WO1991015297A1 - Regelverfahren für die stromversorgungseinrichtung eines elektrofilters - Google Patents

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

Definitions

  • the invention relates to a control method for the power supply device of an electrostatic precipitator, which consists of an intermediate circuit converter equipped with a measuring and control unit with a downstream high-voltage transformer.
  • This type of setpoint specification has disadvantages: its reliability and accuracy depends on the experience and attention of the operating personnel, and it leads to high personnel costs. Particularly because of stricter environmental laws (e.g. TA McDonald), it is necessary to operate the electrostatic filter optimally. Since the breakdown voltage of the filter changes during operation, the setpoints have to be determined and adapted again and again for optimal operation. Due to the rapidity of the change in the breakdown voltage, a constant setpoint adjustment is not possible even for trained personnel.
  • the object of the present invention is to avoid the secondary measurement at high voltage.
  • Another object of the invention is to accelerate and automate the setpoint value setting, so that the electrostatic filter is optimally controlled and environmental protection requirements are thereby met.
  • Automation is also intended to save personnel costs.
  • the object is achieved in that the measurement and control unit measures values on the primary side and automatically determines states on the secondary side from the values measured on the primary side.
  • actual values e.g. B. the primary voltage, measured, it is u.
  • the secondary-side actual values are calculated from the primary-side actual values of voltage and current, and the electric filter is hereby checked for filter breakdown and filter short-circuit.
  • the electrostatic precipitator can be operated with direct current, with current pulses or with a combination of both.
  • the Breaks between two pulses created several small measuring pulses in order to be able to measure sensible values on the primary side even during the pulse breaks.
  • a filter characteristic is recorded, this filter characteristic is evaluated, and new setpoints, for example, B. for the DC link current.
  • the new setpoints are calculated in an automation unit superordinate to the measuring and control unit.
  • the FIG shows schematically an arrangement for carrying out the control process and the management process for specifying the setpoint.
  • An intermediate circuit converter 2 equipped with a measuring and control unit 1 feeds a high-voltage transformer 3, the output voltage of which is applied to an electric filter 5 via a rectifier 4.
  • the measuring and control unit 1 is connected to a higher-level automation unit 6.
  • the higher-level automation unit 6 can e.g. B. a programmable logic controller (Siemens S5) or a personal computer.
  • the measuring and control unit 1 measures or determines continuously - z. B. every millisecond - DC link current and primary voltage on the primary side and determines the filter current and filter voltage from these variables.
  • the filter voltage changes from one measurement or calculation to the other from a value above a predetermined, changeable minimum value, e.g. B. 5 kV, to less than a predetermined variable percentage, z. B. 25%, it is detected on filter breakdown. If the filter voltage is within a predefined, changeable breakdown waiting time between 0 and 200 ms, e.g. B. 100 ms, increases again above this percentage, the counter for self-extinguishing breakthroughs is increased by one in the measuring and control unit 1. Otherwise the counter for non-self-extinguishing breakthroughs is increased by one and a deionization reaction is initiated. The filter 5 is then recharged.
  • a predefined, changeable breakdown waiting time between 0 and 200 ms, e.g. B. 100 ms
  • a filter current flows which is greater than a predetermined, variable minimum current, e.g. B. 10% of the maximum current is detected on filter short circuit and the current supply in the intermediate circuit of the intermediate circuit converter 2 for a predetermined, changeable waiting time of z. B. locked for 500 ms.
  • the time of the filter short circuit is also saved.
  • the filter 5 is then recharged. If the number of filter shorts exceeds during a predetermined, changeable time period, e.g. B. a minute, a predetermined, changeable maximum number, z. B. 10, it is recognized for permanent short-circuit and the electrostatic filter 5 is switched off.
  • 6 commands and any necessary parameters are transmitted from the higher-level automation unit to the measuring and control unit 1. These commands can be:
  • the measuring and control unit 1 When the measuring and control unit 1 receives the command to record the characteristic curve, the measuring and control unit 1 interrupts the normal operation of the electrostatic filter 5 and takes the filter characteristic curve and transmits the data to the higher-level automation unit 6.
  • the automation unit 6 displays the filter characteristic on a monitor (not shown), evaluates the transmitted data and transmits new setpoints to the measuring and control unit 1.
  • New setpoints can can be specified for all changeable values. Examples include:
  • the filter characteristic is shown as a function of the filter voltage as a function of the filter current. If the electrostatic filter is operated with current pulses, the filter voltage is shown as a function of time as the filter characteristic.
  • small measuring pulses applied to the electrostatic filter 5. This is always necessary in pulse mode not only during the recording of the characteristic curve, since otherwise the electrostatic filter 5 is decoupled from the high-voltage transformer 3 by the rectifier 4 during the pulse pauses.

