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GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND
DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Übertragung elektrischer Leistung,
die ein Gleichspannungsnetzwerk und mindestens ein damit durch eine
Station verbundenes Wechselspannungsnetzwerk umfasst, wobei die
Station angepasst ist, um eine Übertragung
von elektrischer Leistung zwischen dem Gleichspannungsnetzwerk und
dem Wechselspannungsnetzwerk auszuführen, und mindestens einen
VSC-Umrichter, der
angepasst ist, um Gleichspannung in Wechselspannung und umgekehrt
umzuwandeln, und eine Vorrichtung zur Steuerung des Umrichters umfasst,
wobei die Anlage ferner ein Mittel umfasst, das angepasst ist, um
ein Pulsweitenmodulationsmuster zu berechnen, gemäß welchem
die Vorrichtung angepasst ist, um den Umrichter zur Wechselspannungserzeugung
auf der Grundlage einer Referenzwechselspannung zu steuern, welche
aus Blind- und Wirkleistungsverbrauchsbefehlen, die an den Umrichter
gegeben werden, und der Größe der Gleichspannung
des Gleichspannungsnetzwerks an der Station berechnet wird.
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Eine
derartige Anlage wurde vor kurzem durch die Doktorarbeit "PWM and control of
two and three level high power voltage source converters" von Anders Lindberg,
Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm,
1995 bekannt, in welcher eine derartige Anlage zur Übertragung
elektrischer Leistung durch ein Gleichspannungsnetzwerk für Hochspannungsgleichstrom
(HVDC) beschrieben ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung
nicht auf diese Anwendung beschränkt
ist, aber zur Veranschaulichung, nicht jedoch zur entsprechenden
Beschränkung
der Erfindung wird genau diese Anwendung von Anlagen des voranstehend
definierten Typs anschließend
hierin erörtert.
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Vor
der Veröffentlichung
dieser Doktorarbeit basierten Anlagen zur Übertragung elektrischer Leistung
durch ein Gleichspannungsnetzwerk für Hochspannungsgleichstrom
auf der Verwendung leitungskommutierter Umrichter mit Thyristoren
oder Ionenventilen und CSC-Umrichtern (CSC von Current Source Converter).
Durch die Entwicklung von IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor
= Bipolartransistor mit einem isolierten Gategatter) für Hochspannungsanwendungen
und die Eignung, diese in Umrichtern in Ventilen in Reihe zu schalten,
da sie leicht gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden können, sind nun
stattdessen VSC-Umrichter (VSC von Voltage Source Converter) für eine erzwungene
Kommutierung eine Alternative geworden, und dieser Übertragungstyp
von elektrischer Leistung zwischen einem Gleichspannungsnetzwerk
für Hochspannungsgleichstrom,
der dadurch und durch damit verbundene Wechselspannungsnetzwerke
spannungssteif ist, bietet mehrere wichtige Vorteile bezüglich der
Verwendung leitungskommutierter CSCs bei HVDC, von denen erwähnt werden
soll, dass der Verbrauch von Wirk- und Blindleistung unabhängig voneinander
gesteuert werden kann und es kein Risiko von Kommutierungsfehlern
in dem Umrichter gibt und dadurch kein Risiko einer Übertragung
von Kommutierungsfehlern zwischen verschiedenen HVDC-Verbindungen,
welche bei einer Leitungskommutierung auftreten können. Darüber hinaus
besteht eine Möglichkeit, ein
schwaches Wechselspannungsnetzwerk oder ein Netzwerk ohne eigene
Erzeugung (ein totes Wechselspannungsnetzwerk) zu speisen. Es gibt
auch weitere Vorteile.
