DE3429116A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur dynamischen blindleistungskompensation und symmetrierung mit kompensationsstromrichtern - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zur dynamischen blindleistungskompensation und symmetrierung mit kompensationsstromrichtern

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Description

  • Verfahren und Schaltunqsanordnung zur dynamischen Blindleistunqskompensation und Symmetrierung mit Komensationsstromrichtern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur dynamischen Blindleistungskompensation und Symmetrierung für m-Phasensysteme gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruches 1.
  • Anstelle der früher üblichen Blindleistungskompensation rrit rotierenden Maschinen werden heute im zunehmenden Maße Kompensationseinrichtung mit Blindleistungsstromrichtern eingesetzt. Dabei wird dem Wechselstromsteller wegen seines einfachen Aufbaus und seines geringen Aufsandes, insbesondere bei großen Leistungen, der Vorzug begeben. ("Blindleistungskompensation mit Stromrichtern", AES-Telefunken, Leistungselektronik, Berlin, Sonderheft 4/1982). Ist neben der dynamischen Blindleistungskompensation auch eine Symmetrierung von Lasten (z.B.
  • Drehstromlichtbogenofen) oder Netzen (z.B. Speisung von Inphasen-Bahnnetzen aus Dreiphasen-Landesnetzen) geforcert, wurden bisher nur drei einphasige Wechselstromsteller eingesetzt, weil in den einzelnen Phasen unterschiedliche Kompensationsleistungen geliefert werden müssen.
  • Die in der Fachliteratur (Depenbrock: "Kompensation schnell veränderlicher Blindströme", etz-A, Bd. 98 (1977) Heft 6, Seiten 408 bis 411) vorgeschlagenen einphasigen Vierquadranten-Steller werden wegen des hohen technischen Aufwandes bei großen Leistungen zur Zeit noch nicht eingesetzt.
  • Die bekannten Regelverfahren setzen als Stellglied drei Wechselstromsteller voraus, die von drei Steuergeräten angesteuert werden (A. Chit, W. Horn, H. Utecht: "Grenzen der dynamischen Wirkungsweise ruhender Blindleistungs-Kompensationseinrichtungen", Techn. Mitt. AEG-Telefunken 65 (1975) Heft 6, Seiten 205 bis 210; H. Waldmann: "Verfahren und Schaltungsanordnung zur statischen Blindlelstungskornpensation", DE-S 24 14 807).
  • Die Steuergrößen werden dabei entweder durch phasenweise Anwendung des Steinmetz-Verfahrens oder durch Aufspaltung der Verbraucherströme in Mit- und Gegensystem gebildet. Beide Verfahren haben den Nachteil, daß durch die einphasige Ansteuerung der Wechselstromsteller die relativ große Totzeit des Stellgliedes (Tt # T/2) wirksam wird.
  • Darüber hinaus besteht die Gefahr einer unerwünschten Verkopplung der drei Strangstrom-Regelkreise, weil eine voneinander unabhängige Verstellung der Strangströme wegen des fehlenden Mittelpunktleiters nicht möglich ist.
  • Ein Verfahren, das die Aufgabe löst, das dynamische Verhalten derartiger Kompensations- und Symmetriereinrichtungen durch neseitigung der genannten Nachteile zu verbessern, ist bereits durch die Patentanmeldung P 33 09 560.9 vom 08.03.83 vorgeschlagen worden.
  • Das genannte Verfahren beinhaltet eine neuartige Regelstrategie, die auf der von 0. Mohr eingeführten Leistungsd-rstellung durch Zeigerdiagramme ("Die Leistungsdarstellung in Ein- und Mehrphasensystemen durch Zeigerdiagramme", etz-A, Bd. 83 (1962) Seiten 253 bis 263) basiert und für sinusförmigen Verlauf von Strom und Spannung gilt.
  • Die Auêenbllcks(wirk)leistung eines Einphasennetzes (vgl. DIN 40110, Wechselstromgrößen) kann danach auch in komplexer Form mit #u1, #i1 als Nullphasenwinkel von Spannung und Strom und #1 = #u1 - #i1 als Phasenverschiebungswinkel der Spannung gegen den Strom geschrieben werden.
