DE742515C - Frequenzregelung in einem durch einen selbstgesteuerten Wechselrichter gespeisten Drehstromnetz - Google Patents

Frequenzregelung in einem durch einen selbstgesteuerten Wechselrichter gespeisten Drehstromnetz

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DE742515C
DE742515C DEL104696D DEL0104696D DE742515C DE 742515 C DE742515 C DE 742515C DE L104696 D DEL104696 D DE L104696D DE L0104696 D DEL0104696 D DE L0104696D DE 742515 C DE742515 C DE 742515C
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DE
Germany
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voltage
inverter
frequency
power
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Application number
DEL104696D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Adolf Leonhard
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ADOLF LEONHARD DR ING
Original Assignee
ADOLF LEONHARD DR ING
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/445Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes

Description

  • Frequenzregelung in einem durch einen selbstgesteuerten Wechselrichter gespeisten Drehstromnetz Bei reinem Drehstrorribetrieb liegen die Leistungs- und Spannungsverhältnisse einwandfrei klar.
  • Ein reiner Blindlaststoß ergibt, solange er nicht sehr groß wird, nur eine Beeinflussung der Spannung. Bei einem Blindlaststoß ändert sich die Spannung ruckartig um den Streuspannungsabfall, der bei einem Vollaststoß etwa 15% der Normalspannung ausmacht. Die Blindlast verteilt sich zunächst nach dem Streuspannungsabfall der einzelnen Maschinen, der prozentual bei Maschinen verschiedener Größe etwa gleich groß ist. Später, nach Eingreifen von selbsttätigen Reglern wird die Verteilung eine andere, die aber durch entsprechende Bemessung und Einstellung der Regeleinrichtungen eine ganz bestimmte, gewollte sein wird.
  • Ein reiner Wirklaststoß verteilt sich zunächst auch entsprechend dem Streuspannungsabfall, er bedeutet zunächst nur eine Winkelverschiebung zwischen Netzspannung und innerer Maschinenspannung. Nach einem übergangszustand, während dessen die Drehzahl der Maschine und damit die Frequenz sich ändert und die Wirklastverteilung durch die Schwungmomente der einzelnen Maschinen beeinflußt wird, ergibt sich zunächst die endgültige Wirklastverteilung nach den Kennlinien der Kraftmaschinenregler. Später muß dann durch Eingreifen einer weiteren Regeleinrichtung, z. B. an einer Führermaschine, oder auch durch Handregelung dafür gesorgt werden, daß die Frequenz wieder die -Vorgeschriebene wird. Die Lastverteilung wird durch entsprechendes Abgleichen der Reglerkennlinien durchgeführt. Bei modernen Kraftmaschinenreglern ergibt sich ein Drehzahlabfall und damit ein Frequenzabfall bei einer Laständerung von Leerlauf auf Vollast von 2 b i s 5 0fo, wobei die kleineren Werte für Dampf-, die größeren für Wasserturbinen gelten.
  • Wesentlich schwieriger werden die Verhältnisse bei Drehstrom-Gleichstrom-Drehstrom-Betrieb, also bei Leistungsübertragung von einem Kraftwerlt mit Gleichstrom und Umformung durch Wechselrichter auf der Netzseite. Dabei ist einmal zu unterscheiden der Betrieb ohne und dann mit parallel arbeitenden Drehstromgeneratoren auf der Netzseite und dann außerdem der Betrieb finit selbstgesteuertem oder freindgesteuertein Wechselrichter.
  • Arbeitet ein selbstgesteuerter Wechselrichter (Gittersteuerung vom Netz, das durch den Wechselrichter gebildet wird, gespeist) allein auf ein Drehstromnetz, so ergeben sich folgende Verhältnisse: Ein reiner Blindlaststoß hat zunächst auch hier entsprechend dem Streuspannungsabfall in der immer parallel arbeitenden Blindleistungsmaschine einen Spannungsabfall zur Folge. Damit wird aber die Gegenspannung des Wechselrichters kleiner, der Gleichstrom bzw. der Wirkstrom (aber auch der Blindstrom) auf der M`echselstromseite wird größer. Greift auf der Netzseite keine Regelung ein, wird aber andererseits die Kraftwerksspannung konstant gehalten, so -wird nun die Frequenz auf der Netzseite ansteigen. Damit wächst die Spannung der Blindlastmaschine, der Wechselrichterstrorn geht zurück, bis sich schließlich bei einer neuen Frequenz und im allgemeinen auch bei einer anderen, von der ursprünglichen etwas verschiedenen Spannung wieder ein Gleichgewichtszustand einstellt.
