DE632944C - Anordnung zur Verbesserung des Betriebes von Umrichtern - Google Patents

Description

Gegenstand des Patents 631868 ist eine Anordnung zur Verbesserung des Betriebes von Umrichtern, und zwar sind an das primäre Mehrphasennetz mehrere Umrichter parallel angeschlossen, die mit regelbaren Blindwiderständen und bzw. oder mit der Einphasenlast derart belastet sind, daß die Summe aller Umrichterlasten zeitlich konstant oder annähernd konstant ist. Durch diese Symmetrierung wird erreicht, daß das primäre Mehrphasennetz praktisch nicht mit Verzerrungsleistung beansprucht wird. Gleichzeitig ist auch eine Kompensation der Einphasenblindlast möglich, so daß das Dreh-Stromnetz nur reine Wirklast zu liefern braucht. Durch die Anwendung der Erfindung gemäß dem obigen Patent ist somit eine vollkommene Leistungssymmetrierung und Blindleistungskompensation möglich; je-

zo doch ist hierzu mindestens die gleichzeitige Regelung entweder der Größe der Blindwiderstände und der Phase einer Spannung oder der Größe und Phase einer Spannung oder der Phase von zwei Spannungen notwendig.

Vorliegende Erfindung bezweckt nun eine Vereinfachung der Arbeitsbedingungen bei Umrichtern gemäß dem obigen Patent, und zwar wird auf ständige und genaue Leistungssymmetrierung und Blindleistungskompensation verzichtet. Erfindungsgemäß sind mehrere Teilumrichter vorgesehen, von denen einzelne ohne kompensierende Blindwiderstände, andere mit kompensierenden Blindwiderständen ausgerüstet sind. Durch stufenweise erfolgendes Zu- und Abschalten der einzelnen Umrichter wird eine angenäherte Anpassung an die jeweiligen Leistungsverhältnisse erreicht. Dabei ist es weiterhin eine vorteilhafte Weiterbildung der Haupterfindung, daß jeder Teilumrichter eine selbständige Umrichtereinheit ist. Zweckmäßigerweise ergibt sich dabei für jedes Umformerwerk die Aufstellung von zwei Umrichterarten: nichtkompensierter Umrichter und kompensierter Umrichter, wobei letzterer entsprechend der vorgeschlagenen Vereinfachung der ganzen Anordnung in seinen Kompensationselementen nicht geregelt wird. Unter dem Begriff kompensierter Umrichter sei dabei jeder Umrichter verstanden, der g₀ durch besondere Schaltung unter Hinzunahme von Blindwiderständen — Induktivitäten und Kapazitäten — und durch geeignete Lage der abgegebenen Spannungsphase imstande ist, in Zusammenarbeit mit einem ebenfalls mit Blindwiderständen versehenen Umrichter oder mit einem Umrichter ohne diese Blindwiderstände —· unkondensiert — auf der Mehrphasenseite einen Ausgleich der Leistungspulsationen hervorzurufen, welche von der Einphasenseite her auf das Mehrphasennetz übertragen werden. Gleichzeitig kann damit

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

"Karl Schmer in Berlin-Mariendorf.

auch eine Blindleistungsregelung einhergehen. Die Regelung der primären'^ Netzleistung erfolgt dann in mehreren Stufen, je nach der Zahl der parallel arbeitenden kompensierten, und nichtkompensierten Umrichtereinheitecg, wobei möglichst die Leistung der nichtkoirfif;?

pensierten Umrichter jeweilig gleich oder größer sein muß als die der kompensierten. An Hand der Zeichnung möge der· Erfindungsgedanke näher erläutert werden. Abb. ι stellt ein Umformerwerk dar, in dem z. B. Drehstrom Jo Hz des Netzes D in Einphasenwechselstrom 16³/₃ Hz des Netzes E umgeformt wird. Zur Umformung sollen beispielsweise vier Umrichter U₁ bis f/₄ dienen, von denen U₁ und U₃ nichtkompensiert sind, während U₂ und U₄. kompensiert, jedoch in ihrer Kompensationseinrichtung K₂ bzw. /C4 nicht regelbar sind. Das Frequenzverhältnis zwischen beiden Netzen kann starr oder innerhalb gewisser Grenzen, z, B. zwischen 2 und 4 0/0, wie es sich im praktischen Betrieb ergibt, elastisch sein, ohne daß eine Nachregelung an den Kompensationsgliedern vorgenommen wird. Treten größere Frequenzschwankungen auf, so sind die Kompensationsglieder — Induktivitäten, Kapazitäten — in groben Stufen nachzuregeln. Die Kompensationseinrichtungen /C₂ und /C₄ sind beispielsweise ähnlich der Schaltung nach Abb. 6 des Hauptpatents ausgeführt.

