DE3927437A1 - Verfahren zur dynamischen symmetrierung von mehrphasen-netzen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur dynamischen Symmetrierung von Mehrphasen-Netzen, wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 näher defi­ niert ist.

Allen bisher bekannten Verfahren zur Symmetrierung von Mehrphasen-Netzen mit anpaßbarer Symmetrierleistung gemeinsam ist eine Messung der erfor­ derlichen Symmetrier-Blindleistung über eine unumgängliche Integrations­ zeit. Die Steinmetzschaltung ist bekannt. Bei rasch veränderlichem Symme­ trieleistungsbedarf, wie er bei Stoßlast auftritt, können die bekannten messenden Symmetriereinrichtungen oft nicht, nur verzögert oder zum Teil auch falsch reagieren.

Zweck der Erfindung ist eine Verminderung der betriebsbedingten Spannungs­ abfälle im Versorgungsnetz, die bei Stoßlasten wie einphasig betriebenen Schweißmaschinen auftreten, zur Vermeidung bzw. Reduktion störender Rück­ wirkungen auf andere Verbraucher (z. B. Flicker).

Die vorliegende Aufgabe liegt darin, die Symmetriereinrichtungen verzöge­ rungsfrei zu steuern.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Durch das verzögerungsfreie Zuschalten der Symmetriereinrichtung können vorteilhaft große Spannungsänderungen in speisenden Mehrphasen-Versor­ gungsnetzen bei leistungsstarken Einphasen-Stoßlasten vermieden bzw. re­ duziert werden.

Man bedient sich dazu eines Verfahrens, wie es zur Bestimmung der Grund­ schwingungs-Blindleistung oder Wirkleistung einer gestellten RL-Last bereits bekannt bzw. an anderer Stelle vorgeschlagen wurde (z. B. P 37 26 745.0 oder P 39 18 888.4).

Anhand eines schematischen Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.

In der Figur sind mit L1, L2, L3 die Leitungsstränge eines Drehphasen­ netzes N bezeichnet, an dem zwischen den Strängen L3 und L2 eine RL-Last 1 mittels eines Wechselstromstellers T einphasig betrieben wird. Mit Er­ fassungseinrichtungen 2 und 3 werden die Strom- und Spannungszeitverläufe i_L und u der Last 1 gemessen. Aus den Meßgrößen i_L und u werden in einer Einrichtung 4 zur Auswertung der Spannungs- und Stromzeitverläufe ent­ sprechend dem bekannten bzw. vorgeschlagenen Verfahren zunächst die Kenn­ größen für den Scheitelwert der Lastspannung û und des Laststromes _L ermittelt. Bestimmt werden ferner die Phasenlage des Stromflußbeginns (α) die Phasenlage des Spannungsnulldurchganges (α_o) und die Phasenlage des Stromscheitelwertes (α_S).

Aus diesen Kenngrößen wird zunächst in einer Einrichtung 5 mittels ent­ sprechend gespeicherter Kennlinienwerte nach den genannten bekannten bzw. vorgeschlagenen Verfahren der Lastwinkel ϕ_L und eine Bezugsleistung S_BEZ festgestellt. Daraus lassen sich in einem Block 6 aus einer gespeicherten Kennlinie (Tabelle) die Grundschwingungs-Blindleistung Q₅₀ und in einem Block 7 aus einer gespeicherten Kennlinie (Tabelle) die Wirkleistung P ermitteln.

Nach Auswertung der Grundschwingungs-Blindleistung Q₅₀ über einen Steuer­ block 8 wird eine parallel zur RL-Last 1 zwischen den Strängen L2 und L3 betriebene kapazitive Kompensationslast KC so angesteuert und beeinflußt, daß für die eingestellte Blindleistung Q_KC der resultierende Grundschwin­ gungs-Blindstrom in den Strängen L2 und L3 reduziert bzw. kompensiert wird. Die einphasige Last stellt jedoch weiterhin eine Schieflast dar. Im Verfahren nach der Erfindung wird nun abhängig vom Wirkleistungsbe­ darf P der RL-Last 1 und der Kompensationsleistung Q_KC noch eine Symme­ triereinrichtung S (strichpunktiert umrahmt) angesteuert. Sie enthält eine kapazitive Last SC verstellbarer Leistung, die zwischen die Strän­ ge L1 und L3 geschaltet ist und eine induktive Last SL verstellbarer Leistung, die zwischen die Außenleiter L1 und L2 geschaltet ist. In den Funktionsblöcken 9 und 10 werden die erforderlichen Symmetrier-Blind­ leistungen Q_SC und Q_SL nach zwei möglichen Kriterien ermittelt: entweder

• 1. auf optimale Symmetrierung der einphasigen RL-Last 1 oder
• 2. auf Symmetrierung bei minimaler Änderung der drei Strangspannungs­ effektivwerte bei einem geringstmöglichen Aufwand an installierter Blindleistung (Q_KC, Q_SC, Q_SL).

