DE3708468A1

DE3708468A1 - Verfahren und vorrichtung zum kompensieren von oberschwingungsbelastungen und/oder blindlast in einem versorgungsnetz

Info

Publication number: DE3708468A1
Application number: DE19873708468
Authority: DE
Inventors: Ralf Prof Gretsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-03-17
Filing date: 1987-03-17
Publication date: 1987-09-24

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kompensieren der von einem Verbraucher erzeugten Oberschwingungsbelastungen und/ oder Blindlast (z. B. Oberschwingungen wechselnder Höhe, rasch veränderlicher unsymmetrischer Belastungen und rasch veränderlicher Blindströme) in einem Versorgungsnetz, sowie eine Vorrichtung hierfür.

Der zunehmende Anteil, den leistungs-elektronische Verbraucher an der Netzlast haben, läßt den Oberschwingungspegel in Industrie- und öffentlichen Netzen ansteigen. Gleichzeitig erniedrigen Maßnahmen zur Verbesserung des Grundschwingungsleistungsfaktors (z. B. der Einbau von Kondensatorbatterien) die Resonanzfrequenz der Netze, so daß die entstehenden Spannungsharmonischen gerade auch niedriger (z. B. fünfter bis dreizehnter) Ordnung noch verstärkt werden. Es ist deshalb wünschenswert, neben den bisher bereits vielfach eingesetzten passiven Filterkreisen auch Geräte zur Verfügung zu haben, mit denen flexibel auch schnell veränderliche Oberschwingungsströme in Anlagen oder Netzen kompensiert werden können.

Fig. 1 zeigt die übliche Anordnung eines Netzes N, an den ein Verbraucher V und ein dazu paralleler Kompensator K angeschlossen ist. Das Netz besitzt gegenüber Erde oder einem Null-Leiter die Phasenspannungen U _R, U _S, U _T (allgemein: U _X), mit I _VR, I _VS, I _VT und I _KR, I _KS, I _KT (allgemein: I _VX und I _KX) sind die in den Verbraucher V und den Kompensator K fließenden Phasenströme bezeichnet.

Der Verbraucher kann z. B. ein Lichtbogen-Ofen oder ein anderer "unruhiger" Verbraucher sein, der

- rasch veränderlichen Verschiebungsblindstrom benötigt,
- das Netz rasch veränderlich unsymmetrisch belastet und
- Oberschwingungen wechselnder Höhe erzeugt.

Bisher wird die netzfrequente Blindleistung (Verschiebungsblindleistung) durch eine zum Verbraucher parallel geschaltete Kondensatorbatterie kompensiert, die in der Regel durch Drosselspulen zu Filterkreisen erweitert wird, um zusätzlich die erzeugten Oberschwingungsströme kurzzuschließen. Die Kondensatoren sind für die maximal benötigte Blindleistung bemessen. Eine parallele Drosselspule, deren induktive Grundschwingungsströme strangweise getrennt über Thyristoren kontinuierlich eingestellt werden können, übernimmt den Ausgleich der Blindstromschwankungen und höchstens teilweise auch einen Ausgleich der Unsymmetrie des Verbrauchers.

Der Aufwand an zu installierender dreipoliger kapazitiver und induktiver Kompensationsleistung ist erheblich; sowohl ihr kapazitiver wie auch ihr induktiver Anteil entspricht im Fall des Lichtbogenofens etwa seiner Nenn-Wirkleistung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kompensationsaufgabe möglichst umfassend und auf eine einfache Weise zu lösen.

Dies geschieht durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Anspruch 5. Die Erfindung ermöglicht eine gleichzeitige Kompensation von Blindleistung und Oberwellen mit nur einem Gerät und erheblich geringerer zu installierender kapazitiver Leistung sowie schneller ausregelnd und exakter symmetrierend als bisherige Lösungen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Anhand von zwei Ausführungsbeispielen und acht Figuren wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die bereits erwähnte, allgemeine Konfiguration aus Netz, Verbraucher und Kompensator,

Fig. 2 die spezielle Konfiguration nach der Erfindung,

Fig. 3 eine besonders vorteilhafte Ausführung des Leistungsteils,

Fig. 4 eine andere Ausführung des Leistungsteils,

Fig. 5 eine Tabelle der möglichen Schaltzustände,

Fig. 6 die Zuordnung der Adreß- und Datenbits bei einem Speicher zu logischen Verknüpfungen von Polaritätssignalen,

Fig. 7 eine vereinfachte Darstellung der Leistungsfluß- Regelung,

Fig. 8 ein ausführliches Blockschaltbild des Kompensators nach Fig. 2 und 3.

