DE1165149B

DE1165149B - Arrangement for regulating the output of stepwise adjustable capacitor banks

Info

Publication number: DE1165149B
Application number: DES62799A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Manfred Hoffmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-04-28
Filing date: 1959-04-28
Publication date: 1964-03-12

Description

Anordnung zur Regelung der Leistung von stufenweise regelbaren Kondensatorbatterien Zur Blindleistungskompensation in Stromversorgungsnetzen finden stufenweise regelbare Kondensatorbatterien, erforderlichenfalls auch Hochspannungs-Kondensatorbatterien Verwendung. Die Regelung bzw. die Kapazitätsänderung wird dabei im allgemeinen durch Zu- und Abschalten einzelner Kondensatoren bzw. Kondensatorgruppen durchgeführt. Hierfürfinden Leistungsschalter Verwendung, die eine ausreichende Schalthäufigkeit aufweisen müssen. Ein weiterer Nachteil dieser Methode besteht darin, daß nicht alle Kondensatoren der Batterie ständig gleich belastet sind, so daß unter Umständen bereits kurze Überlastungen von vorher schon mit Nennlast betriebenen Kondensatoren schädlich sein können. Die Überlastbarkeit der gesamten Batterie ist deshalb stark eingeschränkt. Diese Nachteile können durch Zwischenschaltung eines Regeltransformators zwischen Netz und Kondensatorbatterie vermieden werden. In diesem Fall wird die Batterie nicht geschaltet, sondern die Leistungsregelung erfolgt durch Veränderung der Netzspannung. Dieser Vorteil wird aber durch die Eigenverluste des Regeltransformators großenteils ausgeglichen, so daß dieses Verfahren keinen Eingang in die Technik gefunden hat.Arrangement for regulating the output of step-wise adjustable capacitor banks For reactive power compensation in power supply networks there are step-by-step adjustable Capacitor batteries, if necessary also high-voltage capacitor batteries Use. The regulation or the change in capacitance is generally carried out Connection and disconnection of individual capacitors or groups of capacitors carried out. For this purpose, circuit breakers are used that have a sufficient switching frequency must have. Another disadvantage of this method is that it doesn't all capacitors of the battery are constantly loaded equally, so that under certain circumstances already brief overloads of capacitors previously operated with nominal load can be harmful. The overload capacity of the entire battery is therefore high restricted. These disadvantages can be avoided by interposing a regulating transformer between the network and the capacitor bank. In this case the The battery is not switched, but the power is regulated by changing it the mains voltage. This advantage is due to the inherent losses of the regulating transformer largely balanced, so this method has no entry into technology has found.

Es ist bekannt, zur Verminderung der Spannungsbeanspruchung der Kondensatoren diese wahlweise in Reihe oder parallel zu schalten, wobei auch Zwischenstufen hergestellt werden können, gegebenenfalls durch Zuschaltung von Hilfskondensatoren. Die Einstellung von Zwischenstufen kann jedoch bei den bekannten Anordnungen eine Unsymmetrie der Anordnung und damit Netzrückwirkungen durch inverse Drehfelder zur Folge haben. Mit der vorliegenden Erfindung können die genannten Nachteile vermieden werden.It is known to reduce the voltage stress on the capacitors to connect these either in series or in parallel, whereby intermediate stages are also produced can be, if necessary by adding auxiliary capacitors. The setting of intermediate stages, however, in the known arrangements, an asymmetry of the Arrangement and thus network perturbations through inverse rotating fields. The disadvantages mentioned can be avoided with the present invention.

