DE3730138C2

DE3730138C2 -

Info

Publication number: DE3730138C2
Application number: DE3730138A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. Hoffmann; Reinhard Dipl.-Ing. 1000 Berlin De Schwarzenau
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1987-09-05
Filing date: 1987-09-05
Publication date: 1993-06-17
Also published as: DE3730138A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruchs 1.

Allen bekannten Kompensationsverfahren zur Kompensation des Blindleistungsbedarfs eines mittels eines Wechselstromstellers gestellten R-L- Last (z. B. Widerstandsschweißmaschine) mit anpaßbarer Kompensationsleistung gemeinsam ist eine Messung der Verbraucherblindleistung nach der dabei unumgänglichen Integrationszeit. Die bisher bekannten thyristorgeschalteten Kompensationsanlagen (TK-Anlagen) arbeiten mit manuell einzustellenden Kompensationsstufen (Kompensationsleistung) und können nicht an den aktuellen Leistungsbedarf angepaßt werden.

Zum Stand der Technik wird dazu auf die Literaturstelle AEG-Telefunken-Druckschrift E25 V 2.8.1/0380 "Thyristorgeschaltete Kondensatoranlagen" hingewiesen.

Bei rasch veränderlichem Blindleistungsbedarf (Stoßlast) können die mit Blindleistungsmessung arbeitenden Kompensationsanlagen nur verzögert reagieren (Integrationszeit der Leistungsmessung). Ein kurzzeitiger Spannungseinbruch kann deshalb nicht verhindert werden.

Es ist bereits in der JE 37 26 745 A1 ein Verfahren zur Bestimmung der Grundschwingungs- Blindleistung einer mittels eines Wechselstromstellers (Steuerwinkel α) gestellten R-L-Last, z. B. einer Widerstandsschweißmaschine, vorgeschlagen worden, bei dem der Stromscheitelwert _L gemessen wird, folgende zwei Kennlinienscharen bereits vorab berechnet und gespeichert wurden,

(1) Lastwinkel ϕ_L als Funktion des Steuerwinkels α und der Phasenlage α_S des Stromscheitelwertes _L,
(2) relative Grundschwingungs-Blindleistung Q₁/S_max als Funktion des Steuerwinkels α und des Lastwinkels ϕ_L

und der Steuerwinkel α bei beginnendem Stromfluß gemessen und dann der Kennlinienschar (2) die relative Grundschwingungs-Blindleistung Q₁/S_max für diesen Steuerwinkel α und für einen bereits bekannten Lastwinkel ϕ_L, der sich aus der Kennlinienschar (1) für diesen Steuerwinkel α ergibt, entnommen wird, wobei die Multiplikation der relativen Blindleistung mit einer vorgegebenen Bezugsleistung S_max den Grundschwingungs-Blindleistungswert Q₁ ergibt. Bei dem geschilderten Verfahren handelt es sich also um ein Verfahren zur Vorhersage der Grundschwingungs-Blindleistung einer R-L-Last, z. B. einer Widerstandsschweißmaschine, wobei der Blindleistungsbedarf dieser R-L-Last bereits zum Stromflußbeginn vorhergesagt wird, wenn folgende charakteristische Kenngrößen bekannt sind:

1. Lastspannungsscheitelwert û_L
2. Laststromscheitelwert _L
3. Zeitpunkt t_a zum Stromflußbeginn (Steuerwinkel α)
4. Zeitpunkt t_s zum Stromscheitelwert (Phasenlage α_S).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem eine Blindleistungskompensationsanlage so steuerbar ist, daß der Einbruch der Versorgungsspannung beim Betrieb von R-L-Lasten mit stoßartigem Blindleistungsbedarf reduziert wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Verfahrensschritte gelöst.

Dabei wird der Blindleistungsbedarf Q_K der R-L-Last aufgrund des oben dargestellten Verfahrens gemäß der DE 37 26 745 A1 bestimmt.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ergeben sich folgende Vorteile:

Aufgrund der verzögerungsfreien Blindleistungsbestimmung ist es möglich, den Spannungseinbruch beim Betrieb von R-L-Lasten mit stoßartigem Blindleistungsbedarf zu reduzieren. Dadurch werden Flickererscheinungen im speisenden Versorgungsnetz reduziert. Das Verfahren läßt sich für beliebige gestellte R-L-Lasten und Blindleistungskompensationsanlagen anwenden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei dient die Fig. 1 dazu, das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich zu erläutern.