Die Entwicklung abschaltbarer Thyristoren ermöglicht den Aufbau von Stromrichterschaltungen, die im getakteten Betrieb verlustarm sind. Sie werden gemäß der Erfindung als Kompensatoren eingesetzt, um nach Art einer Zweipunktregelung die in den Kompensator fließenden so zu regeln, daß gerade die kritischen Stromharmonischen niedriger Ordnung kompensiert werden können. Darüber hinaus gestatten diese Schaltungen ohne nennenswerten Mehraufwand auch die rasche Kompensation von Verschiebungsblindströmen und negativ sequenten Strömen; sie wirken also symmetrierend.

Der Verbraucher entzieht nach Fig. 1 dem Netz Lastströme I _VX von beliebiger Form. Der zum Verbraucher parallele Kompensator soll ein Phasenströme I _KX liefern (X = R, S, T), die additiv mit den Lastströmen I _VX des Verbrauchers ′ideale′ Netzströme I _X = I _KX + I _VX ergeben, die oberschwingungsarm sowie möglichst symmetrisch und blindstromfrei sind; deren Effektivwerte sollten möglichst wenig schwanken, um auch Flickereffekte zu vermeiden, die durch entsprechende Spannungsschwankungen entstehen.

Der Sollwert des Kompensationsstromes einer Phase I _KX berechnet sich somit zu

I _KX = I _X - I _VX (1)

Der Verbraucherstrom I _VX kann gemessen werden. Für die idealen Netzströme I _X ergibt sich ein symmetrisches, reines Wirkstromsystem bei gegebenen Leiterspannungen aus der vom Kondensator aufgenommenen Wirkleistung, falls der Kompensator - abgesehen von seinen Verlusten - im Mittel keinen Beitrag zur Wirkleistungsbilanz leisten soll:

bzw.

Der gewünschte sinusförmige Strom i _x ist in der Regel in Phase mit der Grundschwingung der zugehörigen Leiterspannung oder der entsprechenden Komponente des Spannungs-Grundschwingungssystems. Im letzten Fall werden die Netzströme I _X symmetrisch, im anderen Fall ergeben sich bei unsymmetrischem Spannungssystem zwar unsymmetrische, aber minimale Ströme. Statt der im folgenden genauer behandelten Regelung des Netzstromes auf reinen symmetrischen Wirkstrom können auch vorgebbare Stromoberschwingungsanteile des Netzstromes vom Kompensator eingestellt werden. Dann könnte z. B. eine spezielle Regelung Oberschwingungen vermindern oder beseitigen, die in der Spannung am Anschlußpunkt des Kompensators oder an einem anderen benachbarten Punkt im Netz vorhanden sind. Der Kompensator wäre dann auch für Netze der öffentlichen Energieversorgung interessant, insbesondere, wenn ohnehin eine größere Energiespeicherung in Batterien vorgesehen ist.

Ferner ist es möglich, bei geeigneter Regelung mit dem Kompensator auch Spannungsschwankungen auszugleichen, die durch nicht kompensierbare Wirkleistungsänderungen hervorgerufen werden, indem z. B. kapazitive oder induktive Blindleistung so in das Netz eingeführt wird, daß die Beziehung R _i · I _w + X _i · I _b = 0 erfüllt ist.

Der Kompensator besteht nach Fig. 2 aus

- Leistungsteil (1)
- Messung und Regelung (2)
- Ansteuerlogik (3).

Der Leistungsteil besteht aus einem Leistungsstellglied, das auf einer Seite parallel zum Verbraucher ans Netz und auf der anderen Seite an einen elektrischen (hier: kapazitiven) Energiespeicher angeschlossen ist.

Das Leistungsstellglied hat sicherzustellen, daß zu jedem Zeitpunkt auf jedem Leiter Energie wahlweise in beiden Richtungen zwischen dem Netz N und dem Energiespeicher ausgetauscht werden kann.

