NL8003819A - Besturingsketen voor een elektrochemische cel, gekoppeld aan een vermogensnet. - Google Patents

Description

- 1 - <

Besturingsketen voor een elektrochemische cel, gekoppeld aan een vermogensnet.

De uitvinding heeft betrekking op een besturingsketen voor een elektrochemische cel, gekoppeld aan een vermogensnet. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een besturingsketen, die een eerste terug-5 koppelingslus heeft met een langzame tijdconstante voor het vormen van respectievelijke werkelijk vermogen- en reaktief vermogen-foutbesturingssignalen voor het bijstellen van de vermogensstroom tussen de elektrochemische cel en het vermogensnet, en een tweede terugkoppelingslus met 10 een snelle tijdsconstante, welke de grootte en fase bestuurt van de spanningsgolfvorm aan de wisselstroomzijde van de omvormer, verbonden tussen de elektrochemische cel en het vermogensnet.

Vermogen-producerende en vermogen-bewarende 15 inrichtingen zijn van bijzonder belang voor elektriciteitsmaatschappijen, die uitgebreide elektriciteitsnetten bedienen, welke grote hoeveelheden elektrische wisselstroom-vermogen leveren via een complex transmissienetwerk. Er zijn veel verschillende soorten inrichtingen bekend voor 20 het produceren van elektrische energie, waarvan ëën de elektrochemische cel is, die gelijkstroomvermogen produceert langs elektrochemische weg. Alvorens het elektrische vermogen van een dergelijke gelijkstroominrichting kan worden ingevoerd in een vermogensnet, moet het worden omgezet tot 25 elektrisch wisselstroomvermogen. Een omzetter is een inrichting, die in staat is tot een dergelijke vermogens-conversie, en een kenmerkende omvormer omvat een aantal halfgeleiderschakelaars met hoge stroomcapaciteit, zoals thyristors, die periodiek worden overgeschakeld door een 30 besturingsketen tussen hun geleidende en niet-geleidende toestanden. Op zijn beurt zorgt deze actie afwisselend voor aansluiting van de positieve en negatieve ingangen van de elektrochemische cel via de omvormer, waardoor elektrische wisselstroomenergie kan worden gegeven aan het 35 vermogensnet van de elektriciteitslevering.

Een speciaal probleem, geassocieerd met het gebruik 8003819 - 2 - van elektrochemische cellen van het batterijtype als gelijkstroomvermogensbron is, dat bij de produktie van grote hoeveelheden elektrische energie op een lange tijds-basis veel batterijen de actieve chemische componenten, 5 die de cel vormen, consumeren. Als gevolg neemt de vermogen-producerende capaciteit van dergelijke elektrochemische cellen snel af, tenzij zij worden geregenereerd vanaf een uitwendige bron.

Een bepaald type elektrochemische cel is bekend 10 als brandstofcel, en produceert elektrische gelijkstroom-energie rechtstreeks door oxydatie van een brandstof afkomstig van een uitwendige bron; daardoor is een dergelijke cel in staat om elektrisch wisselstroomvermogen te leveren op een onderhoudingsbasis. Vanzelfsprekend moet de elektrische 15 gelijkstroomenergie op dezelfde wijze als bij batterij-type cellen worden geconverteerd tot elektrische wissel-stroomenergie teneinde via het elektriciteitsnet te kunnen worden gebruikt. In toevoeging aan de werking als bron van elektrische energie kunnen bepaalde types elektro-20 chemische cellen eveneens worden gebruikt als vermogens-opslaginrichting, waarbij deze capaciteit primair bestaat, wanneer de elektrochemische cel regeneratief is. De regeneratieve cellen bezitten het vermogen om de actieve chemische elementen, hetzij inwendig opgeslagen hetzij 25 afkomstig van een uitwendige bron, te converteren tot elektrische gelijkstroomenergie, en bezitten tevens de capaciteit om gelijkstroomenergie te benutten voor het vormen van actieve chemische brandstoffen voor later gebruik. Deze tweerichtingscapaciteit maakt het mogelijk, dat de 30 elektrochemische cel wordt gebruikt als vermogensbron gedurende periodes van piekvermogenverbruik, maar dat gedurende periodes, waarop minder vermogen wordt geconsumeerd, en wanneer overmaat elektrische energie beschikbaar is, de cel de overmaat elektrische energie converteert tot 35 actieve chemische elementen, die kunnen worden opgeslagen voor later gebruik.

Van belang is het Amerikaanse octrooischrift 3.991.319 (J. Servos e.a.; STANDBY POWER SUPPLY SYSTEM). Genoemd octrooischrift beschrijft een beschikbaarstellings-40 (standby)-vermogenstoevoersysteem, dat een omvormer omvat, 8003819 «> -» - 3 - welke een gelijkstroomvermogensbron gebruikt. Een synchroniser ingsnetwerk is aangebracht teneinde de fase en amplitude-aanpassing van de omvormersuitgang naar de wissel-stroomlijn te waarborgen, wanneer de beschikbaarstellings-5 vermogensbron wordt gebruikt. De synchronisatieketen omvat een fasedetector, die een terugkoppelingssignaal ontvangt van de omvormer en tevens de wisselstroomlijnspanning aftast.

