EP0534950B1 - Regelverfahren für die stromversorgungseinrichtung eines elektrofilters - Google Patents

Regelverfahren für die stromversorgungseinrichtung eines elektrofilters Download PDF

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EP0534950B1
EP0534950B1 EP90905427A EP90905427A EP0534950B1 EP 0534950 B1 EP0534950 B1 EP 0534950B1 EP 90905427 A EP90905427 A EP 90905427A EP 90905427 A EP90905427 A EP 90905427A EP 0534950 B1 EP0534950 B1 EP 0534950B1
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Roland HÜMPFNER
Norbert Grass
Hans-Joachim Knaak
Franz Neulinger
Helmut Schummer
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/66—Applications of electricity supply techniques
    • B03C3/68—Control systems therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/903—Precipitators

Definitions

  • the invention relates to a control method for the power supply device of an electrostatic filter.
  • Power supply devices which consist of an intermediate circuit converter equipped with a measuring and control unit with a downstream high-voltage transformer are, for. B. from DE-OS 35 22 569 known.
  • a serious disadvantage of the previously known control methods is the necessity to determine the filter current and the filter voltage on the secondary side, ie. H. on the high voltage side of the transformer. Measuring devices for measuring under high voltage are expensive and prone to failure. In addition, extensive shielding and insulation measures must be taken to ensure safety for the operating personnel.
  • the determination of secondary-side conditions is indispensable, since the electrostatic filter should be controlled as optimally as possible and for this purpose a constant adjustment of the setpoints, e.g. B. for the intermediate circuit current, is necessary.
  • the object of the present invention is to avoid the secondary measurement at high voltage.
  • Another object of the invention is to accelerate and automate the target value specification so that the electrostatic filter is optimally controlled and environmental protection requirements are thereby met.
  • Automation is also intended to save personnel costs.
  • actual values e.g. B. the primary voltage, measured, it is u.
  • setpoints actual values and setpoints, links between actual and setpoints, or combinations thereof.
  • the secondary-side actual values are calculated from the primary-side actual values of voltage and current, and the electrostatic filter is hereby checked for filter breakdown and filter short-circuit.
  • the electrostatic filter can be operated with direct current, with current pulses or with a combination of both.
  • the Breaks between two pulses created several small measuring pulses in order to be able to measure sensible values on the primary side even during the pulse breaks.
  • a filter characteristic curve is recorded, this filter characteristic curve is evaluated, and new setpoints, e.g. B. for the DC link current.
  • the new setpoints are calculated in an automation unit that is superior to the measuring and control unit.
  • the FIG shows schematically an arrangement for carrying out the control process and the management process for specifying the setpoint.
  • An intermediate circuit converter 2 equipped with a measuring and control unit 1 feeds a high-voltage transformer 3, the output voltage of which is applied to an electrostatic filter 5 via a rectifier 4.
  • the measuring and control unit 1 is connected to a higher-level automation unit 6.
  • the higher-level automation unit 6 can, for. B. a programmable logic controller (Siemens S5) or a personal computer.
  • the measuring and control unit 1 measures or determines continuously - z. B. every millisecond - DC link current and primary voltage on the primary side and determines the filter current and filter voltage from these variables.
  • the filter voltage from one measurement or calculation to the other from a value above a predetermined, changeable minimum value, z. B. 5 kV, less than a predetermined, variable percentage, for. B. 25% it is detected on filter breakdown. If the filter voltage is within a predefined, changeable breakdown waiting time between 0 and 200 ms, e.g. B. 100 ms, increases again above this percentage, the counter for self-extinguishing breakthroughs is increased by one in the measuring and control unit 1. Otherwise, the counter for non-self-extinguishing breakthroughs is increased by one and a deionization reaction is initiated. The filter 5 is then recharged.
  • a filter current flows which is greater than a predetermined, variable minimum current, for. B. 10% of the maximum current, is detected on filter short circuit and the power supply in the intermediate circuit of the intermediate circuit converter 2 for a predetermined, variable waiting time of z. B. locked for 500 ms.