Dazu dienen vorzugsweise zwei antiparallele Drehstrombrückenschaltungen, die gleichstromseitig auf zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren C+ und C- arbeiten, gemäß Fig. 3. Die netzseitigen Induktivitäten L begrenzen dabei die Stromänderungs- Geschwindigkeiten.

Über die Mittelpunktsverbindung ist der Kompensator nullstrombelastbar, so daß die drei Leiterströme i _KX unabhängig voneinander eingestellt werden können. Sofern das Netz N keinen Null-Leiter besitzt, ist dem Stromrichter ein Sternpunktbildner vorgeschaltet, z. B. ein entsprechender Transformator, der häufig ohnehin zur Kopplung aus Netz erforderlich ist.

Die als ′Wechselrichter′ wirkende Brücke ist mit abschaltbaren Thyristoren (GTO′s) S _{1 . . . 6} ausgerüstet; die ′Gleichrichterbrücke′ besteht aus den Dioden D _{1 . . . 6}. Bei gesperrten Ventilen S _{1 . . . 6} werden die Kondensatoren C+ und C- jeweils auf die Minimalspannung

U _C+min = U _C-min = √* U (3a)

aufgeladen.

Die als Pulsstromrichter betriebene Thyristorbrücke wirkt bei Energieentnahme aus dem Netz (Kondensator-Aufladung) zusammen mit den drehstromseitigen Induktivitäten L als Hochsetzsteller; beispielsweise wird bei positiver Spannung U _R und positivem Strom i _KR durch Pulsen des Ventils S 4 - die Ausschaltzeit t _aus ist dabei deutlich größer als die Einschaltzeit t _ein - die Diode D 1 als Freilaufventil wirksam, wodurch der Kondensator C+ über den Minimalwert U _C+min nach Gleichung (3a) hinaus aufgeladen werden kann. Generell gilt bei Betrieb der Schaltung:

U _C+ ≈ U _C- ≈ K _C ^* U _Cmin mit K _C = 2 . . . 3, 5 (3b)

Bei umgekehrtem Leistungsfluß wirkt die Thyristorbrücke wie ein Tiefsetzsteller, indem z. B. bei den Bedingungen U _R ≦λτ 0 und i _KR ≦ωτ 0 das Ventil S 1 pulst und die Diode D 4 als Freilaufventil dient; jetzt ist natürlich die Ausschaltzeit t _aus von S 1 deutlich kleiner als die Einschaltzeit t _ein.

Sorgt die Steuerung dafür, daß die Leistungsbilanz - bis auf die Verluste - im Mittel ausgeglichen ist, so halten sich Aufladungen und Entladungen die Waage.

Statt in Kondensatoren kann die zum Ausgleich der Augenblicksleistung erforderliche Energie auch im Magnetfeld gespeichert werden (Fig. 4), bei großen Leistungen künftig z. B. in einer supraleitenden Spule. Die netzseitigen Kondensatoren C begrenzen die mit dem Pulsbetrieb verbundenen Spannungsänderungen. Der gewünschte Kompensatorstrom wird durch gesteuerte Auf- bzw. Entladung der Kondensatoren eingestellt, indem der von der Spule L _d eingeprägte Strom i _d jeweils über das zur positiven bzw. negativen Brückenhälfte gehörende Ventil auf den Kondensator durchgeschaltet wird. Stets muß jeweils ein Ventil jeder Brückenhälfte leiten; diese Freilaufbedingung können z. B. die Ventile S ₇ und S ₈ übernehmen.

Für Kompensatoren kleinerer Leistung mit etwa S _r 500 kVA in Niederspannungsnetzen, an deren Realisierung zunächst gedacht ist, erscheint wegen geringerer Verluste die Variante mit kapazitivem Speicher nach Fig. 3 geeigneter; ihr Verhalten wird hier näher untersucht.

Bei der nach dem ′Zweipunktprinzip′ arbeitenden Stromregelung ergibt sich während eines Schaltzustandes - t _o t t ₁ - eine Leiterstromänderung

Die aktuelle Spulenspannung U _LX jedes Leiters ist durch den jeweiligen Schaltzustand definiert, der seinerseits von der momentanen Richtung des Stroms i _KX und dem Vorzeichen der Soll-Istwert-Differenz

δ i _KX = i _KXsoll - i _KX (4b)

abhängt.

