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Die Erfindung betrifft eine
Gleichstrom-Leistungsübertragungsanlage, die zwei Wechselstromssysteme verbindet.
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In einer Gleichstrom-Leistungsübertragungsanlage sind ein
erster, als ein Gleichrichter arbeitender extern geführter, oder
kommutierter Umrichter und ein zweiter, als ein Wechselrichter
arbeitender, fremdgeführter Umrichter miteinander auf ihren
Gleichstromseiten über Gleichstrom-Spulen und eine
Gleichstrom-Übertragungsleitung verbunden. Jeder Umrichter ist auf
seiner Wechselstrom-Seite über einen Transformator und einen
Schalter, oder Unterbrecher mit einem Wechselstromsystem
verbunden.
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Ein Steuersystem, das die Umrichter steuert, weist am ersten
Umrichter ein Austauschleistung-Steuersystem und beim zweiten
Umrichter ein Sicherheitswinkel-Steuersystem auf.
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Das Austauschleistungs-Steuersystem steuert den Ausgangs-
Gleichstrom des ersten als ein Gleichrichter arbeitenden
Umrichters, um die beim Wechselstrom-System des ersten
Umrichters gemessene aktive Austauschleistung auf einen festen Wert
zu bringen. Andererseits steuert das
Sicherheitswinkel-Steuersystem den fortschreitenden Winkel des zweiten Umrichters, um
einen genügend großen Sicherheits- oder Grenzwinkel zu
erzielen, damit die Kommutation des zweiten Umrichters nicht
ausfällt. Eine Sicherheitswinkel-Steuereinrichtung ist aus dem
Stand der Technik bekannt und beispielsweise in der JP-A-
46956/1983 beschrieben.
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Das Sicherheitswinkel-Steuersystem halt einen geeigneten
Sicherheitswinkel des zweiten Umrichters aufrecht und bestimmt
eine Gleichspannung der Gleichstrom-Übertragungsleitung,
während das Austauschleistungs-Steuersystem den Gleichstrom
steuert. Folglich kann ein stabiler Betrieb des Gleichstrom-
Leistungsübertragungssystem fortgesetzt werden. Ein solches
Steuersystem ist bekannt und beispielsweise in der JP-A-
107443/1975 beschrieben.
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Ein fremdgeführter Stromrichter, der für eine Verbindung
zwischen zwei Wechselstromssystemen verwendet wird und als ein
Umrichter arbeitet, ist vom Wechselstromsystem aus gesehen
eine Last mit induktivem (nacheilendem) Leistungsfaktor, so
daß er die notwendige Blindleistung vom Wechselstromsystem
erhält. Bei herkömmlichen
Leistungsübertragungs-Steuersystemen, wie in der EP-A-765319 und der DE-A-15 13 985 beschrieben,
wurde in einem solchen Fall das technische Konzept einer
Steuerung der Blindleistung des Umrichters nicht eingesetzt.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine
Gleichstrom-Leistungsübertragungsanlage vorzusehen, die stabil arbeiten kann,
während sie die vom Umrichter benotigte Blindleistung und die
Austauschleistung zwischen den beiden Wechselstromsystemen
steuert.
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Diese Aufgabe wird gemäß eines Aspektes der Erfindung dadurch
gelöst, daß ein selbstgeführter Stromrichter, der eine PWM
(Pulsbreitenmodulation)-Steuerung durchführen kann, als ein
als Wechselrichter arbeitender Umrichter verwendet wird,
wobei die Blindleistung vom Umrichter durch Steuern der Spannung
und des Stromes seines Wechselstromsystems geregelt wird, die
Gleichspannung durch eine PWM-Steuerung des Umrichters
geregelt wird, und der Gleichstrom durch Steuern des anderen als
Gleichrichter arbeitenden Umrichters geregelt wird.
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Die Verwendung eines selbstgeführten Stromrichters als der als
ein Wechselrichter arbeitende Umrichter und das Vorsehen der
Steuervorrichtung für dessen Blindleistung ermöglichen eine
Gleichstrom-Leistungsübertragungsanlage, die stabil arbeiten
kann, während sie die Blindleistung des Umrichters steuert,
ohne ihre Fähigkeiten zur Steuerung der Spannung und des
Stromes in der Anlage zu beeinflussen.