  • Die relative Frequenzerhöhung wird praktisch umgekehrt gleich der zunächst auftretenden Spannungsänderung. Fällt also z. B. die Spannung durch einen Blindlaststoß um io°fo ab, so steigt die Frequenz um io°fo an. Die Spannung dagegen wird durch den Blindlaststoß sehr schwach beeinflußt, sie wird im Endzustand praktisch wieder die gleiche wie vor dein Stoß. Die Verhältnisse liegen also hier genau umgekehrt wie bei normalem Drehstrom, dort wird durch einen Blindlaststoß die Frequenz nicht, die Spannung aber stark beeinflußt.
  • Tritt ein Wirklaststoß auf, so «-erden die Maschinen im Drehstromnetz verzögert, die Frequenz und damit auch die Spannung sinkt so lange, bis die Spannungsdifferenz zwischen Gleichspannung und wirksamer Drelrstromspannung so groß geworden ist, daß der verlangte Wirkstrom in das Drehstroliinetz fließen kann. Ein gewisser Ausgleich in der Frequenz findet durch den mit steigender Wirklast auch steigenden Blindlastbedarf des Wechselrichters und dadurch bedingten Spannungsabfall auf der Drehstromseite statt.
  • Die Regelung von Spannung und Frequenz kann nun so vorgenommen werden, daß die Spannung durch Änderung der Blindlastlieferung und die Frequenz. durch Änderung der Aussteuerung bzw. der Übersetzung des Wechselrichtertransformators oder auch der Änderung der Gleichspannung auf der Krafttverksseite gesteuert wird oder umgekehrt die Spannung durch Änderung der Aussteueruni; und die Frequenz durch Änderung der Blindlastlieferung. Im zweiten Fall werden erfindungsgemäß die Blindleistungsmaschinen mit Schnellreglern ausgerüstet, die von der Frequenz, im ersteren Fall mit Schnellreglern, die von der Netzspannung gesteuert werden.
  • Arbeitet ein fremdgesteuerter Wechselrichter (Gittersteuerung von einer fremden Drelistromquelle her gespeist) allein auf ein Drehstromnetz, so werden die Verhältnisse -twas anders: Ein reiner Blindlaststoß hat naturgemäß auch hier eine Spannungsverminderung zur Folge. Damit wird die Gegenspannung des Wechselrichters kleiner, es fließt Wirkstrom ins Drehstromnetz. Die Maschinen, vor allem die besonders interessierende Blindleistungsmaschine, -werden beschleunigt, damit ändert sich, da ja die Steuerfrequenz starr, unabhängig vom Drehstromnetz festliegt, der Steuerwinkel, die auf der Gleichstroniseite wirksame Gegenspannung des Netzes wird größer, so lange, bis wieder die alte, dein im Netz verlangten Wirkstrom entsprechende Spannungsdifferenz zwischen Gleich- und Drehstromspannung vorhanden ist. Die Frequenz ist dann. aber auch wieder die ursprüngliche, durch die fremde Steuerfrequenz vorgeschriebene.
  • Ein reiner Wirklaststoß hat zunächst eine Verzögerung der Synchronmaschinen zur Folge, die Spannung des Netzes verschiebt sich zeitlich gegenüber der Steuerspannung, bleibt gegenüber dieser zurück, damit wird die Aussteuerung und somit die Gegenspannung geringer. und es kann nun der erforderliche Wirkstrom fließen, wobei auch jetzt die Frequenz wieder die alte, der Stetierfrequenz_ entsprechende sein muß.
  • In diesem Fall werden Spannung und Frequenz zweckmäßigerweise folgendermaßen geregelt: Die Spannung wird durch Änderung der Erregung der mitlaufenden Blindleistungs- i niaschinen geregelt, die erfindungsgemäß mit Schnellreglern ausgerüstet "werden, die von der Spannung gesteuert «-erden. Die Frequenz ist starr an die Steuerfrequenz gebunden, es ist also nur erforderlich, diFse Steuerfrequenz konstant zu halten, was besonders einfach wird, weil die Steuerleistung sehr klein und außerdem nur geringen Schwankungen unterworfen ist.