De uitgang van de fasedetector wordt via een faseterug-koppelingsschakelaar gegeven aan een spanningsgestuurde 10 oscillator voor het variëren van de frequentie en fase van het uitgangssignaal. Beperking van dit speciale systeem is, dat het niet geschikt is voor het besturen van de richting en de grootte van zowel het werkelijke vermogen als het reaktieve vermogen tussen de bron en de belasting.

15 Van belang is verder de samenhangende Amerikaanse octrooiaanvrage Serial No. 059.725, waarin een werkwijze wordt beschreven voor het besturen van de grootte en richting van een vermogensstroom door een omvormer, die zelf is verbonden tussen een elektrochemische cel en een vermogensnet.

20 Een primair doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een besturingsketen voor een kracht-gecommuteerde omvormer, verbonden met een regeneratieve vermogensbron, waarvan de combinatie elektrische energie kan leveren aan of ontvangen van een vermogensnet.

25 Een bijzonder kenmerk van de uitvinding omvat een besturingstechniek voor het bijstellen van de werkelijke vermogenscomponent en de reactieve vermogenscomponent van elektrische energie, die stroomt tussen een regeneratieve vermogensbron en een vermogensrooster door toepassing van 30 een omvormer met een besturingsketen met een eerste terug-koppelingslus, die een relatief langzame tijdsconstante heeft, zodat de daadwerkelijke vermogensfaktor tussen de regeneratieve bron en het vermogensrooster nagenoeg onbeïnvloed blijft door transiënten. De besturingsketen voor de omvormer 35 omvat verder een tweede terugkoppelingslus met een snelle tijdsconstante voor het snel bijstellen van de effektieve grootte en fase van de spanningsgolfvorm van de omvormer door het variëren van' de nauwkeurige ontstekingspunten van de halfgeleiderschakelelementen in de omvormer teneinde te 40 compenseren voor de instantane of kortstondige spannings- 800 38 19 - 4 - springgolven, die periodiek kunnen optreden in het vermogens-net.

Volgens de uitvinding omvat een omvormersbesturings-keten een eerste terugkoppelingslus met een langzame 5 tijdsconstante voor het ontvangen van een bijstelbaar ingangscommandosignaal, dat zowel het gewenste reactieve vermogensniveau alsook het gewenste werkelijk vermogens-niveau aangeeft van de elektrische energiestroom tussen een elektrochemische cel en een vermogensnet. Deze signalen 10 worden gecombineerd in de eerste terugkoppelingslus, die een langzame tijdconstante heeft met respectievelijke signalen, die evenredig zijn aan het afgetaste werkelijke vermogen en reactieve vermogen voor het vormen van een var foutsignaal en een vermogensfoutsignaal. Het var ver-15 mogensfoutsignaal wordt gegeven aan een spanningsbesturings-keten, die is gelegen in de tweede terugkoppelingslus, welke lus een snelle tijdsconstante heeft voor het variëren van de besturingssignalen, aangelegd aan de omvormer voor het veranderen van de effektieve grootte van de 20 spanningsgolfvorm, gegeven aan het vermogensnet. Op overeenkomstige wijze wordt het werkelijke vermogensfoutsignaal gegeven aan een tweede terugkoppelingslus met snelle tijdconstante, aan een faseregelaar voor het bijstelling van het besturingssignaal, gegeven aan de omvormer voor het 25 modificeren van de fase van de spanningsgolfvorm van de omvormer met betrekking tot het vermogensnet.

Een bijzonder kenmerk van de uitvinding is daarin gelegen, dat deze een omvormer omvat met een besturingssysteem, dat nauwkeurig de grootte en fase van het vermogens-30 net naloopt, zelfs wanneer er geen energiestroom is tussen een elektrochemische cel en een vermogensnet, zodat de elektrochemische cel kan worden aangezet, zelfs bij vol vermogen, zonder dat daarbij tegenwerkende transiënten worden veroorzaakt in öf de elektrochemische'cel öf het 35 vermogensnet.

In toevoeging wordt het hierdoor mogelijk gemaakt, dat de werkelijke vermogenscomponent en de reactieve vermogenscomponent van de energiestroom snel naar wens kan. worden veranderd over het operatiegebied van de 40 elektrochemische cel. Deze capaciteit is gedeeltelijk het 8003819 * * - 5 - gevolg van het gebruik van twee afzonderlijke terugkoppelings-lussen, waarvan één een langzame tijdsconsfcante en één een snelle tijdsconstante bezit, welke het spanningsniveau van zowel de elektrochemische cel als het vermogensnet aftasten, 5 de grootte en richting van het werkelijke vermogen en het reactieve vermogen, en de fase van de spanningsgolfvorm op het vermogensnet, teneinde met behulp van een analytisch model te construeren, wat de omvormersspanningsvorm moet zijn; deze wordt vervolgens vergeleken tiet de daadwerkelijke 10 spanningsgolfvorm in het vermogensnet, en eventuele fouten daartussen worden gereflecteerd in foutsignalen. Deze fout-signalen worden op hun beurt gebruikt voor het bijstellen van de ontstekingshoeken van de halfgeleiderschakelaars in de omvormer voor het variëren van of de effectieve magnitude 15 of de effectieve fase of beide van de spanningsgolfvorm van de omvormer naarmate dit nodig is, teneinde deze in het spoor te brengen van het vermogensnet. Het spreekt vanzelf, dat elke onvermoede afwijking van de spanningsgolfvorm op het vermogensnet, zoals kan worden veroorzaakt door . 20 transiënten, wordt afgetast door het model, en dat het omvormerstuursignaal wordt bijgesteld voor het variëren van de fase en grootte van de uitgangsgolfvorm van de omvormer teneinde te compenseren voor dergelijke transiënten in het vermogensnet.

