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Einrichtung zum wechselseitigen Leistungsaustausch zwischen einem
Wechselstromnetz und einem Gleichstromnetz Es ist bekannt, daß mit Vorteil gittergesteuerte,
insbesondere gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße zur Kupplung zwischen einem
Wechselstromnetz und einem Gleichstromnetz verwendet werden können. Derartige Umforrneranordnungen
haben Bedeutung einerseits für Gleichstromverbraucher, welche an ein Wechselstromnetz
angeschlossen werden sollen, und bei denen zeitweise Energierücklieferung gefordert
wird, oder aber auch für Gleichstromfernübertragungsleitungen, bei denen an beiden
Enden der Gleichstromfernleitung ,derartige Umformungseinrichtungen zur Kupplung
zwischen dem Gleichstromnetz und den beiderseitigen Wechselstromnetzen dienen. Wesentlich
ist dabei, daß bei den Umformeranordnungen Mittel vorgesehen sind, um die Energie
je nach den Anforderungen des Betriebes in der einen oder anderen Richtung zwischen
dem Gleich- und Wechselstromnetz auszutauschen.
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Zwei Schaltanordnungen für die Entladungsgefäße sind für diesen Zweck
vorgeschlagen worden. Es werden entweder nur Einzelgefäße verwendet, die wahlweise
als Gleichrichter oder Wechselrichter arbeiten und dementsprechend im Kathodenstromkreis,
d. h. auf der Gleichstromseite, in Abhängigkeit von der Energierichtung umschaltbar
sind, oder man verwendet Gruppen von mindestens j e zwei Entladungsgefäßen, die
nach Tier sog. Kreuzschaltung oder Universalschaltung miteinander verbunden sind,
und bei denen ohne besondere Umschaltungen jeweils eines der beiden Entladungsgefäße
als Gleichrichter und das andere als Wechselrichter ,arbeiten kann. Das wesentliche
Merkmal der letztgenannten Schaltung besteht darin, daß die Kathode eines der beiden
Entladungsgefäße mit dem Nullpunkt des Transformators des anderen Entladungsgefäßes
verbunden ist. Beide Schaltungen haben gewisse Vorteile und Nachteile. Die Schaltung
mit nur einem umschaltbaren Gefäß benötigt naturgemäß eine Umschalteinrichtung,
die im Hauptstromkreis des Entladungsgefäßes liegt und dementsprechend schwer ausgeführt
sein muß. In betrieblicher Hinsicht hat die Eingefäßschaltung den Nachteil, daß
während der Umschaltung vorübergehend der Gleichstromverbraucher von dem Wechselstromnetz
getrennt ist. Da sich während der Umschaltzeit die Spannungsverhältnisse bei
schneller
:lnclerung erheblich verschieben k()nnen, so- können hierdurch unerwünschte Strom-
bzw, Sliiranungsstöße entstehen. Bei der hretizsclialttuig sind diese Nachteile
zwar vermieden, dafür benötigt die Kreuzschaltung aber die doppelte Anzahl von Entla.clutigs-,
f 'iP änden in wirtschaft-# ' eii, was unter Ui-rist*a licher
Hinsicht bedenklich sein kann. Man li.Iit deshalb schon vorgeschlagen, eine Stromi-ichteranorcinung,
bei der zum Zwecke des wechselseitigen Leistungsaustausches die Entla,lungsstrecken
umgeschaltet werden, dadurch zu verl)essern, daß außer den Hauptentladungsstrecken
noch weitere vorgesehen werden. die zumindest im Bereich des Energierichtungswechsels
ehre zusätzliche Verbindung zwischen dein Gleichstroinnetz und alein Wechselstromnetz
bilden. Die die zusätzliche Verbindung darstellenden I-ntladungsstrecken können
.dabei, da sie ;illenfalls nur bei geringeren Leistungen in "riitigkeit treten,
wesentlich kleiner bemessen wer:len als die Haupteritladung;strecken, so Mali sie
keine nennenswerte Verteuerung der Anlage darstellen. Bei der erwähnten vorgeschlagenen
Anordnung bilden die 7usätzlicheii Entladungsstrecken entweder einen Stromrichter,
der ständig für eine ganz hestimmte Enei-giericlitting, beispielsweise für Wechselrichterhetrieb,
in Bereitschaft steht, oier diese Eiitl@zratingsstrecken werden jeweils auf die
cler Energierichtung in den Hauptentiadungsstrecken entgegengesetzte Energierichtung
uiligesclialtet.