  • Definiert man, im Hinblick auf eine vollständige komplexe Leistungsdarstellung, die Augenblicksblindleistung mit Hilfe des Imaginärteils zu so kann auch die Augenblicksscheinleistung komplex geschrieben werden.
  • St1 = Pt1 + j Qt1 = S1 + S1# e-j2# t. (4) Wie von Mohr vorgeschlagen, können nun zwei Arten von komplexen Leistungszeigern definiert werden. heißt nach DIN 40110 komplexe Scheinleistung und komplexe Wechsel leistung.
  • Die Größe S1# stellt in komplexer Form die der Scheinleistung S1 Uberlagerte, mit doppelter Frequenz schwingende Leistungspulsation dar. Die Amplitude und Phasenlage der Leistungspulsation wird durch den Leistungszeiger S1# beschrieben.
  • Der Vorteil dieser Darstellung ist die problemlose Ubertragbarkeit dieser Einphasendarstellung auf m-Phasensysteme.
  • Analog zu der bekannten Zeigerrechnung mit Spannungen und Strömen können nämlich die Summenscheinleistung Spund Summenwechselleistung S# eines m-Phasensystems durch Addition der komplexen Einzel-Scheinleistungen S , Sm ermittelt werden. Es gilt Für die Summe der Augenblicksscheinleistung gilt St = S + S# e-@@@t (6) Pt + j Qt = P + j Q + (P# + j Q#)e-j2#t (7) Mit dieser Leistungsdarstellung läßt sich die Aufgabe der Blindleistungskompensation und Symmetrierung von m-Phasensystemen für stationäre Zustände eindeutig formulieren.
  • Ein m-Phasensystem ist kompensiert und symmetriert, wenn St = P gilt. (8) Die Zusammenhänge können auch auf nichtstationäre Zustände übertragen werden, wenn Wirk- und Blindleistung z.B. durch gleitende Mittelwertbildung definiert werden.
  • Liegt nun eine nichtlineare unsymmetrische Last vor, wie zum Beispiel ein Lichtbogenofen, so ist der Wechselanteil der Wirk- und Blindleistung unterschiedlich groß.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem beim Vorliegen einer nichtlinearen unsymmetrischen Last eine vollständige Symmetrierung erreicht werden kann.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeicher. des Patentanspruchs1 aufgeführten Verfahrensschritte gelöst.
  • Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie zur Durchführung dieses Verfahrens dienende beispielhafte Anordnungen werden anhand der Zeichnung nachstehend näher erläutert.
  • In Fig. 1 ist ein Regel schema zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben; die Fig. 2a, 2b und 3 zeigern Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Die im Meßumformer 4 in der Fig. 1 gebildete Augenblickswirkleistung Pt - nach der Meßgleichung Pt = u13i1 + u23i2, uij Phasenspannungen, ik Strangströme -und Augenblicksblindleistung Q@ = nach der Meßgleichung - des Netzes 1, hervorgerufen durch die Last oder das Netz 2, sind Meßgrößen, aus denen durch eine gleitende Fourieranalyse, die nach den im Unter anspruch 4 angegebenen Rechenvorschriften in den xleßumformern 52,54,62,64 durchgeführt wird, die im nichtstationären Fall zeitabhängigen Fourierkoeffizienten der Spektralanteile der Leistungszeitverläufe gebildet werden. Dazu wird in einem Oszillator 51 ein Vektor F = (cos kwt, sin kwt, ...) mit netzsynchronen Kosinus-und Sinuszeitfunktionen mit Vielfachen der Netzfrequenz (k = 0,1,2, ...) erzeugt. Es gilt für n = 1,2,....k und # = 2 # /T.
  • Dabei sind mit dem Index c die Kosinusglieder, mit dem Index s die Sinusglieder gekennzeichnet.
  • Das Gleichglied Qo wird durch Mittelwertbildung Ober eine Periode (m - 1) oder eine halbe Periode (m - 2) z.B. nach der Rechenvorschrift gebildet.
