DE69400381T2

DE69400381T2 - Selbstgeführte Spannungskonvertierungseinrichtung

Info

Publication number: DE69400381T2
Application number: DE69400381T
Authority: DE
Inventors: Teruo Yoshino
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1994-03-07
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: US5410464A; EP0615328A1; DE69400381D1; EP0615328B1; JPH06261549A; CA2115814A1; JP3212738B2; CA2115814C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Leistungswandlersystem und insbesondere ein selbstgeführtes Spannungswandlersystem, wie beispielsweise eine selbstgeführte Blindleistungs-Kompensationsvorrichtung, die bei dem Leistungsystem die Spannungssteuerung, die Blindleistungssteuerung usw. bewirkt, und ein selbstgeführtes Leistungswandlersystem, das mittels Gleichstromübertragung und Frequenzumwandlung eine Leistungswandlung bewirkt.

Beschreibung der verwandten Technik

Figur 4 ist ein Diagramm, um den Stand der Technik zu erläutern und zeigt einen selbstgeführten Spannungswandler 1 (nachfolgend einfach als ein Wandler bezeichnet), der zusammen mit seinen Steuereinrichtungen mittels eines 3-Phasen-Systemanschlußtransformators 3 mit einem Wechselstromsystem 4 gekoppelt ist. 2 ist ein Gleichstrom-Kondensator, 8, 9 und 10 sind Stromwandler (CT), 11 ist ein Wandlerausgangsspannungs-Referenzberechnungsschalt kreis, 12 ist ein Synchronisations-Erfassungsschaltkreis, 13 ist eine Wirkstromeinstelleinrichtung, 14 ist eine Blindstromeinstelleinrichtung, 15 ist ein PWM-Gate-Steuerungsschaltkreis, und ist ein Schutzschaltkreis für den Wandler 1.
Der Wandler 1 in Figur 4 ist gebildet aus selbstabschaltenden Einrichtungen GU, GV, GW, GX, GY und GZ, beispielsweise GTOs (gate turn-off Thyristoren), Leistungstransistoren, statischen Induktionsthyristoren und anderen Leistungselektronik-Einrichtungen mit selbstabschaltender Funktion, zusammen mit Dioden DU, DV, DW, DX, DY und DZ, die zu jeder selbstabschaltenden Einrichtung jeweils antiparallel geschaltet sind.
Die nachfolgende Erläuterung bezieht sich auf den Fall, in dem der Wandler 1 als ein Wechselrichter zur Umwandlung von eingehendem Gleichstrom in ausgehenden Wechselstrom betrieben wird. Die 3-Phasen-Ausgangsspannung des Wandlers 1 in einem System mit derartigem Aufbau kann gesteuert werden, indem die leitende Periode der selbstabschaltenden Einrichtungen GU, GV, GW, GX, GY und GZ verändert wird. Der über die Impedanz des Systemanschlußtransformators 3 von dem Wechselstromsystem 4 empfangene oder diesem zugeführte Strom wird gesteuert, indem der Phasenwinkel und die Amplitude der 3-Phasen-Ausgangsspannung des Wandlers 1 gemäß des Phasenwinkels und der Amplitude der Systemspannung VR, VS und VT des Wechselstromsystems 4 eingestellt wird. Dadurch kann das aus dem Wandler 1, dem Gleichstrom-Kondensator 2 und dem Systemanschlußtransformator 3 gebildete selbstgeführte Spannungswandlersystem entweder mit dem Wechselstromsystem 4 Wirkleistung umwandeln, indem Gleichstrom in Wirkleistung umgewandelt wird, oder die Blindleistung des Wechselstromsystems 4 kompensieren.
Der Wandlerausgangsspannungs-Referenzberechnungsschaltkreis 11, der Synchronisations-Erfassungsschaltkreis 12, die Wirkstromeinstelleinrichtung 13, die Blindstromeinstelleinrichtung 14 und der PWM-Gate-Steuerungsschaltkreis 15 bilden eine Steuereinrichtung für das selbstgeführte Spannungswandlersystern, das die Wirkleistung und die Blindleistung steuert.
Der Synchronisations-Erfassungsschaltkreis 12 erfaßt den Systemspannungs-Phasenwinkel θ der Systemspannungen VR, VS und VT des 3-Phasen-Wechselstromsystems 4. Der Wandlerausgangsspannungs Referenzberechnungsschaltkreis 11 berechnet die Wandlerausgangs-. spannungsreferenzen VRC, VSC und VTC, die die Ausgangsspannungen der 3 Phasen des Wandlers 1 wiedergeben, um die von den Stromwandlern 8, 9 und 10 erfaßten Wandlerausgangs-Wechselströme iR, iS und iT gemäß eines Referenzwirkstroms iqc von der Wirkstromeinstelleinrichtung 13 und eines Referenzblindstromes idc von der Blindstromeinstelleinrichtung 14 zu regeln.
Der Wandlerausgangsspannungs-Referenzberechnungsschaltkreis 11 bestimmt die Phasenwinkel der Wandlerausgangsspannungsreferenzen VRC, VSC und VTC bezüglich der Systemspannungen VR, VS und VT, und zwar auf Basis des Systemspannungs-Phasenwinkels θ, der vom Synchronisations-Erfassungsschaltkreis 12 erfaßt wird.
Der PWM-Gate-Steuerungsschaltkreis 15 gibt Gate-Signale U1, V1, W1, X1, Y1 und Z1 aus, die die leitenden Perioden der selbstabschaltenden Einrichtungen GU, GV, GW, GX, GY und GZ des Wandlers 1 bestimmen, indem die Wandlerausgangsspannungsreferenzen VRC, VSC und VTC mit einem Dreieckswellenträgersignal verglichen werden, das basierend auf dem Systemspannungs-Phasenwinkel erzeugt wird.