  • the time of the filter short circuit is also saved.
  • the filter 5 is then recharged. Exceeds the number of filter short circuits during a predetermined, changeable period of time, e.g. B. a minute, a predetermined, changeable maximum number, e.g. B. 10, it is recognized for permanent short-circuit and the electrostatic filter 5 is switched off.
  • the filter characteristic curve is represented as a function of the filter voltage as a function of the filter current. If the electrostatic filter is operated with current pulses, the filter voltage as a function of time is shown as the filter characteristic.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren für die Stromversorgungseinrichtung eines Elektrofilters.
  • Stromversorgungseinrichtungen die aus einem mit einer Meß- und Steuereinheit ausgestatteten Zwischenkreisumrichter mit nachgeschaltetem Hochspannungstransformator bestehen sind z. B. aus der DE-OS 35 22 569 bekannt. Ein gravierender Nachteil der bisher bekannten Regelverfahren ist die Notwendigkeit, zur Ermittlung sekundärseitiger Zustände den Filterstrom und die Filterspannung sekundärseitig, d. h. auf der Hochspannungsseite des Transformators, zu messen. Meßgeräte zur Messung unter Hochspannung sind teuer und störanfällig. Zudem müssen umfangreiche Abschirmungs- und Isolierungsmaßnahmen getroffen werden, um die Sicherheit für das Betriebspersonal zu gewährleisten. Andererseits ist die Ermittlung sekundärseitiger Zustände unabdingbar, da das Elektrofilter möglichst optimal ausgesteuert werden soll und hierzu eine ständige Anpassung der Sollwerte, z. B. für den Zwischenkreisstrom, nötig ist.
  • Wegen der vorstehend beschriebenen Hochspannungsprobleme erfolgte bisher die Sollwertvorgabe für Werte wie z.B. Zwischenkreisstrom, Pulswiederholfrequenz oder Pulsdauer dadurch, daß die Filterkennlinie gemessen wurde und mit Hilfe dieser Messung aufgrund der Erfahrung des Bedienpersonals neue Sollwerte manuell vorgegeben wurden.
  • Diese Art der Sollwertvorgabe hat Nachteile: Ihre Zuverlässigkeit und Genauigkeit ist von Erfahrung und Aufmerksamkeit des Bedienpersonals abhängig, und sie führt zu hohen Personalkosten.
  • Insbesondere wegen verschärfter Umweltgesetze (z. B. TA Luft) ist es nötig, das Elektrofilter optimal zu betreiben. Da sich die Durchschlagsspannung des Filters während des Betriebes ändert, müssen für einen optimalen Betrieb die Sollwerte immer wieder neu bestimmt und angepaßt werden. Aufgrund der Schnelligkeit der Änderung der Durchschlagsspannung ist eine ständige Sollwertanpassung auch für geschultes Personal nicht möglich.
  • Aus der DE-A-1 557 061 ist es bekannt, den primärseitigen Strom zu messen, um über einen primärseitig angeordneten Magnetverstärker die dem Elektrofilter zugeführte Betriebsspannung zu steuern.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, das sekundärseitige Messen bei Hochspannung zu vermeiden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Sollwertvorgabe zu beschleunigen und zu automatisieren, so daß das Elektrofilter optimal gesteuert und dadurch Umweltschutzauflagen erfüllt werden. Insbesondere soll aus Gründen der Wirtschaftlichkeit die Nachrüstung existierender Anlagen mit dem erfindungsgemäßen Regelverfahren möglich sein. Ferner sollen durch die Automatisierung Personalkosten eingespart werden.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Im Regelfall werden hierbei primärseitig Istwerte, z. B. die Primärspannung, gemessen, es ist u. U. aber auch sinnvoll, Sollwerte, Istwerte und Sollwerte, Verknüpfungen von Ist- und Sollwerten oder Kombinationen hiervon zu messen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Regelverfahrens werden aus den primärseitigen Istwerten von Spannung und Strom die sekundärseitigen Istwerte berechnet und hiermit das Elektrofilter auf Filterdurchschlag und Filterkurzschluß überprüft.
  • Das Elektrofilter kann hierbei mit Gleichstrom, mit Strompulsen oder mit einer Kombination von beidem betrieben werden. Bei mit Strompulsen betriebenen Elektrofiltern werden in den Pausen zwischen zwei Pulsen mehrere kleine Meßpulse angelegt, um auch in den Pulspausen primärseitig sinnvolle Werte messen zu können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Filterkennlinie aufgenommen, diese Filterkennlinie ausgewertet, und aufgrund der Auswertung der Filterkennlinie neue Sollwerte, z. B. für den Zwischenkreisstrom, bestimmt. Die Berechnung der neuen Sollwerte erfolgt in einer der Meß- und Steuereinheit übergeordneten Automatisiereinheit.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit den weiteren Einzelansprüchen.
  • Die FIG zeigt schematisch eine Anordnung zur Durchführung des Regelverfahrens und des Führungsverfahrens zur Sollwertvorgabe.
