DE911758C - Verfahren zum Schutz von Wechselrichtern gegen Stoerungen - Google Patents

Description

Als Schutz für Stromrichter im allgemeinen wurden bisher vorgeschlagen, zu ihnen auf der Gleichstromseite Vorübergangsventile parallel zu schalten, die bei einer Störung freigegeben werden. Gemäß früheren,, nicht vorveröffentlichten Vorschlägen kam eine derartige Freigabe zustande als Folge teils von Störungen in einem Gleichrichter, z. B. Rückzündungen, teils von äußeren Überspannungen. Bei Wechselrichtern treten jedoch viele, wenn nicht die meisten Störungen auf der Wechselstromseite auf, beispielsweise durch eine Spannungsabsenkung oder eine Formveränderung der Spannungskurve, besonders falls der Wechselrichter ein weit verzweigtes Wechselstromnetz speist. Eine derartige Störung auf der Wechselstromseite verursacht in der Regel einen Kommutierungsfehler im Wechselrichter, was bekanntlich gefährlich ist. Ein solcher Fehler kann auch auf Ursachen im Wechselrichter selbst beruhen. Zur Abhilfe solcher Störungen im Wechselrichter werden gemäß der Erfindung ein oder mehrere zum Wechselrichter parallel geschaltete Vorübergangsventile als Folge einer Störung auf der Wechselstromseite freigegeben.

In der Regel wird das Vorübergangsventil oder gegebenenfalls mehrere in Reihe geschaltete Ventile unmittelbar zwischen die Gleichstrompole des Wechselrichters eingeschaltet. In Zweiwegwechselrichtern ist es jedoch auch möglich, ein oder mehrere Vorübergangsventile zwischen jeden Gleichstrompol und einen zugänglichen Transformatorsternpunkt zu schalten. Da in solchem Fall die vom Vorübergangsventil nicht berührte Hälfte des Wechselrichters wie ein Einwegwechselrichter arbeiten wird, wird der Transformator eine Gleich-

Strommagnetisierung bekommen, und er soll dann mit Rücksicht hierauf, beispielsweise' in Zickzackschaltung, ausgeführt werden.

Die Freigabe eines zum Wechselrichter in einer der beschriebenen Weisen parallel geschalteten. Vorübergangsventils bedeutet eine völlige Entlastung des Wechselrichters selbst, aber gleichzeitig einen Kurzschluß auf seiner Gleichstromseite, weshalb sie mit einer Stromregelung oder -begrenzung ίο bei der Gleichstromquelle, z. B. einem Gleichrichter, verbunden werden .soll, um Überströme zu vermeiden. Sie ist auch, in den meisten Fällen nur als eine vorläufige Maßnahme aufzufassen, die durch solche Maßnahmen innerhalb des Wechselrichters selbst vervollständigt werden soll, daß er keinen. Strom liefert.

Eine solche Maßnahme ist z. B. eine Sperrung der Zündung. Während eine solche Sperrung ohne Vorbereitung eine Störung veranlaßt anstatt ihr abzuhelfen, wurde überraschenderweise gefunden, daß sie in Verbindung mit der Freigabe eines Vorübergangsventils gut verwendbar ist und dabei den Wechselrichter endgültig außer Wirkung setzt. Eine andere Maßnahme, die an sich bekannt ist, die aber in Verbindung mit der Freigabe des Vorübergangsventils viel leichter durchführbar ist, ist eine Abschaltung des Wechselrichters vom Wechselstromnetz. Eine solche Abschaltung kann nämlich nach dem Eingriff des Vorübergangsventils normal in praktisch stromlosen Zustand erfolgen. Im Fall einer ernsteren Störung, wie unten näher beschrieben wird, kann ein beträchtlicher Strom im Wechselrichter verbleiben, aber die Freigabe des Vorübergangsventils setzt jedenfalls diesen Strom herab und ermöglicht vor allem seine Sperrung durch eine negative Gitterspannung, eine Maßnahme die sonst bei einem Wechselrichter wirkungslos ist.