Die Umrichter ohne Kompensationseinrichtung, z. B. U₁ und U₃, lassen jede beliebige Stromentnahme innerhalb ihrer Belastungsgrenzen zu. Die Leistungsentnahme des Einphasennetzes E aus dem Drehstromnetz D erfolgt dabei so, daß sich die Leistungspulsationen des Einphasennetzes mit der doppelten Einphasenfrequenz restlos auf das Drehstromnetz übertragen. Die Umrichter mit Kom-■ pensationseinrichtung, im vorliegenden Falle die Umrichter U₂ und £/₄ mit den Kompensationseinrichtungen K« bzw- Ki, dienen nun dazu, daß in Zusammenarbeit mit den unkompensierten Umrichtern U₁ und t/₃ für einen bestimmten Belastungsfall das Drehstromnetz mit einer konstanten Leistungsentnahme belastet wird, wobei gleichzeitig die Blindleistung des Einphasennetzes kompensiert sein kann, so daß das Drehstromnetz für diesen bestimmten Belastungsfall nur Wirkleistung zu liefern braucht.

Bei der getroffenen Anordnung ist nun sowohl auf eine Regelung der Spannungen nach Größe und Phase als auch auf eine Regelung der zusätzlichen Blindwiderstände der Kompensationseinrichtungen bei -den einzelnen Umrichtern verzichtet worden. Dies bedeutet gegenüber dem Hauptpatent eine wesentliche Vereinfachung der Steuerungseinrichtungen. Allerdings muß dann in Kauf genommen werden, daß die kompensierten Umrichter, im betrachteten Beispiel U₂ und U±, nur konstanten Strom der Größe und Phase nach ,.abzugeben vermögen. Da es aber für den !!'praktischen. Betrieb genügt, nur eine angelnäherte Leistungssymmetrierung und Blind-/leistungskompensation einzuhalten, so ist dieses Verhalten der kompensierten Umrichter mit ungeregelter Kompensationseinrichtung ohne weiteres zulässig. Bedingung ist dabei nur, wie bereits erwähnt, daß die Leistungsfähigkeit der im Betrieb befindlichen unkompensierten Umrichter immer größer ist als die der kompensierten. Auch müssen die in einer derartigen Umformeranlage aufgestellten Lastschalter und Überstromschutzeinrichtungen so eingestellt werden, daß zuerst die kompensierten Umrichter abgeschaltet werden und dann erst die unkompensierten nachfolgen. Abb. 2 veranschaulicht ein Leistungszeitdiagramm eines ausgesprochenen Bahnbetriebes ohne Belastungsausgleich innerhalb des Bahnnetzes. Es soll zeigen, daß ein derartiger Belastungsfall mit momentanen Leistungsabsenkungen bis Null herunter, z. B. Punkt ι und 3, und mit plötzlichen Spitzenbelastungen, z. B. Punkt 2, von der getroffenen Anordnung ohne weiteres bewältigt werden kann.

Die zur angenäherten Leistungskompensation Vorzunehmende gruppenweise durchzuführende Zu- und Abschaltung entsprechender Umrichtereinheiten soll für ein willkürlich herausgegriffenes Belastungsbeispiel an Abb. 3 erläutert werden. Zur Umformung sollen gemäß dem Beispiel von Abb. 1 vier Umrichter zur Verfügung stehen, von denen zwei, nämlich U₁ und U_s> unkondensiert und zwei, nämlich U₂ und CZ₄, kompensiert sind. Wird die Nennleistung des Netzes gleich 100 0/0 gesetzt, so soll jeder der vier Umrichtereinheiten 250/0 dieser Nennleistung liefern können. Der Linienzug B möge den zeitlichen Verlauf der Netzleistung N darstellen. Liegt die Netzleistung unterhalb 250/0, so wird nur ein unkompensierter Umrichter U₁ in Betrieb gehalten. Von ο bis 250/0 der Netzbelastung wird also auf jede Kompensation verzichtet. Sobald die Netzbelastung 250/0 erreicht hat, wird ein kompensierter Umrichter parallel geschaltet. Da dieser Konstantstrom 250/0 der Netzleistung liefert, liegt im Bereich zwischen 25 und 500/0, also zwischen Linie α und b, nach Abb. 3 Überkompensation vor. Bei etwa 500/0 Netzleistung und Parallelschaltung von CZ₁ und U₂ ist richtige Kompensation erreicht. Übersteigt die Netzbelastung den Betrag von 5ο 0/0, so wird die dritte Umrichtereinheit hinzugeschaltet, die wiederum unkompensiert ist. In dem Leistungsbereich 50 bis 750/0, also zwischen den Linien b und c, ist