Ein Schutzsignal P1 wird durch ein Schutzrelaiselement (nicht gezeigt) erzeugt, um den Wandler 1 vor Überströmen, Überspannungen usw. zu schützen.
Der Aufbau des Schutzschaltkreises 20 wird unter Bezugnahme auf Figur 5 beschrieben. Die Gate-Signale U1, V1, W1, X1, Y1 und Z1 vom PWM-Gate-Steuerungsschaltkreis 15 werden ersten Eingangsanschlüssen von UND-Gliedern 20U, 20V, 20W, 20X, 20Y bzw. 20Z zugeführt. Das Schutzsignal P1 wird über ein NICHT-Glied 20I zweiten Eingangsanschlüssen der UND-Glieder 20U, 20V, 20W, 20X, 20Y und 20Z zugeführt. Die UND-Glieder 20U, 20V, 20W, 20X, 20Y und 20Z erzeugen Gate-Signale Ug, Vg, Wg, Xg, Yg und Zg, die den Gates der selbstabschaltenden Einrichtungen GU, GV, GW, GX, GY bzw. GZ des Wandlers 1 zugeführt werden.
Wenn kein Schutzsignal P1 vorliegt, überträgt der Schutzschaltkreis 20 die Gate-Signale U1, V1, W1, X1, Y1 und Z1 als die Gate-Signale Ug, Vg, Wg, Xg, Yg und Zg zum Wandler 1, um die leitenden Perioden der selbstabschaltenden Einrichtungen GU, GV, GW, GX, GY bzw. GZ zu steuern. Wenn das Schutzsignal P1 erzeugt wird, unterbricht der Schutzschaltkreis 20 die Gate-Signale U1, V1, W1, X1, Y1 und Z1 des PWM-Gate-Steuerungsschaltkreises 15 und erzeugt die Gate-Signale Ug, Vg, Wg, Xg, Yg und Zg, um alle selbstabschaltenden Einrichtungen GU, GV, GW, GX, GY und GZ abzuschalten, um den Wandler 1 gemäß des Schutzsignals P1 von einem in der Darstellung nicht gezeigten Schutzrelaiselement vor Überströmen, Überspannungen usw. zu schützen.
Das bekannte selbstgeführte Spannungswandlersystem, das in Figur 4 gezeigt ist, hat die unten beschriebenen Nachteile. Da die Ausgangsspannung des Wandlers 1 und die Wechselspannung voneinander abweichen, wenn die Wechselspannung durch das Einfügen des Leistungskondensators oder des Transformators usw. verzerrt wird, die mit dem Wechselstromsystem 4 verbunden und nicht in der Darstellung gezeigt sind, kann der Ausgangswechselstrom des Wandlers 1 zu einem Überstrom ansteigen. Wenn das geschieht, kommt das in der Darstellung nicht gezeigte Überstromrelais zur Wirkung, und die selbstabschaltenden Einrichtungen GU, GV, GW, GX, GY und GZ werden durch den Schutzschaltkreis 20 alle abgeschaltet.
Figur 6 zeigt den Zustand des Wandlers 1 unmittelbar bevor dies geschieht. Die gestrichelten Linien in Figur 6 zeigen den Stromfluß unmittelbar vor der Schutzaktion; beispielsweise fließt der Strom der R-Phase von dem Wechselstromsystem 4 durch die Diode DU zu der Leitung P der + (positiven) Gleichstrom-Busseite des Wandlers 1. Die selbstabschaltende Einrichtung GV wurde durch die PWM-Steuerung eingeschaltet, und der Strom der S-Phase kehrt durch die selbstabschaltende Einrichtung GV zu dem Wechselstromsystem 4 zurück. Der Strom der T-Phase kehrt vom Gleichstrom-- Kondensator 2 durch die Leitung N der - (negativen) Gleichstrom Busseite und die Diode DZ zu dem Wechselstromsystem 4 zurück.
Wenn der Strom der R-Phase in der Situation aus Figur 6 zu einem Überstrom wird, werden die selbstabschaltenden Einrichtungen GU, GV, GW, GX, GY und GZ durch die Wirkung des Schutzschaltkreises 20 aus Figur 4 alle abgeschaltet. Wenn dies geschieht, kann der Strom der S-Phase nicht mehr durch die selbstabschaltende Einrichtung GV fließen und kehrt über die Leitung P der + (positiven) Gleichstrom-Busseite, den Gleichstrom-Kondensator 2 und die Diode DY zu dem Wechselstromsystem 4 zurück. Dieser Stromfluß ist durch eine durchgezogene Linie dargestellt.
Der in Figur 6 durch die durchgezogene Linie dargestellte Stromfluß hat die Richtung, in der der Gleichstrom-Kondensator 2 aufgeladen wird. Wenn es sich dabei um einen großen Ladestrorn handelt, der zum Aktivieren des in der Darstellung nicht gezeigten Überstromrelais ausreicht, steigt die Gleichspannung auf ein beträchtliches Maß an. Dadurch wird eine zu hohe Gleichspannung erzeugt, und es besteht ein Risiko, daß der Wandler 1 oder die mit den Gleichstrom-Busleitungen P und N verbundenen Einrichtungen beschädigt werden.