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In den Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen
Gleichstrom-Leistungsübertragungsanlage,
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Fig. 2 einen Schaltplan des ersten Umrichters von Fig. 1,
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Fig. 3 einen Schaltplan des zweiten Umrichters von Fig. 1,
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Fig. 4 und 5 Blockdiagramme von
Austauschleistung-Steuerschaltungen mit verschiedenen Konfigurationen,
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Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Gleichstrom-Steuerschaltung
von Fig. 1,
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Fig. 7, 8 und 9 Blockdiagramme von Gleichspannungs-Steuerschaltungen
in verschiedenen Konfigurationen,
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Fig. 10 ein Blockdiagramm einer
Blindleistungs-Steuerschaltung,
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Fig. 11 ein Ablaufdiagramm der Strom-Leitzustände in jeder
Phase und bei jedem Arm des selbstgeführten
Stromrichters bei PWM-Steuerung,
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Fig. 12 den Betriebsbereich des selbstgeführten
Stromrichters,
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Fig. 13 ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung zum Umkehren
des Leistungsflusses,
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Fig. 14 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen
Gleichstrom-Leistungsübertragungsanlage und
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Fig. 15 ein Blockdiagramm der
Phasendifferenzwinkel-Steuerschaltung von Fig. 14.
Erste Ausführungsform
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Der Grundschaltkreis, der gemäß der ersten Ausführungsform der
Erfindung aufgebauten Gleichstrom-Leistungsübertragungsanlage
und das Blockdiagramm der Steuersysteme sind in Fig. 1
gezeigt. Im Grundschaltkreis von Fig. 1 kann ein als ein
Gleichrichter auf einer A-Seite arbeitender Umrichter 5 ein
selbstgeführter Stromrichter oder ein extern oder
fremdgeführter Umrichter sein. Der Einfachheit halber wird in der
folgenden Beschreibung angenommen, daß der Umrichter 5 ein
fremdgeführter Umrichter ist. Auf der B-Seite ist ein selbstgeführter
Stromrichter als ein als Wechselrichter arbeitender Umrichter
6 vorgesehen. Der Umrichter 5 besteht, wie in Fig. 2 gezeigt,
aus sechs Thyristoren 5U, 5V, 5W, 5X, 5Y und 5Z in Dreiphasen-
Brückenverbindung. Der Umrichter 6 besteht seinerseits, wie in
Fig. 3 gezeigt, aus sechs Abschaltthyristoren (GTO) 6U, 6V,
6W, 6X, 6Y und 6Z in Dreiphasen-Brückenverbindung.
Gleichstromspulen 4A und 4B sind auf der Gleichstromseite der
Umrichter 5 und 6 vorgesehen. Die Umrichter, Gleichstromspulen
und Gleichstrom-Übertragungsleitungen bilden einen
geschlossenen Schaltkreis. Die Wechselstromseiten der Umrichter 5A und
5B sind über Transformatoren 3A bzw. 3B und
Schaltkreisunterbrecher, oder Schalter 2A bzw. 2B mit
Wechselstromsystemen 1A bzw. 1B verbunden.
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Ein den fremdgeführten Umrichter 5 steuerndes
Austauschleistung-Steuersystem weist eine
Austauschleistungs-Steuerschaltung (IPC) 41 auf, die einen Bezugs-Gleichstrom Idp ausgibt,
durch den eine Austausch-Wirkleistung Pd gleich einer Bezugs-
Austauschleistung Pdp gemacht wird, welche wiederum von einer
Austauschleistung-Einstellvorrichtung 31 eingestellt wurde,
wobei die Austausch-Wirkleistung Pd von einem Wirkleistungs-
Detektor 22 erfaßt wird, dem eine von einem
Spannungstransformator 13 aufgenommene Spannung und ein von einem
Stromtransformator 14 aufgenommener Strom eingegeben werden,
wobei der Spannungs- und der Stromtransformator auf der Seite
des Transformators 3B beim Umrichter 6 vorgesehen sind. Der
tatsächliche Gleichstrom der
Gleichstrom-Leistungsübertragungsleitung 8 wird von einem Gleichstromtransformator 11A und
einem Gleichstromdetektor 21A erfaßt. Um diesen tatsächlichen
Gleichstrom gleich dem oben beschriebenen Bezugs-Gleichstrom
Idp zu machen, wird der Umrichter 5 mittels einer Gleichstrom-
Steuerschaltung (DCC) 42, einer Phasen-Steuerschaltung (PHS)
43A und einer Impulsverstärkerschaltung (PA) 44A gesteuert.