die Energieübertragung unterkompensiert. Übersteigt die Netzbelastung den Betrag von 750/0, so wird die Umrichtergruppe CZ₄ parallel geschaltet, welche wieder kompensiert ist. Zwischen 75 bis 100 0/0 Leistungsbereich, also zwischen den Linien c und d, liegt Überkompensation vor. Die 100 0/0 -Linie d gibt wieder einen Belastungsfall an, bei welchem bei der getroffenen Leistungsunterteilung im

to wesentlichen vollständige Kompensation vorliegt. Im Gebiet der Überlast, also über 100 0/0 Netzlast, ergeben sich wieder unterkompensierte Übertragungsverhältnisse. Die vorstehend geschilderte Betriebsweise kann also angesprochen werden als eine Regelanordnung mit vier Regelstufen. Wesentlich ist dabei, daß die Last jederzeit ohne Gefährdung der Umrichter abgeschaltet werden kann. Selbstverständlich kann die Netzleistung beliebig auf eine beliebige Zahl von kompensierten und nichtkompensierten Umrichtereinheiten verteilt werden; z. B. können in einem Umformer werk eine nichtkompensierte Umrichtereinheit für 5 ο o/o der Netzleistung aufgestellt werden und zwei zugehörige kompensierte Umrichtereinheiten für je 250/0 der Netzleistung usw.

Das Zu- und Abschalten der entsprechenden LTmrichtereinheiten erfolgt bei der geschilderten Betriebsweise durch Regelorgane, die abhängig von der jeweiligen Netzwirkoder Netzscheinbelastung ansprechen und hauptsächlich auf die Steuerungseinrichtung der für den Umrichterbetrieb notwendigen

'35 Gittersteuerung einwirken. Um bei kurzzeitigen Belastungsstößen ein unnötiges Spielen der die Zu- und Abschaltungen bewirkenden Einrichtung zu vermeiden, werden die von der Netzbelastung gesteuerten Regelte) organe mit einer Zeitrelaisanordnung versehen, die die Weitergabe der Zu- und Abschaltimpulse erst dann freigibt, wenn die entsprechende Änderung der Netzleistung eine gewisse, den jeweiligen Netzverhältnissen angepaßte Zeit anhält.

Weiterhin gestattet die in der vorliegenden Erfindung angegebene Anordnung und Betriebsweise eine wirtschaftlich günstige Reservehaltung von Umrichtersätzen. Da jeder kompensierte Umrichter nach Abschaltung der Kompensationseinrichtung und erforderlichenfalls auch Abänderung der Steuerung als nichtkompensierter Umrichter arbeiten kann, kommt jedem der aufgestellten Umrichtereinheiten, ob kompensiert oder nichtkompensiert, gleicher Reservewert zu. Sind z. B. vier gleich große Umrichtersätze vorgesehen nach Anordnung von Abb. 1, so kann man einen davon, am besten einen kompen- sierten, als Reservesatz vorhalten und den normalen Betrieb mit drei Umrichtersätzen aufrechterhalten. Der Reserveanteil beträgt dann 330/0· Werden für den normalen Betrieb vier Umrichtereinheiten vorgesehen, so genügt es, als Reserve einen fünften Umrichtersatz aufzustellen. Man kommt dabei mit einem Reserveanteil von 250/0 aus usw.

Da die Kompensationseinrichtungen nicht geregelt werden, besteht außerdem die Möglichkeit, durch verhältnismäßig einfache Schaltanordnung die vorhandenen Kompensationseinrichtungen wahlweise auf die verschiedenen Umrichtergruppen zu verteilen.

Da die kompensierten Umrichter nach vorliegender Erfindung einen nach Größe und Phase konstanten Strom liefern, ergibt sich bei Parallelarbeit mehrerer Umformerwerke noch eine weitere Regelmöglichkeit dadurch, als die kompensierten Umrichter in den verschiedenen parallel arbeitenden Umformerwerken in ihrer Phasenlage gegeneinander versetzt und auf der Sekundärseite entsprechend parallel 'geschaltet werden können.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Verbesserung des Be- - triebes von Umrichtern, bei denen nach Patent 631868 an das primäre Mehrphasennetz mehrere Umrichter parallel angeschlossen sind, die mit regelbaren Blind- ;widerständen und bzw. oder mit der Einphasenlast belastet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrichter nur zum Teil mit kompensierenden Blindwiderständen ausgerüstet sind, und daß stets so viel Umrichter mit oder ohne Blindwiderstände zusammengeschaltet sind, daß die Summe der Umrichterlasten annähernd konstant ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationswiderstände in groben Stufen regelbar sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Steuerung der Zu- bzw. Abschaltvorgänge, daß stets die Belastbarkeit der unkompensierten Umrichter mindestens so groß ist wie die der kompensierten Umrichter.

4. Verfahren zum Abschalten von An- no Ordnungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei vollkommener Abschaltung der Umrichter die Steuerung der Ab schaltvorgänge derart erfolgt, daß zuerst die kompensierten Umrichter außer Betrieb genommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen