EP0934617A1 - Method and device for compensating reactive current portions by means of a compensation arrangement with a pulse current rectifier - Google Patents

Method and device for compensating reactive current portions by means of a compensation arrangement with a pulse current rectifier

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Publication number
EP0934617A1
EP0934617A1 EP97911130A EP97911130A EP0934617A1 EP 0934617 A1 EP0934617 A1 EP 0934617A1 EP 97911130 A EP97911130 A EP 97911130A EP 97911130 A EP97911130 A EP 97911130A EP 0934617 A1 EP0934617 A1 EP 0934617A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
space vector
reactive power
controller
network
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP97911130A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Weinhold
Rainer Zurowski
Martin Sonnenschein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0934617A1 publication Critical patent/EP0934617A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/20—Active power filtering [APF]

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for compensating reactive current components of a non-ideal consumer, which is fed from a supply network, by means of a compensation device electrically connected in parallel with the consumer, which has a pulse converter with at least one capacitive memory, an adaptation filter and a regulating and control device.
  • non-linear consumers especially diode rectifiers, such as those found in power supplies for PCs and televisions
  • Their currents are subject to high harmonics and cause voltage drops at the network impedances that overlap the originally sinusoidal network voltage. If the values are too high, these voltage distortions can lead to overloading of network equipment (e.g. transformers, compensation systems) and disrupt the orderly operation of other consumers.
  • network equipment e.g. transformers, compensation systems
  • Another problem in distribution networks is the operating point-dependent and thus generally changing reactive power requirement of e.g. network-controlled thyristor power converters or asynchronous machines in industry.
  • the respective operator of these devices often has to ensure from contractual agreements with the supplying energy supply company that he observes a certain performance factor from the point of view of the connection point with the higher-level network.
  • single-phase connected loads cause an asymmetrical load on the three-phase network.
  • large loads cause load currents that cause large asymmetrical mains voltage drops at the mains impedances. These can disrupt the orderly operation of consumers.
  • High short-term active power requirements from consumers can result in an increased energy purchase price, since the supplying energy supply company makes part of the energy costs dependent on the maximum active power drawn during a time interval (often one year).
  • the peak performance is cut and the performance price is reduced.
  • the use of energy storage devices can also prevent expensive network expansion.
  • Such a compensation device with an IGBT pulse converter is from the publication entitled "Development of FACTS for Distribution Systems" by D. Povh and M. Weinhold, printed in Conference Proceedings of the EPRI Conference on the Future of Power Delivery, April 9 -11, 1996.
  • Such a compensation device is also called a power conditioner, in particular a Siemens power conditioner (SIPCON)
  • Power Conditioner has a pulse converter that is connected to the grid in parallel via an LCL filter.
  • the task of the LCL filter is to reduce the switching frequency repercussions of the pulse rate modulation control rate.
  • the converter used for speed- controlled drives was developed and is manufactured in large quantities with nominal powers in the range from 2 kVA to 1.5 MVA. This is the basis of the SIPCON.
  • This pulse converter contains Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT.) and works with switching frequencies up to 16 kHz
  • IGBT. Insulated Gate Bipolar Transistors
  • the control structure of this power conditioner is designed so that you can switch between three modes.
  • the control On the input side, the control has a space vector transformation device with which a mains current space vector, a line voltage space vector and a compensator current space vector are generated from measured line currents, line voltages and compensator currents. These space pointers are digitized and fed to a voltage control, a reactive current compensation and a flicker control, the outputs of these controls being able to be fed to a pulse width modulator of the pulse converter via a changeover switch.
  • the room pointer of the mains voltage is compared with a setpoint.
  • a PI controller determines the reactive power that is required to eliminate the voltage deviation.
  • the output value of the reactive power controller is transferred to the pulse width modulator. So far, load balancing has usually been carried out using stonemasonry. These consist of dummy elements (capacitors and chokes), which can be connected via switches or converters (eg three-phase controllers) as required.
  • a device for providing electrical energy from a direct current storage device for an alternating current network is known from German published patent application 42 15 550, a superconducting magnetic energy storage device (SMES) being used as the direct current storage device with a very high storage efficiency.
  • SMES superconducting magnetic energy storage device
  • control methods are presented so that the power conditioner can compensate for a fundamental vibration displacement reactive power.
  • the compensation device In order to keep unwanted reactive current components of a load away from the supply network, the compensation device must feed these components in parallel to the load, so that the current components of the compensator at the junction point, also known as point of common coupling (PCC), cancel the reactive current components of the load.
  • PCC point of common coupling
  • the reactive current components contained in the mains current are first calculated from the mains voltage and mains current space vector.
  • the difference between the network-side compensator voltage space vector and the network voltage space vector must now generate a current space vector via the coupling filter shown as compensator inductance, which keeps the unwanted reactive current components away from the network and additionally supplies the DC voltage circuit.
  • the task of regulating the power conditioner presented is to determine the transmission ratio space vector ü required to generate this voltage between the intermediate circuit voltage of the pulse To determine converter and the network side Ko pensatorschreibs- space pointer.
  • the instantaneous reactive power is calculated by means of the determined mains voltage space vector and the determined conjugate complex mains current space vector and fed to a PI controller, at the output of which there is an angle value which indicates the angular displacement between the mains voltage space vector and the transmission ratio space vector . From this angle is generated by means of a unit space pointer, which points in the direction of the transfer ratio space pointer, and a constant absolute value of the transfer ratio space pointer, which is fed to the pulse width modulator of the pulse converter. Depending on the voltage at the capacitive memory and the transfer ratio space vector, the pulse converter generates a compensator voltage space vector at its network-side output, which drives a compensation current via the inductance of its matching filter.
  • Space pointer that contains, among other things, an active component. This results in an exchange of active power between the mains and the DC link of the pulse converter and a change in the DC link voltage.
  • the angle and the DC link voltage now change until the reactive power shift reactive power that has occurred in the network has disappeared.
  • the angle is then zero again and the compensation device provides exactly the reactive vibration displacement reactive power that the consumer requires.
  • the compensation device compared to idling the DC link voltage changed. If it is assumed that the consumer needs inductive fundamental vibration shift reactive power, the compensation device must give off capacitive reactive power and the network-side compensator voltage space vector is larger than the network voltage space vector. As a result, the DC link voltage rises compared to idling and has been set depending on the operating point.
  • An ideal, three-phase supply network provides the consumer with three purely sinusoidal voltages with constant frequency, which are shifted by 120 ° el from each other and have constant, identical peak values.
  • the ideal line currents for this network are proportional to the corresponding phase-to-earth line voltage in each line, with the proportionality factor being the same in all three lines. Then a desired amount of energy or active power is transmitted with the minimum collective effective current value and thus with the lowest possible utilization of the network. These currents are therefore referred to as active currents.
  • Such an ideal consumer behaves like a three-phase, symmetrical ohmic resistor for the supply network.
  • reactive currents Every consumer that deviates from this behavior causes electricity components that do nothing to contribute to the active power transmission. These are called reactive currents. Provided that the supply voltage approximately corresponds to the ideal case mentioned above, these reactive currents contain the harmonic currents (including one
  • the invention is based on the object of improving the method for regulating the known compensation device, which has a pulse converter, in such a way that the compensation of the fundamental vibration displacement reactive power in the network also takes into account the fundamental vibration displacement reactive power of the compensator and regulates the mains voltage can be.
  • the compensation device now delivers a fundamental vibration reactive power, with which the fundamental vibration reactive power of the consumer and the compensation device are covered.
  • the capacitive memory is always properly supplied, even if the compensation of the reactive power of the network is suppressed. Because the active power in the network is calculated, a desired phase shift between fundamental vibration monitoring systems of the network voltage space vector and the network current space vector can be achieved. This means that the mains voltage is regulated as a function of the calculated active power of the network and the predetermined phase shift.
  • reactive current components can be compensated for, the harmonic currents, the frequency of which is a multiple of the mains frequency, and fundamental harmonic and symmetry reactive currents, which can be traced back to asymmetrical loads.
  • the harmonic currents the frequency of which is a multiple of the mains frequency
  • fundamental harmonic and symmetry reactive currents which can be traced back to asymmetrical loads. lead, include.
  • a partial transmission ratio space vector is generated for each reactive power type, which are then summed up with the basic transmission ratio space vector to form an overall transmission ratio space vector.
  • the identification of the fundamental oscillation asymmetry and the mains current harmonics is based on a complex Fourier series development of the mains current space vector. If the mains voltage fundamental oscillation space vector has the rotational frequency (0, a unit space vector is first generated to identify a harmonic of the vth order, the rotational frequency of which is + v ⁇ for a co-system and -v ⁇ for a negative system.
  • Averaging over a network period then results in a the complex Fourier coefficient of the corresponding mains current component is determined from the product of the mains current space pointer and the conjugate complex unit space pointer.
  • This complex Fourier coefficient is fed to an I controller, whose output signal is multiplied by a unit space pointer, depending on whether If the system is a co-system or a counter-system, a partial transfer ratio space pointer is obtained after multiplication by an imaginary unit j or -j. The amount and angle of the partial transfer ratio space pointer is changed by the I controller until the corresponding harmonic in the mains current is eliminated.
  • the partial transfer ratio space vector and thus the associated voltage part is above the coupling inductance perpendicular to the compensation current component, which compensates for the corresponding harmonic in the load current.
  • a partial transfer ratio space vector must be generated for each harmonic to be compensated.
  • the output signal of the I controller is multiplied by a unit space vector by the rotational frequency ⁇ and by the imaginary unit -j, so that a partial transmission ratio space vector is generated which compensates for the asymmetry.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a known compensation device which has a pulse converter
  • FIG. 2 shows the structure of a controller for generating an overall transmission ratio space vector, in which in FIG
  • 5 shows a control structure of the method according to the invention, whereas in 6 shows the control structure for generating a partial transmission ratio space vector and the
  • FIG. 8 shows a block diagram of an advantageous embodiment of a compensation device according to FIG. 1.
  • This compensation device 2 has a pulse converter 4 with at least one capacitive memory 6, a matching filter 8 and a regulating and control device 10.
  • This compensation device 2 is electrically connected in parallel to a non-ideal consumer 12, which is supplied from a supply network 14.
  • the regulating and control device 10 are a mains voltage
  • Space vector u N ⁇ a mains current space vector i N and a compensator ⁇ torstro space vector ⁇ i ⁇ and an intermediate circuit voltage 2E d , which drops across the two capacitive memories 6 of the pulse converter 4.
  • ⁇ ⁇ ⁇ are generated by means of a space vector transformation device from measured conductor voltages, mains currents and compensator currents. Since this device is known from the conference report mentioned at the beginning, entitled “Development of FACTS for Distribution Systems", only the essential parts of the compensation device 2 are illustrated in this illustration.
  • the adaptation filter 8 is represented here as an alternative by an inductance L ⁇ , whereas in the conference report mentioned this adaptation filter 8 is shown in detail. is posed.
  • the regulating and control device 10 has a regulating device 16 for determining a transmission ratio space vector u and a pulse width modulator 18 which
  • the transmission ratio space vector ü is the manipulated variable of the
  • Pulse converter 4 which is converted by means of the pulse width modulator 18 into control signals S v for this pulse converter 4.
  • the structure of the control device 16 is shown in more detail in FIG.
  • Constant frequency voltages that are around 120 ° el. are shifted towards each other and have constant, identical peak values, these reactive currents include the harmonic currents (including a DC component), the frequency of which is a multiple of the mains frequency, the fundamental harmonic displacement reactive currents that result from the phase shift between the mains voltage fundamental oscillation and the mains current fundamental oscillation, and the fundamental oscillation unbalanced currents, which are due to asymmetrical loads.
  • the compensation device 2 In order to keep unwanted reactive currents of the consumer 12 away from the supply network 14, the compensation device 2 must feed these components in parallel to the consumer 12, so that the current components of the compensation device 2 cancel each other at the connection point 20 with the reactive current components of the consumer 12.
  • the network voltage and network current space vector u N and i N must first be the one in the network current i N
  • Space vector u ⁇ and mains voltage space vector u N are generated using ⁇ ⁇ the matching filter shown as compensator inductance L ⁇
  • ⁇ keeps reactive current components away from the supply network 14 and additionally supplies the capacitive storage 6.
  • the task of the regulating and control device 10 is to determine the transmission ratio space vector u required to generate this voltage between the intermediate circuit voltage 2E d and the network-side compensator voltage space vector u ⁇ .
  • the regulating and control device 10 has a controller 22, 24, 26, 28, 30 and 32 for each reactive power type and for each harmonic Outputs are linked to a summation point 34.
  • the structure of the controller 22 is shown in part in FIG. 3 and in part in FIG. 5, whereas the controllers 24, 26, 28, 30 and 32 are shown in more detail by a representative controller structure in FIG. 6.