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Bei
einer Anlage des in der Einleitung erwähnten Typs treten Probleme
auf, wenn die Gleichspannung an der Gleichspannungsseite der Station plötzlich sinkt
oder die Wechselspannung an der Wechselspannungsseite der Station
plötzlich
ansteigt, d. h. wenn die Wechselspannung bezüglich der Gleichspannung zu
hoch wird, um die gegebene Befehle zu erfüllen. Dies kann beispielsweise
bei einer plötzlichen
Erhöhung
der Entnahme von Wirkleistung aus dem Wechselspannungsnetzwerk auftreten,
und auch wenn die fragliche Anlage eine weitere Station mit einem
damit verbundenen Wechselspannungsnetzwerk aufweist und die Station
angepasst ist, um zu versuchen, die Gleichspannung des Gleichspannungsnetzwerks
auf einem vorbestimmten Nennwert zu halten, wird es die Spannungsregelung
dieser Station nicht schaffen, den entsprechenden Leistungsanstieg
zu der Gleichspannungsseite hin zu erhalten, sodass die Gleichspannung
sinkt. Folglich wird in einem derartigen Fall die Wechselspannung
mit Bezug auf die Gleichspannung als eine Folge der sinkenden Gleichspannung
zu hoch. Das so aufgetretene Problem steht in Beziehung zu dem Mittel
zum Berechnen des Pulsweitenmodulationsmusters, da eine sogenannte Übermodulation
auftritt, wenn eine mit Bezug auf die Gleichspannung zu hohe Referenzwechselspannung
erreicht wird. Die Folge davon ist, dass andere als die charakteristischen
Oberwellen erzeugt werden und dadurch in den Netzwerken und der
damit verbundenen Ausrüstung
Störungen
erzeugt werden, aber wenn man die Maßnahme ergreifen würde, die
Referenzwechselspannung einfach abzusenken, um die Übermodulation
zu vermeiden, könnten
die Wirk- und Blindstrombefehle auf der Wechselspannungsseite nicht
erreicht werden.
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US-A-5 051 683 offenbart
eine Anlage mit einem selbstkommutierten Wechselrichter, der zwischen
den Platten eines Kondensators einer Gleichspannungsseite und einem
Wechselspannungsnetzwerk durch einen zwischengeschalteten Transformator
angeordnet ist. Der Blindleistungsausgang aus dem Wechselrichter
wird dort gesteuert, um ungesteuerte Blindleistung zu Beginn des
Betriebs einer Einheit zur Steuerung von Blindleistung zu beseitigen.
Die Aufgabe dieser Anlage besteht darin, einen bestimmten Blindleistungsbefehl
auch während
der Hochfahrsequenz zu erfüllen.
Es werden verschiedene Berechnungen ausgeführt, wie der Verbrauch an Blindleistung
gesteuert werden soll, wobei die Wechselspannungsamplitude und die
Gleichspannungsamplitude in die Berechnung der Größe dieser
Blindleistung eingeschlossen sind. Es ist jedoch eine bereits bekannte
herkömmliche
Technik, die Modulationserfordernisse auf Werte zu beschränken, die
kleiner oder gleich 1 sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anlage des
in der Einleitung definierten Typs bereitzustellen, bei welcher
das voranstehend erwähnte
Problem der Übermodulation
und der dadurch erzeugten zusätzlichen
Oberwellen auf eine akzeptable Weise gelöst wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem
eine Anlage des in der Einleitung definierten Typs bereitgestellt
wird, deren Elemente angepasst sind, um die Amplitude der Referenzwechselspannung
mit der Gleichspannung an der Gleichspannungsseite der Station zwischen
den zwei Polen des Gleichspannungsnetzwerks zu vergleichen und ein
Signal an die Steuerungsvorrichtung zu senden, wenn der Quotient
der Referenzwechselspannungsamplitude/die Hälfte der Gleichspannung einen
vorbestimmten Wert überschreitet,
und die Steuerungsvorrichtung ist angepasst, um den Empfang eines derartigen
Signals als einen Befehl zur Erhöhung
des Verbrauchs an Blindleistung der Wechselspannungsseite der Station
zu interpretieren und den Umrichter gemäß diesem Befehl zu steuern.