Störungen, auf der Wechselstromseite eines Wechselrichters können im wesentlichen in drei verschiedene Schwierigkeitsgrade unterteilt werden. 'Im leichtesten. Fall verschwindet die Störung von selbst nach einer gewissen Zeit, z. B. einer Periode oder wenigen. Perioden, aber ist jedoch, solange sie dauert, genügend ernsthaft, um einen Kommutierungsfehler des Wechselrichters zu verursachen. Sie kann doch oft durch eine für einen solchen Fall vorgesehene Maßnahme Abhilfe finden, z. B. indem der Wechselrichter zur nächsten Phase in der Phasenfolge kommutiert. Anstatt einer derartigen Schutzmaßnahme kann es doch jeweils zweckmäßig sein, das Vorübergangsventil eingreifen und den ganzen Gleichstrom übernehmen zu lassen und so den Wechselrichter während der ersten Zeit nach dem Kommutierungsfehler zu entlasten, bis die Strombegrenzung in Wirksamkeit getreten ist.

Der nächst schwierigere Fall ist der, daß die Störung während etwas längerer Zeit verbleibt, z. B. bis ι Sekunde -oder wenige Sekunden, im allgemeinen darauf beruhend, daß der Fehler in einem Teil des - Wechselstromnetzes langer dauert, aber dieser Teil außer Betrieb gesetzt wird, oder wenn ein Kommutierungsfehler im Wechselrichter eine entsprechende Zeit dauert. Die Erfindung ist besonders für diesen Fall bestimmt. Die Rückkehr zum normalen Betrieb soll "dann vorzugsweise' selbsttätigerfolgen, sobald dem Fehler im Wechselstromnetz abgeholfen ist. Hierbei bekommt die Wechselstromseite wieder im wesentlichen ihre normale Spannung, während der Wechselrichter noch durch das Vor Übergangs ventil kurzgeschlossen ist (jedoch nicht so, daß eine Energiespeisung von der Wechselstromseite möglich ist). Um dann die Rückkehr zum normalen Betrieb zu ermöglichen, soll der Wechselrichter auf die Gleichspannung Null gesteuert werden, jedenfalls so weit, daß er während Teilperioden eine Gleichrichterspannung gibt, weil die Arbeitsventile dann den Strom von dem kurzschließenden Vor Übergangsventil von selbst übernehmen können. Falls der Wechselrichter mit Stromregelung ausgerüstet ist, steuert er sich selbsttätig in dieser Weise, -sobald die während der Störung zufällig eingreifende Regelung bzw. Sperrung aufgehört hat.

Falls die Störung noch schwierigerer Art als die eben erwähnte ist, kann ihr in der Regel nicht selbsttätig abgeholfen werden, sondern sie fordert persönliche Eingriffe. Man kann dann beispielsweise die Anordnung so treffen, daß die beschriebenen Maßnähmen nach einer gewissen Zeit ein Signal an das Wartepersonal veranlassen, falls letzteres nicht bereits früher gewarnt 'wurde, um mehr durchgreifende Schritte zu unternehmen, beispielsweise das Außerbetriebsetzen" der Gleichstromquelle (Sperrung einer Gleichrichteranlage).

Für die praktische Verwirklichung der Erfindung gibt es selbstverständlich eine Mehrzahl verschiedener Wege. Wie bereits er wähnt, kann der Freigabeimpuls unmittelbar beispielsweise aus einer Spaninungssenikung "auf der Wechselstromseite hergeleitet werden, in welchem Falle sie nur sehr ein- iod fache Maßnahmen erfordert. -In der Praxis kann es jedoch zweckmäßig sein, den Freigabeimpuls in einer mittelbaren Weise bzw. .aus dem Wechselrichter herzuleiten, wie im folgenden näher beschrieben wird.