Bei einem herkömmlichen Steuer- und Schutzsystem besteht daher entgegen der eigentlichen Absicht ein Risiko, daß als Folge der Schutzwirkung des Wandlers eine zu hohe Gleichspannung erzeugt wird. Die Widerstandsfähigkeit einer Halbleitereinrichtung gegen zu hohe Spannungen ist allgemein geringer als die gegen zu hohe Ströme, und sie wird beschädigt, wenn die zu hohe Spannung auch nur zeitweise deren Widerstandsfähigkeit übersteigt. Es besteht daher ein großes Risiko, daß der Wandler durch die Schutzwirkung beschädigt anstatt geschützt wird. Es besteht folglich eine Gefahr, daß ein selbstgeführtes Spannungswandlersystem nicht wieder gestartet werden kann, nachdem eine Spannungsverzerrung stattgefunden hat, und der eigentliche Zweck des Systems, die Spannungssteuerung und Blindleistungssteuerung des Leistungssystems oder eine Leistungsumwandlung, wird unmöglich.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist folglich eine Aufgabe der Erfindung, ein selbstgeführtes Spannungswandlersystem zu schaffen, das in der Lage ist, einen selbstgeführten Spannungswandler sicher abzuschalten, ohne daß dabei die Gleichspannung ansteigt.
Folglich schafft die vorliegende Erfindung ein selbstgeführtes Mehrphasen-Spannungswandlersystem, bei dem jede Phase einen Serienschaltkreis aus zwei Umschalt-Schaltkreisen, die zwischen der positiven und der negativen Gleichstrom-Busleitung geschaltet sind, und einen Wechselstromanschluß hat, der mit dem mittleren Abgriff der beiden Umschalt-Schaltkreise verbunden ist, von denen jeder einen Antiparallel-Schaltkreis aus einer selbstabschaltenden Einrichtung und einer Diode aufweist;
wobei ein Gleichstrom-Kondensator zwischen den Gleichstrom- Busleitungen und ein Transformator zwischen einem Wechselstromsystem und den Wechselstromanschlüssen des Leistungswandlers geschaltet ist;
wobei das System außerdem eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Leistungswandlers hat, wobei die Steuerungseinrichtung eine Gate-Steuerungseinrichtung zum Erzeugen von Gate- Signalen aufweist, um in dem Leistungswandler leitende Perioden der selbstabschaltenden Einrichtungen zu bestimmen;
wobei das System gekennzeichnet ist durch eine Schutzeinrichtung mit:
einer ersten Schutzeinrichtung, um die selbstabschaltenden Einrichtungen, die mit der Leitung der positiven Gleichstrom- Busseite verbunden sind, bei einer Schutzabschaltung des Leistungswandlers einzuschalten, und
einer zweiten Schutzeinrichtung, um die selbstabschaltenden Einrichtungen, die mit der Leitung der positiven Wechselstrom- Busseite verbunden sind, bei einer Schutzabschaltung des Leistungswandlers auszuschalten.
Gemäß der Prinzipien der Erfindung werden daher die selbstabschaltenden Einrichtungen, die mit der Leitung der + (positiven) Gleichspannungs-Busseite des Wandlers gekoppelt sind, in Reaktion auf ein Schutzsignal von einem Schutzschaltkreis eingeschaltet, wohingegen die selbstabschaltenden Einrichtungen, die mit der Leitung der - (negativen) Gleichstrom-Busseite gekoppelt sind, abgeschaltet werden. Als eine Folge fließt kein Strom in den Gleichstrom-Kondensator, und der Strom fließt über die eine oder die andere der eingeschalteten selbstabschaltenden Einrichtungen zurück zum Wechselstromsystem. Der Gleichstrom-Kondensator wird somit nicht aufgeladen, und die Gleichspannung steigt nicht an.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Man bekommt leicht ein besseres Verständnis für die Erfindung und für deren beabsichtigte Vorteile, da diese unter Bezugnahme auf die beiliegenden zeichnungen durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung erläutert wird, wobei:
Figur 1 ist die Darstellung eines Schaltkreises, in der ein selbstgeführtes Spannungswandlersystem gemäß eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung gezeigt ist;
Figur 2 ist die Darstellung eines Schaltkreises, in der der Aufbau der Hauptbereiche dieser Erfindung aus Figur 1 gezeigt ist;
Figur 3 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Betriebes und der wirkungen des in Figur 1 gezeigten Systems;
Figur 4 ist die Darstellung eines Schaltkreises, in der ein herkömmliches selbstgeführtes Spannungswandlersystem dargestellt ist;
Figur 5 ist die Darstellung eines Schaltkreises, in der der Aufbau des Schutzschaltkreises 20 aus Figur 4 dargestellt ist; und
Figur 6 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Schutzbetriebs des in Figur 4 gezeigten Systems.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Ausführungsbeispiele dieser Erfindung beschrieben, wobei in den verschiedenen Darstellungen identische oder entsprechende Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind.