Demgemäß betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Regelung der Leistung von stufenweise regelbaren Kondensatorbatterien, insbesondere von Hochspannungskondensatorbatterien in Drehstromanlagen, bei welcher die Kondensatorbatterie in einzelne Gruppen unterteilt ist, die aus einer symmetrischen Mehrphasenschaltung mittels zusätzlicher Umschaltelemente in daraus abgeleitete Schaltungen mit jeweils gleicher Gesamtzahl der Kondensatoren umschaltbar sind. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung der zusätzlichen Umschaltelemente und ihrer Verbindungen, daß ein optimaler Übergang von symmetrischen Dreieckschaltungen über gemischte Sterndreieckschaltungen auf symmetrische Sternschaltungen und umgekehrt ermöglicht wird.Accordingly, the invention relates to an arrangement for regulating the power of step-by-step adjustable capacitor banks, especially high-voltage capacitor banks in three-phase systems, in which the capacitor bank is divided into individual groups is made up of a symmetrical multiphase circuit by means of additional switching elements into circuits derived therefrom, each with the same total number of capacitors are switchable. The invention is characterized by such an arrangement the additional switching elements and their connections that an optimal transition from symmetrical delta connections to mixed star-delta connections symmetrical star connections and vice versa is made possible.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung soll die Zeichnung herangezogen werden. F i g. 1 veranschaulicht beispielsweise die Umschaltung einer Kondensatorbatterie aus einer Dreieckschaltung a über eine Sterndreieckschaltung b in eine reine Sternschaltung c. Wenn dabei die Leistung nach Schaltung a 1000/,) beträgt, beträgt sie nach Schaltung b nur 50 °/o und nach Schaltung c nur 33 °/o.The drawing should be used to explain the invention in more detail will. F i g. 1 illustrates, for example, the switching of a capacitor bank from a delta connection a via a star-delta connection b into a pure star connection c. If the power after switching a is 1000 /,), it is after switching b only 50% and after switching c only 33%.

Der Leistungsunterschied zwischen Schaltung a und c ergibt sich daraus, daß an einem Kondensatorzweig der Schaltung c nur die Spannung liegt. Da die Leistung jedoch proportional dem Quadrat der Spannung ist, beträgt die Leistung der Sternschaltung nur ein Drittel derjenigen der Dreieckschaltung.The difference in performance between circuit a and c results from the fact that only the voltage is applied to one capacitor branch of circuit c. However, since the performance is proportional to the Is the square of the voltage, the power of the star connection is only one third of that of the delta connection.

Zur Ermittlung der Verhältnisse bei der Schaltung b - einer gemischten Sterndreieckschaltung - dient das äquivalente Ersatzschaltbild b'. Ausgehend von der Einzelkapazität C beträgt die Kapazität eines Zweiges von n Einheiten . Inder Schaltung b ist ein derartiger Zweig aufgeteilt in x und n - x Einheiten, so daß sich die Teilkapazitäten ergeben. Gemäß F i g. 2 setzt sich ein Zweig des Ersatzschaltbildes b' aus den Teilkapazitäten Cl. und 3 Ca zusammen. Die Spannung an der Kapazität Cl ist sodann: Die Leistung des in Stern geschalteten Teiles der Kondensatorbatterie ist: N,-3.N7'.C,. Im Vergleich dazu ist die Nennleistung der Kondensatorbatterie - also in Dreieckschaltung gemäß Beispiel a -N. = 3 - NZco Co , so daß sich als Verhältnis der Leistung des in Stern geschalteten Teiles der Kondensatorbatterie zur möglichen Gesamtnennleistung folgender Ausdruck ergibt: Führt man in diese Beziehung die anfangs genannte Gleichung für U1 ein, dann ergibt sich das Leistungsverhältnis in Abhängigkeit der Kondensatorzahl (n) und Kondensatoraufteilung (n - x) je Schaltungszweig zu Im Dreieckszweig der Schaltung b bzw. der Ersatzschaltung b' liegt an der Kapazität 3 C$ die Spannung Die Leistung der im Dreieck geschalteten Kondensatoren beträgt dann N2=3N2-co-3Cz. Wird diese Leistung N, wieder unter Berücksichtigung des Aufteilungsverhältnisses der Kondensatoren auf die Nennleistung bezogen, so ergibt sich die Gleichung Durch Addition der Leistungsverhältnisse und erhält man das Verhältnis der Gesamtleistung N zur Nennleistung N".The equivalent circuit diagram b 'is used to determine the conditions in circuit b - a mixed star-delta connection. Based on the individual capacitance C, the capacity of a branch is n units . In circuit b , such a branch is divided into x and n - x units, so that the partial capacitances result. According to FIG. 2, a branch of the equivalent circuit diagram b 'is made up of the partial capacitances C1. and 3 Ca together. The voltage across the capacitance Cl is then: The power of the star-connected part of the capacitor bank is: N, -3.N7'.C ,. In comparison, the nominal output of the capacitor bank - i.e. in delta connection according to example a - N. = 3 - NZco Co, so that the ratio of the output of the star-connected part of the capacitor bank to the possible total nominal output results in the following expression: If one introduces the equation for U1 mentioned at the beginning into this relationship, then the power ratio results as a function of the number of capacitors (n) and the capacitor division (n - x) per circuit branch In the triangular branch of circuit b or equivalent circuit b ', the voltage is applied to capacitance 3 C $ The power of the capacitors connected in a delta is then N2 = 3N2-co-3Cz. If this power N is related to the nominal power, again taking into account the division ratio of the capacitors, the equation is obtained By adding up the performance ratios and one obtains the ratio of the total power N to the nominal power N ".