Die je Leiter möglichen vier Fälle sind in Fig. 5 tabelliert. Mit S _+X und D _+X bzw. S _-X und D _-X sind die zu den positiven bzw. negativen Brückenhälften gehörenden Ventile bezeichnet. Der ausgeschaltete, nicht leitende Zustand ist dabei durch "0", der leitende Zustand durch "1" bezeichnet.

Die vier Fälle werden in jedem Leiter gleich behandelt. Ein gleichzeitiges Schließen von zwei oder drei Ventilen einer Brückenhälfte, also gleichzeitiger Stromfluß auf einen Kondensator ist erlaubt, da die Schalter stets als Dioden wirken und einen Kurzschlußstrom zwischen den Leitern verhindern. Zu keinem Zeitpunkt dürfen allerdings die zum selben Leiter gehörenden Thyristoren, z. B. S 1 und S 4, gleichzeitig geschlossen sein, um einen Kurzschluß zu vermeiden. Dies geht aus der Schaltübersicht der Fig. 5 hervor und kann auch durch zusätzliche Verriegelungen sichergestellt werden.

Abhängig vom Schaltzustand fließen die Kompensatorströme i _KX entweder über den Kondensator C+ oder C-. Aus den Knotenbedingungen der positiven Brückenhälften ergibt sich

X = R, S, T

aus den der negativen Hälften

X = R, S, T

Die Schaltbedingungen sind durch die Faktoren λ _+X bzw. λ _-X berücksichtigt, die nur die Werte 0, +1 oder -1 annehmen können, wie aus Fig. 5 hervorgeht. Die zugehörigen Änderungen der Kondensatorspannungen betragen:

Mit den Schaltfaktoren λ läßt sich auch die in Gleichung (4a) benötigte Spulenspannung allgemein angeben:

u _LX = u _X - λ _+X * u _C+ - λ _-X * u _C- (4f)

Die in Fig. 5 angegebenen Schaltzustände der auf einen Leiter wirkenden Stromrichterventile sind nur von der Polarität der Größen i _KX und δ i _KX abhängig. Sie bestimmen die Richtung des Energieaustausches zwischen dem Energiespeicher und dem entsprechenden Phasenleiter des Netzes und können durch eine entsprechende logische Verknüpfung in der Ansteuerlogik 3 nach Fig. 2 in die Ansteuersignale der entsprechenden Stromrichterventile S ₁ . . . S ₆ umgesetzt werden.

Dies ermöglicht eine Zweipunkt-Regelung des Kondensatorstromes i _KX auf den Sollwert I _KX = I _X - I _VX nach Gleichung (1). Dabei setzt die Ansteuerlogik die analogen Stromistwerte i _KX und die Regelabweichungen δ i _KX entsprechend Fig. 5 in Ansteuerbefehle für die Thyristoren S _{1 . . . 6} um. Die vier je Leiter möglichen Fälle führen auf insgesamt (2²)³ = 64 Kombinationen.

Die zugehörigen Ansteuerbefehle werden zweckmäßig in einem Eprom hinterlegt; dabei bilden die zu berücksichtigenden Bedingungen in einfacher Weise die Speicherplatzadresse, wie in Fig. 6 gezeigt ist.

Die Ansteuer-Eingänge A ₀, A ₂ und A ₄ sind hierbei für i _KX 0 mit "0" und für i _KX ≦ωτ 0 mit "1" von einem entsprechenden Polaritätsdetektor angesteuert. Die Ansteuer-Eingänge A ₁, A ₃ und A ₅ werden von entsprechenden Polaritätsdetektoren mit "0" im Fall δ _iK 0 und mit "1" im Fall δ i _KX ≦ωτ 0 angesteuert. In Fig. 6 ist die Reihenfolge der angesteuerten Speicherinhalte des EPROM zeilenweise zu lesen. Das Eprom dient somit nur als Umkodierer der Adressleitungen. Dadurch sind die Bedingungen und Schaltzustände den logischen Pegeln zugeordnet. Um bereits bei der Ansteuerung der zu jedem Thyristor gehörenden Zünd- und Löschschaltung die Schalthäufigkeit der Ventile zu begrenzen (dies ist aus Gründen der Ventilumschaltverluste vorteilhaft), wird das Eprom mit einer vorgegebenen Taktfrequenz f _T ausgelesen; die maximale Schaltfrequenz der GTO′s ist damit z. B. auf