Figur 1 ist die Darstellung eines Schaltkreises, der ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt, wobei nur der Unterschied zu dem bekannten Beispiel aus Figur 4 beschrieben wird. 21 ist ein erster Schutzschaltkreis, der die erste Schutzeinrichtung bildet, die in Reaktion auf ein Schutzsignal P1 von dem nicht dargestellten Schutzrelaiselement die selbstabschaltenden Einrichtungen GU, GV und GW einschaltet, die mit der Leitung P der + (positiven) Gleichstrom-Busseite des Wandlers 1 verbunden sind, 22 ist ein zweiter Schutzschaltkreis, der die zweite Schutzeinrichtung bildet, die in Reaktion auf ein Schutzsignal P1 von dem nicht dargestellten Schutzrelaiselement die selbstabschaltenden Einrichtungen GX, GY und GZ abschaltet, die mit der Leitung N der - (negativen) Gleichstrom-Busseite des Wandlers 1 verbunden sind, und 23 ist ein Erfassungsschaltkreis, der unter der Bedingung, daß das Schutzsignal P1 von dem nicht gezeigten Schutzrelaiselement vorhanden ist, erfaßt, ob die Wandlerwechselströme ungefähr zu Null geworden sind, und die Erfassungssignale P2R, P2S und P2T erzeugt. 20A ist ein dritter Schutzschaltkreis, um Gate-Signale U3, V3, W3, X3, Y3 und Z3 für den Wandler 1 zu erzeugen.
Der Aufbau des ersten Schutzschaltkreises 21, des zweiten Schutzschaltkreises 22, des dritten Schutzschaltkreises 20A und des Erfassungsschaltkreises 23 wird unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben.
In Figur 2 gibt der PWM-Gate-Steuerungsschaltkreis 15 die Gate Signale U1, V1, W1, X1, Y1 und Z1 aus, die wie in Figur 4 die leitenden Perioden der seibstabschaltenden Einrichtungen GU, GV, GW, GX, GY und GZ des Wandlers 1 angeben.
Der erste Schutzschaltkreis 21 enthält die ODER-Glieder 21U, 21V und 21W. Die Gate-Signale U1, V1 und W1 vom PWM-Gate-Steuerungsschaltkreis 15 werden den ersten Eingangsanschlüssen der ODER- Glieder 21U, 21V bzw. 21W zugeführt. Das Schutzsignal P1 wird den zweiten Eingangsanschlüssen der ODER-Glieder 21U, 21V und 21W zugeführt. Die ODER-Glieder 21U, 21V und 21W geben jeweils Gate-Signale U2, V2 und W2 aus.
Der zweite Schutzschaltkreis 22 enthält UND-Glieder 22X, 22Y und 22Z und ein NICHT-Glied 221. Die Gate-Signale X1, Y1 und Z1 von dem PWM-Gate-Steuerungsschaltkreis 15 werden ersten Eingangsanschlüssen der UND-Glieder 22X, 22Y bzw. 22Z zugeführt. Das Schutzsignal P1 wird über das NICHT-Glied 221 zweiten Eingangsanschlüssen der UND-Glieder 22X, 22Y und 22Z zugeführt. Die UND- Glieder 22X, 22Y und 22Z geben jeweils Gate-Signale X2, Y2 und Z2 aus.
Der Erfassungsschaltkreis 23 enthält Absolutwert-Erfassungsschaltkreise 231R, 231S und 231T, Pegel-Erfassungsschaltkreise 232R, 2325 und 232T sowie UND-Glieder 233R, 233S und 233T.
Die Absolutwert-Erfassungsschaltkreise 231R, 231S und 231T empfangen die Wandlerausgangswechselströme iR, iS und iT, die von den Stromwandlern 8, 9 bzw. 10 erfaßt werden, und erfassen die Absolutwerte R1, S1 und T1 der Wandlerausgangswechselströme iR, iS bzw. iT. Die Pegel-Erfassungsschaltkreise 232R, 232S und 232T erzeugen Erfassungssignale R2, S2 und T2 mit "1"-Zustand, wenn die Absolutwerte R1, S1 bzw. T1 unterhalb vorbestimmter Werte liegen. Die Erfassungssignale R2, S2 und T2 werden ersten Eingangsanschlüssen der UND-Glieder 233R, 233S bzw. 233T zugeführt. Das Schutzsignal P1 wird zweiten Eingangsanschlüssen der UND- Glieder 233R, 233S und 233T zugeführt. Die Ausgangssignale der UND-Glieder 233R, 233S bzw. 233T, die den Erfassungssignalen P2R, P2S bzw. P2T entsprechen, werden als die Ausgangssignale des Erfassungsschaltkreises ausgegeben. Die Erfassungssignale P2R, P2S und P2T werden nämlich unter der Bedingung erzeugt, daß das Schutzsignal P1 vorliegt, wenn die Wandlerwechselströme iR, iS und iT ungefähr zu Null geworden sind.
Der dritte Schutzschaltkreis 20A enthält UND-Glieder 20AU, 20AV und 20AW sowie NICHT-Glieder 20R, 20S und 20T. Die Gate-Signale U2, V2 und W2 des ersten Schutzschaltkreises 21 werden ersten Eingangsanschlüssen der UND-Glieder 20AU, 20AV bzw. 20AW zugeführt.
Die Erfassungssignale P2R, P2S und P2T vom Erfassungsschaltkreis 23 werden über die NICHT-Glieder 20R, 205 und 20T zweiten Eingangsanschlüssen der UND-Glieder 2OAU, 2OAV und 2OAW zugeführt. Die UND-Glieder 2OAU, 20AV und 2OAW geben Gatte-Signale U3, V3 und W3 aus, die den Gates der selbstabschaltenden Einrichtungen GU, GV bzw. GW zugeführt werden.
Die Gate-Signale X2, Y2 und Z2 des zweiten Schutzschaltkreises 22 werden als die Gate-Signale X3, Y3 und Z3 des dritten Schutzschaltkreises 20A ausgegeben, die den Gates der selbstabschaltenden Einrichtungen GX, GY bzw. GZ zugeführt werden.
Im normalen Zustand, in dem das Schutzsignal P1 den "0"-Zustand hat, werden die Gate-Signale U3, V3, W3, X3, Y3 und Z3, die gleich den Gate-Signalen U1, V1, W1, X1, Y1 und Z1 sind, den Gates der selbstabschaltenden Einrichtungen GU, GV, GW, GX, GY und GZ zugeführt, um jeweils deren leitende Perioden zu steuern.