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Eine besondere Schaltkreiskonfiguration der Austauschleistung-
Steuerschaltung 41 ist in Fig. 4 gezeigt. Bei der in Fig. 4
gezeigten Austauschleistungs-Steuerschaltung 41 werden die von
dem Wirkleistungsdetektor 22 erfaßte Austauschleistung Pd und
die von der Austausch-Wirkleistung-Einstellvorrichtung 31
eingestellte Bezugs-Austauschleistung Pdp von einem Addierer 412
miteinander addiert, um eine Differenz zwischen diesen zu
erhalten, welche von einem Austauschleistungsregler (IPR) 411
verstärkt wird, um für die Steuerung der Austauschleistung den
Bezugs-Gleichstrom Idp zu erhalten. Da die Gleichspannung in
dem derartigen Gleichstrom-Leistungsübertragungssystem im
wesentlichen konstant gehalten wird, kann eine andere, in Fig.
5 gezeigte Austauschleistung-Steuerschaltung 41A verwendet
werden, bei der die von der
Austauschleistung-Einstellvorrichtung 31 eingestellte Bezugs-Austauschleistung Pdp im
Normalbetrieb von einem Dividierer 413 durch eine
Bezugs-Gleichspannung Edp geteilt wird, welche von einer
Gleichspannungs-Einstellvorrichtung 32 eingestellt wurde, um den Term Pdp/Edp zu
berechnen, welcher von einem Addierer 414 zu dem Ausgang von
einem Austauschleistungsregler 411 addiert wird, um den
Bezugs-Gleichstrom Idp zu erhalten.
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Eine spezielle Schaltkreiskonfiguration der
Gleichstrom-Steuerschaltung 42 ist in Fig. 6 gezeigt. Wie aus dieser Figur
ersichtlich, werden in dieser Steuerschaltung der von dem
Gleichstromdetektor 21A erfaßte Gleichstrom Id und der Bezugs-
Gleichstrom Idp von der Austauschleistungs-Steuerschaltung 41
mit einem Addierer 422 addiert, um eine Differenz zwischen
diesen zu erhalten, die dann von einem Gleichstromregler (DCR)
421 verstärkt und der Phasen-Steuerschaltung 43A zugeführt
wird.
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Die Phasen-Steuerschaltung 43A bestimmt, basierend auf dem
Ausgang von der Gleichstrom-Steuerschaltung 42, den
Verzögerungswinkel α des fremdgeführten Umrichters 5, um den
Zündzeitpunkt des Umrichters über die Impulsverstärkerschaltung
44A auf die oben beschriebene Weise zu steuern.
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Wieder mit Bezug auf Fig. 1, der Steuerfaktor a&sub2; und der
Phasendifferenzwinkel R&sub2; zwischen der Wechselspannung und dem
Wechselstrom des selbstgeführten Umrichters 6 werden von einer
Gleichspannungs-Steuerschaltung (DVC) 51, der eine von einer
Gleichspannungs-Einstellvorrichtung 32 eingestellte
Bezugsspannung Edp eingegeben wird, beziehungsweise einer Blindstrom-
Steuerschaltung (RPC) 52, der ein von einer Blindleistungs-
Einstellvorrichtung 33 eingestellter Bezugswert Q2dp eingegeben
wird, gesteuert. Der Steuerfaktor a&sub2; und der
Phasendifferenzwinkel R&sub2; werden in eine Impulsbreiten-Phasensteuerschaltung
(PWP) 53 zur weiteren Verarbeitung eingegeben und dann über
eine An-Aus-Impulsverstärkerschaltung (PA) 54 an den Umrichter
6 übergeben.
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In der Gleichspannungs-Steuerschaltung 51 werden, wie
beispielsweise in Fig. 7 gezeigt, die von der Gleichspannungs-
Einstellvorrichtung 32 eingestellte Bezugs-Gleichspannung Edp
und die vom Gleichspannungsdetektor 24 erfaßte Gleichspannung
Ed mit einem Addierer 512 addiert, um eine Differenz zwischen
diesen zu erhalten, die dann an einen Gleichspannungsregler
(DVR) 511 übergeben wird, um den Steuerfaktor a&sub2; zu erhalten.
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Dieser Steuerfaktor a&sub2; bestimmt die Impulsbreite eines
Ausgangssignales vom Umrichter 6.