  • the controller 22 is shown in part in FIG. 3 and in part in FIG. 5, whereas the controllers 24, 26, 28, 30 and 32 are shown in more detail by a representative controller structure in FIG. 6.
  • Each controller 22, ..., 32 calculates a partial transfer ratio space vector ü b , ü ⁇ -, from its input signals
  • the controller 22 calculates the basic transfer ratio space pointer ü as a partial transfer ratio space pointer
  • the controllers 24 to 32 each calculate a partial transfer ratio space pointer ü v + / - as compensation for the network harmonics as partial transfer ratio space pointers
  • the regulating device 16 of the regulating and control device 10 has the regulators 26, 28, 30 and 32 for compensating the four harmonics of a 6-pulse thyristor bridge, the regulator 22 for compensating the fundamental vibration reactive power and the Regulator 24 to compensate for a fundamental oscillation asymmetry.
  • This first part 36 of the controller 22 has a device 38 for determining a fundamental vibration displacement reactive power Q N , a PI controller 40 and a device 42 for forming a basic transmission ratio space vector u.
  • the device 38 for determining a fundamental vibration displacement reactive power Q N has a device 38 for determining a fundamental vibration displacement reactive power Q N , a PI controller 40 and a device 42 for forming a basic transmission ratio space vector u.
  • Fundamental vibration displacement reactive power Q N has a computing device 44 for determining an instantaneous reactive power q N , also referred to as transverse reactive power, and a downstream mean value generator 46.
  • This averager 46 forms an average of the transversal reactive power q N over a network period.
  • the transversal reactive power q N is calculated by means of the computing device 44 from the mains voltage space vector u N and the complex conjugate
  • the fundamental vibration displacement reactive power Q N present at the output of the mean value generator 46 is fed to the PI controller 40, the output of which is an angle ⁇ between the network voltage space vector u N and the basic transfer ratio space vector
  • onsgenerator 48 at whose output the function e '1 is present, which is multiplied by means of a multiplier 50 with the output signal of a further function generator 52.
  • the further function generator 52 forms a unit space pointer in the direction of the basic transmission ratio space pointer u b , which is multiplied by an amount ü b o.
  • the amount ü bo must be selected so that there is sufficient reserve capacity for the remaining partial transmission ratio space pointers ü v + / - and üi to compensate the upper
  • the means 38 supply displacement power factor for determining the fundamental component Q N is linked on the output side to the inverting input of a comparator 56, the ⁇ sen non-inverting input connected to the output of a multiplier 58 and the output of which are linked to a I-regulator 60th On the output side, this I controller 60 is linked to a non-inverting input of a further comparator 62, the output of which is connected to the PI controller 40 of the first
  • Part 36 of the controller 22 and its inverting input are connected to an output of a device 64 for determining a compensating reactive power Q ⁇ .
  • the inputs of the multiplier 58 are linked on the one hand to a constant element 63 and on the other hand to a device 66 for determining an active power P N.
  • This device 66, the multiplier 58 and the constant element 63 together form a setpoint generator 68, at the output of which a setpoint of the fundamental vibration reactive power Q N is present.
  • the devices 64 and 66 each have a computing device 44 with a downstream averager 46, the device 64 having a mains voltage space vector U N and a conjunct
  • Space pointers i N can be reached, for example by a network
  • the active network power P N is multiplied by the constant tan ⁇ so ⁇ and compared as the nominal value of the fundamental vibration shift reactive power Q N with the actual value of the fundamental vibration shift reactive power Q N.
  • the control deviation is then processed by the I controller 60.
  • the output signal of the I controller 60 is compared as the target value of the compensator reactive power Q ⁇ with the actual value of the compensator reactive power Q ⁇ and the determined control deviation is fed to the PI controller 40 of the first part 36 of the controller 22.
  • a base transmission ratio space vector u b is generated by means of this controller 22, with which not only the basic
  • the fundamental vibration displacement reactive power Q ⁇ of the compensation device 2 can be compensated. If the reactive vibration displacement reactive power Q N of the network 14 is not to be compensated, the control gain of the I controller 60 is selected to be zero. In this case too, the capacitive memories 6 of the pulse converter 4 would be properly supplied.
  • the controllers 24, 26, 28, 30 and 32 which generate the partial transfer ratio space pointers ü i-, ü 5-, ü 7 + , ü n- and üi 3+ ,
  • a generalized controller structure 70 is therefore shown in more detail in FIG. 6 as a representative of these controllers 24, ..., 32. This controller structure 70 has a device on the input side
  • this PI controller 74 is provided with a device 76 for forming a partial transmission ratio space vector ü v + or
  • the device 72 has a multiplier
  • the output signal of the I controller 74 is converted by means of a further multiplier 84 with the unit space vector e and with
  • the product of this multiplication is a partial transfer ratio space vector ü v + or ü v _.
  • the I controller 74 changes the amount and the angle of the partial transfer ratio space vector ü v +
  • the energy store 86 must be supplied with current control, ie it must be able to take a defined direct current i E from the intermediate circuit of the compensation device 2 in accordance with a current setpoint signal i ⁇ soii.
  • the current setpoint i Es oi ⁇ is calculated from the power difference ⁇ P to be applied and the intermediate circuit voltage 2E d of the compensation device 2.
  • Active power P N is to be taken from the network 14 , the current setpoint signal i E ⁇ O ⁇ must be positive.
  • the energy store 86 thus takes energy from the intermediate circuit of the pulse converter 4. This leads to a drop in the intermediate circuit voltage 2E d .
  • the base part of the network-side compensator voltage space vector u K b drops and it comes to
  • the power ⁇ P 2E d ⁇ i Eso n is taken continuously from the DC link, after compensation of the grid shift reactive power Q N, the angle ⁇ is not equal to zero, but the angle that is necessary around the power taken from the energy store 86 remains to supply the compensation device 2 from the network 14.
  • the energy store 86 has a direct current store and an actuator with an associated control set so that the current setpoint i Eso can be set.
  • a superconducting magnetic energy store (SMES), for example, can be used as the direct current store.
  • Other energy stores, such as flywheel stores or batteries, can also be used as direct current stores.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

The invention concerns a method and device for compensating reactive current portions in a non-ideal consumer (12) supplied by a power mains (14), by means of a compensation system (2) which is electrically connected in parallel with the consumer (12) and comprises a pulse current rectifier (4) having at least a capacitive storage device (6). According to the invention, a transmission ratio space vector (ü) is calculated as a function of a determined mains voltage space vector (uN), a mains current space vector (iN), a compensator current space vector (iK) and an intermediate circuit voltage (2Ed) at the capacitive storage device (6), such that, on the mains side, the pulse current rectifier (4) generates a compensator voltage space vector (uK) as a function of the intermediate circuit voltage (2Ed). In this way, a compensator current space vector (iK) which keeps the undesired reactive current portions away from the power mains (14) is set via a coupling filter (8) taking the form of compensator inductance (LK).

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation von Blindstromanteilen mittels einer Kompensationseinrichtung mit einem PulsstromrichterMethod and device for compensating reactive current components by means of a compensation device with a pulse converter
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation von Blindstromanteilen eines aus einem Versorgungsnetz gespeisten nichtidealen Verbrauchers mittels einer zum Verbraucher elektrisch parallel geschalteten Kompensationseinrichtung, die einen Pulsstromrichter mit wenigstens einem kapazitiven Speicher, einen Anpaßfilter und eine Regel- und Steuereinrichtung aufweist.The invention relates to a method and a device for compensating reactive current components of a non-ideal consumer, which is fed from a supply network, by means of a compensation device electrically connected in parallel with the consumer, which has a pulse converter with at least one capacitive memory, an adaptation filter and a regulating and control device.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Veröffentlichung „Optimal Control and Appropriate Pulse Width Modulation for a Three-Phase Voltage dc-link PWM Converter" von R. Marschalko und M. Weinhold, abgedruckt in IEEE-IAS Conference Proceedings of the IAS Annual Meeting in Houston/A method and a device for carrying out this method according to the preamble of claim 1 is printed from the publication "Optimal Control and Appropriate Pulse Width Modulation for a Three-Phase Voltage dc-link PWM Converter" by R. Marschalko and M. Weinhold IEEE-IAS Conference Proceedings of the IAS Annual Meeting in Houston /
Texas, October 1992, bekannt.Texas, October 1992.
Der zunehmende Einsatz von nichtlinearen Verbrauchern (insbesondere Diodengleichrichter, wie sie sich z.B. in Netzteilen von PCs, Fernsehgeräten befinden) in Energieversorgungsnetzen verzerrt die Netzspannung zunehmend. Ihre Ströme sind nämlich stark oberschwingungsbehaftet und rufen an den Netzimpedanzen Spannungsabfälle hervor, die sich der ursprünglich sinusförmigen Netzspannung überlagern. Diese Spannungsverzerrungen können bei zu großen Werten zu Überlastung von Netzbetriebs- mitteln (z.B. Trafos, Kompensationsanlagen) führen und den geordneten Betrieb von anderen Verbrauchern stören.The increasing use of non-linear consumers (especially diode rectifiers, such as those found in power supplies for PCs and televisions) in power supply networks is increasingly distorting the line voltage. Their currents are subject to high harmonics and cause voltage drops at the network impedances that overlap the originally sinusoidal network voltage. If the values are too high, these voltage distortions can lead to overloading of network equipment (e.g. transformers, compensation systems) and disrupt the orderly operation of other consumers.
Von Energieversorgungsunternehmen und internationalen Ar- beitsgruppen wurden daher Empfehlungen bezüglich der maximal zulässigen Spannungsverzerrung erlassen, die ein Verbraucher hervorrufen darf. Es wurden sogenannte Verträglichkeitspegel für einzelne Harmonische in Niederspannungsnetzen festgelegt. Gerätehersteller müssen ihre Produkte so entwickeln, daß die- se noch bei diesen Verzerrungswerten störungsfrei funktionieren. Die Energieversorgungsunternehmen müssen dafür sorgen, daß die Verträglichkeitspegel in ihren Netzen nicht überschritten werden. Allerdings hat die Netzspannungsverzerrung in vielen Netzen bereits den Verträglichkeitspegel erreicht und eine weitere Erhöhung wird erwartet.Energy supply companies and international working groups have therefore made recommendations regarding the maximum allowable voltage distortion that a consumer may cause. So-called compatibility levels for individual harmonics in low-voltage networks have been defined. Device manufacturers have to develop their products in such a way that they still function properly at these distortion values. The energy supply companies must ensure that the compatibility levels in their networks are not exceeded. However, the line voltage distortion has already reached the compatibility level in many networks and a further increase is expected.
Ein weiteres Problem in Verteilungsnetzen stellt der betriebspunktabhängige und damit im allgemeinen wechselnde Blindleistungsbedarf von z.B. netzgeführten Thyristorstrom- richtern oder Asynchronmaschinen in der Industrie dar. Der jeweilige Betreiber dieser Geräte muß häufig aus vertraglichen Vereinbarungen mit dem versorgenden Energieversorgungs- unternehmen dafür sorgen, daß er aus Sicht des Verknüpfungspunktes mit dem übergeordneten Netz einen bestimmten Lei- stungsfaktor einhält.Another problem in distribution networks is the operating point-dependent and thus generally changing reactive power requirement of e.g. network-controlled thyristor power converters or asynchronous machines in industry. The respective operator of these devices often has to ensure from contractual agreements with the supplying energy supply company that he observes a certain performance factor from the point of view of the connection point with the higher-level network.
Zum Beispiel einphasig angeschlossene Lasten verursachen eine unsymmetrische Belastung des Drehspannungsnetzes. Bezogen auf die Netzkurzschlußleistung verursachen große Lasten Lastströ- me, die an den Netzimpedanzen große unsymmetrische Netzspan- nungsabfälle hervorrufen. Diese können den geordneten Betrieb von Verbrauchern stören.For example, single-phase connected loads cause an asymmetrical load on the three-phase network. In relation to the network short-circuit power, large loads cause load currents that cause large asymmetrical mains voltage drops at the mains impedances. These can disrupt the orderly operation of consumers.
Hohe kurzzeitige Wirkleistungsanforderungen von Verbrauchern können einen erhöhten Energiebezugspreis bewirken, da das versorgende Energieversorgungsunternehmen einen Teil der Energiekosten von der während eines Zeitintervalls (häufig ein Jahr) maximal bezogenen Wirkleistung abhängig macht. Durch Einsatz eines Energiespeichers, der während dieser Spitzenlastzeit zuvor eingespeicherte Energie abgibt, kann die Leistungsspitze abgekappt und der Leistungspreis gesenkt werden. Durch den Einsatz von Energiespeichern kann auch ein teurer Netzausbau verhindert werden.High short-term active power requirements from consumers can result in an increased energy purchase price, since the supplying energy supply company makes part of the energy costs dependent on the maximum active power drawn during a time interval (often one year). By using an energy storage device that releases previously stored energy during this peak load period the peak performance is cut and the performance price is reduced. The use of energy storage devices can also prevent expensive network expansion.