Welches Kriterium man wählt, hängt von der Netzkonstellation - geringst­ mögliche Spannungsänderung bei 1. - oder von einer optimierten (gerin­ geren) Installations-Blindleistung - etwas größere Spannungsänderungen nach 2. - ab. Die jeweiligen Grundschwingungs-Symmetrier-Blindleistun­ gen werden dabei folgendermaßen ermittelt:

Beim 1. Kriterium wird die kapazitive Kompensationslast KC so angesteu­ ert, daß die Grundschwingungsblindleistung der RL-Last 1 vollständig kompensiert wird. Nach der Steinmetz-Methode müssen dann die kapaziti­ ve (SC) und induktive (SL) Symmetriereinrichtung die entsprechenden Blindleistungen Q_SC und Q_SL aufnehmen, deren Leistungsbetrag jeweils der ¹/√3fache Wert der Wirkleistung der Last 1 sein muß.

Beim 2. Kriterium kann auf eine vollständige Blindleistungskompensation mittels KC verzichtet werden. Abhängig von der installierten (geringeren) Blindleistung (KC, SC, SL) wird dann für jeden Lastzustand (P und Q₅₀) die optimale Leistungsverteilung Q_KC, Q_SC und Q_SL bestimmt.

Die Besonderheit des Verfahrens liegt in der praktisch verzögerungsfrei arbeitenden Symmetriereinrichtung S, da alle Blindleistungswerte Q_KC, Q_SC und Q_SL zu jedem Stromflußbeginn der Last bereits vorbestimmt sind, wobei die wesentlichen Parameter bereits definierten Tabellen entnommen werden.

Mit diesem Verfahren können auch dreiphasig angeschlossene Symmetrie­ einrichtungen bzw. dreiphasige Anlagen, die kompensieren und symme­ trieren können, gesteuert werden. Die Blindleistungen Q_KC, Q_SC und Q_SL werden dann zu einer geeigneten 3-Phasen-Stellgröße kombiniert.

Claims (5)

1. Verfahren zur dynamischen Symmetrierung von Mehrphasen-Netzen, an denen über Wechselstromsteller gestellte RL-Lasten, z. B. Widerstandsschweiß­ maschinen, einphasig betrieben werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die jeweils bei jedem neuen Stromflußbeginn erwartbaren Wirklei­ stungswerte (P) und Grundschwingungs-Blindleistungswerte (Q₅₀) der RL-Last (1) nach einem prognostizierenden Verfahren ermittelt werden, das jeweils zuvor bestimmte Leistungswerte zugrunde legt,
daß aus der jeweils aktualisierten Grundschwingungs-Blindleistung (Q₅₀) einerseits die Steuergröße für die erforderliche kapazitive Strangkom­ pensationsleistung (Q_KC) abgeleitet wird und andererseits in Verbindung mit der jeweils aktualisierten Wirkleistung (P) die Steuergrößen für eine Symmetriereinrichtung (S) mit einer verteilt an den übrigen nicht RL-Last-behafteten Strängen des Mehrphasennetzes (N) steuerbaren kapazitiven Symmetrierlast (SC) und einer steuerbaren induktiven Symmetrierlast (SL) bestimmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Grundschwingungs-Blindleistung (Q₅₀) einem Steuer­ block (8) zugeführt wird, der die erforderliche Kompensationsleistung (Q_KC) berechnet und diese einerseits als Steuergröße für die Kompensa­ tionslast (KC) ausgibt und andererseits als Wert für die Ermittlung von Symmetrierleistungen (Q_SC, Q_SL) Funktionsblöcken (9, 10) zur Verfügung stellt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Funktionsblöcken (9, 10) auch die Wirkleistung (P) zugeführt wird und daß die Ermittlung der erforderlichen Symmetrierleistung nach dem Kriterium optimaler Symmetrierung der einphasigen RL-Last erfolgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle optimaler Symmetrierung die Ermittlung der erforderlichen Symmetrierleistung nach dem Kriterium minimaler Änderung der drei Strangspannungseffektivwerte erfolgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuerblock (8) sowie in den Funktionsblöcken (9 und 10) die Blindleistungssollwerte in Form von Tabellen abgelegt sind und diese für die jeweils installierte Kompensations-(KC) und Symmetrierein­ richtung (S) optimiert sind.