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Aufgrund
der Tatsache, dass die Steuerungsvorrichtung den Empfang eines Befehls
für einen
erhöhten
Verbrauch an Blindleistung registriert, wenn der Quotient den vorbestimmten
Wert überschreitet,
wird der Blindleistungsverbrauch erhöht, was bedeutet, dass die
von dem Umrichter erzeugte Grundspannung niedriger sein wird, d.
h. die Amplitude der Referenzwechselspannung wird gesenkt, was eine
niedrigere Gleichspannung erforderlich macht. Damit ist es auf diese
Weise möglich,
den Wert des Quotienten zu senken, bei dem der vorbestimmte Wert
so gesetzt sein kann, dass eine Übermodulation bei
einem Überschreiten
desselben oder direkt über diesem
Wert auftritt, und die Übermodulation
wird auf diese Weise beseitigt und keine anderen Oberwellen als
die charakteristischen werden in der Pulsweitenmodulation erzeugt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind die Elemente angepasst, um das Signal an die Steuerungsvorrichtung
zu senden, wenn der Quotient einen Wert überschreitet, der im Wesentlichen
gleich 1 ist. Durch ein Wählen
des vorbestimmten Werts des Quotienten auf diese Weise wird das
Signal, das zu einem Befehl eines erhöhten Blindleistungsverbrauchs
führt,
bei einer Beziehung zwischen der Gleichspannung und der Wechselspannung
auftreten, welche bei dem gebräuchlichsten Typ
von Pulsweitenmodulation eine Untergrenze der Übermodulation bedeutet, sodass
diese dadurch effizient vermieden werden kann, während fortlaufend Wirk- und
Blindstrombefehle erreicht werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Element angepasst, um das Wesen dieses Signals
von der Größe des Quotienten
abhängig
zu machen, und die Steuerungsvorrichtung ist angepasst, um eine
Addition zu dem vorherigen Befehl des Blindleistungsverbrauchs zu
registrieren, welche umso größer ist,
je größer der Quotient
ist. Dadurch wird erreicht, dass die Amplitude der Referenzspannung
umso weiter gesenkt wird, je größer der
Quotient ist, d. h. je größer das
Ungleichgewicht zwischen der Wechselspannung und der Gleichspannung wird,
sodass die Amplitudenabsenkung der Referenzwechselspannung durch
den Befehl einer Addition zu der zu verbrauchenden Blindleistung
höher wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Vorrichtung angepasst, um nach einem Empfang
des Signals den Umrichter während
einer gewissen Zeitspanne gemäß einem
Befehl eines kontinuierlich erhöhten
Blindleistungsverbrauchs und dann gemäß einem Befehl eines Blindleistungsverbrauchs
auf einem im Wesentlichen konstanten, höheren Niveau als vor dem Empfang
des Signals zu steuern. Durch ein Erhöhen des Blindleistungsverbrauchs,
das dem Umrichter solange auferlegt wird, wie der Quotient den kritischen Wert überschreitet,
kann die Amplitude der Referenzwechselspannung gesenkt werden, bis
sie ein akzeptables Niveau erreicht hat.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die Elemente angepasst, um ein Signal an die
Steuerungsvorrichtung zu senden, sobald der Quotient, nachdem er
den vorbestimmten Wert überschritten
hat, wieder darunter sinkt, und die Steuerungsvorrichtung ist angepasst, um
den Empfang des eben erwähnten
Signals als einen Befehl zum Blindleistungsverbrauch auf einem im
Wesentlichen konstanten, höheren
Niveau als vor dem Empfang des Signals zu interpretieren. Dadurch ist
sichergestellt, dass die Anlage die Zeit haben wird, um ins Gleichgewicht
zu kommen, bevor der Befehl eines erhöhten Blindleistungsverbrauchs
aufgehoben wird, zum Beispiel durch die Tatsache, dass eine weitere
spannungsregulierende Station, die in der Anlage umfasst ist, es
geschafft hat, die Gleichspannung auf ein Niveau anzuheben, welches
das voranstehend erwähnte
Problem vermeidet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Anlage Elemente, die angepasst sind, um
den Spitzenwert des Wechselstroms an der Wechselspannungsseite der Station
zu registrieren und das Erhöhen