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Die Blindleistung des selbstgeführten Stromrichters 6 wird
beispielsweise in der Blindleistungs-Steuerschaltung 52
gesteuert, wie in Fig. 10 gezeigt. Eine von einer Blindlei-
Stungs-Einstellvorrichtung 33 eingestellte
Bezugs-Blindleistung und eine vom Umrichter verbrauchte und von einem
Blindleistungsdetektor 23 erfaßte Blindleistung werden mit einem
Addierer 522 addiert, um eine Differenz zwischen diesen zu
erhalten, die dann einem Blindleistungsregler (RPR) 521 und
einem Begrenzer 523 eingegeben wird, um das
Phasendifferenzwinkelsignal R&sub2; zu erhalten. Der Begrenzer 523 ist vorgesehen, um
den Phasendifferenzwinkel zwischen der Wechselspannung und dem
Wechselstrom auf 90º bis 270º oder auf -90º bis +90º im
elektrischen Winkel, zu begrenzen. Bei dieser Ausführungsform ist
der Winkel auf 90º bis 270º begrenzt.
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Der Impulsbreiten-Phasensteuerschaltung 53 wird dann der
Steuerfaktor a&sub2; von der Gleichstrom-Steuerschaltung 51 und der
Phasendifferenzwinkel R&sub2; von der Blindleistungs-Steuerschaltung 52
eingegeben, und sie gibt Zeitsteuerungsimpulse aus, welche die
Impulsbreite und den Phasendifferenzwinkel eines Ausgangs des
Umrichters bestimmen, um das Einschalten und Abschalten jedes
Thyristors des Umrichters durch die
Ein-Aus-Impulsverstärkerschaltung 54 zu steuern.
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Es gibt viele bekannte Pulsbreiten-Steuerungsverfahren. In
diesem Ausführungsbeispiel sind Wechselstrom-Wellenformen des
selbstgeführten Stromrichters in Fig. 11 beispielhaft
gezeigt, wobei jede momentane Wellenform U bis Z in jedem
Leitungsarm (leitenden Thyristor) jedem der in Fig. 3 mit 6U bis
6W bezeichneten Thyristoren entspricht. Ein Wechselstrom mit
rechteckiger Wellenform und einem elektrischen Winkel von 120º
fließt in einem fremdgeführten Umrichter, wobei ein
Kommutierungs-Überlappungswinkel vernachlässigt wird. Im Fall eines
selbstgeführten Stromrichters gibt es jedoch aufgrund der
Pulsbreitensteuerung eine Periode Φa ohne Strom, wie in Fig.
11 gezeigt. Diese Periode Φa ohne Strom wird durch den
Steuerfaktor a&sub2; gesteuert. Der Steuerfaktor a&sub2; und der
Phasendifferenzwinkel R&sub2; (welcher dem Steuerungs-Verzögerungswinkel α
eines extern geführten Umrichters entspricht) zwischen einem
Grund-Wechselstrom und einer Grund-Wechselspannung des
selbstgeführten Stromrichters 6 werden von der
Impulsbreiten-Phasensteuerschaltung 23 gesteuert.
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Die Wirkleistung P und die Blindleistung Q, die wie oben
beschrieben gesteuert vom Wechselstromsystem des selbstgeführten
Stromrichters empfangen und zu diesem gesendet werden, sind
durch die folgenden, bekannten Gleichungen gegeben. Deren
Betriebsbereich ist in Fig. 12 gezeigt.
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P = a&sub2;·Edo·Id·cosR&sub2;
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Q = a&sub2;·Edo·Id·sin
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wobei Edo eine sogenannte Gleichspannung im lastfreien Betrieb
des selbstgeführten Stromrichters 6 ist und durch EAC3 2/π
wiedergegeben wird, wobei EAC eine Wechselspannung ist. Id ist ein
auf der Gleichstromseite durch den Umrichter 6 fließender
Gleichstrom.
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Bei dem erfindungsgemäßen Steuersystem steuert der Gleichstrom
Id den Steuerwinkel des Umrichters 5 beim Wechselstromsystem
1A, während die Austauschleistung von der Austauschleistung-
Steuerschaltung 41 und der Gleichstrom-Steuerschaltung 42
derart gesteuert wird, daß sie der von der
Austauschleistung-Einstellvorrichtung 31 eingestellten Bezugs-Austauschleistung Pdp
folgt.