Bisher wird das Problem der Laststromoberschwingungen und der daraus folgenden Netzspannungsverzerrungen mit konventionellen Filterkreisen gelöst. Seit Mitte der 80er Jahre sind auch aktive Filter im Einsatz, deren Regelverfahren sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich arbeiten. In dem Konferenz- bericht mit dem Titel „New Trends in Active Filters" von H. Akagi, abgedruckt in Conference Proceedings of EPE' 95 in Sevilla, Seiten 0.017 bis 0.026 werden verschiedene aktive Filter vorgestellt.So far, the problem of load current harmonics and the resulting mains voltage distortion has been solved with conventional filter circuits. Active filters have been in use since the mid-1980s, and their control processes work in both the time and frequency domain. Various active filters are presented in the conference report entitled "New Trends in Active Filters" by H. Akagi, printed in Conference Proceedings of EPE '95 in Seville, pages 0.017 to 0.026.
Die Kompensation von Blindleistung bzw. Leistungsfaktorregelung wird heutzutage üblicherweise noch konventionell mit geregelten verdrosselten und unverdrosselten Kompensatorbänken durchgeführt. Seit einigen Jahren sind auch Lösungen mit netzgeführten Stromrichtern, sogenannte Static Var Compensa- tor (SVC) und mit selbstgeführten GTO- oder IGBT-Stromrich- tern, sogenannte Static Condenser (STATCON) , im Einsatz.The compensation of reactive power or power factor control is usually carried out today conventionally with regulated throttled and unthrottled compensator banks. For some years now, solutions with line-commutated converters, so-called Static Var Compensators (SVC) and with self-commutated GTO or IGBT converters, so-called Static Condensers (STATCON), have also been in use.
Eine derartige Kompensationseinrichtung mit einem IGBT- Pulsstromrichter ist aus der Veröffentlichung mit dem Titel „Development of FACTS for Distribution Systems" von D. Povh und M. Weinhold, abgedruckt in Conference Proceedings of the EPRI-Conference on the Future of Power Delivery, April 9-11, 1996, ausführlich beschrieben. Eine derartige Kompensations- einrichtung wird auch als Power Conditioner, insbesondere Siemens Power Conditioner (SIPCON) genannt. Ein derartigerSuch a compensation device with an IGBT pulse converter is from the publication entitled "Development of FACTS for Distribution Systems" by D. Povh and M. Weinhold, printed in Conference Proceedings of the EPRI Conference on the Future of Power Delivery, April 9 -11, 1996. Such a compensation device is also called a power conditioner, in particular a Siemens power conditioner (SIPCON)
Power Conditioner weist einen Pulsstromrichter auf, der parallel über ein LCL-Filter an das Netz angekoppelt ist. Die Aufgabe des LCL-Filters besteht darin, die schaltfrequenten Rückwirkungen des Steuersatzes der Pulsweitenmodulation zu reduzieren. Der verwendete Stromrichter, der für drehzahlge- regelte Antriebe entwickelt wurde und in großer Stückzahl mit Nennleistungen im Bereich von 2 kVA bis 1,5 MVA gefertigt wird, stellt die Basis des SIPCONs dar. Dieser Pulsstromrichter enthält Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT. und ar- beitet mit Schaltfrequenzen bis zu 16 kHz. Dieser Power Conditioner kann durch einen Energiespeicher erweitert werden, um Ausfälle der Wirkleistung zu überbrücken und Schwankungen der Last auszugleichen. Der übliche Anwendungsfall ist die parallele Ankopplung. Diese Anbindung ist die geeignetste zur Regelung von Spannungsschwankungen durch Blindleistung und Filterung von Oberschwingungen niedriger Ordnung einer Last. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Power Conditioner seriell einzubinden. Diese Anwendung ist vorteilhaft, wenn die Last mit verbesserter Spannungsqualität versorgt werden soll oder wenn häufig transiente Netzspannungsschwankungen auftreten .Power Conditioner has a pulse converter that is connected to the grid in parallel via an LCL filter. The task of the LCL filter is to reduce the switching frequency repercussions of the pulse rate modulation control rate. The converter used for speed- controlled drives was developed and is manufactured in large quantities with nominal powers in the range from 2 kVA to 1.5 MVA. This is the basis of the SIPCON. This pulse converter contains Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT.) and works with switching frequencies up to 16 kHz This power conditioner can be expanded by an energy storage device to bridge failures of the active power and to compensate for fluctuations in the load. The usual application is the parallel coupling. This connection is the most suitable for controlling voltage fluctuations through reactive power and filtering harmonics of low order of a load Another option is to integrate the power conditioner serially, this application is advantageous if the load is to be supplied with improved voltage quality or if there are frequent transient mains voltage fluctuations.
Die Regelstruktur dieses Power Conditioner ist so ausgeführt, daß zwischen drei Modi umgeschaltet werden kann. Eingangssei- tig weist die Regelung eine Raumzeigertransformationseinrich- tung auf, mit der aus gemessenen Netzströmen, Leiterspannungen und Kompensatorströmen ein Netzstrom-Raumzeiger, ein Lei- terspannungs-Raumzeiger und ein Kompensatorstrom-Raumzeiger generiert werden. Diese Raumzeiger werden digitalisiert und einer Spannungsregelung, einer Blindstromkompensation und einer Flicker-Regelung zugeführt, wobei die Ausgänge dieser Regelungen über einen Umschalter einem Pulsweitenmodulator des Pulsstromrichters zuführbar sind.The control structure of this power conditioner is designed so that you can switch between three modes. On the input side, the control has a space vector transformation device with which a mains current space vector, a line voltage space vector and a compensator current space vector are generated from measured line currents, line voltages and compensator currents. These space pointers are digitized and fed to a voltage control, a reactive current compensation and a flicker control, the outputs of these controls being able to be fed to a pulse width modulator of the pulse converter via a changeover switch.
Ist der Spannungsregelungsmodus gewählt, wird der Raumzeiger der Netzspannung mit einem Sollwert verglichen. Ein PI-Regler ermittelt dann die Blindleistung, die zur Elimination der Spannungsabweichung benötigt wird. Der Ausgangswert des Blindleistungsreglers wird an den Pulsweitenmodulator überge- ben. Lastsymmetrierung wird bislang üblicherweise mit Steinmetz- schaltungen durchgeführt. Diese bestehen aus Blindelementen (Kondensatoren und Drosseln) , die nach Bedarf über Schalter oder Stromrichter (z.B. Drehstromsteller) zugeschaltet wer- den.If the voltage control mode is selected, the room pointer of the mains voltage is compared with a setpoint. A PI controller then determines the reactive power that is required to eliminate the voltage deviation. The output value of the reactive power controller is transferred to the pulse width modulator. So far, load balancing has usually been carried out using stonemasonry. These consist of dummy elements (capacitors and chokes), which can be connected via switches or converters (eg three-phase controllers) as required.
Energiespeicher werden bislang hauptsächlich zur Reserve bei Kraftwerksausfällen und Frequenzregelungen verwendet. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 42 15 550 ist eine Einrichtung zur Bereitstellung von elektrischer Energie aus einem Gleichstromspeicher für ein Wechselstromnetz bekannt, wobei als Gleichstromspeicher mit einem sehr hohen Speicherwirkungsgrad ein supraleitender magnetischer Energiespeicher (SMES) verwendet wird.So far, energy storage devices have mainly been used as a reserve for power plant failures and frequency controls. A device for providing electrical energy from a direct current storage device for an alternating current network is known from German published patent application 42 15 550, a superconducting magnetic energy storage device (SMES) being used as the direct current storage device with a very high storage efficiency.
In dem eingangs genannten Konferenzbericht (Houston) werden Regelverfahren vorgestellt, so daß der Power Conditioner eine Grundschwingungsverschiebungsblindleistung kompensieren kann. Um unerwünschte Blindstromanteile einer Last vom Versorgungs- netz fernzuhalten, muß die Kompensationseinrichtung diese Anteile parallel zur Last einspeisen, so daß die Stromanteile des Kompensators am Verknüpfungspunkt, auch als Point of Co - mon Coupling (PCC) bekannt, die Blindstromanteile der Last aufheben. Zu diesem Zweck werden aus Netzspannungs- und Netz- strom-Raumzeigern zunächst die im Netzstrom enthaltenen Blindstromanteile berechnet. Die Differenz zwischen netz- stromseitigem Kompensatorspannungs-Raumzeiger und Netzspannungs-Raumzeiger muß nun über dem als Kompensatorinduktivität dargestellten Ankoppelfilter einen Stromraumzeiger erzeugen, der die unerwünschten Blindstromanteile vom Netz fernhält und zusätzlich den Gleichspannungskreis versorgt. Die Aufgabe der Regelung des vorgestellten Power Conditioner ist es, den zur Erzeugung dieser Spannung notwendigen Übertragungsverhältnis- Raumzeiger ü zwischen der Zwischenkreisspannung des Puls- Stromrichters und dem netzseitigen Ko pensatorspannungs- Raumzeiger zu bestimmen.In the conference report (Houston) mentioned at the beginning, control methods are presented so that the power conditioner can compensate for a fundamental vibration displacement reactive power. In order to keep unwanted reactive current components of a load away from the supply network, the compensation device must feed these components in parallel to the load, so that the current components of the compensator at the junction point, also known as point of common coupling (PCC), cancel the reactive current components of the load. For this purpose, the reactive current components contained in the mains current are first calculated from the mains voltage and mains current space vector. The difference between the network-side compensator voltage space vector and the network voltage space vector must now generate a current space vector via the coupling filter shown as compensator inductance, which keeps the unwanted reactive current components away from the network and additionally supplies the DC voltage circuit. The task of regulating the power conditioner presented is to determine the transmission ratio space vector ü required to generate this voltage between the intermediate circuit voltage of the pulse To determine converter and the network side Ko pensatorspannungs- space pointer.
Mittels des ermittelten Netzspannungs-Raumzeigers und des er- mittelten konjugiert komplexen Netzstrom-Raumzeigers wird die Augenblickblindleistung berechnet und einem PI-Regler zugeführt, an dessen Ausgang ein Winkelwert ansteht, der die Win- kelverschiebung zwischen dem Netzspannungs-Raumzeiger und dem Übertragungsverhältnis-Raumzeiger angibt. Aus diesem Winkel wird mittels eines Einheits-Raumzeigers , der in Richtung des Übertragungsverhältnis-Raumzeigers zeigt, und einem konstanten Betragswert des Übertragungsverhältnis-Raumzeiger generiert, der dem Pulsweitenmodulator des Pulsstromrichters zugeführt wird. Der Pulsstromrichter erzeugt an seinem netzsei- tigen Ausgang in Abhängigkeit der Spannung am kapazitiven Speicher und des Übertragungsverhältnis-Raumzeigers einen Kompensatorspannungs-Raumzeiger, der einen Kompensationsstrom über die Induktivität seines Anpaßfilters treibt.The instantaneous reactive power is calculated by means of the determined mains voltage space vector and the determined conjugate complex mains current space vector and fed to a PI controller, at the output of which there is an angle value which indicates the angular displacement between the mains voltage space vector and the transmission ratio space vector . From this angle is generated by means of a unit space pointer, which points in the direction of the transfer ratio space pointer, and a constant absolute value of the transfer ratio space pointer, which is fed to the pulse width modulator of the pulse converter. Depending on the voltage at the capacitive memory and the transfer ratio space vector, the pulse converter generates a compensator voltage space vector at its network-side output, which drives a compensation current via the inductance of its matching filter.