des Blindleistungsverbrauchs an der Wechselspannungsseite der Station
so zu steuern, dass eine bestimmte zulässige Obergrenze für den Spitzenwert
nicht überschritten
wird. Durch die Anwesenheit dieses Elements wird vermieden, dass
der Spitzenwert des Wechselspannungsstroms auf ein derartig hohes
Niveau ansteigt, dass ein Überstromschutz
ausgelöst wird,
um zum Beispiel der Umrichter der fraglichen Station temporär abgeschaltet
wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Anlage ein Mittel zum Berechnen des Pulsweitenmodulationsmusters,
welches angepasst ist, um die Breite der Gleichstromimpulse dessen
zu bestimmen, indem Schnittpunkte der Referenzwechselspannung und
einer imaginären
Dreieckwelle bestimmt werden, die eine Amplitude mit der Hälfte der
Gleichspannung zwischen den zwei Polen des Gleichspannungsnetzwerks
an der Station und eine Frequenz aufweist, die um ein Mehrfaches
höher als
diejenige der Referenzwechselspannung ist. Diese Art zur Erzeugung
eines Pulsweitenmodulationsmusters ist für diesen Anlagentyp geeignet,
und es wird dann leicht fallen, eine Übermodulation in einer derartigen
Anlage durch eine geeignete Wahl des vorbestimmten Werts zu vermeiden,
welche auftritt, sobald die Amplitude der Dreieckswelle, welche
gleich der Hälfte
der Gleichspannung zwischen den zwei Polen des Gleichspannungsnetzwerks
ist, unter die Amplitude der Referenzwechselspannung sinkt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Anlage Elemente zum Messen der Gleichspannung
des Gleichspannungsnetzwerks an der Station, und diese sind angepasst,
um Infor mationen darüber
an die Vergleichselemente zu senden, wodurch es in Kombination mit einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung, bei der die Anlage Elemente umfasst, die angepasst sind,
um die Wechselspannung des Wechselspannungsnetzwerks an der Station
zu messen und auf der Grundlage dessen die Referenzwechselspannung
zu berechnen und Informationen darüber an das Vergleichselement
zu senden, durch einen Vergleich der zwei gemessenen Spannungswerte
durch ein sehr einfaches Mittel möglich wird, zu bestimmen, ob
eine Übermodulation
vorliegt oder nicht und ob ein Befehl zum erhöhten Blindleistungsverbrauch
an den Umrichter der Station gesandt werden soll.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Anlage mindestens ein zweites Wechselspannungsnetzwerk,
das durch eine zweite Station verbunden ist, wobei die zweite Station
angepasst ist, um eine Übertragung elektrischer
Leistung zwischen dem Gleichspannungsnetzwerk und dem zweiten Wechselspannungsnetzwerk
auszuführen
und mindestens einen VSC-Umrichter, der angepasst ist, um Gleichspannung
in Wechselspannung umzuwandeln und umgekehrt, und eine Vorrichtung
zum Steuern der Umrichters umfasst, und die Vorrichtung der zweiten
Station angepasst ist, um den Umrichter dieser Station zum Regeln
der Gleichspannung des Gleichspannungsnetzwerks an dieser Station,
um diese bei einem vorbestimmten Nennwert zu halten, zu steuern.
Dadurch wird ein zuverlässiger
Betrieb einer Anlage dieses Typs mit einem minimierten Risiko bei
verschiedenen Störungen
erhalten, welche wegen der Existenz der spannungsregulierenden Station
als spannungssteif angesehen werden muss. Jedoch ist die Spannungsregulierung,
die dadurch ausgeführt
werden kann, normalerweise nicht ausreichend, um einen entsprechenden
Leistungsanstieg zu dem Gleichspannungsnetzwerk an der zweiten Station
hin bei einer erhöhten
Leistungsentnahme an der ersten Station zu erhalten, sodass auch
bei einer derartigen Anlage die Gleichspannung dann sinken wird
und der Quotient dadurch ansteigen wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Anlage so konstruiert, dass sie elektrische
Leistung durch ein Gleichspannungsnetzwerk für Hochspannungsgleichstrom (HVDC) überträgt. Die
Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage
werden bei dieser bevorzugten Anwendung besonders offensichtlich.
