DE3544230A1 - Einrichtung zur symmetrierung von schieflasten und zur kompensation von blindlasten in einem unsymmetrisch belasteten drehstromnetz - Google Patents

Einrichtung zur symmetrierung von schieflasten und zur kompensation von blindlasten in einem unsymmetrisch belasteten drehstromnetz

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DE3544230A1
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein im symmetrischen Betrieb arbeitender Blindleistungsstromrichter liefert - je nach Bedarf - induktive oder kapazitive Blindleistung an das Netz, um Netzspannungsschwankungen, hervorgerufen durch induktive bzw. kapazitive Verbraucher, auszugleichen. Bei diesem Vorgang, der sogenannten Blindleistungskompensation, liegen Netzspannung und Stromrichtspannung in Phase zueinander, das heißt der sich ausbildende Strom ist ein reiner Blindstrom.
Ist die Stromrichterspannung größer als die Netzspannung, so gibt der Stromrichter induktive Blindleistung an das Drehstromnetz ab, das heißt er nimmt kapazitive Blindleistung aus dem Netz auf.
Ist hingegen die Stromrichterspannung kleiner als die Netzspannung, so nimmt der Stromrichter induktive Blindleistung aus dem Netz auf.
Bei Gleichheit von Stromrichter- und Netzspannung fließen lediglich Oberschwingungsströme.
Die Regelung der Art und Größe des Blindstromes kann durch eine kurzzeitige Phasenverschiebung zwischen Stromrichter- und Netzspannung realisiert werden. Dies ist durch die gleichsinnige Beeinflussung der Zündwinkel in allen drei Phasen zu erreichen. Dabei kommt es jedoch zu einer Wirkleistungsübertragung, so daß der Kondensator auf der Gleichseite des Stromrichters eine Änderung seiner Ladung und somit seiner Spannung U o erfährt.
Sind Netzspannung und Netzstrom in Phase zueinander, so gibt das Netz Energie ab, daß heißt der Kondensator lädt sich auf.
Bei einer Phasenverschiebung von 180°el zwischen Netzspannung und Netzstrom nimmt das Netz dagegen Energie auf, das heißt der Kondensator entlädt sich.
Alle obengenannten Betriebsfälle des Blindleistungsstromrichters werden in praxi durch die geeignete Wahl der Steuerwinkel seiner Ventile (Thyristoren) eingestellt.
Will man dagegen zusätzlich Leistungspulsationen beseitigen, die das Netz in ungünstiger Weise belasten, und die durch eine Schieflast, also durch unterschiedlich große Impedanzen, zwischen jeweils zwei Phasen der Netzspannung hervorgerufen werden, so ist dies mit einem unsymmetrisch ausgesteuerten Blindleistungsstromrichter möglich. Bei ihm müssen die Zündwinkelverschiebungen in allen drei Phasen im Prinzip beliebig einstellbar sein.
Es ist bereits bekannt, statt mit Blindwiderständen die Symmetrierung und Kompensation eines Drehstromnetzes mit einem Blindleistungsstromrichter vorzunehmen (Heumann, K.: "Grundlagen der Leistungselektronik", 2. Auflage, Teubner-Verlag, Stuttgart 1978, Seite 188). Eine geeignete Kombination der Zündwinkelverschiebungen des Stromrichters führt zur Erzeugung einer Unsymmetrie im Stromrichterstrom, die in der Lage ist, die Unsymmetrie im Netzstrom zu beseitigen. Dabei müssen für eine Symmetrierung die Amplituden der Gegensysteme von Netz- und Stromrichterstrom betragsmäßig gleich groß sein und eine Phasendifferenz von 180°el aufweisen.
Beim unsymmetrisch betriebenen Blindleistungsstromrichter werden jedoch zusätzliche Oberschwingungen generiert, wobei die dritte diejenige mit der größten Amplitude ist und beim Vorhandensein nur einer Gleichspannung auf der Gleichseite des Stromrichters mit zunehmender Unsymmetrie anwächst.
Die Aufgabe besteht daher darin, eine Einrichtung zur optimalen Symmetrierung von Schieflasten und zur Kompensation von Blindlasten in einem unsymmetrisch belasteten Drehstromnetz mittels eines unsymmetrisch betriebenen Blindleistungsstromrichters anzugeben, bei welchem gleichzeitig die Oberschwingungen minimiert werden können. Die Ausgabe wird nach der Erfindung durch die in den Patentansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst.
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichung näher erläutert.
In der Zeichnung ist ein an sich bekannter, unsymmetrisch betriebener Blindleistungsstromrichter zur Symmetierung von Schieflasten und Kompensationen von Blindlasten an einem unsymmetrisch belasteten Drehstromnetz dargestellt. Nach der Erfindung ist noch eine Regeleinrichtung D vorgesehen, ferner zwei Schalter S 1 und S 2 sowie zwei regelbare Spannungsquellen E 1 und E 2.
Der Betrag des Strom-Gegensystems i 2 ist proportional zur Amplitude der Steuerwinkelfunktion A St und zur Kondensator-Gleichspannung U o . Eine Abhängigkeit von der Phasenlage der Steuerwinkelfunktion besteht nicht, also
i 2∼K·A St ·U o (1)
i 2 = K 1·A St ·U o (2)
i 2 = K 2·A St ·U o (3)
K 1≠≠K 2 (4).
Die Stromrichter-Konstanten K 1, K 2 sind bei beliebigen Strom-Gegensystemen i 2 meßbar: (K 1 Stromrichter-Konstante bei Oberschwingungsminimierung, K 2 Stromrichter-Konstante ohne Oberschwingungsminimierung).
Desweiteren gilt, daß die Phasenlage des Gegensystems ϕ 2 nur eine Funktion der Phasenlage der Steuerwinkelfunktion ϕ St , also unabhängig von U o und A St ist, d. h.
ϕ 2R = ϕ St + ϕ o (7a)
ϕ 2S = ϕ St + ϕ o - 240° (7b)
ϕ 2T = d St + ϕ - 120° (7c)
wobei ϕ o eine leicht meßbare, stromrichterabhängige Konstante ist. Es muß zwecks Symmetrierung gelten:
ϕ 2R Stromrichter = ϕ 2R + 180° (8a)
ϕ 2S Stromrichter = ϕ 2S + 180° (8b)
ϕ 2T Stromrichter = ϕ 2T + 180° (8c)
Ist ϕ o bekannt, kann ϕ 2 Stromrichter bei Kenntnis von ϕ 2 Last berechnet oder mit Hilfe einer Regelung solange verändert werden, bis die Symmetrierung erreicht ist.
Jetzt muß lediglich noch die Kondensator-Gleichspannung U o solange variiert werden, bis ϕ R = 0 (und wegen der Symmetierung automatisch ϕ S = 240° und ϕ T = 120°) ist. Damit jedoch die Variation von U o den Betrag des bereits eingestellten Strom-Gegensystems nicht verändert, wird die Amplitude der Steuerwinkelfunktion für jeden Wert von U o ″ stets neu berechnet und eingestellt.
Es folgt für A St :
Die Schalter S 1 und S 2 ermöglichen den Betrieb in zwei Varianten. Bei geschlossenem Schalter S 1 erfolgt lediglich Symmetrierung und Kompensation. Dabei entsteht naturgemäß eine dritte Strom-Oberschwingung, die entweder mit Hilfe eines Saugkreises unschädlich gemacht oder aber durch zwei Wechselspannungsquellen E 1, E 2 auf der Gleichseite des Blindleistungsstromrichters minimiert werden kann. Dies geschieht beim Betrieb des Stromrichters mit geschlossenem Schalter S 2 (S 1 offen).
Gewinnt man die Zündungswinkelverschiebungen δ R , w S , δ T (gegenüber dem symmetrischen Betrieb) in den Phasen R, S und T durch Abtasten einer 100 Hz-Sinusspannung (Steuerwinkelfunktion) der Amplitude A St und der Phasenlage ϕ St gemäß den Beziehungen so wird eine Minimierung der dritten Strom-Oberschwingung durch folgende Wechselspannungsquellen auf der Gleichseite des Blindleistungsstromrichters erreicht:
U 100 = A St ·U o ·sin (2ω t + 90° + ϕ St -) (12)
U 200 = A St ·U o ·sin (4ω t + 90°- ϕ St ) (13)
mit
ω = 2π f = 2π 50 Hz (14)
Der Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß die Symmetrierung von Schieflasten und die Kompensation von Blindlasten in unsymmetrisch belasteten Drehstromnetzen auf optimale Weise kombiniert und zusätzlich die dritte Oberschwingung minimiert werden kann.