Benötigt der Verbraucher nun Grundschwingungsverschiebungs- blindleistung, so wird diese zunächst aus dem Versorgungsnetz bezogen. Das Auftreten dieser Blindleistung im Netz verändert über den PI-Regler den Winkel zwischen dem Netzspannungs- Raumzeiger und dem netzseitigen Kompensatorspannungs- Raumzeiger. Dies führt zum Aufbau eines Kompensatorstrom-If the consumer now needs reactive power to move the fundamental vibration, this is initially obtained from the supply network. The occurrence of this reactive power in the network changes the angle between the network voltage space vector and the network-side compensator voltage space vector via the PI controller. This leads to the construction of a compensator current
Raumzeigers, der unter anderem einen Wirkanteil enthält. Damit kommt es zu einem Wirkleistungsaustausch zwischen Netz und Zwischenkreis des Pulsstromrichters und einer Änderung der Zwischenkreisspannung. Der Winkel und die Zwischen- kreisspannung ändern sich nun so lange, .bis die im Netz aufgetretene Grundschwingungsverschiebungsblindleistung verschwunden ist. Im stationären Zustand ist der Winkel dann wieder gleich Null und die Kompensationseinrichtung liefert genau die Grundschwingungsverschiebungsblindleistung, die der Verbraucher benötigt. Jedoch hat sich gegenüber dem Leerlauf die Zwischenkreisspannung geändert. Nimmt man an, daß der Verbraucher induktive Grundschwingungsverschiebungsblindlei- stung benötigt, so muß die Kompensationseinrichtung kapazitive Blindleistung abgeben und der netzseitige Kompensatorspan- nungs-Raumzeiger ist betraglich größer als der Netzspannungs- Raumzeiger. Dadurch steigt die Zwischenkreisspannung gegenüber dem Leerlauf an und hat sich betriebspunktabhängig eingestellt .Space pointer that contains, among other things, an active component. This results in an exchange of active power between the mains and the DC link of the pulse converter and a change in the DC link voltage. The angle and the DC link voltage now change until the reactive power shift reactive power that has occurred in the network has disappeared. In the steady state, the angle is then zero again and the compensation device provides exactly the reactive vibration displacement reactive power that the consumer requires. However, compared to idling the DC link voltage changed. If it is assumed that the consumer needs inductive fundamental vibration shift reactive power, the compensation device must give off capacitive reactive power and the network-side compensator voltage space vector is larger than the network voltage space vector. As a result, the DC link voltage rises compared to idling and has been set depending on the operating point.
Ein ideales, dreiphasiges Versorgungsnetz stellt dem Verbraucher drei rein sinusförmige Spannungen mit konstanter Frequenz zur Verfügung, die um 120 °el zueinander verschoben sind, und konstante, identische Scheitelwerte besitzen. Die idealen Netzströme für dieses Netz sind in jedem Strang pro- portional zur entsprechenden Leiter-Erde-Netzspannung, wobei der Proportionalitätsfaktor in allen drei Strängen gleich ist. Dann nämlich wird eine gewünschte Energiemenge bzw. Wirkleistung mit dem minimalen kollektiven Stromeffektivwert und somit mit der geringstmöglichen Auslastung des Netzes übertragen. Daher werden diese Ströme als Wirkströme bezeichnet. Ein solcher idealer Verbraucher verhält sich für das Versorgungsnetz wie ein dreiphasiger, symmetrischer ohmscher Widerstand.An ideal, three-phase supply network provides the consumer with three purely sinusoidal voltages with constant frequency, which are shifted by 120 ° el from each other and have constant, identical peak values. The ideal line currents for this network are proportional to the corresponding phase-to-earth line voltage in each line, with the proportionality factor being the same in all three lines. Then a desired amount of energy or active power is transmitted with the minimum collective effective current value and thus with the lowest possible utilization of the network. These currents are therefore referred to as active currents. Such an ideal consumer behaves like a three-phase, symmetrical ohmic resistor for the supply network.
Jeder Verbraucher, der von diesem Verhalten abweicht, verursacht Stromanteile, die nichts zur Wirkleistungsübertragung beitragen. Diese werden als Blindströme bezeichnet. Unter der Voraussetzung, daß die Versorgungsspannung näherungsweise dem obengenannten Idealfall entspricht, beinhalten diese Blind- ströme die Oberschwingungsströme (einschließlich einesEvery consumer that deviates from this behavior causes electricity components that do nothing to contribute to the active power transmission. These are called reactive currents. Provided that the supply voltage approximately corresponds to the ideal case mentioned above, these reactive currents contain the harmonic currents (including one
Gleichanteils) , deren Frequenz ein Vielfaches der Netzfrequenz sind, die Grundschwingungsverschiebungsblindströme, die durch die Phasenverschiebung zwischen Netzspannungsgrundschwingung und Netzstromgrundschwingung entstehen und die Grundschwingungsunsymmetrieblindströme, die auf unsymmetrische Lasten zurückzuführen sind.DC component), the frequency of which is a multiple of the mains frequency, the fundamental oscillation reactive currents which arise from the phase shift between the mains voltage fundamental oscillation and the mains current fundamental oscillation and the Fundamental oscillation unbalance reactive currents, which are due to asymmetrical loads.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Regelung der bekannten Kompensationseinrichtung, die einen Pulsstromrichter aufweist, derart zu verbessern, daß bei der Kompensation der Grundschwingungsverschiebungsblindlei- stung im Netz auch die Grundschwingungsverschiebungsblindlei- stung des Kompensators berücksichtigt wird und die Netzspan- nung geregelt werden kann.The invention is based on the object of improving the method for regulating the known compensation device, which has a pulse converter, in such a way that the compensation of the fundamental vibration displacement reactive power in the network also takes into account the fundamental vibration displacement reactive power of the compensator and regulates the mains voltage can be.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved according to the invention with the characterizing features of claim 1.
Im stationären Fall liefert nun die Kompensationseinrichtung eine Grundschwingungsverschiebungsblindleistung, mit der die Grundschwingungsverschiebungsblindleistung des Verbrauchers und der Kompensationseinrichtung gedeckt werden. Dabei wird der kapazitive Speicher immer ordnungsgemäß versorgt, auch wenn die Kompensation der Grundschwingungsverschiebungsblind- leistung des Netzes unterdrückt wird. Dadurch, daß die Wirkleistung im Netz berechnet wird, kann eine gewollte Phasenverschiebung zwischen Grundschwingungsmitsystemen von Netzspannungs-Raumzeiger und Netzstrom-Raumzeiger erreicht werden. Das heißt, in Abhängigkeit der berechneten Wirkleistung des Netzes und der vorbestimmten Phasenverschiebung wird die Netzspannung geregelt.In the stationary case, the compensation device now delivers a fundamental vibration reactive power, with which the fundamental vibration reactive power of the consumer and the compensation device are covered. The capacitive memory is always properly supplied, even if the compensation of the reactive power of the network is suppressed. Because the active power in the network is calculated, a desired phase shift between fundamental vibration monitoring systems of the network voltage space vector and the network current space vector can be achieved. This means that the mains voltage is regulated as a function of the calculated active power of the network and the predetermined phase shift.
Ein vorteilhaftes Verfahren ist gekennzeichnet durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2.An advantageous method is characterized by the features of claims 1 and 2.
Mit diesem vorteilhaften Verfahren können Blindstromanteile kompensiert werden, die Oberschwingungsströme, deren Frequenz ein Vielfaches der Netzfrequenz sind, und Grundschwingungsun- Symmetrieblindströme, die auf unsymmetrische Lasten zurückzu- führen sind, beinhalten. Um die Kompensation dieser Blindstromanteile getrennt nach einzelnen Oberschwingungen und Grundschwingungsunsymmetrien durchführen zu können, wird für jede Blindleistungsart ein Teilübertragungsverhältnis- Raumzeiger generiert, die dann mit dem Basisübertragungsverhältnis-Raumzeiger zu einem Gesamtübertragungsverhältnis- Raumzeiger aufsummiert werden.With this advantageous method, reactive current components can be compensated for, the harmonic currents, the frequency of which is a multiple of the mains frequency, and fundamental harmonic and symmetry reactive currents, which can be traced back to asymmetrical loads. lead, include. In order to be able to carry out the compensation of these reactive current components separately according to individual harmonics and fundamental oscillation asymmetries, a partial transmission ratio space vector is generated for each reactive power type, which are then summed up with the basic transmission ratio space vector to form an overall transmission ratio space vector.
Die Identifikation der Grundschwingungsunsymmetrie und der Netzstromoberschwingungen basiert auf einer komplexen Fou- rierreihenentwicklung des Netzstrom-Raumzeigers . Hat der Netzspannungsgrundschwingungs-Raumzeiger die Drehfrequenz (0, so wird zur Identifikation einer Oberschwingung v-ter Ordnung zunächst ein Einheits-Raumzeiger erzeugt, dessen Drehfrequenz für ein Mitsystem + vω und für ein Gegensystem -vω ist. Durch eine Mittelwertbildung über ein Netzperiode wird dann aus dem Produkt von Netzstrom-Raumzeiger und konjugiert komplexen Einheits-Raumzeiger der komplexe Fourierkoeffizient des entsprechenden Netzstromanteils ermittelt. Dieser komplexe Fou- rierkoeffizient wird einem I-Regler zugeführt, dessen Aus- gangssignal mit einem Einheits-Raumzeiger multipliziert wird. In Abhängigkeit davon, ob es sich um ein Mit- oder Gegensystem handelt, erhält man nach der Multiplikation mit einer imaginären Einheit j oder -j einen Teilübertragungsverhält- nis-Raumzeiger. Durch den I-Regler wird der Betrag und der Winkel des Teilübertragungsverhältnis-Raumzeigers so lange verändert, bis die entsprechende Harmonische im Netzstrom eliminiert ist. Im stationären Zustand steht der Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger und damit der zugehörige Span- nungsteil über der Ankoppelinduktivität senkrecht auf dem Kompensationsstromanteil, der die entsprechende Harmonische im Laststrom kompensiert. Für jede zu kompensierende Oberschwingung muß ein Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger generiert werden. Zur Kompensation der Grundschwingungsunsymmetrie wird das Ausgangssignal des I-Reglers mit einem Einheits-Raumzeiger mit der Drehfre- quenz ω und mit der imaginären Einheit -j multipliziert, so daß ein Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger generiert wird, der die Unsy metrie kompensiert.The identification of the fundamental oscillation asymmetry and the mains current harmonics is based on a complex Fourier series development of the mains current space vector. If the mains voltage fundamental oscillation space vector has the rotational frequency (0, a unit space vector is first generated to identify a harmonic of the vth order, the rotational frequency of which is + vω for a co-system and -vω for a negative system. Averaging over a network period then results in a the complex Fourier coefficient of the corresponding mains current component is determined from the product of the mains current space pointer and the conjugate complex unit space pointer.This complex Fourier coefficient is fed to an I controller, whose output signal is multiplied by a unit space pointer, depending on whether If the system is a co-system or a counter-system, a partial transfer ratio space pointer is obtained after multiplication by an imaginary unit j or -j. The amount and angle of the partial transfer ratio space pointer is changed by the I controller until the corresponding harmonic in the mains current is eliminated. In the steady state, the partial transfer ratio space vector and thus the associated voltage part is above the coupling inductance perpendicular to the compensation current component, which compensates for the corresponding harmonic in the load current. A partial transfer ratio space vector must be generated for each harmonic to be compensated. To compensate for the fundamental oscillation asymmetry, the output signal of the I controller is multiplied by a unit space vector by the rotational frequency ω and by the imaginary unit -j, so that a partial transmission ratio space vector is generated which compensates for the asymmetry.
Die Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des er- findungsgemäßen Verfahrens gemäß dem Merkmal des Anspruchs 1 ist durch die Merkmale des Anspruchs 3 angegeben, wobei in den Ansprüchen 4 bis 9 vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung zu entnehmen sind.The configuration of a device for carrying out the method according to the invention according to the feature of claim 1 is indicated by the features of claim 3, wherein advantageous designs of this device can be found in claims 4 to 9.
Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Kompensation von Blindstromanteilen mittels einer Kompensationseinrichtung mit einem Pulsstromrichter wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung schematisch veranschaulicht ist.To further explain the method according to the invention and the device for carrying out this method for compensating reactive current components by means of a compensation device with a pulse converter, reference is made to the drawing, in which an exemplary embodiment of the device according to the invention is illustrated schematically.
FIG 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bekannten Kompensationseinrichtung, die einen Pulsstromrichter aufweist, die FIG 2 zeigt den Aufbau eines Reglers zur Generierung eines Gesamtübertragungsverhältnis-Raumzeigers, wobei in1 shows a block diagram of a known compensation device which has a pulse converter, FIG. 2 shows the structure of a controller for generating an overall transmission ratio space vector, in which in FIG
FIG 3 eine bekannte Regelungsstruktur zur Generierung eines Basisübertragungsverhältnis-Raumzeigers darge- stellt ist, und die3 shows a known control structure for generating a basic transmission ratio space vector, and the
FIG 4 ein zugehöriges Zeigerbild in der komplexen Ebene zeigt, die4 shows an associated pointer image in the complex plane, the
FIG 5 zeigt eine Regelungsstruktur des erfindungsgemäßen Verfahrens, wogegen in FIG 6 die Regelungsstruktur zur Generierung eines Teilübertragungsverhältnis-Raumzeigers dargestellt ist und die5 shows a control structure of the method according to the invention, whereas in 6 shows the control structure for generating a partial transmission ratio space vector and the
FIG 7 das dazugehörige Zeigerbild in der komplexen Ebene zeigt und die7 shows the associated pointer image in the complex plane and the
FIG 8 zeigt ein Blockschaltbild einer vorteilhaften Ausführungsform einer Kompensationseinrichtung nach FIG 1.8 shows a block diagram of an advantageous embodiment of a compensation device according to FIG. 1.