  • Ein mit einer Meß- und Steuereinheit 1 ausgestatteter Zwischenkreisumrichter 2 speist einen Hochspannungstransformator 3, dessen Ausgangsspannung über einen Gleichrichter 4 an ein Elektrofilter 5 angelegt ist. Die Meß- und Steuereinheit 1 ist mit einer übergeordneten Automatisiereinheit 6 verbunden. Die übergeordnete Automatisiereinheit 6 kann z. B. eine speicherprogram mierbare Steuerung (Siemens S5) oder ein Personalcomputer sein. Die Meß- und Steuereinheit 1 mißt oder bestimmt kontinuierlich - z. B. jede Millisekunde - primärseitig Zwischenkreisstrom und Primärspannung und ermittelt aus diesen Größen Filterstrom und Filterspannung.
  • Wenn die Filterspannung von einer Messung bzw. Berechnung auf die andere von einem Wert oberhalb eines vorgegebenen, veränderbaren Minimalwertes, z. B. 5 kV, auf weniger als einen vorgegebenen, veränderbaren Prozentsatz, z. B. 25 %, absinkt, so wird auf Filterdurchschlag erkannt. Wenn die Filterspannung in einer vorgegebenen, veränderbaren Durchschlag-Wartezeit zwischen 0 und 200 ms, z. B. 100 ms, wieder über diesen Prozentsatz ansteigt, wird in der Meß- und Steuereinheit 1 der Zähler für selbstverlöschende Durchschläge um eins erhöht. Andernfalls wird der Zähler für nicht selbstverlöschende Durchschläge um eins erhöht und eine Entionisierungsreaktion eingeleitet. Anschließend wird das Filter 5 wieder aufgeladen.
  • Wenn die Primärspannung des Hochspannungstransformators 3 unter einen vorgegebenen, veränderbaren Minimalwert im Bereich von 60 bis 100 V, typisch ca. 80 V, absinkt, während einer vorgegebenen, veränderbaren Kurzschluß-Wartezeit von z. B. 250 ms nicht wieder über diesen Wert ansteigt und gleichzeitig ein Filterstrom fließt, der größer als ein vorgegebener, veränderbarer Mindeststrom, z. B. 10 % des Maximalstromes, ist, so wird auf Filterkurzschluß erkannt und die Stromzufuhr in den Zwischenkreis des Zwischenkreisumrichters 2 für eine vorgegebene, veränderbare Wartezeit von z. B. 500 ms gesperrt. Ferner wird der Zeitpunkt des Filterkurzschlusses gespeichert. Anschließend wird das Filter 5 wieder aufgeladen. Übersteigt die Zahl der Filterkurzschlüsse während einer vorgegebenen, veränderbaren Zeitspanne, z. B. eine Minute, eine vorgegebene, veränderbare maximale Anzahl, z. B. 10, so wird auf Dauerkurzschluß erkannt und das Elektrofilter 5 abgeschaltet.
  • In Intervallen werden von der übergeordneten Automatisiereinheit 6 Kommandos sowie eventuell nötige Parameter an die Meß- und Steuereinheit 1 übertragen. Diese Kommandos können sein:
    • Das Kommando zum Verändern der Betriebsart (Gleichstrombetrieb, Pulsbetrieb, gemischter Betrieb),
    • das Kommando zum Verändern der Betriebsparameter und die neuen Betriebsparameter,
    • das Kommando zur Aufnahme einer Filterkennlinie.
  • Wenn die Meß- und Steuereinheit 1 das Kommando zur Kennlinienaufnahme empfängt, unterbricht die Meß- und Steuereinheit 1 den normalen Betrieb des Elektrofilters 5, nimmt die Filterkennlinie auf und überträgt die Daten an die übergeordnete Automatisiereinheit 6. Die Automatisiereinheit 6 zeigt die Filterkennlinie auf einem (nicht dargestellten) Monitor an, wertet die übermittelten Daten aus und übertragt neue Sollwerte an die Meß- und Steuereinheit 1. Neue Sollwerte können für alle veränderbaren Werte vorgegeben werden. Als Beispiele seien hier genannt:
    • Stellgrößen wie z. B. Zwischenkreisstrom und bei Pulsbetrieb die Pulsdauer,
    • Vergleichsgrößen wie z. B. die kritische Spannung für die Detektion eines Filterkurzschlusses,
    • Zeiten wie z. B. die Durchschlag-Wartezeit.
  • Wenn das Elektrofilter 5 mit Gleichstrom betrieben wird, wird die Filterkennlinie als Funktion der Filterspannung in Abhängigkeit vom Filterstrom dargestellt. Wenn das Elektrofilter mit Strompulsen betrieben wird, wird als Filterkennlinie die Filterspannung als Funktion der Zeit dargestellt. Um während der Pause zwischen zwei Pulsen die Filterwerte primärseitig messen zu können, werden während der Pulspause periodisch, z. B. mit einer Frequenz zwischen 100 und 1000 Hz, kleine Meßpulse an das Elektrofilter 5 angelegt. Dies ist im Pulsbetrieb nicht nur während der Kennlinienaufnahme, sondern immer nötig, da sonst während der Pulspausen das Elektrofilter 5 durch den Gleichrichter 4 vom Hochspannungstransformator 3 abgekoppelt ist.
  • Im Vorangegangenen wurde neben einem Regelverfahren für die Stromversorgungseinrichtung eines Elektrofilters 5 durch eine Meß- und Steuereinheit 1 die Führung der Meß- und Steuereinheit 1 einer Stromversorgungseinrichtung für ein Elektrofilter 5 durch eine übergeordnete Automatisiereinheit 6 geschildert. Selbstverständlich ist es ebenso möglich, mit einer derartigen Automatisiereinheit 6 mehrere Elektrofilter 5 zu führen. Die Betriebsarten der Elektrofilter sind hierbei völlig unabhängig voneinander.