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Die vorliegende Erfindung geht noch einen Schritt weiter un:.l besteht
darin, daß die die zusätzliche Verbindung zwischen den beiden Fetzen bildenden Gruppen
von Entladungsstrecken in Kreuzschaltung angeordnet sind. Die zusätzlichen Entladungsstrecken
stehen dann ohne besondere Umschaltmaßnahmen für Beide Energierichtungen zur Verfügung,
so claß weder beine ('l)ergang vorn Gleichrichter- zum Wechselrichterbetrieb noch
umgekehrt durch das Umschalten der HauptentlaLlungsstrecken eine Leistungsunterbrechung
auftreten kann. Die zusätzlichen Entladungsstrecken wird man auch hier nur für einen
Leistungsbereich irr der Nähe des EnergierichtuilgsWechsels, absolut genommen also
für eine wesentlich kleine_e Leistung, bemessen. Fier die WirtMiaftliehkeit der
Gesamtanlage heaetitet dies, daß die Entl:adungsgefäßanordnung bzw. Uinformeranordnung,
welche nach obigen Ausführungen von den beiden möglichen I-rnforineranordnungen
die teuerere ist, auf einen veriiiltnisniäßig geringen Leisturi@gsbcreich @eschr@inkt
Bleiben kann, weil sie nur in der Nähe des Nulldurchganges des Bel@isttingsstronies
zur Leistungsübertragung zur Verfügung gehalten werden muß. Um ein - Zahlenbeispiel
zu nennen, kann die Gesamtleistung der die beiden Netze miteinander kuppelnden Umformer
derart aufgeteilt sein, ilaß die in Kreuzschaltung oder Universalscihaltung arbeitende
Umformergruppe für hpelistens 5 bis io"/" der Gesamtleistung be-"triessen ist, während
der übrige Teil der Leisttiiig von den Entladungsgefäßen übernominen wird, die je
nach der Energierichtung auf Wechselrichter- oder Gleidirichterbetrieb umgeschaltet
werden müssen.
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Wesentlich ist, daß bei der Umformeranor-lnung gemäß der lrfin;luii-
in der Nähe des Energierichtungswechsels keine Umschaltung in Belastungsstromkreisen
erforderlich ist, weil in diesem Bereich Stromrichter für beide Energierichtungen
zur Verfügung stehen.
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Für die Gruppierung der beiden Umformerarten, welche gemäß der Erfindung
gemeinsam, zumindest in einem Teil des Gesamtleistungsbereiahes, an der Eilergielieferung
teilnehmen sollen, bestellt eine große Anzahl von Möglichkeiten. Eine dieser Möglich=
keiten sei an Han,.l der Fig. i und 2 näher erläutert. Fig. i zeigt ein Prinzipschaltbilld
der Entladungsgefäße, welche ein Drehstromnetz mit einem Gleichstromnetz kuppeln,
während in Fig. 2 (las Betriebsdiagramm dargestellt ist.
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In Fi-g. r ist das Drehstromnetz i mit dem Gleichstromnetz 2 durch
gittergesteuerte Entladungsgefäße 3 bis 6 verbunden, die durch Umschaltung irr Kathodenstromkreis,
d. h. auf der Gleichstromseite, von Wechselrichter- und Gleichrichterbet:rieb umschaltbar
sind. Die Entladungsgefäße 3 bis 6 sind in ihrer Gesamtheit so Beinessen, daß sie
den wesentlichen Teil, beispielsweise 9o°/,, der Gesamtleistung übernehmen können.
Außer diesen Entlaclungsgefäßen sind noch zwei: Entladungsgefäße 7 und 8 vorgesehen,
die lin Kreuzschaltung geschaltet sind, mithin .beliebig entweder in der einen oder
anderen. Richtung Energie übertragen können. Die maximale, diesen Entladungsgefäßen
zukommende Leistung möge etwa io% der Gesamtleistung betragen.