Die Fig. 2 zeigt den Aufbau der Blindleistungskompensationsanlage aus mehreren Stufen, die zu- und abgeschaltet werden können.

In der Fig. 1 wird parallel zu einer gestellten R-L-Last (Widerstandsschweißmaschine), bestehend aus der Reihenschaltung einer Induktivität L, eines Widerstandes R und eines Halbleiterwechselstromstellers SL mit einem Steuergerät StL, eine Kompensationsanlage K mit ihrem Steuergerät Stc an einem einphasigen Spannungsnetz NE betrieben. Zunächst wird der benötigte Blindleistungswert Q_K der R-L-Last auf die eingangs beschriebene Weise gemäß der DE 37 26 745 A1 bestimmt, indem die Lastspannung und der Laststrom gemessen und in einer Signalformstufe SI so verarbeitet werden, daß nach deren Weiterleitung zu einer Auswerteeinrichtung AW dort die Lastwinkelkennlinien, die mit dem Meßwert berechnete Bezugsleistung S_max sowie die Kennlinien der relativen Grundschwingungsblindleistung Q₁/S_max ausgewertet werden können. Zur Vereinfachung des Verfahrens kann auf die Messung des Spannungsscheitelwertes verzichtet und ein konstanter Wert für die Bestimmung der Bezugsleistung S_max zugrundegelegt werden.

Zusätzlich zur Lastspannung und zum Laststrom wird ein Vorsteuersignal SYN aus dem Laststeuergerät StL hergeleitet und der Signalformstufe SI zugeführt. Dieses Vorsteuersignal SYN wird beim Spannungsnulldurchgang unmittelbar vor dem ersten Stromflußbeginn der Last "gesetzt" und bei der letzten Stromflußperiode (zweiter Spannungsnulldurchgang) wieder "rückgesetzt". Mit diesem Vorsteuersignal SYN wird die Möglichkeit geschaffen, bei einem großen Steuerwinkel α des Halbleiterwechselstromstellers SL schon vor dem Stromflußbeginn zu einem Zeitpunkt t_krit einen zuvor bestimmten und gespeicherten Blindleistungswert Q_KO als Blindleistungssollwert Q_S der Kompensationsanlage K bereitzustellen. Der Zeitpunkt t_krit ist ein Maß für den spätesten Ansteuerzeitpunkt der Kompensationsanlage K, damit in derselben Netzhalbperiode noch kompensiert werden kann. Der Blindleistungswert Q_KO kann entweder fest vorgegeben oder der letzte Meßwert Q_K sein.

Liegt der Stromflußbeginn t_a zeitlich vor t_krit, so wird der aktuelle "Meßwert" Q_K in der Entscheidungslogik EL ausgewählt. Q_K oder Q_KO werden als mögliche Blindleistungssollwerte Q_S abgegeben.

In der beschriebenen Schaltungsanordnung wird diese Blindleistungsvorgabe in einer Klassifizierungseinrichtung KL so klassifiziert und umgeformt, daß verschiedene Kompensationsanlagen K direkt angesteuert werden können. Die Ansteuerung kann analog oder digital erfolgen.

Ist das Vorsteuersignal SYN nicht vorhanden, so entfällt die Möglichkeit, vor dem Stromflußbeginn der Last zu reagieren. In der Fig. 1 entfallen dann das Vorsteuersignal SYN, der Zeitpunkt t_krit sowie die eventuelle Entscheidung für Q_KO in der Entscheidungslogik EL.

Die Fig. 2 zeigt den Aufbau der Blindleistungskompensationsanlage aus mehreren Stufen, die zu- und abgeschaltet werden können. Parallel zur gestellten R-L-Last, bestehend aus der Reihenschaltung der Drosselspule L, des Widerstandes R und des Halbleiterwechselstromstellers SL mit dem zugeordneten Steuergerät StL, werden N Kompensationsstufen betrieben. Die Kompensationsstufe 1 besteht aus der Reihenschaltung eines Kondensators C1, einer Drosselspule L1 und eines Halbleiterschalters SC1 mit dessen Steuergerät St1. Die N-te Kompensationsstufe hat entsprechend die Baugruppen CN, LN und SCN sowie StN. Die Blindleistung der N-stufigen Kompensationsanlage wird variiert, indem einzelne Stufen zu- oder abgeschaltet werden. Die sonstigen Bezeichnungen und Signale in der Fig. 2 entsprechen denen der Fig. 1.