Im nicht normalen Zustand, in dem das Schutzsignal P1 in den "1"-Zustand übergeht, gehen die Gate-Signale U2, V2 und W2 in den "1"-Zustand über. Da sich die Ausgangssignale P2R, P2S und P2T im "0"-Zustand befinden, gehen die Gate-Signale U3, V3 und W3 in den "1"-Zustand über, wodurch die selbstabschaltenden Einrichtungen GU, GV bzw. GW eingeschaltet werden. Wenn das Schutzsignal P1 in den "1"-Zustand übergeht, gehen die Gate- Signale X2, Y2 und Z2 in den "0"-Zustand über. Die Gate-Signale X2, Y2 und Z2 werden als die Gate-Signale X3, Y3 und Z3 ausgegeben, wodurch die selbstabschaltenden Einrichtungen GX, GY bzw. GZ abgeschaltet werden.
Wenn dann die Wandlerwechselströme iR, iS und iT ungefähr zu Null geworden sind, erzeugt der Erfassungsschaltkreis 23 die Erfassungssignale P2R, P2S und P2T mit "1"-Zustand. Gleichzeitig gehen die Gate-Signale U3, V3 und W3 in den "0"-Zustand über, wodurch die selbstabschaltenden Einrichtungen GU, GV bzw. GW abgeschaltet werden. Die Gate-Signale X3, Y3 und Z3 verbleiben im "0"-Zustand, so daß die selbstabschaltenden Einrichtungen GX, GY und GZ im abgeschalteten Zustand verbleiben.
Die Funktion und die Wirkung dieses Ausführungsbeispiels wird nun unter Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben. Die gestrichelten Linien in Figur 3 zeigen den stromleitenden Zustand des Wandlers 1 unmittelbar vor dem Schutz; sie sind gleich den gestrichelten Linien aus Figur 6, die zur Erläuterung des bekannten Beispiels dient.
Wenn der Strom der R-Phase in der in Figur 3 gezeigten Situation zu einem Überstrom wird, werden die selbstabschaltenden Einrichtungen GU, GV und GW, die mit der Leitung P der + (positiven) Gleichstrom-Busseite des Wandlers 1 verbunden sind, durch den ersten Schutzschaltkreis 21 zunächst eingeschaltet, und die selbstabschaltenden Einrichtungen GX, GY und GZ, die mit der Leitung N der - (negativen) Gleichstrom-Busseite verbunden sind, werden durch den zweiten Schutzschaltkreis 22 abgeschaltet, und zwar in Reaktion auf das Schutzsignal P1 des in Figur 1 nicht gezeigten Schutzrelais.
Als eine Folge fließt der durch die Diode DU fließende Strom der R-Phase über die eingeschalteten selbstabschaltenden Einrichtungen GV und GW zurück zu dem Wechselstromsystem 4. Folglich wird der Gleichstrom-Kondensator 2 nicht aufgeladen, und die Gleichspannung steigt nicht an. Diese Situation ist in Figur 3 durch die durchgezogenen Linien dargestellt.
Als nächstes gibt der Erfassungsschaltkreis 23 in dem Moment, in dem der aktuelle Wert des zu dem Wechselstromsystem 4 zurückfließenden Stromes klein geworden ist, die Erfassungssignale P2R, P2S und P2T aus, die selbstabschaltenden Einrichtungen GU, GV und GW werden durch den dritten Schutzschaltkreis 20A abgeschaltet, und die selbstabschaltenden Einrichtungen GX, GY und GZ verbleiben in dem ausgeschalteten Zustand, und der Schutz ist vollständig bewirkt.
Wie oben beschrieben, kommt es bei diesem Ausführungsbeispiel bei der Schutzabschaltung des selbstgeführten Spannungswandlers 1 nicht zu einem Anstieg der Gleichspannung.
Bis zu diesem Punkt betraf die Beschreibung einen 3-phasigen selbstgeführten Spannungswandler 1, aber diese Erfindung kann auf ähnliche Art und Weise bei einem einphasigen selbstgeführten Spannungswandler verwendet werden. Auf ähnliche Weise wurde ein selbstgeführtes Spannungswandlersystem, das eine Kombination aus einem Transformator, einem selbstgeführten Spannungswandler und einem Gleichstrom-Kondensator enthält, allgemein beschrieben, aber es finden die gleichen Vorgänge statt, sogar wenn es sich um ein selbstgeführtes Spannungswandlersystem mit einer Anzahl von Transformatoren und angeschlossenen selbstgeführten Spannungswandlern handelt.
Unter Bezugnahme auf das vorstehend beschriebene selbstgeführte Spannungswandlersystem dieser Erfindung kann der Leistungswandler bei der Schutzabschaltung eines selbstgeführten Spannungswandlers ohne Anstieg der Gleichspannung sicher abgeschaltet werden. Er kann dann wieder neu gestartet werden, und zwar auch dann, wenn er zeitweilig als Folge beispielsweise infolge eines durch eine Verzerrung der Wechselspannung entstandenen Überstroms abgeschaltet wurde. Sie hat daher die Vorteile, daß der wesentliche Zweck des Systems, das heißt, die Spannungssteuerung und Blindleistungssteuerung eines elektrischen Leistungssystems oder eine elektrische Energieumwandlung zu bewirken, fortgesetzt werden kann und daß sie dazu beiträgt, die Energiesysteme sicherer zu machen.