25 De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de volgende gedetailleerde beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvoorbeeld onder verwijzing naar de tekening. In de tekening toont; fig. 1 een schematische weergave in blokschemavorm 30 van een uitvoeringsvoorbeeld van een besturingsketen voor een omvormer, verbonden tussen een elektrochemische cel en een vermogensnet volgens de uitvinding, fig. 2 een schematische weergave van een uitvoerings vorm van de spanningsregelketen, gelegen in de snelle 35 terugkoppelingslus, weergegeven in fig. 1, fig. 3 een grafiek, waarin de responsiekarakteris-tieken zijn getoond van de vermenigvuldigerketen, getoond in fig. 2, fig. 4 een grafiek, waarin een kenmerkende golfvorm 40 van de omvormer is getoond, 8003819 - 6 - fig. 5 een blokschema van een uitvoeringsvorm van de faseregelketen, getoond in fig. 1, en fig. 6 een schematisch blokschema van éên uitvoeringsvorm van de schakelende golfvormgenerator, getoond 5 in fig. 1.

Allereerst zij verwezen naar fig. 1; daarin is een uitvoeringsvorm getoond van een inrichting voor het toepassen van de uitvinding. Een elektrochemische cel 10/ bijv. een brandstofcel of batterij of andere vergelijkbare 10 gelijkstroominrichting, is verbonden via een lijn 12 met een kracht-gecommuteerde omvormer 14, waarbij de lijn 12 normaal een negatieve en positieve verzamellijn omvat.

Er zij opgemerkt/ dat hoewel zowel kracht-gecommuteerde omvormers als lijn-gecommuteerde omvormers bestaan, de 15 uitvinding primair gebruik maakt van het kracht-gecommuteerde type omvormer, aangezien de halfgeleiderschakelelementen daarvan niet afhankelijk zijn van de fasebetrekking van de spannings-stroomgolfvormen op het vermogensnet 20 voor het afschakelen. De omvormer 14 omvat kenmerkend ten minste 20 één of meer paren schakelelementen, en door afwisselend deze elementen te bekrachtigen, worden de negatieve en positieve ingangslijnen aan de gelijkstroomzijde verbonden via de omvormer naar de wisselstroomzijde, waarbij een wisselstroomsignaal wordt gevormd, dat een grondsignaal 25 inhoudt samen met een aantal harmonischen. De wisselstroomzijde van de omvormer 14 is via een lijn 16 verbonden met een belastingverdelende impedantie 18, die een filter kan omvatten, dat is gekozen voor het doorlaten van signalen van een frequentie, waarop de elektrische wisselstroom-30 energie werkt, gewoonlijk 60 Hz, en om signalen te weigeren buiten deze frequentie. De belastingverdelingsimpedantie 18 omvat verder een eventuele vermogenstransformator en een reactantie voor het opheffen van harmonischen voor het conditioneren van de uiteindelijke wisselstroomgolfvorm 35 om die te kunnen overgeven aan het vermogensnet 22. De andere zijde van het filter is verbonden via een lijn 20 aan het vermogensnet 22.

Zoals is te zien in fig. 1 omvat een vermogensnet 22 kenmerkend ten minste éên bron van elektrische wissel-40 stroomenergie 24, een transmissie-impedantie 26, die 8003819 - 7 - de impedantie omvat van de transmissielijn en tevens van de transmissielijn van de bron, en één of meer belastingen 28, waar elektrische energie wordt verbruikt. Het gebruikelijke geval is evenwel veel complexer dan de eenvoudige 5 weergave, in die zin, dat er meestal een aantal vermogens-bronnen zijn samen met een vast aantal afzonderlijke belastingen, die verschillende hoeveelheden elektrische wisselstroomeneigie kunnen onttrekken op verschillende tijden, waarbij deze alle zijn tussenverbonden door 10 transmissielijnen. In de tekening is feitelijk het ergste geval getoond, nl. waarbij de belasting onmiddellijk aangrenzend aan de omvormer 24 is.

Zoals bekend is, zijn er veel locaties of afzonderlijke punten in een vermogensnet, waar het gewenst is het 15 werkelijke vermogen te regelen voor wat betreft toevoeging of opslag, of om de plaatselijke vermogensfaktor bij te stellen. De keten volgens de uitvinding biedt een uitzonderlijk hoge mate van flexibiliteit bij de besturing van deze belangrijke parameters. Daarom kan de elektrochemische cel 20 10 worden gebruikt als energiebron gedurende perioden, wanneer het vermogensnet 22 een hoge belasting ondervindt, of vraagt om elektrisch vermogen, maar wanneer er een overmaat aan vermogen in het vermogensnet 22 is, kan de richting van de vermogensstroom worden omgekeerd, waardoor 25 het mogelijk wordt gemaakt om energie op te slaan in de elektrochemische cel 10. In toevoeging is het verder van voordeel om in staat te zijn gemakkelijk het reactieve vermogen of de vars (volt ampère reactief) van de belasting te regelen teneinde de vermogensfaktorbijstelling te helpen 30 aan een bepaalde plaats van het vermogensnet 22.