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Weitere
Vorteile sowie vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung und den weiteren abhängigen Ansprüchen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Mit
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen folgt nachstehend eine Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung, die als ein Beispiel angeführt ist.
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In
den Zeichnungen ist:
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1 ein
sehr schematisches Diagramm, das die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht,
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2 ein
Graph, der die Prinzipien der Pulsweitenmodulation eines Umrichters
durch einen Vergleich einer Dreieckswelle und einer Referenzspannung
veranschaulicht,
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3 eine
Ansicht, die im Wesentlichen 2 entspricht
und das Auftreten einer Übermodulation
bei der Pulsweitenmodulation veranschaulicht,
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4 eine
sehr einfache Ansicht, mit deren Hilfe das Prinzip der Erfindung
erläutert
werden kann, und
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5 ein
Graph, der den Fortschritt des zusätzlichen Blindleistungsverbrauchs
der Anlage gemäß 1 über die
Zeit veranschaulicht, wenn ein Übermodulationszustand
auftritt.
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GENAUE BESCHREIBUNG EINER
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Eine
Struktur einer Anlage zur Übertragung elektrischer
Leistung gemäß der Erfindung
ist in 1 sehr schematisch veranschaulicht, in welcher nur
die verschiedenen Komponenten, die direkt etwas mit der Funktion
gemäß der Erfindung
zu tun haben, in den Zeichnungen gezeigt sind, um das Verständnis der
Erfindung zu erleichtern. Die Anlage umfasst ein Gleichspannungsnetzwerk 1 für Hochspannungsgleichstrom
(HVDC = High Voltage Direct Current), und in dem vorliegenden Fall
zwei Wechselspannungsnetzwerke 4, 5, die jeweils
durch eine Station 2, 3 mit dem Gleichspannungsnetzwerk
verbunden sind, welche durch ein Wechselspannungssymbol und eine
Induktivität
angezeigt sind. Die Stationen sind angepasst, um eine Übertragung
elektrischer Leistung zwischen dem Gleichspannungsnetzwerk 1 und
dem jeweiligen Wechselspannungsnetzwerk auszuführen, wobei die Leistung von
einem Wechselspannungsnetzwerk in das Gleichspannungsnetzwerk eingespeist
werden kann oder von dem Gleichspannungsnetzwerk an ein Wechselspannungsnetzwerk
abge geben werden kann. Die Wechselspannungsnetzwerke können somit
Generatoren elektrischer Leistung aufweisen oder nur mit Verbrauchern
derselben verbunden sein. Die Stationen umfassen jeweils mindestens
einen VSC-Umrichter 6, 7, der angepasst ist, um
Gleichspannung in Wechselspannung umzuwandeln und umgekehrt. Es ist
jedoch möglich,
dass eine Station mehrere derartige Umrichter umfasst, aber diese
sind in dem vorliegenden Fall durch ein einziges Kästchen für jede Station
zusammengefasst. Es ist auch möglich,
dass die Wechselspannungsnetzwerke mehr als eine Phase aufweisen,
am häufigsten
drei Phasen, aber die Phasen des Wechselspannungsnetzwerks sind
in der Figur durch eine einzige Leitung zusammengefasst. Der jeweilige
VSC-Umrichter umfasst auf herkömmliche
Weise sogenannte Ventile, welche aus Zweigen von in Reihe geschalteten
Unterbrechern des Einschalt- und Ausschalt-Typs bestehen, vorzugsweise in
der Form von IGBTs, und aus Dioden, die auf herkömmliche Weise damit antiparallel
geschaltet sind. Eine große
Zahl von IGBTs kann beispielsweise in einem einzigen Ventil in Reihe
geschaltet sein, sodass sie gleichzeitig eingeschaltet und ausgeschaltet
werden, um als ein einziger Unterbrecher zu wirken, wodurch die
Spannung an dem Ventil auf die verschiedenen in Reihe geschalteten
Unterbrecher verteilt werden kann. Die Steuerung der Unterbrecher
findet auf herkömmliche
Weise durch eine Pulsweitenmodulation (PWM) statt, deren Prinzipien
nachstehend mit Bezug auf 1 und 3 weiter
erläutert
werden.