Die FIG 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bekannten Kompensa- tionseinrichtung 2, die in dem eingangs genannten Konferenzbericht mit dem Titel "Optimal Control and Appropriate Pulse Width Modulation for a Three-Phase Voltage dc-link PWM Converter" vorgestellt und ihre Wirkungsweise ausführlich be- schrieben worden ist. Diese Kompensationseinrichtung 2 weist einen Pulsstromrichter 4 mit wenigstens einem kapazitiven Speicher 6, einen Anpaßfilter 8 und eine Regel- und Steuereinrichtung 10 auf. Diese Kompensationeinrichtung 2 ist elektrisch parallel zu einem nichtidealen Verbraucher 12 geschal- tet, der aus einem Versorgungsnetz 14 versorgt wird. Der Regel- und Steuereinrichtung 10 sind ein Netzspannungs-1 shows a block diagram of a known compensation device 2, which is presented in the conference report mentioned at the beginning with the title "Optimal Control and Appropriate Pulse Width Modulation for a Three-Phase Voltage dc-link PWM Converter" and describes its mode of operation in detail has been. This compensation device 2 has a pulse converter 4 with at least one capacitive memory 6, a matching filter 8 and a regulating and control device 10. This compensation device 2 is electrically connected in parallel to a non-ideal consumer 12, which is supplied from a supply network 14. The regulating and control device 10 are a mains voltage
Raumzeiger uN< ein Netzstrom-Raumzeiger iN und ein Kompensa- → - torstro -Raumzeiger →iκ und eine Zwischenkreisspannung 2Ed, die an den beiden kapazitiven Speichern 6 des Pulsstromrich- ters 4 abfällt, zugeführt. Diese Raumzeiger uN, iN und iκ Space vector u N < a mains current space vector i N and a compensator → torstro space vector → i κ and an intermediate circuit voltage 2E d , which drops across the two capacitive memories 6 of the pulse converter 4. This space vector u N , i N and i κ
→ → → werden mittels einer Raumzeiger-Transformationseinrichtung aus gemessenen Leiterspannungen, Netzströmen und Kompensator- strömen generiert . Da diese Einrichtung aus dem eingangs genannten Konferenzbericht mit dem Titel "Development of FACTS for Distribution Systems" bekannt ist, wird bei dieser Darstellung nur die wesentlichen Teile der Kompensationseinrichtung 2 veranschaulicht. Das Anpaßfilter 8 ist hier ersatzweise durch eine Induktivität Lκ dargestellt, wogegen in dem genannten Konferenzbericht dieses Anpaßfilter 8 im Detail dar- gestellt ist. Die Regel- und Steuereinrichtung 10 weist eine Regeleinrichtung 16 zur Bestimmung eines Übertragungsverhältnis-Raumzeigers ü und einen Pulsweitenmodulator 18 auf, der→ → → are generated by means of a space vector transformation device from measured conductor voltages, mains currents and compensator currents. Since this device is known from the conference report mentioned at the beginning, entitled "Development of FACTS for Distribution Systems", only the essential parts of the compensation device 2 are illustrated in this illustration. The adaptation filter 8 is represented here as an alternative by an inductance L κ , whereas in the conference report mentioned this adaptation filter 8 is shown in detail. is posed. The regulating and control device 10 has a regulating device 16 for determining a transmission ratio space vector u and a pulse width modulator 18 which
—> durch eine unterbrochene Linie dargestellt ist. Der Übertragungsverhältnis-Raumzeiger ü ist die Stellgröße des-> is represented by a broken line. The transmission ratio space vector ü is the manipulated variable of the
→→
Pulsstromrichters 4, die mittels des Pulsweitenmodulators 18 in Steuersignale Sv für diesen Pulsstromrichter 4 umgewandelt wird. Der Aufbau der Regeleinrichtung 16 ist in FIG 2 näher dargestellt .Pulse converter 4, which is converted by means of the pulse width modulator 18 into control signals S v for this pulse converter 4. The structure of the control device 16 is shown in more detail in FIG.
Da als Verbraucher 12 kein idealer Verbrauch vorgesehen ist, verursacht dieser nichtideale Verbraucher 12 Stromanteile, die nichts zur Wirkleistungsübertragung beitragen. Diese werden als Blindströme bezeichnet. Unter der Voraussetzung, daß die Versorgungsspannungen näherungsweise rein sinusförmigeSince no ideal consumption is provided as consumer 12, this non-ideal consumer 12 causes current components which do not contribute to the active power transmission. These are called reactive currents. Provided that the supply voltages are approximately purely sinusoidal
Spannungen mit konstanter Frequenz, die um 120 °el . zueinander verschoben sind und konstante, identische Scheitelwerte besitzen, beinhalten diese Blindströme die Oberschwingungsströme (einschließlich eines Gleichanteils), deren Frequenz ein vielfaches der Netzfrequenz sind, die Grundschwingungs- verschiebungsblindströme, die durch die Phasenverschiebung zwischen Netzspannungsgrundschwingung und Netzstromgrundschwingung entstehen, und die Grundschwingungsunsymmetrie- blindströme, die auf unsymmetrische Lasten zurückzuführen sind.Constant frequency voltages that are around 120 ° el. are shifted towards each other and have constant, identical peak values, these reactive currents include the harmonic currents (including a DC component), the frequency of which is a multiple of the mains frequency, the fundamental harmonic displacement reactive currents that result from the phase shift between the mains voltage fundamental oscillation and the mains current fundamental oscillation, and the fundamental oscillation unbalanced currents, which are due to asymmetrical loads.
Um unerwünschte Blindströme des Verbrauchers 12 vom Versorgungsnetz 14 fernzuhalten, muß die Kompensationseinrichtung 2 dieser Anteile parallel zum Verbraucher 12 einspeisen, so daß sich die Stromanteile der Kompensationseinrichtung 2 am Verknüpfungspunkt 20 mit den Blindstromanteilen des Verbrauchers 12 aufheben. Zu diesem Zweck muß aus Netzspannungs- und Netzstrom-Raumzeigern uN und iN zunächst die im Netzstrom iN In order to keep unwanted reactive currents of the consumer 12 away from the supply network 14, the compensation device 2 must feed these components in parallel to the consumer 12, so that the current components of the compensation device 2 cancel each other at the connection point 20 with the reactive current components of the consumer 12. For this purpose, the network voltage and network current space vector u N and i N must first be the one in the network current i N
→ → → enthaltenen Blindstromanteile berechnet werden. Die ermittel- te Differenz zwischen netzseitigem Kompensatorspannungs-→ → → included reactive current components can be calculated. The determined te difference between line-side compensator voltage
Raumzeiger uκ und Netzspannungs-Raumzeiger uN erzeugt über → → dem als Kompensatorinduktivität Lκ dargestellten AnpaßfilterSpace vector u κ and mains voltage space vector u N are generated using → → the matching filter shown as compensator inductance L κ
8 einen Kompensationsstrom-Raumzeiger iκ, der die uner-8 a compensation current space vector i κ , which
→ wünschten Blindstromanteile vom Versorgungsnetz 14 fernhält und zusätzlich die kapazitiven Speicher 6 versorgt.→ keeps reactive current components away from the supply network 14 and additionally supplies the capacitive storage 6.
Aufgabe der Regel- und Steuereinrichtung 10 ist es, den zur Erzeugung dieser Spannung notwendigen Übertragungsverhälntis- Raumzeiger ü zwischen der Zwischenkreisspannung 2Ed und dem netzseitigen Kompensatorspannungs-Raumzeiger uκ zu bestimmen.The task of the regulating and control device 10 is to determine the transmission ratio space vector u required to generate this voltage between the intermediate circuit voltage 2E d and the network-side compensator voltage space vector u κ .
Um die Kompensation der Blindanteile getrennt nach einzelnen OberSchwingungen, Grundschwingungsverschiebungsblindleistung und Grundschwingungsunsymmetrien durchführen zu können, weist die Regel- und Steuereinrichtung 10 gemäß FIG 2 für jede Blindleistungsart sowie für jede Oberschwingung einen Regler 22,24,26,28,30 und 32 auf, deren Ausgänge mit einer Summati- onsstelle 34 verknüpft sind. Der Aufbau des Reglers 22 ist zum Teil in FIG 3 und zum Teil in FIG 5 dargestellt, wogegen die Regler 24,26,28,30 und 32 durch eine stellvertretende Reglerstruktur der FIG 6 näher dargestellt sind. Dem ReglerIn order to be able to carry out the compensation of the reactive components separately according to individual harmonic oscillations, fundamental vibration displacement reactive power and fundamental oscillation asymmetries, the regulating and control device 10 according to FIG. 2 has a controller 22, 24, 26, 28, 30 and 32 for each reactive power type and for each harmonic Outputs are linked to a summation point 34. The structure of the controller 22 is shown in part in FIG. 3 and in part in FIG. 5, whereas the controllers 24, 26, 28, 30 and 32 are shown in more detail by a representative controller structure in FIG. 6. The controller
22 ist der ermittelte Netzspannungs-Raumzeiger uN und der22 is the determined mains voltage space vector u N and
—» ermittelte Netzstrom-Raumzeiger iN zugeführt, wogegen den- »determined mains current space pointer i N supplied, whereas the
- Reglern 24,... ,32 nur der Netzstrom-Raumzeiger iN zugeführt- Controllers 24, ..., 32 only the mains current space pointer i N supplied
—> sind. Jeder Regler 22,... ,32 berechnet aus seinen Eingangssignalen einen Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger üb,üι-,-> are. Each controller 22, ..., 32 calculates a partial transfer ratio space vector ü b , üι-, from its input signals
→ -→ -
→ Ü5-, —Ü>7+, →üιι- und —ü>i3+, aus denen mittels der Summationsstelle→ Ü5-, —Ü> 7+, → üιι- and —ü> i3 +, from which by means of the summation point
34 ein Gesamtübertragungsverhältnis-Raumzeiger ü gebildet wird. Der Regler 22 berechnet als Teilübertragungsverhältnis- Raumzeiger den Basisübertragungsverhältnis-Raumzeiger ü zur34 an overall transfer ratio space pointer ü is formed. The controller 22 calculates the basic transfer ratio space pointer ü as a partial transfer ratio space pointer
--
Kompensation der Grundschwingungsverschiebungsblindleistung und zur Versorgung der kapazitiven Speicher 6 des Pulsstrom- richters 4. Die Regler 24 bis 32 berechnen jeweils als Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger einen Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger üv+/- zur Kompensation der NetzharmonischenCompensation of the fundamental oscillation displacement reactive power and for supplying the capacitive memories 6 of the pulse converter 4. The controllers 24 to 32 each calculate a partial transfer ratio space pointer ü v + / - as compensation for the network harmonics as partial transfer ratio space pointers
→ und der Netzstromunsymmetrien. Bei dem Blockschaltbild gemäß FIG 2 weist die Regeleinrichtung 16 der Regel- und Steuerein- richtung 10 die Regler 26,28,30 und 32 zur Kompensation der vier Größen Harmonischen einer 6-pulsigen Thyristorbrücke, den Regler 22 zur Kompensation der Grundschwingungsverschie- bungsblindleistung und den Regler 24 zur Kompensation einer Grundschwingungsunsymmetrie auf.→ and the mains current asymmetries. In the block diagram according to FIG. 2, the regulating device 16 of the regulating and control device 10 has the regulators 26, 28, 30 and 32 for compensating the four harmonics of a 6-pulse thyristor bridge, the regulator 22 for compensating the fundamental vibration reactive power and the Regulator 24 to compensate for a fundamental oscillation asymmetry.