De uitvinding zal thans voor wat betreft de onafhankelijke bijstelling van zowel de grootte en richting van de elektrische energie, en tevens de relatieve vermogens-faktor daarvan worden beschreven in samenhang met een 35 uitvoeringsvorm van een besturingsketen voor de omvormer 14, die is verbonden tussen de elektrochemische cel 10 en één punt van het vermogensnet 22.

Een vermogensdetector 30 is geplaatst in de lijn 20 voor het aftasten van de grootte en de richting van zowel 40 de werkelijke vermogensstroom en de reactieve vermogens- 8003819 - 8 - stroom tussen de elektrochemische cel 10 en het vermogensnet 22. In bedrijf geeft de vermogensdetector 30 een uitgangssignaal aan lijn 32, dat evenredig is aan de grootte en de richting van het reactieve vermogen of de vars, die 5 stromen in de lijn 20. Op overeenkomstige wijze geeft de vermogensdetector 30 op lijn 34 een signaal, dat evenredig is aan de grootte en de richting van het werkelijke vermogen, dat vloeit in de lijn 20. Een spanningsdetector 36 is eveneens verbonden met de lijn 20, en geeft een signaal op een lijn 38, 10 dat evenredig is aan de grootte van de spanningsgolfvorm op de lijn 20, waarbij deze laatste de grondcomponent is van de spanningsgolfvorm uit de omvormer en eveneens de spanningsgolfvorm, die heerst aan het vermogensnet.

De besturingsketen volgens de uitvinding omvat een 15 eerste terugkoppelingslus 40 met een langzame tijdconstante of relatief lange responsietijd en een tweede terugkoppelingslus 42 met een korte responsietijd. De eerste terugkoppelingslus 40 omvat een bijstelbaar var-commandosignaal, dat wordt gevormd door een variabele potentiometer 44, waarvan de 20 ene klem 46 is gekoppeld met positieve referentiepotentiaal-bron, terwijl de andere klem 48 is verbonden met een negatieve referentiepotentiaalbron. De besturingsklem 50 geeft een gewenst spanningsniveau, dat kan worden bijgesteld over een geschikt gebied over lijn 52 aan éën ingang van 25 een eerste vergelijkingsketen 54. De andere ingang van de eerste vergelijkingsketen is verbonden met de geleider 32 voor het ontvangen van het signaal, dat evenredig is aan de grootte en de richting van het reactieve vermogen, dat vloeit in de lijn 20. De eerste vergelijkingsketen 54 combineert 30 het var-commandosignaal op de lijn 52 differentieel met het signaal van de detector 30, dat de actuële grootte en richting van het reactieve vermogen aangeeft, en geeft een var foutsignaal aan zijn uitgang van de lijn 55 aan een integrator 100. Deze integrator 100 integreert doelmatig 35 de fout over een tijdsperiode van ongeveer 1½ tot 2 cycli van de spanningsgrondgolfvorm, en geeft het geïntegreerde var foutsignaal uit de tweede besturingslus via de lijn 56 aan de spanningsregelketen 58.

De spanningsregelketen 58 is verbonden met lijn 38 40 en de spanningsaftaster 36 voor het ontvangen van een 800 3 8 19 - 9 - signaal evenwijdig aan de grootte van de wisselspanning op de lijn 20; en is tevens verbonden met lijn 12 voor het aftasten van het niveau van de gelijkspanning van de elektrochemische cel 10. De spanningsregelketen 58 5 vergelijkt een verschilsignaal, afgeleid van resp. groottes van de uitgang van de elektrochemische cel 10 via lijn 60 en die op lijn 20, en combineert dit met het var fout-signaal, ontvangen op de lijn 56 voor het vormen van een stuursignaal aan zijn uitgang op de lijn 62, dat wordt 10 gegeven aan een schakelgolfvorm-generator 64. Het signaal op de lijn 62 zorgt er voor, dat de schakel-golfvorm-generator 64 de ontstekingspunten bijstelt van de halfgeleiderschakelaars in de omvormer 14, zodat de effektieve spanning van het grondgolfvormsignaal uit de 15 omvormer wordt verhoogd of verlaagd in evenredigheid met het signaal op de lijn 62.

Nog steeds zij verwezen naar fig. 1; de eerste terugkoppelingslus 40 omvat tevens een bijstelbaar ver-mogenscommandosignaal, dat gemakkelijk en op eenvoudige 20 wijze kan worden gevormd door een variabele potentiometer 70, waarvan de ene klem 72 is gekoppeld met een positieve referentiepotentiaalbron, terwijl de andere klem 74 is verbonden met een negatieve referentiepotentiaalbron.