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Die
Stationen umfassen ferner jeweils eine Vorrichtung 8, 9,
die schematisch angezeigt sind und zum Steuern des jeweiligen Umrichters 6, 7 dienen. Eine
Station 3 der Stationen ist so angepasst, dass sie sich
in einer spannungsregelnden Betriebsart befindet, bei welcher die
Regelung auf eine herkömmliche
Weise, durch die Weise, auf welche die Steuerungsimpulse an die
verschiedenen Ventile des Umrichters gebildet werden, stattfindet.
Die spannungsregelnde Station 3 versucht die Spannung des Gleichspannungsnetzwerks
auf einem bestimmten Nennwert zu halten, wobei diese Definition
auch den Fall des Haltens des Gleichspannungswerts in einem erlaubten
vorbestimmten Intervall umfasst.
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Das
voranstehend erwähnte
Prinzip der Pulsweitenmodulation wird nun mit Bezug auf 1 und 2 erläutert. Die
von dem Umrichter erzeugte und durch den existierenden Leistungsverbrauch
in dem Wechselspannungsnetzwerk berechnete Wechselspannung ist als
die Referenzwechselspannung 10 entworfen und weist einen
Sinuswellenverlauf auf. Um die Breite und die Richtung der Impulse
zu bestimmen, die von dem Umrichter erzeugt werden sollen, wird
eine imaginäre
Dreieckswelle 11 verwendet, die eine Frequenz aufweist,
die um ein Mehrfaches höher
als die Frequenz der Referenzwechselspannung ist, und die Amplitude
dieser Welle ist dadurch bestimmt, dass die Spannung zwischen den
Polen des Gleichspannungsnetzwerks 1 an der Station 2 die
Hälfte
dieser Gleichspannung ist. Durch Überlagerung der "Kurven" 10 und 11 und
Bestimmung der Schnittpunkte der Referenzwechselspannungskurve 10 und
der Dreieckswelle 11 werden auch die Richtung und die Breite
der Gleichspannungsimpulse bestimmt, die von dem Umrichter 6 erzeugt
werden. Der jeweilige Impuls ist zu dem Punkt der fraglichen Dreieckswelle
zwischen zwei benachbarten Schnittpunkten entgegengesetzt gerichtet.
Die Impulse werden mit einer Frequenz gesendet, die der Frequenz
der Dreieckswelle entspricht. Die Impulse 12 weisen eine Amplitude
der halben Gleichspannung auf, d. h. die gleiche Amplitude wie die
Dreieckswelle, und die Impulse 12 sind in 2 entsprechend
in einem reduzierten Maßstab
mit Bezug auf die Dreieckswelle gezeigt. Ein schematisch angezeigtes
Mittel 21 übernimmt
die Berechnung des Pulsweitenmodulationsmusters. Die Spannung des
Gleichspannungsnetzwerks wird vorzugsweise auf einem derartigen
Niveau gehalten, dass die Referenzwechselspannung alle Wellen der
Dreieckswelle mit einem gewissen Sicherheitsbereich, vorzugsweise
etwa 10%, schneiden wird, d. h. die Amplitude der Dreieckswelle
wird 10% höher
als die Amplitude der Referenzwechselspannung sein. Größere Unterschiede
als diese sind nicht erwünscht,
da dies ein Beibehalten einer zu hohen Spannung in dem Gleichspannungsnetzwerk
erfordert. Dies bedeutet wiederum, dass es leicht passieren kann,
wenn Ungleichgewichte zwischen der Gleichspannungsseite und der
Wechselspannungsseite auftreten, dass die Amplitude der Referenzwechselspannung
höher als
die der imaginären
Dreieckswelle wird und dadurch einige der Wellen der Dreieckswelle
von der Referenzwechselspannungskurve nicht geschnitten werden,
sodass eine sogenannte Übermodulation
auftritt, die dazu führt,
dass es unmöglich
ist, den gesetzten Befehl zu erreichen und andere Oberwellen als
die charakteristischen in den verschiedenen Netzwerken und der damit
verbundenen Ausrüstung
erzeugt werden, welche diese stören.