  • Die durch den Neßumformer 62 ermittelten zeitabhängigen Fourierkoeffizienten der Kosinus- und Sinusglieder für die Wechselblindleistung QT werden einem mehrkanaligen Filter 7 zwecks Glättung zugeführt. Die Ausgangswerte des Filters werden mit einem Sollwert QwT verglichen; aus der Regelabweichung wird mittels eines Mehrkanalreglers 8 ein Stellgrößenvektor # QT ermittelt.
  • Entsprechend werden die durch den Meßumformer 64 ermittelten zeitabhängigen Fourierkoeffizienten der Kosinus- und Sinusglieder für die Wechselwirkleistung T einem mehrkanaligen Filter 7' zwecks Glättung zugeführt. Die zusgangs- werte des Filters werden mit einem Sollwert pT verglichen; -w aus der Regelabweichung wird mittels eines Mehrkanalreglers 8' ein Stellgrößenvektor #PT ermittelt.
  • Der Stellgrößenvektor #QT wird einem Meßumformer 9 zugeführt. Dort erfolgt eine Multiplikation der Fourierkoeffizienten des Stellgrößenvektors QT mit den Sinus- und Kosinuszeitfunktionen sowie der Konstanten "1" des im Oszillator 51 erzeugten Vektors F. Das Ergebnis ist mit bezeichnet.
  • Eine entsprechende Multiplikation der Fourierkoeffizienten des Stellgrößenvektors apT mit den Sinus- und Kosinuszeitfunktionen sowie der konstanten "1" des Vektors F erfolgt im Meßumformer 9'. Das Ergebnis ist mit bot bezeichnet.
  • Die Größe #Qt wird einem Kennlinienglied 12 zugeführt. Das Ausgangssignal bildet das Steuersignal zur zeitabhängigen Verstellung der Gleichspannung des Kompensationsstromrichters. Die GröBe tPt wird ebenfalls einem Kennlinienglied 11 zugeleitet. Das Ausgangssignal dient zur Verstellung des Steuerwinkels ip. Dieser wird mit Hilfe des Steuergerätes 10 eingestellt. Im Falle bekannter Zeitverläufe der Last-Wechselwirk- und -Augenblicksblindleistung PtL, QtL können diese zur Vorsteuerung des Kompensationsstromrichters 3 zu den Eingangssignalen der Kennlinienglieder 11,12 addiert werden. Diese Kennlinienglieder sind so ausgelegt, daß die Übertragungsfunktionen des Kompensationsstromrichters in Wirk- und Blindrichtung in inverser Form in den Regelkreisen wirksam werden.
  • Ein Stromrichter mit getrennter Verstellmöglicfihk.it der Wirk- und Blindleistungsanteile ist in der Literaturstelle: Heumann, K., Stumpe, C. "Thyristoren", 2. Auflage 1970, Seite 271ff beschrieben. Sein Prinzipschaltbild ist in Fig. 1, Block 3, dargestellt. Wie die Figur zeigt, ver- fügt dieser selbstgeführte Blindleistungsstromrichter mit eingeprägter Gleichspannung im Zwischenkreis über zwei Eingangsgrößen. Über die erste, den Steuerwinkel αP, kann der Wirkstrom im Netz und damit auch die Wechselwirkleistung P beeinflunt werden und über die zweite, die Blindkomponente des Netzstroms und damit die vom Stromrichter aufgenommene oder abgegebene Blindleistung Qt sowie die Wechselblindleistung Q . Beide Leistungsanteile können über den Betrag der Gleichspannung im Zwischenkreis verstellt werden.
  • Zur Einstellung der Zwischenkreis-Gleichspannung kann, wie z.B. im Ausführungsbeispiel Fig. 3 dargestellt, ein separater Stromrichter 13 benutzt werden, der als Verstärker arbeitet. Seine abgegebene Wechselspannung wird mit einem Transformator 14 in den Gleichspannungskreis eingekoppelt und somit zur Spannung des Gleichspannungskondensators 12 addiert.
  • Eine andere Möglichkeit besteht darin, den in den Ausführungsbeispielen Fig. 2a und 2b dargestellten Gleichspannungskondensator 31 in Stufen verstellbar vorzusehen.