De besturingsklem 76 geeft een spanningsniveau, dat kan 25 worden gevarieerd over een geschikt gebied aan een lijn 78 en één ingang van een tweede vergelijkingsketen 80.

De andere ingang van de vergelijkingsketen 80 is verbonden met de lijn 34 voor het ontvangen van een signaal, dat evenredig is aan de grootte en richting van het werkelijke 30 vermogen, dat vloeit in de lijn 20. De tweede vergelijkingsketen 80 brengt een werkelijk vermogen-foutsignaal voort aan zijn uitgang op de lijn 81 door een differentiële combinatie van het vermogenscommandosignaal met het afgetaste signaal op lijn 34, en geeft dit signaal via de 35 lijn 81 aan de A/D integrator 83. De A/D integrator 83 integreert het foutsignaal over een tijdsperiode van bij benadering 1½ tot 2 cycli van de spanningsgrondgolfvorm, en geeft het geïntegreerde werkelijke vermogensfoutsignaal via een lijn 82 aan de faseregelaar 84. De faseregelaar 40 84 is tevens gekoppeld via lijn 68 aan de lijn 20 voor het 800 38 19 - 10 - aftasten van de fase van het wisselstroomsignaal op lijn 20, en levert een faseverschuiving daarvan in evenredigheid aan het ingangssignaal op lijn 82 aan zijn uitgang op de lijn 88. De schakelgolfvorm-generator. 64 is vèrbonden 5 met de lijn 88 en combineert dit faseverschuivingsgolfvorm-signaal met het spanningsbesturingssignaal, ontvangen op de lijn 62 voor het voortbrengen van een besturingssignaal aan het zijn uitgang op de lijn 90, dat wordt gegeven aan de omvormer 14.

10 In fig. 2 is één uitvoeringsvorm getoond van de spanningsregelaar 58, die is gelegen in de tweede terug- ' koppelingslus 42, en zorgt voor een uitgangssignaal aan de schakelgolfvorm-generator 64, dat in verband staat met de gewenste effektieve grootte van de spanningsgolfvorm 15 van de omvormer 14. Zoals hiervoor opgemerkt, wordt het var foutsignaal ontvangen door de spanningsregelaar op de lijn 56 van de eerste terugkoppelingslus 40 en dit signaal is evenredig aan de reaktieve vermogensverandering, zo aanwezig, welke optreedt in de grondvorm van de spannings-20 golfvorm uit de omvormer. Het geïntegreerde reaktieve vermogensfoutsignaal wordt eerst via een lijn 56 gegeven aan één ingang van een vergelijkingsketen 104. Een tweede ingang van de vergelijkingsketen 104 ontvangt een signaal van de spanningsaftaster 36, verbonden met de lijn 38, 25 welk signaal evenredig is met de grootte van het spanningsniveau van het vermogensnet. Een derde ingang van de vergelijkingsketen ontvangt een terugkoppelingssignaal via de lijn 106, dat differentieel wordt gecombineerd met de signalen aan de andere tweede ingangen. Het uit-30 gangssignaal van de vergelijkingsketen 104 wordt via lijn 108 gegeven aan de ingang van een snelle tijdconstante integrerende A/D eenheid, die een 8-bits inrichting kan zijn, welke op effektieve wijze het foutsignaal quantiseert over bij benadering een halve cyclus van de grondgolfvorm 35 van de spanning, of een tijdconstante van ongeveer 3 microseconden. Dit digitale foutsignaal wordt dan gegeven via lijn 112, welke een 8-geleidersdatakabel kan zijn, aan één ingang van de schakelende golfvormgenerator 64.

De spanningsregelaar omvat tevens een terugkoppelingssectie. 40 Deze gesloten-lusregelaar is relatief snel, zodat de ingangs- 8003819 - 11 - fout, zo aanwezig, volledig kan worden gereflecteerd in een spanningsverandering doorgegeven aan de poortende golf-vormgenerator in ongeveer een halve cyclus van de grondgolf-vorm van het vermogensnet 22. Dienovereenkomstig omvat 5 de terugkoppeling in lijn 116, welke eveneens een 8-geleiders-datakabel is, welke is verbonden met lijn 112 voor het terugkoppelen van het 8-bits digitale geïntegreerde fout-signaal aan de ingang van een 8-bits D/A eenheid 118, welke de digitale informatie terugconverteert tot een analoog 10 niveau voor presentatie via een lijn 120 aan één ingang van een vermenigvuldiger 122. De andere ingang van de vermenigvuldiger 122 is via lijn 87 verbonden voor het ontvangen van een signaal, dat evenredig is aan het gelijk-stroomniveau uit de elektrochemische cel 10 en de besturings-15 golfvormgenerator 114.

Het doel van de vermenigvuldiger 122 in samenhang met de opzoektabeleenheid (die hierna wordt beschreven) in de schakelende golfvormgenerator 64 is het lineair modelleren van de omvormerbronspanning, gegeven op lijn 16.

20 Deze betrekking is het gemakkelijkst te begrijpen onder verwijzing naar de fig. 3 en 4 in toevoeging aan fig. 2. Weergave (a) van fig. 4 is een golfvorm, waarvan de tijdsperiode dezelfde is als het wisseistroomsignaal van het vermogensnet 22, hetgeen in wezen de tijdsperiode tg-t^ is.