Vorhandene Wechselspannungsfilter sind für diese charakteristischen
Oberwellen ausgelegt. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das
Risiko eines Auftretens einer derartigen Übermodulation, welche in 3 veranschaulicht
ist, zu minimieren.
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Die
zweite Station 2 weist Elemente 13 auf, die zum
Messen der Wechselspannung an der Wechselspannungsseite der Station
und zum Senden des gemessenen Wechselspannungswerts an ein Vergleichselement 14 als
Information über
die Referenzwechselspannung angepasst sind. Die Anlage umfasst auch
Elemente 15, die zum Messen der Gleichspannung des Gleichspannungsnetzwerks 1 an
der Station 2 und zum Senden von Informationen darüber an das
Vergleichselement 14 angepasst sind. Das Vergleichselement 14 ist
angepasst, um die Amplitude der Referenzwechselspannung und die Gleichspannung
an der Gleichspannungsseite der Station zwischen den zwei Polen
des Gleichspannungsnetzwerks zu vergleichen, und ein Signal an die
Steuerungsvorrichtung 8 zu senden, wenn der Quotient aus
der Referenzwechselspannungsamplitude/die Hälfte der Gleichspannung einen
vorbestimmten Wert überschreitet.
Diese Steuerungsvorrichtung ist wiederum angepasst, um den Empfang eines
derartigen Signals als einen Befehl zum erhöhten Blindleistungsverbrauch
der Wechselspannungsseite der Station zu interpretieren und den
Umrichter 6 gemäß diesem
Befehl zu steuern. Dieser vorbestimmte Wert des Quotienten ist vorzugsweise
so eingestellt, dass er im Wesentlichen gleich 1 ist, sodass das
Signal ausgesandt wird, wenn das Auftreten einer Übermodulation
bevorsteht. Es kann selbstverständlich
vorteilhaft sein, diesen Wert auf knapp unter 1, zum Beispiel auf
0,98 einzustellen, um die Dauer einer möglichen Übermodulation zu minimieren.
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Die
Funktion der erfindungsgemäßen Anlage ist
wie folgt. Wenn eine Wechselspannung des Wechselspannungsnetzwerks
bezüglich
der Gleichspannung des Gleichspannungsnetzwerks auftritt, die ungewöhnlich hoch
ist, was entweder durch ein Ansteigen der Wechselspannung oder durch
ein Sinken der Gleichspannung stattfinden kann, wird das Vergleichselement 14 ein
Signal an die Steuerungsvorrichtung senden, welches als ein Befehl
eines erhöhten
Blindleistungsverbrauchs der Wechselspannungsseite der Station interpretiert
werden soll. Die Steuerungsvorrichtung 8 wird ihre Steuerungsimpulse
an den Umrichter der Station so bilden, dass ein derartiger erhöhter Blindleistungsverbrauch
erhalten wird, und dadurch sinkt auch die Amplitude der Referenzwechselspannung,
sodass die Übermodulation verschwindet.
Folglich bedeutet der erhöhte
Blindleistungsverbrauch, dass die vom Umrichter erzeugte Grundspannung
niedriger wird, was eine niedrigere Gleichspannung erfordert, sodass
die verfügbare Gleichspannung
ausreichend ist. Die Anlage weist auch Elemente 16 zur Überwachung
des Spitzenwerts der Wechselströme
auf, welche zur Steuerung des Anstiegs des Blindleistungsverbrauchs
an der Wechselspannungsseite der Station angepasst sind, sodass
eine bestimmte Obergrenze, die für
den Spitzenwert zulässig
ist, nicht überschritten
wird und dadurch vermieden wird, dass irgendein Überstromschutz aktiviert wird
und den fraglichen Umrichter oder die gesamte Station temporär blockiert.