Claims (11)

  1. Regelverfahren für die Stromversorgungseinrichtung eines Elektrofilters, die aus einem mit einer Meß- und Steuereinheit ausgestatteten Zwischenkreisumrichter mit nachgeschaltetem Hochspannungstransformator besteht, bei dem von der Meß- und Steuereinheit (1) Strom und Spannung des Hochspannungstransformators (3) primärseitig gemessen und hieraus automatisch sekundärseitiger Filterstrom und sekundärseitige Filterspannung berechnet werden und bei Detektion eines Fiiterkurzschlusses aus den berechneten Werten für eine vorgegebene, veränderbare Wartezeit der externen Stromversorgung kein Strom mehr entnommen wird, der Zeitpunkt des Auftretens des Filterkurzschlusses gespeichert wird und der Zwischenkreisumrichter (2) abgeschaltet wird, wenn die Zahl der Filterkurzschlüsse innerhalb einer vorgegebenen, veranderbaren Zeitspanne eine vorgegebene, veränderbare Grenze übersteigt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrofilter (5) mit Gleichstrom betrieben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrofilter (5) mit Strompulsen betrieben wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrofilter (5) mit Gleichstrom betrieben wird, dem Strompulse überlagert sind.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mit Strompulsen betriebenen Elektrofilter (5) während der Pause zwischen zwei Strompulsen in kurzen Zeitabständen Meßpulse an das Elektrofilter (5) angelegt werden.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filterdurchschlag dadurch detektiert wird, daß die Filterspannung in kurzer Zeit, z. B. 1-10 ms, von einem hohen Wert, z. B. größer 5 kV, auf einen niedrigen Wert, z. B. weniger als 25 % der vorherigen Spannung, absinkt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Detektion eines Filterdurchschlages ein Zähler in der Meß- und Steuereinheit (1) inkrementiert wird, nach einer vorgegebenen, veränderbaren Durchschlag-Wartezeit erneut geprüft wird, ob ein Filterdurchschlag stattfindet,und bei Vorliegen eines Filterdurchschlages eine Entionisierungs-Reaktion eingeleitet wird.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filterkurzschluß dadurch detektiert wird, daß bei kleiner Primärspannung, z. B. 60 bis 100 V, des Hochspannungstransformators (3) ein hoher Filterstrom, z. B. mehr als 10 % des Maximalstroms, fließt.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Intervallen eine Filterkennlinie aufgenommen wird, aus der neue Sollwerte für die Steuerung des Zwischenkreisumrichters (2) berechnet werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als neue Sollwerte Stellgrößen wie z. B. der Zwischenkreisstrom, Vergleichsgrößen wie z. B. der Minimalwert zur Detektion eines Filterkurzschlusses und Zeiten wie z.B. die Durchschlag-Wartezeit vorgebbar sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinien von der Meß- und Steuereinheit (1) an eine übergeordnete Automatisiereinheit (6) übertragen werden, von dieser ausgewertet werden und die neuen Sollwerte an die Meß- und Steuereinheit (1) übertragen werden.
EP90905427A 1990-04-04 1990-04-04 Regelverfahren für die stromversorgungseinrichtung eines elektrofilters Expired - Lifetime EP0534950B1 (de)

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DE (2) DE59009450D1 (de)
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