Claims (3)

1. Einrichtung zur Symmetrierung von Schlieflasten und zur Kompensation von Blindlasten in einem unsymmetrisch belasteten Drehstromnetz mittels eines unsymmetrisch betriebenen Blindleistungsstromrichters dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung vorgesehen ist mit folgenden Funktionen:
a) durch Sensoren werden eventuelle Schieflasten in den drei Phasen festgestellt;
b) aus den Unsymmetrien werden Betrag A St und Phasenlage ϕ St der Steuerwinkelfunktion sowie die Kondensatorgleichspannung U o generiert und variiert:
c) die Zündzeitpunkte der Stromrichterventile werden durch Betrag A St , Phasenlage ϕ St und Kondensatorgleichspannung U o eingestellt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zugleich durch regelbare Spannungsquellen mit geeigneten Frequenzen auf der Gleichseite oder durch Saugkreise auf der Wechselseite des Stromrichters Oberschwingungen minimiert werden.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise durch zwei regelbare Spannungsquellen von 100 Hz und 200 Hz mit definierter Amplituden- und Phasenlage die dritte Oberschwingung minimiert wird.
DE19853544230 1985-12-12 1985-12-12 Einrichtung zur symmetrierung von schieflasten und zur kompensation von blindlasten in einem unsymmetrisch belasteten drehstromnetz Ceased DE3544230A1 (de)

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