In der Zeichnung zeigen Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung." ■ "

Fig. ι und 2 zeigen beide dreiphasige Zweiwegwechselrichter mit sechs Ventilen 1 bis 6, die an Gleichstrompole 7 und Wechselstrompole 8 angeschlossen sind. Auf der Gleichstromseite kann er in Reihe (und auch in Parallelschaltung) mit anderen ähnlichen Einheiten, liegen, so -daß eine Hochspannungs- und HOchleistungsanlage gebildet wird.

Zum Wechselrichter ist ein Vorübergangsventil 9 parallel geschaltet. Jedes Ventil des Wechselrichters ist mit einem Schutz gegen Kommutierungsfehler versehen, welches jedoch nur für ein Ventil dargestellt wurde. In den WechselstiOmleitern (gegebenenfalls jenseits des Haupttransformators) ist in Fig. 1 die Primärwicklung eines Stromwandlers 10 eingeschaltet, dessen Sekundärwicklung auf einen Widerstand. 11 arbeitet. Dieser Widerstand ist - zwischen der Kathode und einem Gitter einer Elektronenröhre 12 eingeschaltet. Zwischen einem anderen Gitter und der Kathode derselben Röhre

ist ein nicht näher gezeigtes Impulsgerät 13 eingeschaltet, das gegebenenfalls für sämtliche Ventile des Wechselrichters gemeinsam sein kann und das mit gewissen Zwischenzeiten positive Impulse an die zugehörigen Gitter schickt. Zwischen der Anode und Kathode der Röhre 12 sind eine Spannungsquelle 14 und ein Widerstand 15 eingeschaltet. Die Spannung über den letzteren wird abgenommen und zwischen Gitter und Kathode des Hauptventils 3 aufgedrückt.

Die jetzt beschriebene Anordnung, die an sich grundsätzlich bekannt ist, arbeitet hauptsächlich in folgender Weise: Normal wird vom Ventil 1 an das Ventil 2 kommutiert. Falls diese Kommutierung aus irgendwelchem Grunde fehlen sollte, erkennt man dies unter anderem daran, daß der Strom des Stromwandlers ι ο während einer Teilperiode fortdauert, in der er normal nicht fließen sollte. Das am Widerstand 11 angeschlossene Gitter der Elektranenröhre 12 ist dann positiv. Bei einem passenden Zeitpunkt während dieser Teilperiode sendet das Impulsgerät 13 einen positiven Impuls an sein Gitter, und da also beide Gitter der Röhre 12 dann positiv werden, wird die Röhre stromführend. Über dein Widerstand 15 tritt dann eine Spannung auf, die über ein Isolier- und Impulsgerät 19 einen positiven Impuls an das Gitter des Ventils 3 sendet, so daß dieses Ventil zündet anstatt des nicht zündenden Ventils 2.

Falls die Ursache der fehlenden Kommutierung schnell vorübergehender Art ist, kann der Störung gewöhnlich durch die eben beschriebene Vorrichtung abgeholfen, werden. Falls die Ursache dagegen während längerer Zeit verbleibt, beispielsweise während einer von vornherein bestimmten Anzahl von Perioden, tritt die jetzt zu beschreibende Anordnung in Wirksamkeit. In. der Verbindung zwischen dem Widerstand 15 und dem Gitterkreis des Ventils 3 ist ein integrierendes oder impulsähnliches Relais 16 eingeschaltet, welches, nachdem die Impulse eine gewisse Anzahl oder ihr integrierter elektrischer Wert einen gewissen Betrag erreicht hat, einen positiven Impuls durch ein Impulsgerät 20 an das Gitter des Vorübergangsventils 9 sendet, so daß

+5 dieses Ventil zündet und den ganzen Wechselrichter kurzschließt.