  • In diesem Fall erzeugt der Wechsel anteil des Kondensatorstromes, der durch den Wechsel anteil des Steuerwinkels entsteht, am Kondensator eine Wechselspannungskomponente, dessen Amplitude über die veränderbare Kapazität in Abhängigkeit von der Last eingestellt werden kann.
  • Im folgenden sollen die beiden Schaltungsbeispiele von Kom # pensationsstromrichtern mit einer Regeleinrichtung gemäß der Erfindung näher erläutert werden.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a ist ein selbstgeführter > dleistungsstromrichter 3 mit kapazitivem Abschluß darestel't, der gemäß der deutschen Patentschrift 15 13 9St vom 12.10.72, Erfinder Koppelmann, zum Kompensieren und Symmetrieren eines aus einem Dreiphasennetz 1 gespeisten Einphasennetz 2 eingesetzt werden kann. Im Gegensatz zur Patentschrift ist der Gleichspannungskodensator hier stufenweise verstellbar ausgeführt.
  • Zur Eegrenzung der Stromoberschwingungen und zur besseren Regelbarkeit ist der Blindleistungsstromrichter über Vordrosseln 32 an das Netz geschaltet.
  • Der D-lindleistungsstromrichter 3, der nach derzeitigem Stand der Technik nur zur Kompensation von symmetrischen Lasten eingesetzt wird (vgl. "Blindleistungstompensation mit Stromrichtern, Clemens, M., Golde, E., Linsenmaier, H., "»'aroverter" - ein Stromrichter hoher Stellgeschwindigkeit für induktive ur.d kapazitive Blindleistung, AEG-Telefunken, Leistungselektronik, Berlin, 4 (1982), arbeitet erfindur.gsgeman als Kompensationsstromrichter; d.h. er wird außer zur Kompensation auch zur Symmetrierung eingesetzt. Ein solcher Betrieb wird praktisch befriedigend erst dadurch ermöglicht, daß der Gleichspannung ein Wechselanteil mit definierter Phasenlage und Amplitude überlagert wird. Im dargestellten Fall müssen dazu die Vordrosseln 32 und der Kondensator 31 in einem vom aktuellen Laststrom abhängigen Verhältr.is eingestellt werden. Eine Anpassung der Kapazität des Kondensators 31 an die Last ist erforderlich und erfolgt durch Zu- und Abschalten von Teilkondensatoren. Die optimale Kondensatorgröße ist dann eingeschaltet, wenn bei gegebener Last bz. gegebenem Unsymmetriegrad des Kompensationsstromrichter-Netzstromes die dritte Stromoberschwingung ein Minimum ist.
  • Die Größe der Kapazität darf aber einen bestimmten Wert nicht unterschreiten, da sonst die notwendige Glättung der Gleichspannung nicht mehr gegeben ist.
  • Die Regeleinrichtung besteht im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a aus drei parallelen Regelkreisen, deren Istwerte aus dem Augenblickswert der Blindleistung Qt gebildet werden. Die Augenblicksblindleistung Qt wird mit der Leistungsmeßeinrichtung 4 gemessen.
  • Mit dem gleitenden Integrator 61 und dem Glättungsglied 71 wird der arithmetische Mittelwert Qo berechnet.
  • Er ist gleich der Grundschwingungsblindleistung QO. Der Istwert Qowird mit dem Sollwert Qsoll (hier gilt Qsoll = °) verglichen. Die Regelabweichung wird auf den Eingang des Reglers 81 gegeben. Dieser bildet die Stellgröße #Q, die dem Summierungspunkt 91 zugeführt wird.