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In 4 ist
schematisch veranschaulicht, wie ein Übermodulationssignal 17 an
der Steuerungsvorrichtung 8 ankommt und dadurch, abgesehen
von einem Signal 8, das zur Steuerung des Blindleistungsverbrauchs
bereits vorhanden ist, ein zusätzliches
Signal 19 für
eine Addition des Blindleistungsverbrauchs an den Umrichter 6 gesandt
wird.
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In 5 ist
veranschaulicht, wie sich die Addition des Blindleistungsverbrauchs über die
Zeit entwickelt, wenn eine angezeigte Übermodulation zum Zeitpunkt
Null aufgetreten ist. Entsprechend gibt es zunächst ein Hochfahren der Addition,
welches durch einen erhöhten
Wechselstrom i gezeigt ist, während einer
gewissen Zeitspanne, in welcher dieses Hochfahren stattfinden soll,
bis das Signal betreffs der Übermodulation
von dem Vergleichselement 14 nicht länger ausgesandt wird, das heißt die Übermodulation
nicht länger
besteht. Wenn die Übermodulationsanzeige
inaktiv wird, wird dieser Befehl eines erhöhten Blindleistungsverbrauchs
für eine
vorbestimmte Zeitspanne beibehalten, woraufhin er wieder auf Null heruntergefahren
wird. Die Länge
dieser Prozedur von dem Beginnen des Hochfahrens bis zum Beenden
des Herunterfahrens liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 10 ms. Die Grenze
für den
Spitzenwert des Wechselstroms ist durch die gestrichelte Linie 20 angezeigt
und der Befehl des erhöhten
Leistungsverbrauchs wird entsprechend so ausgelegt, dass dieser
Spitzenwert nicht überschritten
wird.
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Das
Verfahren und die Berechnung des Pulsweitenmodulationsmusters, die
voranstehend beschrieben sind, werden in der Praxis für jede Phase des
Wechselspannungsnetzwerks separat ausgeführt.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung in keinster Weise auf die voranstehend beschriebene
Ausführungsform
beschränkt,
sondern es sind Modifikationen im Schutzumfang der Erfindung, der
durch die beigefügten
Ansprüche
definiert ist, möglich.
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Wie
bereits erwähnt
kann eine Anlage eine Menge an Komponenten aufweisen, die in den
Zeichnungen nicht gezeigt sind, wie zum Beispiel Oberwellenfilter
zur Beseitigung von Oberwellenströmen, die durch die Pulsweitenmodulation
erzeugt werden.
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Obwohl
in 1 Symbole für
einige Elemente, Mittel oder dergleichen gezeigt sind, ist es absolut nicht
notwendig, dass diese als separate Komponenten existieren, sondern
dass die Funktionen, die sie zu erfüllen haben, sehr wohl durch
irgendeine Komponente sichergestellt werden können, die auch andere Aufgaben
hat, und zum Beispiel Werte nicht direkt gemessen werden, sondern
aus Werten berechnet werden, die von irgendeiner anderen Größe gemessen
werden.
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Darüber hinaus
ist es absolut nicht notwendig, dass die Anlage wie oben beschrieben
eine zweite Station aufweist, sondern es kann sehr wohl so sein,
dass sie nur die erste Station aufweist, aber sie kann auch mehr
als zwei Stationen aufweisen. Es ist dann in dem Fall von zwei oder
mehr Stationen ebenso möglich,
dass mehr als eine der Stationen, vorzugsweise alle, das erfindungsgemäße Merkmal,
in der Lage zu sein, das Übermodulationsproblem
exakt an dieser Station zu lösen,
aufweisen.