25 De golfvorm (b) van fig. 4 beeldt één van de vele schake-lingsgolfvormen uit, die kunnen worden gebruikt voor het overschakelen van de schakelaars in de omvormer 14 tussen de geleidende en niet-geleidende toestand voor het vormen van het een uitgangsgolfvorm met de gewenste grondcomponent 30 compatibel met die van het vermogensnet 22, welke schakel-golfvormpatronen en de verwerking daarvan de vakman bekend zullen zijn. Het zal tevens duidelijk zijn, dat in de meeste situaties het aantal overgangen per cyclus t^-t^ evengoed groter kan zijn dan dat getoond in weergave (b), 35 maar met het oog op de eenvoud en duidelijkheid van het registeren van de besturingsketen van de uitvinding is een uitzonderlijk eenvoudig schakelpatroon getoond, dat kan worden gebruikt met slechts één omvormerbrug. In een techniek, bekend als "end notching" wordt de notch-breedte 40 aan de einden van elke halfcyclus (d.w.z. tn-t.., t9-t~, en 8003819 - 12 - t3“T4, enz.) gevarieerd, hetgeen op zijn beurt een verandering veroorzaakt in de effektieve grootte van de grond-component van de omvormer. Deze conditie is weergegeven in fig. 3, waarin in wezen het effektievé niveau is getoond 5 van de spanningsgolfvorm uit de omvormer, , als funktie van de breedte van de notch in graden, bijv. tg-t^. De golfvorm 126 toont niet gecorrigeerde condities waarbij de effektieve spanning uit de omvormer afneemt, naarmate de breedte van de notch toeneemt, maar op een niet-lineaire 10 manier. Een aspect van de uitvinding is, dat de besturings-golfvormgenerator 114 de terugkoppeling lineariseert, zodat het signaal, aangeboden aan de derde ingang van de combinator 104 op de lijn 106 respondeert als golfvorm 128 in fig. 3. Dit helpt te waarborgen, dat het besturings-15 systeem geen oscillaties of niet geanticipeerde overgangs-condities ondervindt in bedrijf.

Zoals in het voorgaande wordt opgemerkt, is een speciaal kenmerk van de besturingsketen van de uitvinding, dat deze gebruik maakt van een werkelijk vermogen-foutsignaal, 20 gegenereerd in de eerste terugkoppelingslus met een langzame tijdconstante, dat wordt aangeboden aan een faseregelaar, geplaatst in een tweede terugkoppelingslus met een snelle of korte tijdconstante, welke signaal op zijn beurt de fase varieert van de spanningsgrondgolfvorm aan de omvormer.

25 Eén uitvoeringsvorm van de faseregelaar 84, die een faseverschuiving geeft evenredig aan het werkelijke vermogen-foutsignaal zal thans worden beschreven aan de hand van fig. 5.

In fig. 5 ontvangt de faseregelaar 84 de sinus-30 vormige spanningsgolfvorm op de lijn 20 via de lijn 86, welke wordt gegeven aan een nulovergangsdetector 130. De nulovergangsdetector 130 tast de afzonderlijke nulovergangs-punten af van de monotone golfvorm van de spanning op lijn 20 en geeft een digitaal signaal, die hetzelfde 35 reflecteert, via lijn 132 aan één ingang van een fasevergelijker 134, welke is gelegen in een fasevergrendelde lus.

De fasevergelijker 134 combineert het terugkoppelingssignaal op lijn 136 met dat, corresponderende met het vermogensnet op de lijn 132, en voedt de uitgang via een lijn 130 aan 40 een filter 140, dat op effektieve wijze de pulsen integreert 8003819 - 13 - •e ψ voor het verschaffen van een gelijkstroomfoutsignaal aan zijn uitgang op lijn 142. Een VCO (voltage control oscillator) 144, ontvangt dit signaal en verschaft een signaaluitgang op de lijn 146 aan een faseverschuiver 148 met een frequentie 5 fg, welke is gekozen om voldoende hoog te zijn voor het verkrijgen van de gewenste hoeveelheid fase-oplossing voor het besturen van de hoofdschakelelementen van de omvormer.

Indien bijv. het vermogensnet werkt bij 60 Hz en het gewenst is om de fasevergrendelde lus te laten responderen 10 aan variaties zo klein als 1/8 van een elektrische graad, bedraagt voor de VCO 144 fQ 172,8 kHz. De faseverschuiver 148 verschuift de uitgangsgolfvorm op de lijn 88 in een voorliggende of achterliggende richting in vergelijking met de ingangsfase van het signaal op de lijn 86 in een hoeveelheid 15 corresponderende met het werkelijke vermogen-foutsignaal, ontvangen op de lijn 82. Een meer volledige discussie van een faseregelingsketen voor het verschaffen van een fase-verschuiving in een ingangsketen, samen met een gedetailleerde uitvoeringsvorm van de faseverschuiver, die kan worden 20 gebruikt in plaats van de faseverschuiver 148, kan gevonden worden in de samenhangende Amerikaanse octrooiaanvrage 973.301, getiteld PHASE ADJUSTMENT CIRCUIT.