Die FIG 3 zeigt einen ersten Teil 36 des Reglers 22, der aus dem eingangs genannten Konferenzbericht (Houston) schon bekannt ist. Dieser erste Teil 36 des Reglers 22 weist eine Einrichtung 38 zur Bestimmung einer Grundschwingungsverschie- bungsblindleistung QN, einen PI-Regler 40 und eine Einrichtung 42 zur Bildung eines Basisübertragungsverhältnis- Raumzeigers üb auf. Die Einrichtung 38 zur Bestimmung einer3 shows a first part 36 of the controller 22, which is already known from the conference report (Houston) mentioned at the beginning. This first part 36 of the controller 22 has a device 38 for determining a fundamental vibration displacement reactive power Q N , a PI controller 40 and a device 42 for forming a basic transmission ratio space vector u. The device 38 for determining a
Grundschwingungsverschiebungsblindleistung QN weist eine Recheneinrichtung 44 zur Bestimmung einer Augenblickblindlei- stung qN, auch als Transversalblindleistung bezeichnet, und einen nachgeschalteten Mittelwertbildner 46 auf. Dieser Mittelwertbildner 46 bildet einen Mittelwert der Transversalblindleistung qN über eine Netzperiode. Die Transversalblindleistung qN wird mittels der Recheneinrichtung 44 aus dem Netzspannungs-Raumzeiger uN und dem konjugiert komplexenFundamental vibration displacement reactive power Q N has a computing device 44 for determining an instantaneous reactive power q N , also referred to as transverse reactive power, and a downstream mean value generator 46. This averager 46 forms an average of the transversal reactive power q N over a network period. The transversal reactive power q N is calculated by means of the computing device 44 from the mains voltage space vector u N and the complex conjugate
→→
Netzstrom-Raumzeiger iN* berechnet. Die am Ausgang des Mit- telwertbildners 46 anstehende Grundschwingungsverschiebungs- blindleistung QN wird dem PI-Regler 40 zugeführt, dessen Aus- gangsgrößen ein Winkel δ ist, der zwischen dem Netzspannungs- Raumzeiger uN und dem Basisübertragungsverhältnis-RaumzeigerMains current room pointer i N * calculated. The fundamental vibration displacement reactive power Q N present at the output of the mean value generator 46 is fed to the PI controller 40, the output of which is an angle δ between the network voltage space vector u N and the basic transfer ratio space vector
ü ist (FIG 4) . Dieser Winkel δ steht am Eingang der Einrich- → tung 42 zur Bildung eines Basisübertragungsverhältnis- Raumzeigers üb an. Diese Einrichtung 42 weist einen Funkti-ü is (FIG 4). This angle δ is present at the input of the device 42 to form a basic transfer ratio space vector u b . This device 42 has a function
onsgenerator 48 auf, an dessen Ausgang die Funktion e'1 ansteht, die mittels eines Multiplizierers 50 mit dem Ausgangssignal eines weiteren Funktionsgenerators 52 multipliziert wird. Der weitere Funktionsgenerator 52 bildet einen Ein- heitsraumzeiger in Richtung des Basisübertragungsverhältnis- Raumzeigers üb, der mit einem Betrag übo multipliziert ist.onsgenerator 48, at whose output the function e '1 is present, which is multiplied by means of a multiplier 50 with the output signal of a further function generator 52. The further function generator 52 forms a unit space pointer in the direction of the basic transmission ratio space pointer u b , which is multiplied by an amount ü b o.
Da der Betrag des Gesamtübertragungsverhältnis-Raumzeiger üSince the amount of the overall transfer ratio space pointer ü
—> beschränkt ist, muß der Betrag übo so gewählt werden, daß genügend Stellreserve für die restlichen Teilübertragungsver- hältnis-Raumzeiger üv+/- und üi zur Kompensation der Ober--> is limited, the amount ü bo must be selected so that there is sufficient reserve capacity for the remaining partial transmission ratio space pointers ü v + / - and üi to compensate the upper
Schwingungen und der Grundschwingungsunsymmetrie bleibt. Damit ist der Winkel des Basisteils des netzseitigen Kompensa- torspannungs-Raumzeigers uKb gleich dem NetzspannungswinkelVibrations and the fundamental vibration asymmetry remains. The angle of the base part of the network-side compensator voltage space vector u K b is therefore equal to the network voltage angle
abzüglich des Winkels δ und der Betrag vom Kompensatorspan- nungs-Raumzeiger u →Kb hängt von der Zwischenkreisspannung 2Ed ab (FIG 4) .minus the angle δ and the amount from the compensator voltage space vector u → K b depends on the intermediate circuit voltage 2Ed (FIG. 4).
Nimmt man zunächst an, daß der Verbraucher 12 keine Grund- schwingungsverschiebungsblindleistung QN aufnimmt, so sind der Netzspannungs-Raumzeiger uN und der Basisteil des netz-If it is first assumed that the consumer 12 does not take up any reactive vibration displacement reactive power Q N , then the mains voltage space vector u N and the base part of the mains
→ seitigen Kompensatorspannungs-Raumzeigers uKb identisch. Da-→ side compensator voltage space vector u K b identical. There-
mit ist der Winkel δ gleich Null und die Höhe der Zwischenkreisspannung 2Ed = lu →ig/ →übol- Der zugehörige Anteil des Kom- pensatorstrom-Raumzeigers iκ ist ebenfalls Null. Benötigt der Verbraucher 12 nun Grundschwingungsverschie- bungsblindleistung QN so wird diese zunächst aus dem Versorgungsnetz 14 bezogen. Das Auftreten dieser Blindleistung QN im Netz verändert über den PI-Regler 40 den Winkel δ zwischen dem Netzspannungs-Raumzeiger uN und dem Basisteil des netz-with the angle δ is equal to zero and the level of the intermediate circuit voltage 2E d = lu → ig / → übol- The associated component of the compensator current space vector i κ is also zero. If the consumer 12 now requires fundamental vibration displacement reactive power Q N , this is initially obtained from the supply network 14. The occurrence of this reactive power Q N in the network changes the angle δ between the network voltage space vector u N and the base part of the network via the PI controller 40.
— seitigen Kompensatorspannungs-Rau zeigers uKb- Dies führt zum- Compensator voltage-Rau pointer u K b- This leads to
—>->
Aufbau eines Kompensatorstrom-Raumzeigers →iK/ der unteren anderem einen Wirkanteil enthält. Damit kommt es zu einemStructure of a compensator current space vector → i K / which contains an active component below. So it comes to one
Wirkleistungsaustausch zwischen dem Netz 14 und dem kapaziti- ven Speicher 6, wodurch die Zwischenkreisspannung 2Ed sich verändert. Der Winkel δ und die Zwischenkreisspannung 2Ed ändert sich nun solange, bis die im Netz 14 aufgetretene Grund- schwingungsverschiebungsblindleistung QN verschwunden ist. Im stationären Zustand ist der Winkel δ dann wieder gleich Null und die Kompensationseinrichtung 2 liefert genau die Grund- schwingungsverschiebungsblindleistung QN, die der Verbraucher 12 benötigt. Jedoch hat sich gegenüber dem Leerlauffall die Zwischenkreisspannung 2Ed geändert. Nimmt man an, daß der Verbraucher 12 induktive Grundschwingungsverschiebungsblind- leistung QN benötigt, so muß die Kompensationseinrichtung 2 kapazitive Blindleistung abgeben und der netzseitige Ko pen- satorspannungs-Raumzeiger uκ ist beträchtlich größer als derActive power exchange between the network 14 and the capacitive memory 6, as a result of which the intermediate circuit voltage 2E d changes. The angle δ and the intermediate circuit voltage 2E d now change until the reactive vibration displacement power Q N that has occurred in the network 14 has disappeared. In the steady state, the angle δ is then again zero and the compensation device 2 supplies exactly the reactive vibration displacement reactive power Q N that the consumer 12 requires. However, the intermediate circuit voltage 2E d has changed compared to the open circuit case. If one assumes that the consumer 12 needs inductive fundamental oscillation displacement reactive power Q N , then the compensation device 2 must deliver capacitive reactive power and the network-side capacitor voltage space vector u κ is considerably larger than that
—>->
Netzspannungs-Raumzeiger uN. Damit ist die Zwischenkreis-Mains voltage room pointer u N. The DC link is
—>->
Spannung 2Ed gegenüber dem Leerlauffall angestiegen und hat sich betriebspunktabhängig eingestellt. Mit diesem Regelkreis ist demnach gleichzeitig eine ordnungsgemäße Versorgung des Gleichspannungszwischenkreises gewährleistet, da jede Abweichung der Zwischenkreisspannung 2Ed von ihrem betriebspunktgemäßen Wert unweigerlich zu einem Auftreten von Grund- schwingungsverschiebungsblindleistung führt.Voltage 2E d increased compared to the no-load case and has adjusted depending on the operating point. With this control circuit, a correct supply of the DC voltage intermediate circuit is guaranteed at the same time, since any deviation of the DC link voltage 2E d from its value in accordance with the operating point inevitably leads to the occurrence of reactive vibration reactive power.
In der FIG 5 ist ein zweiter Teil 54 des Reglers 22 der Regeleinrichtung 16 dargestellt, wobei Teile des ersten Teils 36 des Reglers 22 mit dargestellt sind, damit erkennbar wird, wie diese beiden Teile 36 und 54 des Reglers 22 ineinandergreifen. Die Einrichtung 38 zur Bestimmung der Grundschwin- gungsverschiebungsblindleistung QN ist ausgangsseitig mit dem invertierenden Eingang eines Vergleichers 56 verknüpft, des¬ sen nichtinvertierender Eingang mit dem Ausgang eines Multiplizierers 58 und dessen Ausgang mit einem I-Regler 60 verknüpft sind. Ausgangsseitig ist dieser I-Regler 60 mit einem nichtinvertierenden Eingang eines weiteren Vergleichers 62 verknüpft, dessen Ausgang mit dem PI-Regler 40 des ersten5 shows a second part 54 of the controller 22 of the control device 16, parts of the first part 36 of the controller 22 are also shown, so that it can be seen how these two parts 36 and 54 of the controller 22 interlock. The means 38 supply displacement power factor for determining the fundamental component Q N is linked on the output side to the inverting input of a comparator 56, the ¬ sen non-inverting input connected to the output of a multiplier 58 and the output of which are linked to a I-regulator 60th On the output side, this I controller 60 is linked to a non-inverting input of a further comparator 62, the output of which is connected to the PI controller 40 of the first
Teils 36 des Reglers 22 und dessen invertierender Eingang mit einem Ausgang einer Einrichtung 64 zur Bestimmung einer Kom- pensatorblindleistung Qκ verbunden sind. Die Eingänge des Multiplizierers 58 ist einerseits mit einem Konstantglied 63 und andererseits mit einer Einrichtung 66 zur Bestimmung einer Wirkleistung PN verknüpft. Diese Einrichtung 66, der Multiplizierer 58 und das Konstantglied 63 bilden zusammen einen Sollwertbildner 68, an dessen Ausgang ein Sollwert der Grund- schwingungsverschiebungsblindleistung QN ansteht. Die Ein- richtung 64 und 66 weisen jeweils eine Recheneinrichtung 44 mit nachgeschaltetem Mittelwertbildner 46 auf, wobei der Einrichtung 64 ein Netzspannungs-Raumzeiger UN und ein konju-Part 36 of the controller 22 and its inverting input are connected to an output of a device 64 for determining a compensating reactive power Q κ . The inputs of the multiplier 58 are linked on the one hand to a constant element 63 and on the other hand to a device 66 for determining an active power P N. This device 66, the multiplier 58 and the constant element 63 together form a setpoint generator 68, at the output of which a setpoint of the fundamental vibration reactive power Q N is present. The devices 64 and 66 each have a computing device 44 with a downstream averager 46, the device 64 having a mains voltage space vector U N and a conjunct
— giert komplexer Kompensatorstrom-Raumzeiger iκ* und der Ein- richtung 66 ein Netzspannungs-Raumzeiger uN und ein konju-- Complex compensator current space vector i κ * and device 66 have a mains voltage space vector u N and a conjugate
→ giert komplexer Netzstrom-Raumzeiger →iN* zugeführt sind.→ complex power grid space pointer → i N * are supplied.
Mit diesem zweiten Teil 54 des Reglers 22 wird neben der Grundschwingungsverschiebungsblindleistung QN, die im Netz 14 auftritt, auch die Wirkleistung PN im Netz 14 und die Grund- schwingungsverschiebungsblindleistung Qκ der Kompensations- einrichtung 2 berechnet. Auf diese Weise kann, wenn benötigt, eine gewollte Phasenverschiebung φsoιi/ die als Eingangssignal am Konstantglied 63 ansteht, zwischen den Grundschwingungs- mitsystemen von Netzspannungs-Raumzeiger uN und Netzstrom-With this second part 54 of the controller 22, in addition to the fundamental vibration reactive power Q N that occurs in the network 14, the active power P N in the network 14 and the fundamental vibration reactive power Q κ of the compensation device 2 are calculated. In this way, if required, a desired phase shift φ so ιi / which is present as an input signal at the constant element 63, between the fundamental with systems of mains voltage room pointer u N and mains current
Raumzeiger iN erreicht werden, beispielsweise um eine Netz-Space pointers i N can be reached, for example by a network
—> spannungsregelung durchzuführen. Zu diesem Zweck wird die Netzwirkleistung PN mit der Konstanten tanφsoιι multipliziert und als Sollwert der Grundschwingungsverschiebungsblindlei- stung QN mit dem Istwert der Grundschwingungsverschiebungs- blindleistung QN verglichen. Die Regelabweichung wird dann vom I-Regler 60 verarbeitet. Das Ausgangssignal des I-Reglers 60 wird als Sollwert der Kompensatorblindleistung Qκ mit dem Istwert der Kompensatorblindleistung Qκ verglichen und die ermittelte Regelabweichung dem PI-Regler 40 des ersten Teils 36 des Reglers 22 zugeführt.-> perform voltage regulation. For this purpose, the active network power P N is multiplied by the constant tanφ so ιι and compared as the nominal value of the fundamental vibration shift reactive power Q N with the actual value of the fundamental vibration shift reactive power Q N. The control deviation is then processed by the I controller 60. The output signal of the I controller 60 is compared as the target value of the compensator reactive power Q κ with the actual value of the compensator reactive power Q κ and the determined control deviation is fed to the PI controller 40 of the first part 36 of the controller 22.