Claims

1. Selbstgeführtes Mehrphasen-Spannungswandlersystem, bei dem jede Phase einen Serienschaltkreis aus zwei Umschalt-Schaltkreisen, die zwischen der positiven und der negativen Gleichstrom-Busleitung (P, N) geschaltet sind, und einen Wechselstromanschluß hat, der mit dem mittleren Abgriff der beiden Umschalt-Schaltkreise verbunden ist, von denen jeder einen Antiparallel-Schaltkreis aus einer selbstabschaltenden Einrichtung (GU, GV, GW, ...) und einer Diode (DU, DV, DW, ...) aufweist;

wobei ein Gleichstrom-Kondensator (2) zwischen den Gleichstrom-Busleitungen und ein Transformator (3) zwischen einem Wechselstromsystem (4) und den Wechselstromanschlüssen des Leistungswandlers geschaltet ist;

wobei das System außerdem eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Leistungswandlers hat, wobei die Steuerungseinrichtung eine Gate-Steuerungseinrichtung (15) zum Erzeugen von Gate-Signalen aufweist, um in dem Leistungswandler leitende Perioden der selbstabschaltenden Einrichtungen zu bestimmen;

wobei das System gekennzeichnet ist durch eine Schutzeinrichtung mit:

einer ersten Schutzeinrichtung (21), um die selbstabschaltenden Einrichtungen, die mit der Leitung der positiven Gleichstrom-Busseite verbunden sind, bei einer Schutzabschaltung des Leistungswandlers einzuschalten, und

einer zweiten Schutzeinrichtung (22), um die selbstabschaltenden Einrichtungen, die mit der Leitung der negativen Gleichstrorn-Busseite verbunden sind, bei einer Schutzabschaltung des Leistungswandlers auszuschalten.