Zoals hierboven opgemerkt, respondeert de schakelende golfvormgenerator 64 aan de faseregelaar 58 voor het 25 creëren van een schakelend golfvormpatroon voor de hoofdschakelelementen van de omvormer, gewoonlijk thyristoren of andere halfgeleiderschakelaars met een hoge stroomvoer-capaciteit, waarbij de uitgangsspanningsgolfvorm een bepaalde effektieve grondgolfspanning heeft. Verder is het 30 speciale patroon faseverschoven in evenredigheid aan het signaal, gepresenteerd door de faseregelaar 84 aan de faseregelaar 58.

Aan de hand van fig. 6 zal één uitvoeringsvorm van een schakelende golfvormgenerator 64 worden beschreven.

35 Het signaal, ontvangen op de lijn 62 van de spannings- regelaar 58, zoals via een 8-lijns digitale data-hoofdlijn, wordt gegeven aan de ingang van een opzoektabel 154.

In de opzoektabel 154 is in digitaal formaat de vastgestelde breedte van elke notch in de schakelpatroongolfvorm opge- .

40 slagen, waarbij de thyristoren van elke brug moeten worden 800 38 19 - 14 - overgeschakeld voor het creëren van een spanningsuitgangs-golfvorm met de speciale effektieve spanningsgrootte. Dienovereenkomstig wordt, als geregistreerde formatie wordt geadresseerd door de 8-bits woorden, een uitgang gegeven 5 via een grendel 157, die elke halve cyclus van de grond-frequentie wordt gedumpt, aan een digitale vergelijkings-keten 158. Kenmerkend zal er een digitale vergelijkings-keten 158 zijn voor elke pool in de omvormer 14, maar ter wille van de eenvoud is slechts één digitale vergelij-10 kingsketen getoond in de uitvoering van fig. 6. Het fase-besturingssignaal, gegeven aan de schakelgolfvormgenerator 64 via de lijn 88, wordt gebruikt als stuursignaal voor een ringteller 160, waarvan de uitgang een reeks fase-verschoven digitale signalen is, die in verband staan met 15 de fundamentele golfvorm, welke worden gegeven via de lijn 162 aan de digitale vergelijkingsketen 158. De digitale vergelijkingsketen combineert dienovereenkomstig op digitale wijze het signaal van de opzoektabel 154, die de notch-breedte van de eind-notchen aangeeft, met de faseverschoven 20 pulstrein op de lijn 162, en voorziet in een schakelgolf-vorm voor gebruik bij de pool of polen van de omvormer. Tenslotte worden in overeenstemming met dit schakelgolf-vormpatroon de afzonderlijke schakelelementen in de omvormer overgezet tussen de geleidende en niet-geleidende toestanden. 25 Hoewel de uitvinding in het voorgaande is beschreven en getoond aan de hand van een voorkeursuitvoering, zal het duidelijk zijn, dat er tal van veranderingen, omissies en modificaties in vorm en detail mogelijk zijn, zonder daardoor te treden buiten het kader van de uitvinding.

- conclusies - 80038 19

Claims (9)

1. Besturingsketen voor een omvormer, die kan worden verbonden tussen een elektrochemische cel en een energienet voor een elektrische energiestroom daartussen, gekenmerkt door 5 eerste terugkoppelingslusmiddelen met een. relatief langzame tijdconstante voor het ontvangen van een instelbaar energiecommandosignaal, dat indicatief is voor een gewenste elektrische energiestroom met het energienet, en voor het ontvangen van afgetaste signalen, indicatief voor de feitelijke 10 elektrische energiestroom met het energienet, en voor het verschaffen van een energiefoutsignaal in responsie daarop, tweede terugkoppelingslusmiddelen met een snelle tijdconstante voor het ontvangen van dit energiefoutsignaal, en voor het aftasten van de fase van de golfvorm van het 15 signaal op het energienet, en voor het verschaffen van een uitgangssignaal voor het variëren van de amplitude van het grondsignaal, geleverd aan het energienet, en tevens voor het variëren van de fase van de genoemde grondgolf aan het energierooster, en 20 schakelgolfvormgeneratormiddelen, verbonden met de tweede terugkoppelingslusmiddelen voor het verschaffen van een schakelgolfvorm aan de omvormer met een patroon, ingesteld in overeenstemming met het energiefoutsignaal, waardoor de energiestroom tussen het energienet en de 25 elektrochemische cel wordt gevarieerd.

2. Besturingsketen volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het instelbare commandosignaal ten minste twee componenten omvat, een reactief vermogen-commandosignaal en een werkelijk vermogen-commandosignaal, waarvan elk 30 onafhankelijk instelbaar is.

