzw. die Spannungsvariation an den Klemmen innerhalb eines vorgegebenen einstellbaren Bandbereiches liegt, im Bereitschaftsbetrieb mit stark reduzierten Verlusten arbeitet. Jedoch wird unabhängig davon ein den Spannungsänderungen an den Anschlüssen proportional angepaßtes Blindleistungssignal außerhalb dieses Bandbereiches zur Verfügung gestellt.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

( 1. jBlindleistungsgenerator, welcher an ein electrisches System angeschlossen ist und in Abhängigkeit von der Systemspannung eine Blindleistung liefert, wobei mit Spannungsmeßeinrichtungen die Systemspannung und daraus der Blindleistungsbedarf ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Blindleistungsgenerator (10) mit einem Regelsystem (11) verbunden ist, mit welchem die Erzeugung der abgegebenen Blindleistung entsprechend dem ermittelten Blindleistungsbedarf steuerbar ist;

- und daß Einrichtungen (31) vorhanden sind, mit welchen die Erzeugung einer Blindleistung unterdrückbar ist, wenn die Systemspannung innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt.

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2. Blindleistungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der vorgegebene Bereich beiderseits der Nennspannung liegt.
3. Blindleistungsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r ch gekennzeichnet,

- daß der vorgegebene Bereich symmetrisch zur Nennspannung liegt.
4. Blindleistungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß der vorgegebene Bereich den Null-Blindleistungsbedarf umfaßt.
5. Blindleistungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, - daß in einem an das elektrische System anschaltbaren Stromkreis Blindleistungskondensatoren vorgesehen sind, welche während einem vorgegebenen periodischen Zeitintervall einschaltbar sind,

- daß in einem weiteren an das elektrische System anschließbaren Stromkreis zumindest eine Induktivität vorhanden ist, welche während bestimmter vorgegebener periodischer Zeitintervalle einschaltbar ist;

- daß die Regeleinrichtungen die Einschaltung der Kapazitäten und/ oder der zumindest einen Induktivität derart steuern, daß die Amplitude des Blindleistungsstroms festgelegt wird als Funktion der Abweichung der Systemspannung von der Nennspannung, wobei der

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Blindstrom nur dann abgegeben wird, wenn die Systemspannung außerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt.
6. Blindleistungsgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß eine Vielzahl von Kondensatoren parallel zueinander geschaltet sind.
7. Blindleistungsgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

- daß das vorgegebene periodische Zeitintervall einer Halbperiode der Wechselspannung des elektrischen Systems entspricht.
8. Blindleistungsgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Wechselspannung eine Frequenz von 50 oder 60 Hz hat. 20
9. Blindleistungsgenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Induktivität in Serie zu einem Torschalter liegt, der das Fließen eines induktiven Stromes zuläßt, wenn der Torschalter in Abhängigkeit von dem Regelsystem geschlossen ist.
10. Blindleistungsgenerator nach einem der Ansprüche 5 bis 9, da du rch gekennzeichnet,

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- daß diskret veränderbare Kapazitäten vorgesehen sind, welche in einer Vielzahl von Kombinationen derart einschaltbar sind, daß sich ein vorgegebener kapazitiver Blindstrom während dem vorgegebenen Zeitintervall einstellt;

- daß die Induktivität kontinuierlich veränderbar ist, um einen induktiven Blindstrom während dem vorgegebenen Zeitintervall zu liefern;

- daß der induktive Blindstrom und der kapazitive Blindstrom derart miteinander verknüpft werden, daß die abgegebene Blindleistung eine bestimmte Amplitude hat, welche sich aus der Funktion der Änderung der Nennspannung und der Kapazität ergibt, welche benötigt wird, um einen kapazitiven Strom festzulegen, der über der vorgegebenen Amplitude des Blindleistungsbedarfs liegt;

- und daß durch die Kombination des kapazitiven Blindstromes und des induktiven Blindstromes eine Blindleistung geschaffen wird, die grundsätzlich gleich der zu kompensierenden Blindleistung im elektrischen System ist, solange die Systemspannung außerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt.
11. Blindleistungsgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Regelsystem im geschlossenen Schleifenbetrieb den kapazitiven Blindstrom bestimmt, und daß in einer offenen Steuerung der erforderliche induktive Blindstrom bestimmt wird, welcher zur Anpassung der Blindleistung an den Blindleistungsbedarf benötigt wird.
12. Blindleistungsgenerator nach Anspruch 10, dadurch

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gekennzeichnet,

- daß die kontinuierlich veränderbare Induktivität und die diskret veränderbaren Kapazitäten parallel zueinander geschaltet sind.
13. Blindleistungsgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

- daß die diskreten Kapazitäten jeweils in Serie zu einem Thyristorschalter liegen, welche vom Regelsystem aus betätigbar sind, um die Kapazitäten in beliebiger Kombination entsprechend dem Bedarf an kapazitivem Blindstrom zu- und abzuschalten.

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