Wie schon erwähnt, kann es jeweils zweckmäßig sein, daß für die fehlende Kommutierung ansprechende Gerät, beispielsweise die Röhre 12 in der dargestellten Ausführungsform, unmittelbar freigebend auf das Vorübergangsventil wirken zu lassen, anstatt den Strom an das nächste Ventil in der Phasenfolge (3 im dargestellten Beispiel) zu kommutieren. Die Fehlkommutierung verursacht immer einen Stromanstieg, dessen Steiggeschwindigkeit zwar von der in der Regel vorhandenen Gleichstromdrossel begrenzt wird, die jedoch hinreichend sein kann, um bei der nächstfolgenden Kommutierung eine Verlängerung der Komrautierungszeit mit der Gefahr mehrerer fehlender Kommutierungen und anderer Störungen zu verursachen, bevor die Strombegrenzung in Wirkung getreten ist. Um den Wechselrichter von solchen Kommutierungsschwierigkeiten und anderen Lästigkeiten ganz zu befreien, kann es zweckmäßig sein, das Vorüber· gangsventil schon bei der ersten Fehlkommutierung in Wirkung treten zu lassen, d. h. die Röhre 12 oder das entsprechende Gerät unmittelbar auf das Vorübergangsventil wirken zu lassen. Sobald der Strom auf einen zulässigen Wert begrenzt, die Phasenlage der Kommutierung gegebenenfalls richtiggestellt und andere etwa nötige Maßnahmen zur Vorbeugung eines wiederholten Fehlens der Kommutierung getroffen worden sind, ist es in der Regel zweckmäßig, den Wechselrichter in der früher beschriebenen oder in anderer Weise wieder in Wirksamkeit zu setzen.

Eine andere Weise zum Außerbetriebsetzen des Wechselrichters ist in Fig. 2 dargestellt. Ein Gittersteuergerät 22 bzw. 23 ist hier nur beim Arbeitsventil 1 und beim Vorübergangsventil 9 dargestellt. Es kann in (z. B. durch das schwedische Patent 117120) bekannter Weise derart ausgeführt sein, daß es nach Empfang eines Impulses einer Richtung sein Gitter bei negativem oder positivem Potential so lange hält, bis es einen Impuls in entgegengesetzter Richtung empfängt. Derartige Impulse werden über Isoliertransformatoren 21, 29 von Umschaltern 31, 39 gesandt, die beispielsweise derart untereinander verbunden sein können, daß das» go Gitter des Ventils 1 negativ wird, wenn oder unmittelbar nachdem das Gitter des Ventils 9 positiv wird. Die Umschalter können beispielsweise durch eine Spannumgssenkung auf der Wechselstromseite betätigt werden. Gegebenenfalls können die Gitter der Arbeitsventile 1 bis 6 in Verbindung mit der Freigabe des Ventils 9 solche Impulse erhalten, daß der Steuerfaktor sämtlicher Arbeitsventile so hoch wird, daß sie kernen Strom führen können, oder es kann auch in Verbindung mit der Freigabe des Vor-Übergangsventils ein auf der Wechselstromseite, vorzugsweise auf der Niederspannungsseite eines an den Wechselrichter angeschlossenen Transformators, angebrachter Schalter den Wechselrichter vom Wechselstromnetz abtrennen.

Das Wiedereinsetzen eines durch das Vorübergangsventil kurzgeschlossenen Wechselrichters in den Betrieb erfolgt zweckmäßig in solcher Weise, daß eine Arbeitsanode freigegeben wird, während ihr Potential noch höher als der Mittelwert liegt, no und daß das Vorübergangsventil wieder gesperrt wird, bevor das Potential der Arbeitsanode unter den Mittelwert gesunken ist. Das freigegebene Arbeitsventil wird dann den Strom übernehmen und später in gewöhnlicher Weise an das nächste Arbeitsventil kommutieren usw. Allgemein kann die Bedingung für das Wiedereinsetzen derart ausgedrückt werden, daß der Wechselrichter derart gesteuert wird, daß er wenigstens während Teilperioden eine Gleichrichterspannung abgibt. Die Sperrung des Vorübergangsventils kann vor oder nach dem Zünden des Arbeitsventils erfolgen, aber soll, wie erwähnt, durchgeführt sein, bevor die Gleichspannung des Wechselrichters durch Null geht.