3. Besturingsketen volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat de eerste terugkoppelingslusmiddelen een eerste vergelijkingsketen omvatten voor het ontvangen van het reactief vermogen-commandosignaal, dat indicatief 35 is voor een gewenste grootte en richting van de reactieve vermogensstroom van de elektrische energie, en voor het 8003819 - 16 - combineren van genoemd signaal, met een signaal, dat indicatief is voor de feitelijke grootte en richting van de reactieve vermogensstroom naar het energienet voor het verschaffen van een reactief vermogenfoutsignaal aan de 5 tweede terugkoppelingslusmiddelen, indicatief voor het verschil tussen het reactief vermogen-commandosignaal en de feitelijke reactieve vermogensstroom naar het energienet, en dat de eerste terugkoppelingslusmiddelen tevens een tweede vergelijkingsketen omvat voor het ontvangen van 10 het werkelijke vermogen-commandosignaal, dat een gewenst niveau aangeeft van de werkelijke vermogensstroom, en tevens voor het ontvangen van een signaal, indicatief voor de feitelijke elektrische vermogensstroom en voor het verschaffen van een uitgangssignaal, dat het verschil aangeeft tussen 15 het gewenste vermogensniveau en het feitelijke vermogens-niveau.

4. Besturingsketen volgens conclusie 3, m e t het kenmerk, dat de eerste terugkoppelingslus verder een eerste integratororgaan omvat, gekoppeld met de uitgang 20 van de eerste vergelijkingsketen voor het integreren van het reactief vermogenfoutsignaal over een relatief lange tijdsperiode, en dat de eerste terugkoppelingsmiddelen tevens een tweede integrator omvatten, verbonden met de uitgang van de tweede combinatormiddelen voor het integreren 25 van het werkelijke vermogensfoutsignaal over een relatief lange tijdsperiode.

5. Besturingsketen volgens conclusie 3, m e t het kenmerk, dat de tweede terugkoppelingslusmiddelen een spanningsbesturingsketen omvatten voor het ontvangen van 30 het reactief vermogenfoutsignaal en voor het geven van een uitgangssignaal aan de schakelgolfvormgenerator voor het veranderen van de effektieve grootte van de grondspanning uit de omvormer.

6. Besturingsketen volgens conclusie 2, m e t het 35 kenmerk, dat de tweede terugkoppelingslusmiddelen een faseregelketen omvatten voor het ontvangen van het werkelijke vermogensfoutsignaal van de eerste terugkoppelings- 8003819 - 17 - lus en tevens voor het ontvangen van een signaal, evenredig aan de grondgolfvorm van het energienet, en voor het verschaffen van een faseverschoven signaal aan de schakel-golfvormgenerator, waarbij het afgetaste signaal is ver-5 schoven in een hoeveelheid evenredig aan het werkelijke vermogenfoutsignaal, ontvangen van de eerste terugkoppelings-lusmiddelen.

7. Besturingsketen volgens conclusie 5, m e t het kenmerk, dat de spanningsregelketen een vergelijkings- 10 keten omvat met een eerste ingang voor het ontvangen van het reactief vermogenfoutsignaal van de eerste terugkoppelings-lusmiddelen, en een tweede ingang voor het ontvangen van een signaal, evenredig aan de effektieve amplitude van de spanningsgolfvorm van het energienet, en een derde ingang 15 voor het ontvangen van een terugkoppelingssignaal, waarbij de vergelijkingsketen een uitgangssignaal geeft aan een integrerend A/D orgaan, dat het bovengenoemde signaal integreert over bij benadering een halve cyclus van de grondgolfvorm van het energienet, en dat er middelen zijn voor het 20 terugkoppelen van een geschaalde versie van het signaal van het integratie-orgaan naar de derde uitgang van de vergelij kingsketen.

8. Besturingsketen volgens conclusie 6, m e t het kenmerk, dat de faseregelketen een detectie-orgaan 25 omvat voor het verschaffen van een signaal, dat correspondeert met het nulovergangspunt van de spanningsgolfvorm van het energienet, en verder een fasevergelijkingsorgaan omvat, dat reageert op het signaal van het detectororgaan, en tevens reageert op een terugkoppelingssignaal voor het 30 verschaffen van een foutsignaal, evenredig aan enig faseverschil tussen het nulovergangssignaal en het terugkoppelingssignaal, en verder omvattende een spannings-gestuurd oscillatororgaan, verbonden aan de uitgang van het fasevergelijkingsorgaan voor het verschaffen van een uit-35 gangssignaal, waarvan de frequentie evenredig is aan de grootte van het fasefoutsignaal, en verder omvattende een faseverschuivingsorgaan, geplaatst in de genoemde terug-koppelingslus van de uitgang van het spanningsgestuurde 8003819 - 18 - oscillatororgaan naar het fasevergelijkingsorgaan voor het faseverschuiven van het terugkoppelingssignaal in responsie op het werkelijk vermogenfoutsignaal, ontvangen van de eerste terugkoppelingslus. 5

9. Besturingsketen volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat het schakelgolfvormgeneratororgaan een opzoektabel omvat, waarin de notch-breedte-informatie van de eindnotchen als funktie van de effektieve amplitude van het schakelgolfvormpatroon is opgeslagen en dat er verder 10 een ringtelorgaan is voor het verschaffen van een serie pulstreinen, die in betrekking staan met de frequentie van de grondvorm uit de omvormer, en dat de schakelgolf-vormgenerator verder een digitaal vergelijkingsorgaan omvat voor het ontvangen van een serie pulstreinen van het 15 ringtelorgaan, en het verschuiven van deze serie pulstreinen in overeenstemming met het signaal, ontvangen van de opzoektabel. 800 38 19