2. Selbstgeführtes Spannungswandlersystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuerungseinrichtung außerdem eine Erfassungseinrichtung (12) aufweist, um zu erfassen, wann die Wechselströrne des Leistungswandlers nach der Schutzabschaltung des Leistungswandlers ungefähr zu Null werden, und um die selbstabschaltenden Einrichtungen, die mit der Leitung der positiven Gleichstrom-Busseite verbunden sind, auf Basis eines Erfassungsergebnisses auszuschalten.

3. Selbstgeführtes Spannungswandlersystem nach Anspruch 1, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung aufweist:

eine Wirkstromeinstelleinrichtung (13), um eine Wirkstromreferenz einzustellen;

eine Blindstromeinstelleinrichtung (14), um eine Blindstromreferenz einzustellen;

einen Wandlerausgangsspannungs-Referenzberechnungs -schaltkreis (11), der geschaltet ist, um die Wirkstromreferenz, die Blindstromreferenz, einen Phasenwinkel der Systemspannungen des Wechselstrornsystems und die Wechselströme des selbstgeführten Spannungswandlers zu empfangen, um Wandlerausgangsspannungsreferenzen zu erzeugen, um so die Wechselströme zu regeln; und

einen PWM-Gate-Steuerungsschaltkreis (15), der geschaltet ist, um den Phasenwinkel und die Wandlerausgangsspannungsreferenz zu empfangen, um Gate-Signale zu erzeugen, die die leitenden Perioden der selbstabschaltenden Einrichtungen des selbstgeführten Spannungswandlers bestimmen.

4. Selbstgeführtes Spannungswandlersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung aufweist:

einen Schutzsignalerzeugungsschaltkreis, um bei einer Schutzabschaltung des selbstgeführten Spannungswandlers ein Schutzsignal (P1) zu erzeugen;

einen Erfassungsschaltkreis (23), der geschaltet ist, um das Schutzsignal und die Wechselströme des selbstgeführten Spannungswandlers zu empfangen, um zu erfassen, wann die Wechselströme nach Erzeugen des Schutzsignals ungefähr zu Null werden, um ein Erfassungssignal zu erzeugen; und

eine Schutzeinrichtung (20A, 21, 22), die geschaltet ist, um die Gate-Signale, das Schutzsignal (P1) und das Erfassungssignal zu empfangen, um Ausgangssignale (U3, V3, W3, X3, Y3, Z3) zu erzeugen,

wobei die Ausgangssignale so bestimmt sind, daß die Ausgangssignale die Gate-Signale enthalten, wenn das Schutzsignal und das Erfassungssignal nicht erzeugt sind, wobei die Ausgangssignale Gate-Einschaltsignale für die selbstabschaltenden Einrichtungen, die mit der positiven Seite der Gleichstrom-Busleitungen verbunden sind, und Gate-Ausschaltsignale für die selbstabschaltenden Einrichtungen enthalten, die mit der Leitung der negativen Gleichstrom-Busseite verbunden sind, wenn das Schutzsignal erzeugt und das Erfassungssignal nicht erzeugt ist, und wobei die Ausgangssignale Gate-Ausschaltsignale für die selbstabschaltenden Einrichtungen umfassen, die mit der Leitung der positiven Gleich- strom-Busseite verbunden sind, wenn das Erfassungssignal erzeugt ist; und

wobei die Ausgangssignale an die entsprechenden Gates der selbstabschaltenden Einrichtungen anliegen.

5. Selbstgeführtes Spannungswandlersystem nach Anspruch 4, bei dem die Schutzeinrichtung aufweist:

einen ersten Schutzschaltkreis (21), an dem das Schutzsignal (P1) und die Gate-Signale (U1, V1, W1) für die selbstabschaltenden Einrichtungen anliegen, die mit der Leitung der positiven Gleichstrom-Busseite verbunden sind, um erste Ausgangssignale (U2, V2, W2) zu erzeugen, wobei die ersten Ausgangssignal so bestimmt sind, daß die ersten Ausgangssignale die Gate-Signale enthalten, wenn das Schutzsignal nicht erzeugt ist, und daß die ersten Ausgangssignale die Gate-Einschaltsignale enthalten, wenn das Schutzsignal erzeugt ist;