f _Smax = f _T/2 ≈ 3 . . . 3,5 kHz (10)

begrenzt. Die längste Verzögerung nach Umschalten eines der zur Bildung von δ i _KX benutzten Zweipunktregler beträgt etwa t _V = 0,14 . . 0,17 ms.

Die hier gewählte Taktfrequenz entspricht den maximalen Schaltfrequenzen heute erhältlicher Leistungs-GTO-Thyristoren, auf deren Einsatz die vorliegende Erfindung besonders abgestellt ist und die vorliegende Zweipunkt-Regelung zur Taktung des Stromrichters besonders vorteilhaft wirkt.

Natürlich kann anstelle eines EPROM auch eine verdrahtete Logik verwendet werden, wobei dann die logischen Verknüpfungen jeweils nur durch Freigabe der Ansteuersignale im Takt f _T abgefragt und freigegeben werden.

Während die Phasenlage der für den kompensierten Zustand nach Gleichung (1) vorzugebenden Netzstrom-Sollwerte I _X (also i _Rsoll, i _Ssoll und i _Tsoll) von einem auf die Netzspannung (z. B. die Mitsystemkomponente des Netzspannungssystems oder die Netzspannungs-Grundschwingung des jeweiligen Leiters) synchronisierten Phasenlagen-Generator ("Syn" in Fig. 8) vorgegeben wird, bestimmen die Amplituden der Netzstrom-Sollwerte die zwischen Energiespeicher und Netz ausgetauschte Wirkleistung. Eine Amplitudensteuerung kann daher dazu benutzt werden, kurzfristige Abweichungen der momentanen Verbraucherleistung p _V(t) von ihrem mittelfristigen Mittelwert P _V auszugleichen, wobei außerdem der Energiespeicher mittelfristig auf einem vorgegebenen Ladungszustand (also beim Leistungsteil der Fig. 3 die Spannung u _C = u _C+ + u _C- auf einem Sollwert u _Csoll) gehalten werden kann und außerdem im Kompensator entstehende Leistungsverluste P _R gedeckt werden.

Bezüglich des Leistungsflusses ergibt sich daher die in Fig. 7 gezeigte Struktur, bei der durch ein Tiefpaß-Filter aus der Momentan-Verbraucherleistung P _V der Mittelwert gebildet wird, zu dem die Kompensator-Verlustleistung P _R addiert wird, die durch Ausregeln des Ladungszustandes (d. h. Ausregeln von δ u _C = u _Csoll - u _C) entsprechend dem Regelverhalten dieser Spannungsregelung entsteht.

Die Bildung der Kompensatorstrom-Sollwerte entsprechend der Differenz nach Gleichung (1) entspricht der Subtraktion der momentanen Verbraucher-Wirkleistung p _V vom "idealen" Netzleistungs- Sollwert P _N = P _V + P _R und die Zweipunktregelung der Kompensator-Ströme führt dazu, daß der Energiespeicher entsprechend dem Regelverhalten der Stromregelung mit der momentanen Kompensator-Wirkleistung P _K = P _N - p _V auf seinen Ladungszustands- Istwert (also u _c) aufgeladen wird.

Wegen der gewünschten Kompensation der Oberschwingungen und des Pulsbetriebes des Stromrichters ist ein frequenzlineares Übertragungsverhalten z. B. zwischen 50 und 35000 Hz zweckmäßig.

Dies führt zu der in Fig. 8 gezeigten Struktur des Regelteils für die Ansteuer-Logik 3 der Fig. 6.