  • Im Multiplizierer 52 des zweiten Regelkreises wird das Signal Qt mit der Sinuskomponente des netzsynchronen Oszillators multipliziert, die mit doppelter Netz frequenz schwingt. Zur Bestimmung des StellsignalsPwird zu P# wird das Multiplizierer-Ausgangssignal im gleitenden Integrator 62 integriert, im Glättungsglied 72 geglättet und mit dem Sollwert P# soll = ° verglichen. Der Regler 82 bildet aus der Regelabweichung ein Stellsignal, das im Multiplizierer 92 mit der Sinuskomponente des Oszillators 51 multipliziert wird. Das am Ausgang des Multiplizierers 92 anstehende Signal # P wird mit Q und dem im dritten Regelkreis gebildeten Stellsignal 4QX im Summierungspunkt 91 addiert. Als Ergebnis ergibt sich das Stellsignal Q. Der dritte Regelkreis besteht aus den Meßumformern 53,63,73,83,93. Das Stellsignal OQw wird in ähnlicher Weise mit Hilfe der Kosinuskomponente des Oszillators 51 gebildet, wobei diese die doppelte Netzfrequenz aufweist.
  • Das Summensignal #Qt wird über ein Kennlinienglied 11 dem Steuergerät 10 zugeführt. Durch die im zweiten und dritten Regelkreis erzeugten, nach Betrag und Phasenlage geregelten Wechselkomponenten mit doppelter Netz frequenz im Steuerwinkelα werden die Amplituden der Kompensations- stromrichter-Netzströme so eingestellt, daß die Summe aus ninphasen- und Kompensationsstromrichter-Netzstrom im Dreiphasennetz drei symmetrische, mit der Netzspannung in Phase liegende Ströme ergibt.
  • Ist das verfügbare Sechspuls-Steuergerät 10 nicht für Steuerwinkelzeitverläufe mit Wechselanteilen doppelter Netzfrequenz geeignet, kann die Rücktransformation der Ausgangssignale der Regler 81,82,83 auch über die bekannte Zweiachsen-Dreiachsen (-/3-)Transformation (vgl.
  • GIN 13 321, 1980, AbschnItt 2.2.3) erfolgen.
  • Die Schaltungsanordnung mit einem solchen linearen Koordinatenwandler ist in Fig. 2b dargestellt. Der Ausgang des Reglers 81 für die symmetrische Blindleistungb Q wird auf alle drei Summierungspunkte 91,92,93 geführt und mit den Ausgängen desol,(3 -Koordinatenwandlers 9 phasenrichtig addiert. Die Summensignale werden über die Kennlinienglieder 111,112,113 geführt und mit den Eingängen der Zweipuls-Steuergeräte 101,102,103 verbunden. Die Eingangssignale der Steuergeräte sind bei der Verwendung derα,ß-Transformation anstelle der Multiplizierer 92,93 in Fig. 2a zeitveränderliche Gleichgrößen. Das Hinzufügen der Stellsignale des zweiten und dritten Regelkreises zu dem Stellsignal für die symmetrische Blindleistung des ersten Regelkreises Q bewirkt eine Unsymmetrie der Steuerimpulse, die zu den gewünschten unsymmetrischen Netzströmen des Kompensationsstromrichters führt.
  • Die übrigen Funktionsblöcke und Signal flüsse im Schaltbild nach Fig. 2b sind identisch mit denen in Fig. 2a.
  • Sie brauchen daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert zu werden.
  • Das Ausführungsbeispiel Fig. 3 zeigt einen Kompensationsstromrichter zur Kompensation der Grundschwingungsblindleistung und der im Netzabschnitt 1' vorhandenen n-ten Leistungsoberschwingung, wobei dieser Netzabschnitt aus dem Netz 1 gespeist wird. Die n-te Leistungsoberschwingung kann durch unsymmetrische oder nichtlineare Lasten (z.B. Stromrichter) hervorgerufen werden. Zur Kompensation ist ein Kompensationsstromrichter genügend hoher Pulszahl erforderlich. Die Pulszahl eines Kompensationsstromrichters kann, wie in der Literatur beschrieben, Masao, Yano u.a., New Static VAR-Control using Force- commutated Inverters, IEEE, Vol. PAS 100, No. 9, 1981, eiten 4216 ff., mittels eines Mehrstocktransformators 2.0 mit n-Sekundärwicklungen erhöht werden. Dazu werden über Vordrosselspulen 2.1 ... 2.n Sechspuls-Module 3.1 ... 3.n selbstgeführter Stromrichter angeschlossen.