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Die Gleichspannung Ed des Umrichters 6 ist gegeben durch
Ed = a&sub2;·EdocosR&sub2;. Es sei angenommen, daß die vom
Wechselstromsystem empfangene und zu diesem gesandte Blindleistung
des Umrichters 6 von der Blindleistungs-Steuerschaltung 52 so
gesteuert wird, daß sie der Bezugs-Blindleistung Q2dp folgt.
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Der Phasendifferenzwinkel R&sub2; wird dann entsprechend gesteuert.
Wenn die Bezugs-Gleichspannung Edp zunimmt, nimmt auch ein
Ausgangssignal vom Addierer 512 in der in Fig. 7 gezeigten
Gleichspannungs-Steuerschaltung 51 zu. Der
Gleichspannungsregler 511 bewirkt daher die Zunahme des Steuerfaktors a&sub2;, um
dadurch die Gleichspannung so zu steuern, daß sie der Bezugs-
Gleichspannung Edp folgt. Wenn dagegen die
Bezugs-Gleichspannung Edp abgesenkt wird, läuft der Betrieb umgekehrt wie oben
beschrieben ab, so daß die Gleichspannung Ed so gesteuert wird,
daß sie der Bezugs-Gleichspannung Edp folgt.
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Die Gleichspannung wird wie zuvor beschrieben dadurch
geregelt, daß der Steuerfaktor a&sub2; durch die
Gleichspannungs-Steuerschaltung 51 gesteuert wird. In diesem Zusammenhang soll nun
der Betrieb der Blindleistungs-Steuerschaltung 52 erläutert
werden. Es sei hier angenommen, daß der selbstgeführte
Stromrichter 6 so arbeitet, daß er eine nacheilende Blindleistung
vom Wechselstromsystem empfängt. In diesem Fall nimmt dann,
wenn die Bezugs-Blindleistung Q2dp erhöht wird, ein
Ausgangssignal vom Addierer 522 in der in Fig. 10 gezeigten
Blindleistungs-Steuerschaltung 52 ab. Der Blindleistungsregler 521
arbeitet daher so, daß er den Phasendifferenzwinkel R&sub2;
vermindert, und die Blindleistung wird so gesteuert, daß sie der
Bezugs-Blindleistung Q2dp folgt und größer wird. Wenn dagegen
die Bezugs-Blindleistung Q2dp kleiner gemacht wird, läuft der
Betrieb umgekehrt wie oben beschrieben ab, so daß die
Blindleistung so gesteuert wird, daß sie der Bezugs-Blindleistung
folgt und abnimmt.
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Bis hierher wurde beschrieben, daß die Austauschleistungs-
Steuerschaltung 41 den Bezugs-Gleichstrom steuert, um in
Verbindung mit der von der Gleichspannungs-Steuerschaltung 51
gesteuerten Gleichspannung einen zum Steuern der
Austauschleistung notwendigen Strom zu erhalten, während die Gleichstrom-
Steuerschaltung 42 den Gleichstrom so steuert, daß er dem
Bezugs-Gleichstrom folgt. Zusätzlich wird die Blindleistung des
selbstgeführten Stromrichters 6 von der
Blindleistungs-Steuerschaltung
52 gesteuert.
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Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird nicht
nur die Austauschleistung der
Gleichstrom-Leistungsübertragungsanlage gesteuert, sondern auch die Blindleistung des
selbstgeführten Stromrichters selbst. Dadurch ergibt sich, daß
das mit dem selbstgeführten Stromrichter verbundene
Wechselstromsystem unter Verwendung der Blindleistung stabil
gesteuert werden kann.
Modifikation
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Beim obigen Ausführungsbeispiel wurde der Einfachheit halber
der Umrichter des Wechselstromsystems 1A als ein
fremdgeführter Umrichter beschrieben. Der Umrichter 5 kann jedoch
auch ein selbstgeführter Stromrichter sein. In diesem Fall
werden anstelle der Phasensteuerschaltung 43 und der
Impulsverstärkerschaltung 44 eine
Impulsbreiten-Phasensteuerschaltung (Bezugszeichen 53 in Fig. 1) und eine
Ein-Aus-Impulsverstärkerschaltung (Bezugszeichen 54 in Fig. 1) verwendet,
wobei der Phasendifferenzwinkel zwischen der Wechselspannung und
dem Wechselstrom im Umrichter 5 mit der
Gleichstrom-Steuerschaltung 42 gesteuert wird.