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Abstract

Regelverfahren für die Stromversorgungseinrichtung eines Elektrofilters (5), die aus einem mit einer Meß- und Steuereinheit (1) ausgestatteten Zwischenkreisumrichter (2) mit nachgeschaltetem Hochspannungstransformator (3) besteht, wobei von der Meß- und Steuereinheit (1) primärseitg Werte gemessen und aus den primärseitig gemessenen Werten automatisch sekundärseitige Zustände ermittelt werden.

Description

Regelverfahren für die Stromversorgungseinrichtung eines Elek- trofilters
Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren für die Stromversor- gungseinrichtung eines Elektrofilters , die aus einem mit einer Meß- und Steuereinheit ausgestatteten Zwischenkreisumrichter mit nachgeschaltetem Hochspannungstransformator besteht.
Stromversorgungseinrichtuπgen der oben genannten Art sind z. B. aus der DE-OS 35 22 569 bekannt. Ein gravierender Nachteil der bisher bekannten Regelverfahren ist die Notwendigkeit, zur Er¬ mittlung sekundärseitiger Zustände den Filterstrom und die Fil¬ terspannung sekundärseitig, d. h. auf der Hochspaπnungsseite des Transformators, zu messen. Meßgeräte zur Messung unter Hochspan- nung sind teuer und störanfällig. Zudem müssen umfangreiche Ab- schirmungs- und Isolierungsmaßnahmen getroffen werden, um die Sicherheit für das Betriebspersonal zu gewährleisten. Anderer¬ seits ist die Ermittlung sekundärseitiger Zustände unabdingbar, da das Elektrofilter möglichst optimal ausgesteuert werden soll und hierzu eine ständige Anpassung der Sollwerte, z. B. für den Zwischenkreisstrom, nötig ist.
Wegen der vorstehend beschriebenen Hochspannungsprobleme erfolg¬ te bisher die Sollwertvorgabe für Werte wie z.B. Zwischenkreis- ström, Pulswiederholfrequenz oder Pulsdauer dadurch, daß die Fil¬ terkennlinie gemessen wurde und mit Hilfe dieser Messung auf¬ grund der Erfahrung des Bedienpersonals neue Sollwerte manuell vorgegeben wurden.
Diese Art der Sollwertvorgabe hat Nachteile: Ihre Zuverlässigkeit und Genauigkeit ist von Erfahrung und Aufmerksamkeit des Bedien¬ personals abhängig, und sie führt zu hohen Personalkosten. Insbesondere wegen verschärfter Umweltgesetze (z. B. TA Luft) ist es nötig, das Elektrofilter optimal zu betreiben. Da sich die Durchschlagsspannung des Filters während des Betriebes än¬ dert, müssen für einen optimalen Betrieb die Sollwerte immer wieder neu bestimmt und angepaßt werden. Aufgrund der Schnellig¬ keit der Änderung der Durchschlagsspannung ist eine ständige Sollwertanpassung auch für geschultes Personal nicht möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, das sekundärseitige Mes- seπ bei Hochspannung zu vermeiden. Eine weitere Aufgabe der Er¬ findung besteht darin, die Sollwertvorgabe zu beschleunigen und zu automatisieren, so daß das Elektrofilter optimal gesteuert und dadurch Umweltschutzauflageπ erfüllt werden. Insbesondere soll aus Gründen der Wirtschaftlichkeit die Nachrüstung exi- stierender Anlagen mit dem erfindungsgemäßen Regelverfahren möglich sein. Ferner sollen durch die Automatisierung Persoπal- kosten eingespart werden.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß von der Meß- und Steuereiπ- heit primärseitige Werte gemessen und aus den primärseitig ge¬ messenen Werten automatisch sekundärseitige Zustände ermittelt werden.