Mittels diesem Regler 22 wird ein Basisübertragungsverhält- nis-Raumzeiger üb generiert, mit dem nicht nur die Grund-A base transmission ratio space vector u b is generated by means of this controller 22, with which not only the basic
-» schwingungsverschiebungsblindleistung QN des Netzes 14, sondern auch die Grundschwingungsverschiebungsblindleistung Qκ der Kompensationseinrichtung 2 kompensiert werden kann. Soll die Grundschwingungsverschiebungsblindleistung QN des Netzes 14 nicht kompensiert werden, so wird die Regelverstärkung des I-Reglers 60 zu Null gewählt. Auch in diesem Fall würden die kapazitiven Speicher 6 des Pulsstromrichters 4 ordnungsgemäß versorgt .- »Vibration displacement reactive power Q N of the network 14, but also the fundamental vibration displacement reactive power Q κ of the compensation device 2 can be compensated. If the reactive vibration displacement reactive power Q N of the network 14 is not to be compensated, the control gain of the I controller 60 is selected to be zero. In this case too, the capacitive memories 6 of the pulse converter 4 would be properly supplied.
Die Regler 24,26,28,30 und 32, die Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger ü i-, ü 5-, ü 7+, ü n- und üi3+ generieren, unter-The controllers 24, 26, 28, 30 and 32, which generate the partial transfer ratio space pointers ü i-, ü 5-, ü 7 + , ü n- and üi 3+ ,
→ → → → → scheiden sich durch die Ordnungszahlen v der Oberschwingungen und davon, ob diese im Mit- (+) oder Gegensystem (-) auftreten. Deshalb ist stellvertretend für diese Regler 24,...,32 eine verallgemeinerte Reglerstruktur 70 in FIG 6 näher dargestellt. Diese Reglerstruktur 70 weist eingangsseitig eine Einrichtung→ → → → → differ by the ordinal numbers v of the harmonics and whether they occur in the mit- (+) or negative system (-). A generalized controller structure 70 is therefore shown in more detail in FIG. 6 as a representative of these controllers 24, ..., 32. This controller structure 70 has a device on the input side
72 zur Bildung eines komplexen Fourierkoeffizienten c v+ bzw.72 to form a complex Fourier coefficient c v + or
—» c - auf, der ein PI-Regler 74 nachgeschaltet ist. Ausgangs- —> seitig ist dieser PI-Regler 74 mit einer Einrichtung 76 zur Bildung eines Teilübertragungsverhältnis-Raumzeigers üv+ bzw.- »c -, which is followed by a PI controller 74. On the output side -> this PI controller 74 is provided with a device 76 for forming a partial transmission ratio space vector ü v + or
—> üv- verknüpft. Die Einrichtung 72 weist einen Multiplizierer-> ü v - linked. The device 72 has a multiplier
—*- *
78 mit nachgeschaltetem Mittelwertbildner 80 auf, wobei ein Eingang dieses Multiplizierers 78 mit einem Ausgang eines Einheits-Rau zeiger-Bildners 82 verbunden ist. Am zweiten Eingang dieses Multiplizierers 78 steht ein Netzstrom-Raumzeiger iN an. Aus dem am Ausgang des Multiplizierers 78 an- — . stehenden Produkt y(t) wird mittels des Mittelwertbildners 80 bezüglich einer Netzperiode ein komplexer Fourierkoeffizient c v+ bzw. c -, wobei v die Ordnungszahl der zu kompensierenden78 with downstream averager 80, an input of this multiplier 78 being connected to an output of a unit noise generator 82. A mains current space vector i N is present at the second input of this multiplier 78. From the on at the output of the multiplier 78 -. standing product y (t) is a complex Fourier coefficient c v + or c - with respect to a network period by means of the averager 80, where v is the ordinal number of the to be compensated
→ → Oberschwingung und + bzw. - das Mitsystem bzw. das Gegensy- stem kennzeichnen. Der konjugiert komplexe Einheits-Raumzeiger e* rotiert im Mitsyste mit einer Drehfrequenz +vω→ → Identify harmonics and + or - the co-system or the counter system. The conjugate complex unit space vector e * rotates in the co-system with a rotation frequency + vω
und im Gegensystem mit einer Drehfrequenz -vω, wobei ω dieand in the opposite system with a rotational frequency -vω, where ω is the
Drehfrequenz des Netzspannungsgrundschwingungs-Raumzeigers ist. Durch die Mittelwertbildung über die Netzperiode wird aus dem Produkt y(t) vom Netzstrom-Raumzeiger iN und konju-Rotational frequency of the mains voltage fundamental oscillation space vector. By averaging over the grid period, the product y (t) from the grid current space pointer i N and conjugate
—> giert komplexen Einheits-Raumzeiger e* der komplexe Fourier--> complex complex space pointer e * the complex Fourier
- koeffizient cv+ bzw. cv- des entsprechenden Netzstromanteils. → →- coefficient c v + or cv- of the corresponding network share. → →
Das Ausgangssignal des I-Reglers 74 wird mittels eines weite- ren Multiplizierers 84 mit dem Einheits-Raumzeiger e und mitThe output signal of the I controller 74 is converted by means of a further multiplier 84 with the unit space vector e and with
—» einer imaginären Einheit j bzw. -j multipliziert. Das Produkt dieser Multiplikation ist ein Teilübertragungsverhältnis- Raumzeiger üv+ oder üv_. Der I-Regler 74 verändert den Betrag und den Winkel des Teilübertragungsverhältnis-Raumzeigers üv+ - »multiplied an imaginary unit j or -j. The product of this multiplication is a partial transfer ratio space vector ü v + or ü v _. The I controller 74 changes the amount and the angle of the partial transfer ratio space vector ü v +
oder üv- dann solange, bis die entsprechende Harmonische v- ter Ordnungszahl im Netzstrom eliminiert ist. Im stationärenor ü v - until the corresponding harmonic of the ordinal number in the mains current is eliminated. In the stationary
Zustand steht der Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger →üv+State is the partial transfer ratio space pointer → ü v +
bzw. →üv- und damit der zugehörige Spannu-ngsteil -ü→Kv+ bzw.or → ü v - and thus the associated voltage part -ü → Kv + or
-ÜKV- des Kompensatorspannungs-Raumzeigers uκ senkrecht auf-Ü K V- of the compensator voltage space vector u κ perpendicular to
-→ —» dem Kompensatorstromanteil-Raumzeiger i Kv+ bzw. iKv-, der die- → - »the compensator current component space vector i Kv + or i K v-, which the
→ → entsprechende Harmonische v-ter Ordnung im Laststrom —i* L kom- pensiert (FIG 7) .→ → corresponding harmonic of the v-th order in the load current —i * L compensated (FIG 7).
Für jede zu kompensierende Oberschwingung muß ein Regler 26,..., 32 vorgesehen werden. Zur Kompensation der Grund- schwingungsunsymmetrie muß ein Gegensystemregler mit der Ordnungszahl v = 1 vorgesehen sein (Regler 24) .For each harmonic to be compensated, a controller 26, ..., 32 must be provided. To compensate for the fundamental oscillation asymmetry, a negative sequence controller with the atomic number v = 1 must be provided (controller 24).
Soll eine Beeinflussung der vom Netz 14 gelieferten Wirkleistung PN durch die Kompensationseinrichtμng 2 durchgeführt werden,' so muß die parallel zum Verbraucher 12 geschaltete Kompensationseinrichtung 2 in der Lage sein, Wirkleistung PN aufzunehmen oder abzugeben. Zu diesem Zweck muß ein zusätzlicher Energiespeicher 86 an den Gleichspannungszwischenkreis des Pulsstromrichters 4 angekoppelt werden, der die DifferenzIf an influence on the effective power P N supplied from the power supply 14 are performed by the Kompensationseinrichtμng 2, so 'that is connected in parallel to the load compensating means 12 2 must be able to receive or deliver active power P N. For this purpose, an additional energy store 86 must be coupled to the DC link of the pulse converter 4, which is the difference
ΔP zwischen Netzleistung und Verbraucherleistung, die über die Kompensationseinrichtung 2 geführt wird, speichert oder abgibt. Der Energiespeicher 86 muß stromgeregelt gespeist werden, d.h., er muß entsprechend einem Stromsollwertsignal iεsoii dem Zwischenkreis der Kompensationseinrichtung 2 einen definierten Gleichstrom iE entnehmen können. Der Stromsollwert iEsoiι wird aus der aufzubringenden Leistungsdifferenz ΔP und der Zwischenkreisspannung 2Ed der Kompensationseinrichtung 2 berechnet. Soll dem Netz 14 Wirkleistung PN entnommen werden, so muß das Stromsollwertsignal iEΞOιι positiv sein. Damit entnimmt der Energiespeicher 86 dem Zwischenkreis des Pulsstromrichters 4 Energie. Dies führt zu einem Absinken der Zwischenkreisspannung 2Ed. Der Basisteil des netzseitigen Kompensatorspannungs-Raumzeigers uKb sinkt ab und es kommt zuΔP between the network power and the consumer power, which is fed, stored or emitted via the compensation device 2. The energy store 86 must be supplied with current control, ie it must be able to take a defined direct current i E from the intermediate circuit of the compensation device 2 in accordance with a current setpoint signal iεsoii. The current setpoint i Es oiι is calculated from the power difference ΔP to be applied and the intermediate circuit voltage 2E d of the compensation device 2. Active power P N is to be taken from the network 14 , the current setpoint signal i EΞO ιι must be positive. The energy store 86 thus takes energy from the intermediate circuit of the pulse converter 4. This leads to a drop in the intermediate circuit voltage 2E d . The base part of the network-side compensator voltage space vector u K b drops and it comes to
—> einer Änderung der Grundschwingungsverschiebungsblindleistung QN. Diese Grundschwingungsverschiebungsblindleistung QN wird mittels des ersten Teils 36 des Reglers 22 kompensiert, indem der Winkel δ zwischen dem Netzspannungs-Raumzeiger uN und dem-> a change in the fundamental vibration reactive power Q N. This fundamental vibration displacement reactive power Q N is compensated for by means of the first part 36 of the controller 22, by the angle δ between the mains voltage space vector u N and the
—> Basisteil des Kompensatorspannungs-Raumzeigers u b öffnet.-> Base part of the compensator voltage space vector u b opens.
—-
Der daraus resultierende Wirkleistungsfluß in den Zwischenkreis des Pulsstromrichters 4 läßt die Zwischenkreisspannung 2Ed und damit den Basisteil des Kompensatorspannungs-Raumzeigers uKb wieder ansteigen. Da der Energiespeicher 86 nunThe resulting active power flow into the intermediate circuit of the pulse converter 4 causes the intermediate circuit voltage 2E d and thus the base part of the compensator voltage space vector u K b to rise again. Since the energy storage 86 now
—> jedoch ständig die Leistung ΔP = 2Ed ■ iEson dem Zwischenkreis entnimmt, ist nach Kompensation der Netzverschiebungsblind- leistung QN der Winkel δ nicht gleich Null, sondern es bleibt der Winkel der notwendig ist, um die vom Energiespeicher 86 abgenommene Leistung der Kompensationseinrichtung 2 aus dem Netz 14 zuzuführen.-> however, the power ΔP = 2E d ■ i Eso n is taken continuously from the DC link, after compensation of the grid shift reactive power Q N, the angle δ is not equal to zero, but the angle that is necessary around the power taken from the energy store 86 remains to supply the compensation device 2 from the network 14.