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Wenn ferner der Umrichter 5 im Gleichrichter-Betriebsmodus vom
Wechselstromsystem eine nacheilende Blindleistung empfangen
soll, wird der Phasendifferenzwinkel auf 0 bis 90º begrenzt,
während dann, wenn er eine nacheilende Blindleistung an das
Wechselstromsystem liefern soll, der Phasendifferenzwinkel auf
-90º bis 0º begrenzt wird, wie aus Fig. 12 ersichtlich.
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In einem Gleichstrom-Leistungsübertragungssystem ist es
üblich, die Austauschleistung nicht nur vom Wechselstromsystem
1A zum Wechselstromsystem 1B zu übertragen, sondern auch vom
Wechselstromsystem 1B zum Wechselstromsystem 1A. Wenn also
eine solche Steuerung benötigt wird, wie in Fig. 1 gezeigt,
sind bei beiden Umrichtern Gleichstrom-Steuerschaltungen 421
und 422, Sicherheitswinkel-Steuerschaltungen 451 und 452,
Auswahlschaltungen 461 und 462 zum automatischen Auswählen
kleinerer Steuerungs-Verzögerungswinkel und
Stromrand-Einstellvorrichtungen 341 und 342 vorgesehen, wobei ein Schalter 482 oder
481 an dem als ein Wechselrichter zu betreibenden Umrichter
geschlossen wird, um einen Stromsicherheitsbereich ΔIdp
vorzusehen. Der Einfachheit halber wurde in der obigen
Beschreibung angenommen, daß der Umrichter 5 als ein Gleichrichter
arbeitet, während der Umrichter 6 als ein Wechselrichter
arbeitet, indem der Phasendifferenzwinkel durch den in der
Blindleistungs-Steuerschaltung 52 vorgesehenen Begrenzer 523
auf 90º bis 270º begrenzt wurde. Wenn der
Phasendifferenzwinkel jedoch durch den Begrenzer 523 auf -90º bis +90º begrenzt
wird, kann der Umrichter 6 als ein Gleichrichter betrieben
werden. Unabhängig von der Art des Umrichters 5, das heißt,
fremdgeführter Umrichter oder selbstgeführter Stromrichter,
arbeitet der Umrichter 5 unter der Steuerung der
Gleichstromsteuerschaltung 42 automatisch als ein Wechselrichter. Die
Erfindung ist daher gleichfalls für den Fall anwendbar, bei
dem die Austauschleistung vom Wechselstromsystem 1B zum
Wechselstromsystem 1A übertragen wird.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann, obwohl die
Austauschleistung beim Wechselstromsystem des selbstgeführten
Stromrichters erfaßt wird, diese Erfassung auch beim
Gleichstrom-Leistungsübertragungssystem oder in einem anderen
Bereich der Schaltung erfolgen.
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In der bisherigen Beschreibung wurde als die Gleichspannungs-
Steuerschaltung 51 die in Fig. 7 gezeigte Steuerschaltung
verwendet, bei der eine Differenz zwischen der
Bezugs-Gleichspannung Edp und der erfaßten Gleichspannung Ed verstärkt wird,
und die Gleichspannung wurde so gesteuert, daß sie der Bezugs-
Gleichspannung folgte. Der Schaltungsaufbau kann jedoch auch
so wie in Fig. 8 oder in Fig. 9 gezeigt sein.
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Bei der in Fig. 8 gezeigten Gleichspannungs-Steuerschaltung
51A wird der Steuerfaktor a&sub2; aus einer Bezugs-Gleichspannung
Edp, einer lastfreien Spannung Edo und einem
Phasendifferenzwinkel R&sub2; basierend auf der Tatsache berechnet, daß die
Gleichspannung als a&sub2;·Edo·cosR&sub2; berechnet werden kann. Die Bezugs-
Gleichspannung Edp wird von der
Gleichspannungs-Einstellvorrichtung 32 eingestellt. Die lastfreie Spannung Edo ist unter
der Voraussetzung, daß die Wechselspannung am selbstgeführten
Stromrichter 6 konstant ist, konstant oder hat einen Wert, der
durch Erfassen der Wechselspannung erhalten wird. Der
Phasendifferenzwinkel R&sub2; kann als ein Wert eines Eingangssignals für
die Impulsbreiten-Phasensteuerschaltung 53 verwendet werden.