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In dem Diagramm der Fig.2 sind von, einer Nullinie ausgehend nach
oben und unten positive und negative Leistungen bzw. die hei gegebener Spannung
fließenden Ströme -1 -J und -J eingezeichnet. Durch. zwei Parallelen a und
b zu der Nullinie - ist der Leistungsbereich angedeutet, welcher
für
die Gefäßgruppe 7, 8 Geltung hat. Innerhalb; des Bereiches zwischen den
Linien a und b: kann die Leistungsübertragung entweder von den Entladungsgefäßen
7 und 8 allein oder aber gemeinsam durch die Entladungsgefäße 7 und 8 und die mit
ihnen parallel
arbeitenden Entladungsgefäße 3 bis 6 übernommen werden.
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Hat man es mit Umformeranordnungen zu tun, welche, wie bei der Schaltung
nach Fig. i, in mehrere für eine Teilleistung bemessene E-inzel,gefäße unterteilt
sind, was wohl praktisch meist der Fall :sein wird, so läßt sich gemäß der Erfindung
noch eine Verbesserung in denn Betrieb einführen. Nimmt man an, daß von einer Leistung
von ioo°/o in der Plusrichtung ausgehend die übertragene Leistung allmählich: abnimmt,
so können bei vierEntladungsgefäßen zweiEntladungsgefäße \abgesch.altet werden,
sobald die Leistung unter 50°/o der Gesamtleistung sinkt. Diese Entladungsgefäße
können dann, und das ist das Wesentliche, bereits auf Wechselrichterhetriel) umgeschaltet
werden und stehen fertig zur Verfügung, wenn die Leistungsrichtung zu einem späteren
Zeitpunkt tatsächlich wechselt. Das bedeutet, daß die verschiedenen Umschaltvorgänge,
welche sowölil im Hauptstromkreis der Entladungsgefäße als auch im Gitterkreis vorgenommen
werden müssen, nicht in einer bestimmten Mindestzeit erledigt zu sein brauchen,
weil das. umzuschaltende Entladungsgefäß zumindest während einer etwas länger währenden
B:etriebs,dauer nicht an der Leistungsführung teilnimmt.
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Die Umformeranordnung nach her Erfindung hat noch den wesentlichen
Vorzug, daß die Umformergruppe, welche in der Schaltung nach Fig. i durch die Entladungsgefäße?
und 8 gebildet ist, .d. h. die Umformergruppe, welche ohne Umschaltung in beiden
Richtungen Energie übertragen kann, als Indikator für den Betriebszustand der ganzen
Anlage und somit gewissermaßen als Relais für die Steuerung der unizuschaltenden
Entladungsgefäße 3 bis 6 dienen kann; denn in den Verbindungsleitungen zwischen
den Entladungsgefäßen 7 und 8 einerseits und den beiden Sammelschienen des Gleichstromnetzes
2 andererseits fließt der Gleichstrom entweder in der einen oder in der anderen
Richtung, je nachdem Energie von dem Wechselstromnetz in das Gleichstromnetz oder
umgekehrt übertragen wird. Schaltet man in diese Kathodenleitungen Stromrichtungsrelais
ein, so können diese .die anderen Entla dungsgefäße 3 bis 6 von Wechselrichterbetrieb
auf Gleichrichterbetreb umsöhalten. Etwas einfacher wird die Anordnung noch, wenn
die Relais unmittelbar in die Kathodenleitung der beiden Entladungsgefäße 7 und
8, d. h. innerhalb des- Leitungszuges der Kreuzschaltung, eingeschaltet werden;
denn dann genügen einfache stromabhängige Relais, und die Energierichtung ist dadurch
kenntlich gemacht, daß bei (der einen Energierichtung -das dem Entladungsgefäß 7
zugeordnete Relais und bei der anderen Energierichtung das dem Entladungsgefäß 8
zugeordnete Relais anspricht.
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In vielen Fällen wird ein Wechsel in der Richtung der zwischen den
beiden Netzen übertragenen Energie nicht allzu häufig sein, so daß während der größten
Zeit des Betriebes die Entladungsgefäße dauernd als Gleichrichter oder dauernd als
Wechselrichter arbeiten, In diesem Falle- ist es zweckmäßig, die Entladungsgefäße
7 und 8 nur für eine sehr kleine Leistung zu bemessen und sie gewissermaßen lediglich
als Indikator bzw. Relaisanordnung zu verwenden, welche den Umschaltvorgang der
Hauptentladu.ngsgefäße überwacht.