einen zweiten Schutzschaltkreis (22), an dem das Schutzsignal (P1) und die Gate-Signale (X1, Y1, Z1) der selbstabschaltenden Einrichtungen anliegen, die mit der Leitung der negativen Gleichstrom-Busseite verbunden sind, um zweite Ausgangssignale (X2, Y2, Z2) zu erzeugen, wobei die zweiten Ausgangssignale so bestimmt sind, daß die zweiten Ausgangssignale die Gate-Signale enthalten, wenn das Schutzsignal nicht erzeugt ist, und daß die zweiten Ausgangssignale die Gate-Ausschaltsignale enthalten, wenn das Schutzsignal erzeugt ist;

einen dritten Schutzschaltkreis (20A), der geschaltet ist, um die ersten Ausgangssignale (U2, V2, W2), die zweiten Ausgangssignale (X2, Y2, Z2) und das Erfassungssignal (P2R, P2S5, P2T) zu empfangen, um die Ausgangssignale zu erzeugen, wobei die Ausgangssignale so bestimmt sind, daß die Ausgangssignale die ersten Ausgangssignale und die zweiten Ausgangssignale enthalten, wenn das Erfassungssignal nicht erzeugt ist, und die Ausgangssignale Signale enthalten, um die selbstabschaltenden Einrichtungen auszuschalten, die mit der Leitung der positiven Wechselstrom-Busseite verbunden sind, wenn das Erfassungssignal erzeugt ist.

6. Selbstgeführtes Spannungswandlersystem nach Anspruch 5, bei dem der erste Schutzschaltkreis (21) eine Anzahl von ODER-Gliedern (21U, 21V, 21W) enthält, wobei jedes der Gate-Signale jeweils einem ersten Eingangsanschluß der ODER- Glieder zugeführt wird, wobei das Schutzsignal (P1) allen zweiten Eingangsanschlüssen der ODER-Glieder zugeführt wird und wobei die ODER-Glieder an Ausgangsanschlüssen der ODER- Glieder die ersten Ausgangssignale erzeugen;

wobei der zweite Schutzschaltkreis (22) ein erstes NICHT-Glied (221) zum Empfangen des Schutzsignals an einem Eingangsanschluß und eine Anzahl von ersten UND-Gliedern (22X, 22Y, 22Z) enthält, wobei jedes der Gate-Signale jeweils einem ersten Eingangsanschluß der ersten UND-Glieder zugeführt wird, wobei ein Ausgangsanschluß des ersten NICHT- Gliedes mit allen zweiten Eingangsanschlüssen der ersten UND-Glieder verbunden ist und wobei die ersten UND-Glieder an den Ausgangsanschlüssen der ersten UND-Glieder die zweiten Ausgangssignale erzeugen; und

wobei der dritte Schutzschaltkreis (22A) eine Anzahl von zweiten NICHT-Gliedern (20R, 20S, 20T), von denen jedes jeweils an seinem Eingangsanschluß eines der Erfassungssignale empfängt, und eine Anzahl von zweiten UND-Gliedern (20AU, 20AV, 20AW) enthält, wobei jedes der ersten Ausgangssignale jeweils einem ersten Eingangsanschluß der zweiten UND-Glieder zugeführt wird, wobei die Ausgangsanschlüsse der zweiten NICHT-Glieder jeweils mit dem zweiten Eingangsanschluß von einem der zweiten UND-Glieder verbunden ist und wobei die zweiten UND-Glieder an Ausgangsanschlüssen der zweiten UND-Glieder die Ausgangssignale für die selbstabschaltenden Einrichtungen erzeugen, die mit der Leitung der positiven Gleichstrom-Busseite verbunden sind, und wobei an den Ausgangsanschlüssen des dritten Schutzschaltkreises die zweiten Ausgangssignale als die Ausgangssignale für die seibstabschaltenden Einrichtungen vorliegen, die mit der Leitung der negativen Gleichstrom-Busseite verbunden sind.

7. Selbstgeführtes Spannungswandlersystem nach Anspruch 4, bei dem der Erfassungsschaltkreis (23) aufweist:

eine Anzahl von Absolutwert-Erfassungsschaltkreisen (231R, 231S, 231T), von denen jeder geschaltet ist, um einen der Wandlerausgangswechselströme (iR, iS, iT) zu empfangen und um einen Absolutwert von jeweils einem der Wandlerausgangswechselströme zu erfassen;

eine Anzahl von Pegel-Erfassungsschaltkreisen (232R, 232S, 232T), die jeweils geschaltet sind, um einen der Absolutwerte zu empfangen und um ein erfaßtes Signal zu erzeugen, wenn einer der Absolutwerte unter einem bestimmten Wert liegt; und

eine Anzahl von UND-Gliedern (233R, 233S, 233T), die jeweils geschaltet sind, um am ersten Eingangsanschluß eines der erfaßten Signale zu empfangen, und die geschaltet sind, um jeweils am zweiten Eingangsanschluß das Schutzsignal zu empfangen;

um so eine Vielzahl von Ausgangssignalen der UND-Glieder zu erzeugen, die den Erfassungssignalen des Erfassungsschaltkreises entsprechen.