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Die in Fig. 9 gezeigte Gleichspannungs-Steuerschaltung 51B
wird durch Kombinieren der Schaltungen von Fig. 7 und 8
aufgebaut, wobei der Steuerfaktor a&sub2; des selbstgeführten
Stromrichters 6 so gesteuert wird, daß die Gleichspannung Ed der
Bezugs-Gleichspannung Edp folgt.
Zweites Ausführungsbeispiel
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein stabiler Betrieb
gewährleistet, während die Blindleistung des selbstgeführten
Stromrichters und die Austauschleistung der
Gleichstrom-Leistungsübertragungsanlage gesteuert wird. Dieses
Ausführungsbeispiel ist mit Bezug auf Fig. 14 beschrieben.
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Bei dem in Fig. 14 gezeigten System liegt ein
charakteristisches Merkmal darin, daß eine
Phasendifferenzwinkel-Steuerschaltung (PHD) 55 anstelle der Blindleistungs-Steuerschaltung
52 von Fig. 1 vorgesehen ist. Die
Phasendifferenzwinkel-Steuerschaltung 55 besteht, wie in Fig. 15 gezeigt, aus einem
Addierer 552, einem Blindleistungsregler 551, einem Operator 554
und einem Begrenzer 553. Der Addierer 552 addiert eine Bezugs-
Blindleistung Q2dp, die von dem selbstgeführten Stromrichter 6
verbraucht und von einer Blindleistungs-Einstellvorrichtung 33
eingestellt wird, und eine Blindleistung Pdp, die vom Umrichter
6 verbraucht und von einem Blindleistungsdetektor 23 erfaßt
wird. Der Blindleistungsregler 551 verstärkt das vom Addierer
552 ausgegebene Differenzsignal. Der Operator 554 berechnet
den tan&supmin;¹-Wert, indem er als seine Operanden das Ausgangssignal
Q2dpc vom Blindleistungsregler 551 und die
Bezugs-Austauschleistung Pdp verwendet. Der Begrenzer 553 begrenzt den vom
Operator 554 ausgegebenen Phasendifferenzwinkel R&sub2; auf 90 bis 270
(oder -90 bis +90)º. Der Einfachheit halber sei angenommen,
daß der Begrenzer 553 den Phasendifferenzwinkel auf 90 bis
270º begrenzt. Die anderen Bedingungen unterscheiden sich
nicht von denen von Fig. 1.
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Die Gleichspannung des Umrichters 6 ist gegeben durch
Ed = a&sub2;·Edo·cosR&sub2;, wie bereits beschrieben. Ferner ist der
Phasendifferenzwinkel R&sub2; unter Verwendung der Wirkleistung P
und der Blindleistung Q gegeben durch R&sub2; = tan&supmin;¹ (Q/P). Soll
nun die Gleichspannungs-Steuerschaltung 51 betrachtet werden,
und es wird angenommen, daß der Phasendifferenzwinkel R&sub2; des
Umrichters 6 von der Phasendifferenzwinkel-Steuerschaltung 55
gesteuert wird. Wenn die Bezugs-Gleichspannung Edp erhöht wird,
nimmt ein Ausgangssignal vom Addierer 512 in der in Fig. 7
gezeigten Gleichspannungs-Steuerschaltung 51 zu, so daß der
Gleichspannungsregler 511 den Steuerfaktor a&sub2; erhöht und die
Gleichspannung Ed so steuert, daß sie der Bezugs-Gleichspannung
Edp folgt. Wenn dagegen die Bezugs-Gleichspannung Edp vermindert
wird, läuft der Betrieb umgekehrt wie oben beschrieben ab, so
daß die Gleichspannung Ed so gesteuert wird, daß sie der
Bezugs-Gleichspannung Edp folgt.