Die nach Gleichung (2) zur Stromsollwertbildung benötigte Wirkleistung P _V läßt sich aus dem zeitlichen Mittelwert der Verbrauchermomentanleistung p _V(t) gewinnen:

P _V = p _V(t)-5a)

x = R, S, T

Die Mittelwertbildung erfolgt, indem die momentanen Spannungs- und Stromistwerte U _X und i _VX des Verbrauchers in ein Leistungs- Meßglied MP eingelesen, nach Gleichung (5b) verarbeitet und über einen Tiefpaß geleitet werden. Dessen Grenzfrequenz beträgt z. B. f _g = 15 Hz, so daß sich schnelle Leistungsänderungen des Verbrauchers auf die Bestimmung der Wirkleistung P _V nicht auswirken; langsamen Lastwechseln soll die vom Netz gelieferte Wirkleistung P _N jedoch mit Rücksicht auf die begrenzte Energiespeicherfähigkeit der Kondensatoren folgen:

P _N(t) = P _V(t) + P _K(t) ⇒ P _V(t) (6a)

mit

P _K(t) ⇒ 0 bei t ≦λτ 1/f _g; (6b)

Kompensator-Verluste seien zunächst vernachlässigt. Dann ergibt sich der Netzstrom-Sollwert durch Multiplikation mit den vom Generator "Syn" gelieferten Strom-Zeitfunktionen. Der Faktor 1/(3 * U ²) in Gleichung (2) wird näherungsweise durch eine Konstante K _U berücksichtigt. Wegen der überlagerten Kondensator- Spannungsregelung ist es nicht nötig, die Konstante K _U kontinuierlich den aktuellen Spannungs-Effektivwerten, z. B. entsprechend

u = ³√U _R * U _S * U _T ≈ (U _R + U _S + U _T)/3 (7a)

anzupassen; es genügt vielmehr, die Konstante

K _U = 1/U ≈ 1/(3 * U ²) (7b)

zu wählen.

Der Netzstrom-Sollwert ergibt sich somit unter Berücksichtigung der Gleichungen (2, 5, 6, 7) zu

i _Xsoll(t) = k _u * P _V(t) * sin (ω t + ϕ _X) (8a)

siehe Bild 4. Der Kompensator-Sollstrom ist schließlich mit Gleichung (1)

i _KXsoll(t) = i _Xsoll(t) - i _VX(t) (8b)

Ist die Wirkleistungsbilanz nicht ausgeglichen, so können die Kondensatoren durch zu starke Stromentnahme ′leergefahren′ oder durch zu hohe Stromzufuhr so hoch aufgeladen werden, daß ihre Durchschlagspannung überschritten wird.

Im praktischen Aufbau des Kompensators werden durch Leitungswiderstände und nichtideale Ventile Verluste in der Schaltung auftreten, die bei Einhalten der Bedingungen nach den Gl. (6a, 6b) eine langsame Entleerung der Kondensatoren bewirken.

Außerdem führt der durch Vorgabe der Konstanten K _U und Gl. (7b) unvermeidliche Fehler bei der aktuellen Stromsollwert-Bildung zu einer sich aufintegrierenden Abweichung in der Leistungsbilanz. Daher ist eine überlagerte Regelung dieser Bilanz vorgesehen, für die die Spannung an den Kondensatoren C+ bzw. C- ein geeignetes Kriterium ist. Der Kompensator nimmt z. B. vorübergehend Wirkleistung auf, wenn dem unterlagerten Stromregler vorgetäuscht wird, der Verbraucher benötige eine große Leistung. Der ′ideale′ Wirkstrom des Netzes wird daraufhin vergrößert und (da sich die Wirkleistung des Verbrauchers nicht geändert hat) auch der Wirkanteil im Kompensatorstrom: Die Kondensatorspannung steigt an.

Die Soll-Istwert-Abweichung δ u _C wird einem PI-Regler "PI" zugeführt, dessen Ausgang P _R die gemessene Verbraucherwirkleistung und damit die Sollwertbildung vorzeichenrichtig beeinflußt. Der Integralanteil K _I führt stationär die Kondensatorspannung auf ihren Sollwert; der Proportionalanteil K _R bedämpft die Schwingneigung des Systems 2. Ordnung, denn die Regelstrecke - Leistungsstellglied mit Kondensator - hat ihrerseits integrales Verhalten:

d. h.

Die Übertragungsfunktion des geschlossenen Kreises ist damit

mit T _S = 1/K _S und T _I = 1/K _I.