  • Die Sechspuls-Stromrichter-Module arbeiten auf denselben Gleichspannungskreis, der hier aus einem Gleichspannungskondensator 12, einem Transformator 14 und einem Verstärker 13 besteht.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Augenblickswirk- Pt und -blindleistung Qt im Menumformer 4 gemessen und in der Regeleinrichtung weiterverarbeitet. Eine Messung und Weiterverarbeitung beider orthogonalen Leistungskomponenten ist nötig, weil im allgemeinsten Fall einer nichtlinearen Last (n-te Leistungsoberschwingung n>2) eine voneinander unabhängige Regelung der orthogonalen Leistungskomponenten Qt' Pt erforderlich ist. Die Grundschwingungsblindleistung Q = Q wird im Mitwtbildner 61 o o ermittelt und im Glättungsglied 70 geglättet, mit dem Sollwert s,11 verglichen und die Regelabweichung dem Regr ler 80 zugeführt. Dieser bildet ein StellsignaldQ für die Grundschwingungsblindleistung. Das Stellsignal AQ kann nach Fig. 1 direkt zur Einstellung der Konder.sator-Gleichspannung verwendet werden. Ist, wie in diesem AusfUhrungsbeispiel, aber nur eine steuerbare Wechselspannungsquelle, bestehend aus dem Transformator 14 und dem Verstärker 13 und einem Gleichspannungskondensator 12 vorhanden, muß die Gleichspannung indirekt über den Steuerwinkel dp durch Auf- bzw. Entladen des Kondensators 12 eingestellt werden. Durch die Gröne der Kondensatorspannung kann wie in dem o.a. Aufsatz ("Blindkompensation mit Stromrichtern") dargestellt, die Grundschwingungsblindleistung hochdynamisch beeinflußt werden. Zur Beeinflussung der Gleichspannung bzw. der Grundschwingungsblindleistung dient der erste Regelkreis mit den Meßumformern 61,70 und dem Regler 80.
  • Die übrigen vier Regelkreise sind zur Ermittlung der vier Stellsignale: #Pn,s, # Pn,c, #Qn,s, #Qn,c für die Wechselwirk- und -blindleistung erforderlich.
  • Die ersten zwei Stellsignale der Sinus- und Kosinuskomponente der Wechselwirkleistung #Pn,s, #Pn,c werden mit dem Stellsignal der Grundschwingungsblindleistung OQ addiert, über ein Kennlinienglied 95 geleitet, das das Ubertragungsverhalten des Kompensationsstromrichters in der Wirkleistungsachse in inverser Form berücksichtigt, und anschließend auf den Eingang der n-Stück-Sechspuls-Steuergeräte 10 gegeben.
  • Stehen keine n-Stück-Sechspuls-Steuergeräte zur Verfügung, die zeitveränderliche Steuergrönen mit n-facher Netzfrequenz verarbeiten können, so müssen, analog zu der Darstellung Fig. 2b, die Multiplizierer 91,94 durch entsprechende lineare Koordinatenwandler ersetzt werden. Die in diesem Fall erforderlichen 3n-Stück-Zweipuls-Steuergeräte erhalten dann zeitveränderliche Gleichgrößen ohne Wechselanteil.
  • Die zwei Stellsignale für die Sinus- und Kosinuskomponenten der Wechselblindleistung #Qn,s, #Qn,c werden ebenfalls addiert und über eine Kennlinie 96 dem Verstärker 13 zugeführt. Die Kennlinie 96 bildet das Übertragungsverhalten des Kompensationsstromrichters in Blindleistungsrichtung in inverser Form nach. Der Verstärker 13 verstärkt das Eingangssignal und gibt am Ausgang eine Wechsel spannung ab, die proportional der Wechselblindleistung ist und mit dem Transformator 14 in den Gleichspannungskreis des Kompensationsstromrichters eingekoppelt wird.