Zur Vermeidung unnötig hoher Schaltspiele einzelner Stufen der Kompensationsanlage wird der Blindleistungssollwert Q_S einer Hysteresebewertung unterzogen, so daß anschließend nicht der kontinuierlich veränderbare Blindleistungssollwert, sondern der in vorgegebene Leistungsstufen eingeteilte Blindleistungssollwert Q_S klassifiziert wird (Hysteresehub). Bei der Klassifikation des hysteresebewerteten Blindleistungssollwertes Q_S wird so vorgegangen, daß vom Blindleistungssollwert Q_S zunächst der Blindleistungswert der leistungsstärksten Kompensationsstufe subtrahiert wird. Bei einer positiven Differenz wird diese Stufe freigegeben, und von der verbleibenden Differenzleistung wird der Leistungswert einer weiteren Stufe subtrahiert, um die Leistung weiter aufzuteilen. Bei Auftreten einer negativen Differenzleistung wird die aktuell betrachtete Stufe nicht freigegeben.

Die Freigabe der einzelnen Kompensationsstufen erfolgt also dadurch, daß der hysteresebewertete Blindleistungssollwert Q_S klassifiziert wird und jeder angesteuerten Kompensationsstufe jeweils ein logischer Zustand: "Einschalten (Freigabe)" oder "Nicht Einschalten" mitgeteilt wird. Eine freigegebene Kompensationsstufe kann dann durch deren internes Steuergerät StN zum nächstmöglichen Zeitpunkt zugeschaltet werden.

Die Blindleistungsverteilung auf die einzelnen Stufen kann gleich, binär oder betrieblichen Erfordernissen entsprechend erfolgen. Der benötigte Blindleistungswert Q_K der R-L-Last ist erst zum Stromflußbeginn t_a (α) der Last bekannt. Da vollständig vorgeladene Kondensatoren nur in der Nähe von 90°el ausgleichsschwingungsarm zugeschaltet werden können, können beim Steuerwinkel α <90°el die dann angeforderten Stufenleistungen nicht bedarfsgerecht zugeschaltet werden. Deshalb wird mit dem Triggersignal zum Zeitpunkt t_krit der gespeicherte Blindleistungswert Q_KO als Blindleistungssollwert Q_S schon vor dem Stromflußbeginn der Last ausgegeben.

Bei α <90°el ist die Blindleistung rechtzeitig (vor t_krit) bekannt, so daß die mehrstufige Kompensationsanlage auch entsprechend zuschalten kann.

Claims

1. Verfahren zur schnellen Kompensation des Blindleistungsbedarfs einer mittels eines Wechselstromstellers gestellten Last, mittels einer Blindleistungskompensationsanlage, deren kapazitive Grundschwingungsblindleistung über Halbleiterschalter bzw. -steller dynamisch verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Zeitpunkt des Stromflußbeginns (Steuerwinkel α) bekannte Blindleistung (Q_K) der Last der Blindleistungssollwert (Q_S) einer parallel zur Last betriebenen, verstellbaren, kapazitiv wirkenden Kompensationslast ist, und daß beim Spannungsnulldurchgang an der Last ein Vorsteuersignal (SYN) zur Kennzeichnung des Stromflußbeginns (Steuerwinkel α) erzeugt wird, mit dem zu einem Zeitpunkt (t_krit), der den spätestmöglichen Ansteuerzeitpunkt zur Blindleistungs- Kompensation innerhalb dieser Netzhalbperiode darstellt, ein Triggersignal erzeugt wird, wodurch in einer Entscheidungslogik (EL) schon vor Stromflußbeginn der Last ein gespeicherter Blindleistungswert (Q_KO) bereitgestellt und als Blindleistungssollwert (Q_S) dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Entscheidungslogik (EL) eine Reihe von Blindleistungswerten (Q_S) tabellarisch gespeichert sind, die entweder konstante Werte oder aber Meßwerte sind, die zyklisch aktualisiert werden.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindleistungskompensationsanlage aus 1 bis N Stufen besteht, die jeweils aus einer Reihenschaltung eines Kondensators (C1 bis CN), einer Drosselspule (L1 bis LN) sowie eines Halbleiterschalters (SC1 bis SCN) mit seinem Steuerteil aufgebaut sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung der Blindleistungskompensationsanlage der Blindleistungssollwert (Q_S) einer Hysteresebewertung unterzogen wird.