Der Energiespeicher 86 weist einen Gleichstromspeicher und ein Stellglied mit zugehörigem Steuersatz auf, damit der Stromsollwert iEsoιι eingestellt werden kann. Als Gleichstrom- Speicher kann beispielsweise ein supraleitender magnetischer Energiespeicher (SMES) verwendet werden. Auch andere Energiespeicher, wie Schwungradspeicher oder Batterien können als Gleichstromspeicher verwendet werden. The energy store 86 has a direct current store and an actuator with an associated control set so that the current setpoint i Eso can be set. A superconducting magnetic energy store (SMES), for example, can be used as the direct current store. Other energy stores, such as flywheel stores or batteries, can also be used as direct current stores.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Kompensation von Blindstromanteilen eines aus einem Versorgungsnetz (14) gespeisten nichtidealen Ver- brauchers (12) mittels einer zum Verbraucher (12) elektrisch parallel geschalteten Kompensationseinrichtung (2), die einen Pulsstromrichter (4) mit wenigstens einem kapazitiven Speicher (6), einen Anpaßfilter (8) und eine Regel- und Steuereinrichtung (10) aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Ermittlung eines Netzspannungs-Raumzeigers (uN) und eines1. Method for compensating reactive current components of a non-ideal consumer (12) fed from a supply network (14) by means of a compensation device (2) electrically connected in parallel to the consumer (12), which has a pulse converter (4) with at least one capacitive memory (6 ), an adaptation filter (8) and a regulating and control device (10), with the following method steps: a) determination of a mains voltage space vector (u N ) and one
—» konjugiert komplexen Netzstrom-Raumzeigers ( iN*) aus ge-- »conjugates complex mains current space vector (i N *) from
—> messenen Netzleiterspannungen und Netzströmen, b) Bestimmung einer Grundschwingungsverschiebungsblindlei- stung (QN) des Netzes (14) mittels der ermittelten Raum- zeiger ( uN, i N* ) ,-> measured network conductor voltages and network currents, b) determination of a reactive vibration displacement reactive power (Q N ) of the network (14) by means of the determined space vector (u N , i N *),
-t → c) Bestimmung eines Übertragungsverhältriis-Raumzeigers (ü) aus der bestimmten Grundschwingungsverschiebungsblindlei- stung (QN) , der in Steuersignale (Sv) für den Pulsumrichter (4) umgesetzt wird, d) Generierung eines Kompensatorspannungs-Raumzeiger (u →κ) in-t → c) determination of a transmission ratio space vector (ü) from the determined fundamental vibration shift reactive power (Q N ), which is converted into control signals (S v ) for the pulse converter (4), d) generation of a compensator voltage space vector (u → κ ) in
Abhängigkeit des bestimmten Übertragungsverhältnis-Dependency of the specific transmission ratio
Raumzeigers (ü →) und einer Zwischenkreisspannung (2Ed) des kapazitiven Speichers ( 6 ) , g e k e n z e i c h n e t d u r c h e ) Bestimmung einer Netzwirkleistung ( PN) mittels der ermit¬ telten Raumzeiger ( u N, i N* ) ,Space vector (ü →) and an intermediate circuit voltage (2E d) of the capacitive accumulator (6), gekenzeichnetdurche) determining a network active power (P N) by means of the ermit ¬ telten space vector (u N, i N *),
→ → f) Bestimmung eines Sollwertes einer Grundschwingungsver- schiebungsblindleistung (QN) durch Multiplikation der be¬ stimmten Netzwirkleistung (PN) mit einer Konstanten (tanφsoιι) , g) Bestimmung eines Sollwertes einer Kompensatorblindleistung→ → f) determining a target value of a shift Grundschwingungsver- reactive power (Q N) by multiplying the ¬ be voted network active power (P N) by a constant (tanφ so ιι) g) Determination of a target value of a compensator reactive power
(Qκ) in Abhängigkeit eines Vergleiches von Ist- und Soll¬ wert der Grundschwingungsverschiebungsblindleistung (QN) , h) Bestimmung einer Kompensatorblindleistung (Qκ) aus einem ermittelten Netzspannungs-Raumzeiger (uN) und einem er-(Q κ ) as a function of a comparison of the actual and target ¬ value of the fundamental vibration shift reactive power (Q N ), h) determining a compensator reactive power (Q κ ) from a determined network voltage space vector (u N ) and an
—> mittelten konjugiert komplexen Kompensatorstrom-Raumzeiger-> averaged conjugate complex compensator current space vector
( —i»κ*) , i) Bestimmung eines Basisübertragungsverhältnis-Raumzeigers(—I » κ *), i) Determination of a basic transfer ratio space vector
(üb) aus einer ermittelten Regelabweichung der Kompensa-(ü b ) from a determined control deviation of the compensation
—» torblindleistung ( Qk) .- »Goal reactive power (Q k ).
2 . Verfahren nach Anspruch 1 , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h j ) Bestimmung eines komplexen Fourierkoef f i zienten ( c v+ , c v- )2nd Method according to Claim 1, characterized byj) determination of a complex Fourier coefficient (c v + , c v -)
→ → aus dem Produkt eines Netzstrom-Raumzeigers (iN) und ei-→ → from the product of a mains current space vector (i N ) and a
—» nes konjugiert komplexen Einheits-Raumzeigers ( -e→*), k) Bestimmung eines Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger- »nes conjugate complex unit space pointer (-e → *), k) determination of a partial transfer ratio space pointer
(ü→v+ιü→v-) in Abhängigkeit des ermittelten komplexen Fou-(ü → v + ιü → v-) depending on the determined complex fo
rierkoeffizienten (cv+,c -), eines Einheits-Raumzeigersrier coefficients (c v + , c -), of a unit space pointer
-> -» (e) und einer imaginären Einheit (j,-j) und-> - »(e) and an imaginary unit (j, -j) and
—»- »
1) vektorielle Addition des Basisübertragungsverhältnis-Raumzeigers (üb) und des Teilübertragungsverhältnis -1) vectorial addition of the basic transfer ratio space vector (ü b ) and the partial transfer ratio -
→→
Raumzeigers (üv+,üv-). —> —»Space pointer (ü v + , ü v -). -> - »
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, für eine Kompensationseinrichtung (2), die einen Pulsstromrichter (4) mit wenigstens einem kapazitiven Speicher (6), einen Anpaßfilter (8) und eine Regel- und Steuereinrichtung (10) aufweist, wobei diese Regel- und Steuerein- richtung (10) eine Reglereinrichtung (16) zur Bestimmung ei- nes Übertragungsverhältnis-Raumzeigers (ü) und einen Puls- weitenmodulator (18), an dessen Ausgängen die Steuersignale (Sv) für den Pulsstromrichter (4) anstehen, aufweist, wobei diese Reglereinrichtung (16) eine Einrichtung (38) zur Be- Stimmung einer Grundschwingungsverschiebungsblindleistung3. Device for performing the method according to claim 1, for a compensation device (2) having a pulse converter (4) with at least one capacitive memory (6), a matching filter (8) and a regulating and control device (10), wherein this regulating and control device (10) is a controller device (16) for determining a Nes transmission ratio space vector (ü) and a pulse width modulator (18), at whose outputs the control signals (S v ) for the pulse converter (4) are present, this controller device (16) a device (38) for determination a fundamental displacement reactive power
(QN) , einen PI-Regler (40) und eine Einrichtung (42) zur Bildung eines Basisübertragungsverhältnis-Raumzeigers (üb) auf-(Q N ), a PI controller (40) and a device (42) for forming a basic transfer ratio space vector (ü) on
—» weist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Einrichtung (38) zur Bestimmung einer Grundschwin- gungsverschiebungsblindleistung (QN) ausgangsseitig mit einem invertierenden Eingang eines Vergleichers (56) verknüpft ist, dessen nichtinvertierender Eingang mit einem Ausgang eines Sollwertbildners (68) für die Grundschwingungsverschiebungs- blindleistung (QN) und dessen Ausgang mittels eines I-Reglers (60) mit einem nichtinvertierenden Eingang eines weiteren Vergleichers (62) verbunden sind, dessen invertierender Eingang mit einem Ausgang einer Einrichtung (64) zur Bestimmung einer Kompensatorblindleistung (Qκ) und dessen Ausgang mit einem Eingang des PI-Reglers (40) verbunden sind, daß an den Eingängen des Sollwertbildners (68) ein ermittelter Netzspannungs-Raumzeiger ( →UN) ein ermittelter konjugiert komplexer- », characterized in that the device (38) for determining a reactive vibration displacement reactive power (Q N ) is linked on the output side to an inverting input of a comparator (56), the non-inverting input of which is connected to an output of a setpoint generator (68) for the basic vibration displacement reactive power (Q N ) and its output are connected by means of an I controller (60) to a non-inverting input of a further comparator (62), the inverting input of which is connected to an output of a device (64) for determining a compensating reactive power (Q κ ) and its Output are connected to an input of the PI controller (40) that at the inputs of the setpoint generator (68) a determined mains voltage space pointer (→ U N ) is a determined complex conjugate
Netzstrom-Raumzeiger (iN*) und ein Phasenwinkel (φsoιι) anste- hen und daß an den Eingängen der Einrichtung zur Bestimmung einer Kompensatorblindleistung (Qκ) ein ermittelter Netzspannungs-Raumzeiger (uN) und ein ermittelter konjugiert komple-Mains current space vector (i N *) and a phase angle (φ so ιι) are present and that at the inputs of the device for determining a compensating reactive power (Q κ ) a determined mains voltage space vector (u N ) and a determined conjugate complex
—* xer Kompensatorstrom-Raumzeiger (i *) anstehen.- * x compensator current space vector (i *) are present.
→→
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Reglereinrichtung (16) n weitere Regler (24,..., 32) zur Bestimmung von n Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger (üv+,üv-) aufweist, die jeweils eine Einrichtung (72) zur → ->4. The device according to claim 3, characterized in that the controller device (16) n further controllers (24, ..., 32) for determining n partial transmission ratio space pointer (ü v + , üv-), each having a device (72) for → ->
Bildung eines komplexen Fourierkoeffizienten (cv+,cv-), einenFormation of a complex Fourier coefficient (c v + , c v -), one
—> —>-> ->
I-Regler (74) und eine Einrichtung (76) zur Bildung eines Teilübertragungsverhältnis-Raumzeigers (üv+,üv-) aufweisen, und daß die Ausgänge dieser n weiteren Regler (24, ...32) mit einer Summationsstelle (34) verknüpft sind, deren erster Eingang mit dem Ausgang des Reglers (22) zur Bestimmung einesI controller (74) and a device (76) for forming a partial transmission ratio space vector (ü v + , ü v -), and that the outputs of these n further controllers (24, ... 32) with a summation point (34) are linked, the first input of which is connected to the output of the controller (22) for determining a
Basisübertragungsverhältnis-Raumzeigers (üb) verbunden ist.Base transfer ratio space pointer (ü) is connected.
—>->
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Einrichtung (72) zur Bildung eines komplexen Fourierkoeffizienten (CVMCV-) einen Multiplizierer (78) mit nachge-5. Apparatus according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the means (72) for forming a complex Fourier coefficient (CVMCV-) a multiplier (78) with subsequent
→ → schalteten Mittelwertbildner (80) aufweist, wobei ein Eingang des Multiplizierers (78) mit einem Ausgang eines Einheits- Raumzeiger-Bildners (82) verküpft ist.→ → switched mean value generator (80), wherein an input of the multiplier (78) is linked to an output of a unit space pointer generator (82).
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , daß die Einrichtung (76) zur Bildung eines Teilübertragungsverhältnis-Raumzeigers (üv+,üv-) einen Einheits-Raumzeiger-6. The device according to claim 4, characterized in that the device (76) for forming a partial transfer ratio space pointer (ü v + , üv-) a unit space pointer.
- →- →
Bildner (82) und einen Multiplizierer (84) aufweist, der ein- gangsseitig einerseits mit dem I-Regler (74) und andererseits mit dem Einheits-Raumzeiger-Bildner (82) verbunden ist.Has generator (82) and a multiplier (84), which is connected on the input side on the one hand to the I controller (74) and on the other hand to the unit space vector (82).
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Sollwertbildner (68) für die Grundschwingungsver- schiebungsblindleistung (QN) eine Recheneinrichtung (44) zur Bestimmung einer Augenblickwirkleistung (pN) , einen Mittelwertbildner (46), ein Konstantglied (63) und einen Multiplizierer (58) aufweist, daß der Mittelwertbildner (46) ein- gangsseitig mit dem Ausgang der Recheneinrichtung (44) und ausgangsseitig mit einem Eingang des Multiplizierers (58) verknüpft ist und daß der zweite Eingang des Multiplizierers7. The device according to claim 3, characterized in that the setpoint generator (68) for the basic vibration displacement reactive power (Q N ) a computing device (44) for determining an instantaneous active power (p N ), an average value generator (46), a constant element (63) and has a multiplier (58) that the averager (46) is linked on the output side to the output of the computing device (44) and on the output side to an input of the multiplier (58) and that the second input of the multiplier
(58) mit dem Konstantglied (63) verbunden ist.(58) is connected to the constant element (63).
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Einrichtung (64) zur Bestimmung einer Kompensatorblindleistung (Qκ) eine Recheneinrichtung (44) zur Bestimmung einer Augenblickblindleistung (qκ) mit nachgeschaltetem Mittelwertbildner (46) aufweist.8. The device according to claim 3, characterized in that the device (64) for determining a compensator reactive power (Q κ ) has a computing device (44) for determining an instantaneous reactive power (q κ ) with a downstream averager (46).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Signal-Prozessor für die Reglereinrichtung (16) vorgesehen ist. 9. Device according to one of claims 4 to 8, that a signal processor for the controller device (16) is provided.
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