  • Sehr viel häufiger wird allerdings der Fallauftreten, daß parallel mit dem Wechselrichter noch andere Drehstromgeneratoren arr- ,beiten, so daß gerade für diesen Betriebsfall 'die Regelung besonders wichtig wird.
  • Da bei der Schaltung mit fremdgesteuertem Wechselrichter die Frequenz durch den Wechselrichter starr gehalten wird, können sich die parallel arbeitenden Drehstromkraftwerke an Leistungsänderungen nicht beteiligen, das Kraftwerk mit Gleichstromübertragung hat also alle Spitzen zu übernehmen. Dies ist aber nur möglich, wenn .die Leistung dieses Kraftwerks groß ist gegenüber der -der Drehstromkraftwerke. Dann liegt aber praktisch der gleiche Fall vor, wie er bereits behandelt worden ist. Man wird dann so regeln, wie wenn kein Kraftwerk parallel wäre. Wir können uns -daher hier auf die Behandlung des Betriebes mit selbstgesteuertem Wechselrichter beschränken.
  • Ein reiner Blindlaststoß wird im Netz eine Spannungsabsenkung - verursachen. Damit wird aber der Wechselrichter, wie für selbständigen Betrieb geschildert, mehr Wirkleistung ins Netz liefern und .damit versuchen, die Frequenz zu erhöhen. Da durch Spannungsregler im Netz ohnedies die Spannung wieder auf ihren Sollwert gebracht wird, verschwindet damit auch wieder dieWirkleistung des Wechselrichters. Immerhin wird aber vorübergehend durch den Wirklaststoß des Wechselrichters, sofern der Wechselrichter groß ist gegenüber der Gesamtlast, das Netz beunruhigt. Obwohl sich im Netz eigentlich nur die Blindleistung geändert hat, tritt doch auch eine Frequenzbeeinflussung auf, und die Regler der verschiedenen Kraftmaschinen sprechen an, verringern: zunächst die Leistung, müssen sie dann aber, wenn die Wechselrichterleistung wieder Null geworden ist, wieder auf den ursprünglichen Wert bringen.
  • Ein reiner Wirklaststoß verursacht nur eine beringe Spannungsänderung. Infolgedessen beteiligt sich der Wechselrichter an Wirklaständerungen praktisch, überhaupt nicht.
  • Da das natürliche Verhalten des Wechselrichters bzw. des ganzen Systems mit Gleichrichter und Fernleitung,. wie dargelegt, sich sehr ungünstig auf den Netzbetrieb auswirkt, wird durch entsprechende Regelung das Arbeiten des Wechselrichters an das Arbeiten der parallel larbeitenden Drehstromgeneratoren angeglichen. Soll sich z. B. der Wechselrichter entsprechend seiner Größe an Leistungsänderungen beteiligen, so wird. seine Wirkleistung abhängig von der Frequenz gesteuert werden, so etwa, daß bei 2 bis 5'1, (niedrige Werte bei Parallelbetrieb mit Turbogeneratoren, höhere Werte mit Wasserkraftgeneratoren) Frequenzabfall die Wirklast sich um die Normalleistung des Wechselrichters, für die er bemessen ist, ändert. Es ist bekannt, daß diese Leistungsregelung durch Änderung der Aussteuerung am Wechselrichter durchgeführt werden kann. Diese Art der Regelung hat aber den Nachteil, daß sich derLeistungsfaktor und damit derBlindleistungsbedarf des Wechselrichters stark ändert. Erfindungsgemäß soll daher die Leistungsregelung durch Änderung der Gleichspannung auf der Kraftwerksseite durchgeführt werden. Diese Leistungsregelung wird nun selbstverständlich auch die bei Blindlaststößen auftretende Wirklaständerungen ausregeln. Zweckmäßiger ist es aber, wenn erfindungsgemäß die Steuerung auch noch direkt von der Spannung so beeinflußt wird, daß bei Spannungssenkung auch sofort die Aussteuerung vergrößert wird und damit die wirksame Gleichspannung des Wechselrichters praktisch unabhängig von den Schwankungen auf .der Drehstromseite bleibt. Eine derartige Beeinflussung ist ebenso von großem Vorteil bei selbständigem Betrieb eines Netzes.