  • Zur Ermittlung der Stellsignale #Pn,s, # Pn,c, # Qn,s, @@ wird erfindungsgemäß aus den @@@@@@@@@@@@ @@@-Qn, c wird erfindungsgemäß aus den orthogonalen Leistungskomponenten Pt, Q die zu kompensierende Leistungspulsation mit n-facher Netzfrequenz herausgefiltert. Dazu werden die Größen Pt, Qt in den Multiplizierern 52,53,54,55 mit der Sinus- und Kosinuskomponente mit n-facher Netzfrequenz multipliziert, die im netzsynchron arbeitenden Oszillator 51 erzeugt werden.
  • Die Ausgangssignale der Multiplizierer 52,53,54,55 werden in den gleitenden Integratoren 62,63,64,65 integriert.
  • Diese Ausgangssignale, die die zeitabhängigen Fourier-Koeffizienten der orthogonalen Leistungskomponenten darstellen, werden in den Filtern 71,72,73,74 geglättet und anschließend den Soll-Istwert-Vergleichs-(Summierungs)punkten zugeführt. Da die Leistungspulsation beseitigt werden soll, sind alle Sollwerte auf Null eingestellt. Die sich ergebenden Regelabweichungen werden den Reglern 81,82,83,84 zugeführt. Die Reglerausgänge werden mit den Eingängen der Multiplizierer 91,92,93,94 verbunden. Der weitere Verlauf des Signal flusses wurde bereits weiter oben beschrieben, so daß darauf an dieser Stelle nicht mehr eingegangen werden mu3.
  • Die in der Fig. 3 dargestellten fünf Regelkreise arbeiten parallel auf den Kompensationsstromrichter. Die Regelkreise können, wie in Fig. 1 für den allgemeinen Fall dargestellt, durch weitere parallel anzuordnende Regelkreise ergänzt werden. Bei der Anwendung einer solchen Regeleinrichtung kann der Kompensationsstromrichter zur kombinierten Grundschwingungs-Blindleistungs-Kompensation, Symmetrierung und Oberschwingungs-(Verzerrungs-)leistungs-Kompensation eingesetzt werden.
  • - L e e r s e i t e -

Claims (10)

  1. Verfahren und Schaltungsanordnung zur dYnamischEn Blindleistunqskompensation und Symmetrierung mit Kompensationsstromrichtern Patentansprüche 1. Verfahren zur dynamischen Blindleistungskompensation und Symmetrierung für m-Phasensysteme ohne Sternpunstleiter mit ein- und mehrphasigen Verbrauchern und einem selbstgeführten mehrphasigen Blindleistungs-Stromrichter mit eingeprägter Gleichspannung und getrennten Stellmöglichkeiten für die Wechselwirk- und Augenblicksblindleistung (Kompensationsstromrichter), bei dem die Steuergrößen für den Blindleistu@gs-Stromrichter aus Netzstrom und -spannung gebildet werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: 1. es wird die Augenblicksleistung Pt ( m so werden analog zur eingeführten "Augenblicksblindleistung Qt "Augenblickswirkleistung" genannt) durch Multiplikation der Netzspannungen (u1, u2, ... um) mit den Netzströmen (i1, i2 ... im) und anschließender Addition und die dazu orthogonale Augenblicksblindleistung Qt durch Multiplikation der orthoscnalen Netzspannungen (u1l , u21 , ... umj ) mit den Netzströmen (i1, i2 ... im) und anschließender Sunlmenbildung in einem ersten Meßumformer (4) gebildet, 2. es werden die Zeitverläufe der Augenblicksblindleistung Qt und Augenblickswirkleistung P mittels "gleitender" Fourieranalyse in ihre Spektralanteile zerlegt, indem ein Vektor F = (cos kwt, sin kwt,...) mit netzsynchronen Kosinus- und Sinuszeitfunktionen mit Vielfachen der Netzfrequenz (k = 0,1,2...) in einem Oszillator (51) erzeugt und in einem zweiten und dritten Meßumformer (52,54) mit Pt, Qt multipliziert wird, und es werden in zwei weiteren vierten und fünften Me.3umformern (62,64) die Fourierkoeffizienten der Zeitverläufe Pt. Qt mittels gleitender Integration berechnet, 3. in Mehrkanalfiltern (7,7') werden die zeitabhängigen Fourierkoeffizienten der Kosinus- und Sinusglieder QT, PT geglättet und danach, zur Bestimmung der Regelabweichung, mit jeweils einem Sollwert PT 0T verglichen, 4. aus den