Im Regelfall werden hierbei primärseitig Istwerte, z. B. die Primärspannung, gemessen, es ist u. U. aber auch sinnvoll, Soll¬ werte, Istwerte und Sollwerte, Verknüpfungen von Ist- und Soll¬ werten oder Kombinationen hiervon zu messen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Regelverfahrens werden aus den primärseitigen Istwerten von Spannung und Strom die sekundärseitigen Istwerte berechnet und hiermit das Elektro¬ filter auf Filterdurchschlag und Filterkurzschluß überprüft.
Das Elektrofilter kann hierbei mit Gleichstrom, mit Strom- pulsen oder mit einer Kombination von beide betrieben werden. Bei mit Strompulsen betriebenen Elektrofiltern werden in den Pausen zwischen zwei Pulsen mehrere kleine Meßpulse angelegt, um auch in den Pulspausen primärseitig sinnvolle Werte messen zu können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Filterkennlinie aufgenommen, diese Filterkennlinie ausgewer¬ tet, und aufgrund der Auswertung der Filterkeπnlinie neue Soll¬ werte, z. B. für den Zwischenkreisstrom, bestimmt. Die Berech¬ nung der neuen Sollwerte erfolgt in einer der Meß- und Steuer- einheit übergeordneten Automatisiereinheit.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfol¬ genden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit den weiteren Einzelansprücheπ.
Die FIG zeigt schematisch eine Anordnung zur Durchführung des Regelverfahrens und des Führungsverfahrens zur Sollwertvorgabe.
Ein mit einer Meß- und Steuereinheit 1 ausgestatteter Zwischeπ- kreisumrichter 2 speist einen Hochspannungstransformator 3, des¬ sen Ausgangsspaπnung über einen Gleichrichter 4 an ein Elektro¬ filter 5 angelegt ist. Die Meß- und Steuereinheit 1 ist mit ei¬ ner übergeordneten Automatisiereinheit 6 verbunden. Die überge¬ ordnete Automatisiereinheit 6 kann z. B. eine speicherprogram- mierbare Steuerung (Siemens S5) oder ein Personalcomputer sein. Die Meß- und Steuereinheit 1 mißt oder bestimmt kontinuierlich - z. B. jede Millisekunde - primärseitig Zwischenkreisstrom und Primärspannung und ermittelt aus diesen Größen Filterstrom und Filterspannung.
Wenn die Filterspannung von einer Messung bzw. Berechnung auf die andere von einem Wert oberhalb eines vorgegebenen, veränder¬ baren Minimalwertes, z. B. 5 kV, auf weniger als einen vorgege¬ benen, veränderbaren Prozentsatz, z. B. 25 %, absinkt, so wird auf Filterdurchschlag erkannt. Wenn die Filterspannung in einer vorgegebenen, veränderbaren Durchschlag-Wartezeit zwischen 0 und 200 ms, z. B. 100 ms, wieder über diesen Prozentsatz ansteigt, wird in der Meß- und Steuereinheit 1 der Zähler für selbstver¬ löschende Durchschläge um eins erhöht. Andernfalls wird der Zäh¬ ler für nicht selbstverlöschende Durchschl ge um eins erhöht und eine Entionisierungsreaktion eingeleitet. Anschließend wird das Filter 5 wieder aufgeladen.