  • Die Leistungsregelung kann im Bedarfsfall auch anders durchgeführt werden, z. B. so, daß die Leistung konstant gehalten wird, unabhängig von Frequenz- oder Spannungsschwankungen, oder so, daß der Wechselrichter über einen gewissen Frequenzbereich konstante und außerhalb dieses Bereiches dann stark abfallende (Frequenzansti-eg) oder stark ansteigende (Frenquenzabfall) Leistung abgibt.
  • Die zum Wechselrichter parallel arbeitenden Blindlasterzeuger wird man zweckmäßigerweise auch mitSpannungsreglern ausrüsten, so daß sie sich an Blindlaständerungen beteiligen.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Frequenzregelung in einem durch einen selbstgesteuerten Wechselrichter gespeisten Drehstromnetz, derart, daß die Frequenz durch Änderung der Blindlast-.lieferung parallel mit dem Wechselrichter arbeitender Blindstromerzeuger geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindleistungsmaschinen mit Schnellreglern ausgerüstet werden, die von der Frequenz gesteuert werden.
  2. 2. Spannungsregelung in einem durch einen selbst- oder fremdgesteuerten Wechselrichter .gespeisten Drehstromnetz, derart, daß die Spannung durch Änderung der Blindlastlieferung parallel mit dein Wechselrichter arbeitender Blindstromerzeuger geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindleistungsmaschinen mit von der Netzspannung gesteuerten Schnellreglern ausgerüstet werden.
  3. 3. Leistungsregelung eines auf ein Netz mit parallel arbeitenden Drehstromgeneratoren arbeitenden selbstgesteuerten Wechselrichters, derart, daß das Arbeiten des Wechselrichters in zweckmäßiger Weise an das Arbeiten der parallel arbeitenden Drehstromgeneratoren angeglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Angleichung durch Änderung der Gleichspannung auf der Kraftwerksseite erfolgt.
  4. 4. Leistungsregelung nach Anspruch 3, wobei die Regelung so durchgeführt wird, daß eine bestimmte Abhängigkeit der Leistung von der Frequenz erreicht wird und damit der Wechselrichter sich in gewünschter Weise an Laständerungen beteiligt.
  5. 5. Leistungsregelung von Wechselrichtern im Parallelbetrieb mit Generatoren, wobei die Regelung so durchgeführt wird, daß die Leistung des Wechselrichters über einen gewissen Frequenzbereich konstant bleibt und erst bei Unterschreiten @ein-er bestimmten Frequenz ein Anstieg und bei Überschreiten ein Abfall der Leistung, auftritt.
  6. 6. Zusätzliche Leistungsregelung von Wechselrichtern zum Ausgleich von Spannungsschwankungen, wobei die Gittersteuerung des Wechselrichters so von der Spannung des Drehstromnetzes beeinflußt wird, daß bei Rückgang dieser Spannung die Aussteuerung vergrößert und umgekehrt bei Anstieg der Spannung verringert wird, so daß der Einfluß von Spannungsänderungen auf die Leistungslieferung stark verringert oder überhaupt beseitigt wird. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschriften ..... Nr. 694 ro8, 677 346, 668 024 332 6o2; schweizerische Patentschrift. . Nr. rdd 342.
DEL104696D 1941-06-24 1941-06-24 Frequenzregelung in einem durch einen selbstgesteuerten Wechselrichter gespeisten Drehstromnetz Expired DE742515C (de)

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE332602C (de) * 1913-10-23 1921-02-10 Siemens Schuckertwerke G M B H Verfahren zum Steuern freier elektrischer Stroemungen, die mehrphasigen Elektroden zyklisch zufliessen sollen
CH166342A (de) * 1932-02-10 1933-12-31 Daellenbach Walter Ing Dr Anordung zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom.
DE668021C (de) * 1930-10-31 1938-11-24 Aeg Verfahren und Einrichtung zur Spannungs- bzw. Leistungsregelung bei der Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom mittels gittergesteuerter, gasgefuellter Entladungsgefaesse
DE677346C (de) * 1932-04-29 1939-06-26 Siemens Schuckertwerke Akt Ges Anordnung zum Betrieb von netzgefuehrten Wechselrichtern
DE694108C (de) * 1938-06-04 1940-07-25 Siemens Schuckertwerke Akt Ges Wechselrichter

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