Regelabweichungen werden mittels Mehrkanalreglern (8,8') die Fourierkoeffizienten der getrennten Wechselwirk- und Wechselblindleistungs-Stellgrö-T T nen AP, 4Q des Kompensationsstromrichters (3) ermittelt, 5. in einem sechsten und siebenten Meßumformer (9, 9') werden die Zeitverläufe der Stellgrößen # #Qt, 42t durch Multiplikation der Fourierkoeffizienten mit den Sinus- und Kosinusfunktionen des Oszillators (51) gebildet, und schließlich, zur Steuerung des Kompensationsstromrichters (3), die Stellgröße d Pt über ein Kennlinienglied (11) mit der inversen Steuerkennlinie in Wirkrichtung dem Steuergerät (10) und die Stellgröße #Qt über ein Kennlinienglied (12) mit der inversen Steuerkennlinie in Blindrichtung zur Steuerung der veränderlichen Gleichspannung zugeführt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei bekanntem Zeitverlauf der Last-Wechselwirk- und -Augenblicksblindleistung PtL, diese Signale zur Vorsteuerung des Kompensationsstromrichters benutzt und zu diesem Zwecke mit den Eingangsgrößen #Pt, ßQt der beiden Kennlinienglieder (11,12) addiert werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Meflumformer (4) die Augenblickswirksleistung Pt nach der Meßgleichung Pt = u13i1 + U23i2 und die Augenblicksblindleistung nach der Meßgleichung bildet.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gleitende Mittelwertbildung durch den vierten und fünften Meßumformer (62,64) nach den Meßgleichungen für n = 1,2 k undcj = @ @ /m und mit m = 1 oder m = 2 erfolgt, oder für Q@ ein anderer schneller Mittelwertbildner eingesetzt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet' daß zur Glättung der Istwerte der Augenklickswirk- und -blindleistungen die gemessenen Netzstrom- und -spannungszeitverläufe mit Bandpaßfiltern mit den Mittenfrequenzen fk = kfN, k = 1, 2, 3...
    (fN: Netzfrequenz) vorgefiltert werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß der Netzabschnitt bzw. Verraucher (2) eine geringere Phasenzahl (n) hat als der Netzabschnitt (1) mit der Phaserzahl (m> n) und der Kompensationsstromrichter (3) zur Kompensation und Symmetrierung angewendet wird.
  7. 7. Verfahren und Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsstromrichter (3) mit getrennten Stellmöglichkeiten für Wechselwirk- und die Augenblicksblindleistung aus einem selbstgeführten Blindleistungsstromrichter mit kapazitivem Abschluß (z.E. abschaltbare Thyristoren mit gegensinnig parallelen Rücklaufdioden in den Hauptzweigen) besteht, dessen Gleichspannung und Steuerwinkel getrennt verstellbar sind.
  8. Verfahren und Anordnung nach den Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Komper.sationsstromrichter (3) mit k:apazitivem Abschluß zur Grund@@hwingungs-Kompensation- und -Symmetrierung benutzt rd und die stellbare Gleichspannungsquelle nur au: einem stufenweise verstellbaren K@ndensator besteht.
  9. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsstromrichter (3) mit kapazitivem Abschlu? zur Grund- und Oberschwingungs-Kompensetion und -Symmetrierung benutzt wird und die stellbare Gleichspannungsquelle aus einem Kondensator und einer in Reihe geschalteten verstellbaren Wechselspannungsquelle besteht, die z.B. als einphasiger selbstgeführter Wechselrichter ausgeführt werden kann.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ekennzeichnet, daß im Falle unbekannter Lastströme nur die Augenblickswerte der Spannungen verwendet werden, und dazu der Stromeingang der Leistungsmeßeinrichtung, die nun als Spannungs-EffektivwertmeNeinrichtung arbeitet, mit den Spannungseingangen verbunden werden und dadurch anstelle der Augenblicks-Wirk- und -blindleistungen die drei Netzspannungen als Reselsröne auftreten.
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