Wenn die Primärspannung des Hochspannungstransformators 3 unter einen vorgegebenen, veränderbaren Minimalwert im Bereich von 60 bis 100 V, typisch ca. 80 V, absinkt, während einer vorgegebe¬ nen, veränderbaren Kurzschluß-Wartezeit von z. B. 250 ms nicht wieder über diesen Wert ansteigt und gleichzeitig ein Filter¬ strom fließt, der größer als ein vorgegebener, veränderbarer Mindeststrom, z. B. 10 % des Maximalstromes, ist, so wird auf Filterkurzschluß erkannt und die Stromzufuhr in den Zwischen¬ kreis des Zwischenkreisumrichters 2 für eine vorgegebene, ver¬ änderbare Wartezeit von z. B. 500 ms gesperrt. Ferner wird der Zeitpunkt des Filterkurzschlusses gespeichert. Anschließend wird das Filter 5 wieder aufgeladen. Übersteigt die Zahl der Filter- kurzschlüsse während einer vorgegebenen, veränderbaren Zeit¬ spanne, z. B. eine Minute, eine vorgegebene, veränderbare maxi¬ male Anzahl, z. B. 10, so wird auf Dauerkurzschluß erkannt und das Elektrofilter 5 abgeschaltet.
In Intervallen werden von der übergeordneten Automatisiereinheit 6 Kommandos sowie eventuell nötige Parameter an die Meß- und Steuereinheit 1 übertragen. Diese Kommandos können sein:
- Das Kommando zum Verändern der Betriebsart (Gleichstrombetrieb, Pulsbetrieb, gemischter Betrieb), - das Kommando zum Verändern der Betriebsparameter und die neuen Betriebsparameter,
- das Kommando zur Aufnahme einer Filterkennlinie.
Wenn die Meß- und Steuereinheit 1 das Kommando zur Kennlinien- aufnähme empfängt, unterbricht die Meß- und Steuereinheit 1 den normalen Betrieb des Elektrofilters 5, nimmt die Filterkennlinie auf und überträgt die Daten an die übergeordnete Automatisier¬ einheit 6. Die Automatisiereinheit 6 zeigt die Filterkennlinie auf einem (nicht dargestellten) Monitor an, wertet die über¬ mittelten Daten aus und übertragt neue Sollwerte an die Meß- und Steuereinheit 1. Neue Sollwerte können für alle veränderbaren Werte vorgegeben werden. Als Beispiele seien hier genannt:
- Stellgrößen wie z. B. Zwischenkreisstrom und bei Pulsbetrieb die Pulsdauer,
- Vergleichsgrößeπ wie z. B. die kritische Spannung für die Detektion eines Filterkurzschlusses,
- Zeiten wie z. B. die Durchschlag-Wartezeit.
Wenn das Elektrofilter 5 mit Gleichstrom betrieben wird, wird die Filterkennliπie als Funktion der Filterspannung in Abhäng- igkeit vom Filterstrom dargestellt. Wenn das Elektrofilter mit Strompulsen betrieben wird, wird als Filterkennlinie die Filter¬ spannung als Funktion der Zeit dargestellt. Um während der Pau¬ se zwischen zwei Pulsen die Filterwerte primärseitig messen zu können, werden während der Pulspause periodisch, z. B. mit einer Frequenz zwischen 100 und 1000 Hz, kleine Meßpulse an das Elek¬ trofilter 5 angelegt. Dies ist im Pulsbetrieb nicht nur während der Kennlinienaufnahme, sondern immer nötig, da sonst während der Pulspausen das Elektrofilter 5 durch den Gleichrichter 4 vom Hochspannungstransformator 3 abgekoppelt ist.
Im Vorangegangenen wurde neben einem Regelverfahren für die Stromversorgungseinrichtung eines Elektrofilters 5 durch eine Meß- und Steuereinheit 1 die Führung der Meß- und Steuerein¬ heit 1 einer Stromversorgungseiπrichtung für ein Elektrofilter 5 durch eine übergeordnete Automatisiereinheit 6 geschildert. Selbstverständlich ist es ebenso möglich, mit einer derartigen Automatisiereinheit 6 mehrere Elektrofilter 5 zu führen. Die Betriebsarten der Elektrofilter sind hierbei völlig unabhängig voneinander.