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Die Gleichspannung wird wie gerade beschrieben geregelt, indem
der Steuerfaktor a&sub2; von der Gleichspannungs-Steuerschaltung 51
gesteuert wird. Im folgenden ist der Betrieb der
Phasendifferenzwinkel-Steuerschaltung 55 beschrieben. Es sei hier
angenommen, daß der Umrichter 6 betrieben wird, indem er die
nacheilende Blindleistung vom Wechselstromsystem empfängt. Wenn
die Bezugs-Blindleistung Q2dp erhöht wird, nimmt ein
Ausgangssignal vom Addierer 552 in der in Fig. 15 im einzelnen
gezeigten Phasendifferenzwinkel-Steuerschaltung 55 zu, so daß
ein Ausgangssignal Q2dpc vom Blindleistungsregler 551 ebenfalls
ansteigt. Da die an einem anderen Eingang des Operators 554
eingegebene Bezugs-Austauschleistung Pdp konstant ist, nimmt
dagegen der vom Operator berechnete Phasendifferenzwinkel R&sub2; =
tan&supmin;¹ (Q2dpc/Pdp) zu, um die Blindleistung so zu steuern, daß sie
der Bezugs-Blindleistung folgt. Wenn dagegen die
Bezugs-Blindleistung vermindert wird, läuft der Betrieb umgekehrt wie oben
beschrieben ab, so daß die Blindleistung so gesteuert wird,
daß sie der Bezugs-Blindleistung folgt.
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Bis hierher wurde beschrieben, daß die Austauschleistungs-
Steuerschaltung 51 den Bezugs-Gleichstrom steuert, um in
Verbindung mit der von der Gleichspannungs-Steuerschaltung 51
gesteuerten Gleichspannung einen zum Steuern der
Austauschleistung notwendigen Strom zu erhalten, während die Gleichstrom-
Steuerschaltung 52 den Gleichstrom so steuert, daß er dem
Bezugs-Gleichstrom folgt. Zusätzlich wird die Blindleistung des
selbstgeführten Stromrichters 6 von der Phasendifferenzwinkel-
Steuerschaltung 55 gesteuert.
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Wie oben dargelegt, wird auch bei dem Ausführungsbeispiel von
Fig. 14 nicht nur die Austauschleistung zwischen den zwei
Wechselstromsystemen gesteuert, sondern auch die Blindleistung
des selbstgeführten Stromrichters selbst wird gesteuert.
Ferner wird eine Steuerung oder Stabilisierung des mit dem
selbstgeführten Stromrichter verbundenen Wechselstromsystemes
durch die Blindleistung erreicht, indem die
Bezugs-Blindleistung gesteuert wird.
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Die verschiedenen mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel
beschriebenen Modifikationen sind auch auf das zweite
Ausführungsbeispiel anwendbar.
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Bei dem bis hier beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel
kann die Bezugs-Blindleistung Q2dp direkt zu dem am Ausgang des
Blindleistungsreglers 551 in der
Phasendifferenzwinkel-Steuerschaltung
von Fig. 15 vorgesehenen Addierer addiert werden.
Dadurch wird eine Veränderung der Bezugs-Blindleistung direkt
in den Addierer 554 eingegeben, ohne daß diese an den
Blindleistungsregler 551 übergeben wird, so daß ein schnelles
Ansprechen auf eine Veränderung der Bezugs-Blindleistung möglich
wird.
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Ferner kann die Bezugs-Blindleistung direkt in den Operator
554 eingegeben werden, anstatt den Blindleistungsregler 551 in
der Phasendifferenzwinkel-Steuerschaltung 55 zu verwenden,
wodurch sich die selben Vorteile wie oben ergeben. Anstelle
der Bezugs-Austauschleistung Pdp für den zweiten Eingang des
Operators 554 kann ferner selbstverständlich auf ähnliche
Weise der erfaßte Wert Pd verwendet werden. Unabhängig davon, ob
der Phasendifferenzwinkel des selbstgeführten Stromrichters
ein Bezugswert oder ein erfaßter Wert ist, kann also die
Steuerung basierend auf einem Verhältnis der Blindleistung des
selbstgeführten Stromrichters zur Austauschleistung zwischen
den Wechselstromsystemen durchgeführt werden.
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Erfindungsgemäß kann eine
Wechselstrom-Leistungsübertragungsanlage, die die Austauschleistung zwischen
Wechselstromsystemen auf stabile Weise austauschen kann realisiert werden,
indem der Phasendifferenzwinkel mit der
Blindleistungs-Steuerschaltung oder der Phasendifferenz-Steuerschaltung gesteuert
wird, um die Blindleistung des selbstgeführten Stromrichters
zu steuern, indem der Steuerfaktor des selbstgeführten
Stromrichters mit der Gleichspannungs-Steuerschaltung gesteuert
wird, um die Gleichspannung der
GleichStrom-Leistungsübertragungsanlage zu steuern, und indem über andere Umrichter der
durch die Gleichstrom-Leistungsübertragungsanlage fließende
Gleichstrom mit der Gleichstrom-Steuerschaltung gesteuert
wird.