Nachdem der Wechselrichter in irgendeiner der beschriebenen Weisen außer Betrieb gesetzt worden

ist, kann er vorzugsweise auch von den Gleichstrompolen mechanisch abgeschaltet werden, beispielsweise durch Trennschalter 18, nachdem die Gleichstrompole 7 bzw. das Vorübergangsventil durch einen Trennschalter kurzgeschlossen wurden. Bei mehreren in Reihe geschalteten Wechselrichtern kann man mit einem derselben in dieser Weise abgeschalteten Wechselrichter sogar während einer verhältnismäßig langen Zeit arbeiten.

Gemäß der Erfindung können gewisse Arbeitsventile des Wechselrichters als Vorüibergangsventile dienen. In diesem Falle werden zwei zwischen den Gleichstrompolen liegende Ventile gleichzeitig freigegeben, was im normalen Betrieb nie erfolgt.

Falls mehrere Wechselrichter in Reihe geschaltet sind, können die Impulse an ihre Vorübergangsventile an sämtliche gesandt und gegebenenfalls in der Zeit derart gestaffelt werden, daß sie nach und nach für die verschiedenen Wechselrichter ein-

ao treffen, wodurch ein allzu plötzlicher Zusammenbruch der Gesamtspannung vermieden, wird.

Im Vergleich mit dem früher vorgeschlagenen Verfahren zum Schutz eines Wechselrichters durch die gänzliche Unterbrechung der Energielieferung der Gleichstromquelle bietet die Erfindung den Vorteil, daß. die Gleichstromquelle, beispielsweise eine Gleichrichteranlage, in vollem Betrieb erhalten wird, weshalb die Energielieferung ganz schnell wiederaufgenommen werden kann, nachdem die Störung beseitigt wurde.

Claims (14)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Schutz von Wechselrichtern gegen Störungen mit Hilfe von Vorübergangsventilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorübergangsventile ,als Folge einer Störung auf der Wechselstromseite freigegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabe unmittelbar durch eine Spannungssenkung auf der Wechselstromseite ausgelöst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabe durch eine Folgeerscheinung einer Fehlkommutierung im Wechselrichter ausgelöst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabe wiederholte Fehlkommutierungen im Wechselrichter voraussetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren in Reihe geschalteten Wechselrichtern deren Vorübergangsventile etwa gleichzeitig freigegeben werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabemaßnahmen nach und nach mit gewissen Zeitunterschieden für die verschiedenen Wechselrichter vorgenommen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle des Wechselrichters mit einer Stromregelung oder Strombegrenzung versehen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gewisse Arbeitsventile des Wechselrichters als Vorüibergangsventile dienen.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit der Freigabe des Vorübergangsventils solche Schritte bei dem Wechselrichter vorgenommen werden, daß er keinen Strom liefert.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß, der Wechselrichter in Verbindung mit der Freigabe des Vorübergangsventils durch Gittersteuerung oder damit gleichwertige Maßnahme gesperrt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter in Verbindung mit der Freigabe des Vorübergangsventils vom Wechselstromnetz mechanisch abgeschaltet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wechselrichter in Verbindung mit der Freigabe des Vorübergangsventils ein, so hoher Steuerfaktor beigebracht wird, daß er stromlos wird.

13. Verfahren zum Wiedereinsetzen in Betrieb von Wechselrichtern, die nach Anspruch 9 außer Betrieb gesetzt wurden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter bis auf einen so niedrigen Steuerfaiktor gesteuert wird, daß er während Teilperioden, eine Gleichrichter spannung liefert und daß das Vorülbergangsventil in Verbindung damit gesperrt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es auf Wechselrichter in einer Reihe von solchen einzeln angewandt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

9502 5.54