Claims

Patentansprüche
1. Regelverfahren für die Stromversorgungseinrichtung eines Elektrofilters, die aus einem mit einer Meß- und Steuereinheit ausgestatteten Zwischenkreisumrichter mit nachgeschaltetem Hoch¬ spannungstransformator besteht, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß von der Meß- und Steuereinheit (1) pri¬ märseitig Werte gemessen werden und aus den primärseitig ge¬ messenen Werten automatisch sekundärseitige Zustände ermittelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß das Elektrofilter (5) mit Gleichstrom betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß das Elektrofilter (5) mit Strompulsen betrieben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das Elektrofilter (5) mit Gleich¬ strom betrieben wird, dem Strompulse überlagert sind.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß von der
Meß- und Steuereinheit (1) Strom und Spannung des Hochspannungs¬ transformators (3) primärseitig gemessen und hieraus Filterstrom und Filterspannung berechnet werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einem mit Strompulsen betriebenen Elektrofilter (5) während der Pause zwischen zwei Strompulsen in kurzen Zeitabständen Meßpulse an das Elektrofilter (5) angelegt werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Fil¬ terdurchschlag dadurch detektiert wird, daß die Filterspanπuπg in kurzer Zeit, z. B. 1-10 ms, von einem hohen Wert, z. B. größer 5 kV, auf einen niedrigen Wert, z. B. weniger als 25 % der vorherigen Spannung, absinkt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß bei Detektion eines Filterdurchschlages ein Zähler in der Meß- und Steuereinheit (1) inkrementiert wird, nach einer vorgegebenen, veränderbaren Durchschlag-Wartezeit erneut geprüft wird, ob ein Filterdurchschlag stattfindet,und bei Vorliegen eines Filterdurchschlages eine Eπtionisierungs- Reaktion eingeleitet wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 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 Fil¬ terkurzschluß dadurch detektiert wird, daß bei kleiner Primär¬ spannung, z. B. 60 bis 100 V, des Hochspannungstransformators (3) ein hoher Filterstrom, z. B. mehr als 10 % des Maximal¬ stroms, fließt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß bei Detektion eines Filterkurzschlusses für eine vorgegebene, veränderbare Wartezeit der externen Strom¬ versorgung kein Strom mehr entnommen wird, der Zeitpunkt des Auftretens des Filterkurzschlusses gespeichert wird und der Zwi¬ schenkreisumrichter (2) abgeschaltet wird, wenn die Zahl der Filterkurzschlüsse innerhalb einer vorgegebenen, veränderbaren Zeitspanne eine vorgegebene, veränderbare Grenze übersteigt.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in Inter¬ vallen eine Filterkeπnlinie aufgenommen wird, aus der neue Sollwerte für die Steuerung des Zwischenkreisumrichters (2) berechnet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß als neue Sollwerte Stellgrößen wie z. B. der Zwischenkreisstrom, Vergleichsgrößen wie z. B. der Minimal- wert zur Detektion eines Filterkurzschlusses und Zeiten wie z.B. die Durchschlag-Wartezeit vorgebbar sind.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß die Kennlinien von der Meß- und Steuereinheit (1) an eine übergeordnete Automatisiereinheit (6) übertragen werden, von dieser ausgewertet werden und die neuen Sollwerte an die Meß- und Steuereinheit (1) übertragen werden.
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