Nachführzeit T _I und Proportionalanteil K _R werden so gewählt, daß

- die Dynamik des unterlagerten Stromreglers bei raschen Wirkleistungsänderungen nicht beeinflußt wird,
- die Kondensatorspannung nicht mehr als 25% von ihrem Sollwert abweicht,
- keine Leistungspendelungen auftreten.

Vorschläge zur Dimensionierung der Bauteile und Regelkreise sowie simulierte Verfahrensabläufe bei Anwendung der Erfindung, die in der die Priorität dieser Anmeldung begründenden deutschen Patentanmeldung beschrieben sind, sind in "ETZ- Archiv", Bd. 9 (1987) S. 9 bis 14 zusammengefaßt und Bestandteil der Erfindung.

Claims

1. Verfahren zum Kompensieren der von einem Verbraucher (V) erzeugten Oberschwingungsbelastung und/oder Blindlast eines Versorgungsnetzes, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) für jede Phase des Versorgungsnetzes wird ein Netzstromsollwert (i _Rsoll, i _Ssoll, i _Tsoll) für den dem Netz im kompensierten Zustand des Verbrauchers zu entnehmenden Strom vorgegeben, aus dem durch Subtraktion des Istwertes des dieser Phase vom Verbraucher entnommenen Stromes (i _Vx) ein Kompensationsstrom-Sollwert (i _KRsoll, i _KSsoll, i _KTsoll) gebildet wird,
b) an den an das Verbrauchernetz angeschlossenen Phasenleitungen eines zum Verbraucher parallelen Stromrichters, der einen über Energiespeicher verbundenen Ausgang besitzt und durch Ansteuerung seiner Stromrichterventile (S ₁ . . . S ₆) auf jeder Phasenleitung einen Energieaustausch zwischen Versorgungsnetz und Energiespeicher zu jedem Zeitpunkt wahlweise in beiden Richtungen ermöglicht, wird der Istwert (i _Kx) des in den Kompensator fließenden Kompensationsstromes gemessen und die Abweichung (i _KR, i _KS, i _KT) des Istwertes vom Kompensationsstrom-Sollwert gebildet, und
c) durch Ansteuerung der Stromrichterventile wird jede Kompensationsstrom- Abweichung einzeln ausgeregelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Phase den Polaritäten des Kompensationsstrom-Istwertes und seiner Abweichung entsprechende Polaritätssignale (i _KR*, i _KR*, . . .) bestimmt und die Ansteuersignale der Stromrichterventile durch logische Verknüpfung (3) der Polaritätssignale gebildet werden (Fig. 8).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polaritätssignale im Takt einer vorgegebenen Frequenz (f _T) zu den Ansteuersignalen logisch verknüpft werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Netzstromsollwert ein auf die Spannung (u _x) des Versorgungsnetzes synchronisierter Netzstromsollwert erzeugt wird, dessen Amplitude so geregelt wird, daß die dem Netz entnommene Wirkleistung (P _N) gleich der mittleren Wirkleistung (P _V) des Verbrauchers und dem zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Ladungszustandes (u _Csoll) des Energiespeichers erforderlichen Wirkleistungsaufnahme (P _R) des Kompensators ist.

5. Vorrichtung zur Kompensation der von einem Verbraucher erzeugten Oberschwingungen und/oder Blindlast mittels eines Kompensators, der auf einer Seite parallel zu dem Verbraucher an ein Versorgungsnetz und auf der anderen Seite mit einem Energiespeicher verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Auslegung des Kompensators, die durch Ansteuerung der Stromrichterventile auf jeder Phasenleitung einen Energieaustausch zwischen Versorgungsnetz und Energiespeicher zu jedem Zeitpunkt wahlweise in beiden Richtungen gestattet, einen Sollwertgeber zur Vorgabe je eines Kompensationsstrom- Sollwertes für die ans Verbrauchernetz angeschlossenen Phasenleitungen des Stromrichters und jeweils eine Zweipunktregelung für den in eine Phasenleitung fließenden Strom, die jeweils die Steuerimpulse für die Ansteuerung der auf diese Phasenleitung wirkenden Stromrichterventile liefert.