Nachstehende Tabelle gibt als Auswertung der letzten Gleichungen einen zahlenmäßigen Überblick über die Leistungsverhältnisse in Abhängigkeit der Kondensatoraufteilung. Zahl der in Zahl der in Dreieck geschalteten Reihe geschal- Kondensatoreinheiten teten Konden- satoreinheiten n 0 1 2 3 j 4 N1 0,333 0,375' 0 Nn 2 NZ 0 0,125I 1 Nn N 0,333 0,5 1 Nn N1 0,333 0,368 0,36 0 Nn 3 N 2 0 0,061 0,24 1 Nn 0,333 0,429 0,6 1 l Nn I -N'- 0,333 0,360 0,375 0,333 0 Nn 4 Nn 0 0,04 0,125, 0,333j 1 N 0,333 0,4 0,5 0,666 1 t Nn Den einfachsten Fall stellen zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren je Zweig dar. F i g. 2 zeigt, ähnlich wie F i g. 1, eine Zusammenstellung der genannten Schaltungsmöglichkeiten und zeigt außerdem als weitere Variation in Schaltung deine Parallelschaltung der Kondensatoren gegenüber Schaltung c, woraus sich eine Leistungssteigerung gegenüber Normalbetrieb auf 133 °/o ergibt.As an evaluation of the last equations, the following table gives a numerical overview of the power ratios depending on the capacitor distribution. Number of those connected in triangle Series of shuttered condenser units condensate generator units n 0 1 2 3 j 4 N1 0.333 0.375 '0 Nn 2 NZ 0 0.125 I 1 Nn N 0.333 0.5 1 Nn N1 0.333 0.368 0.36 0 Nn 3 N 2 0 0.061 0.24 1 Nn 0.333 0.429 0.6 1 l Nn I -N'- 0.333 0.360 0.375 0.333 0 Nn 4 Nn 0 0.04 0.125, 0.333j 1 N 0.333 0.4 0.5 0.666 1 t Nn The simplest case is represented by two series-connected capacitors per branch. F i g. 2 shows, similar to FIG. 1, a compilation of the mentioned circuit possibilities and also shows as a further variation in circuit your parallel connection of the capacitors compared to circuit c, which results in an increase in performance compared to normal operation to 133%.

Damit lassen sich also vier Leistungsstufen - 0,33, 0,5, 1, 1,33 - erzielen. Bezogen auf die höchste Leistungsstufe lauten die Verhältniszahlen 0,25, 0,376, 0,75 und 1.This means that four power levels can be set - 0.33, 0.5, 1, 1.33 - achieve. In relation to the highest performance level, the ratios are 0.25, 0.376, 0.75 and 1.

F i g. 3 zeigt ein einfaches schematisches Beispiel zur Umschaltung einer derartigen Kondensatorbatterie. Die Betätigung der Schalter 1 stellt eine Sternschaltung, die der Schalter 2 eine gemischte Sterndreieckschaltung, die der Schalter 3 eine Dreieckschaltung und die der Schalter 4 eine Parallelsternschaltung (gemäß F i g. 2d) her. Die Umschaltung von Stufe 1 auf Stufe 2 (Schütz 1 bzw. Schütz 2) kann z. B. so erfolgen, daß zuerst Schütz 2 schließt und dann Schütz 1 öffnet. Der entstehende Ausgleichsstrom muß dabei über die Induktivitäten von Leitungen und Schützen in Grenzen gehalten werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß Schütz 1 zuerst öffnet und dann Schütz 2 schließt. Schütz 1 öffnet zwar gegen die volle Netzspannung, wird aber entlastet, wenn Schütz 2 während der Lichtbogenstehzeit von Schütz 1 schließt. Die Umschaltung der anderen Stufen erfolgt in ähnlicher Weise.F i g. 3 shows a simple schematic example for switching over such a capacitor bank. The actuation of the switch 1 produces a star connection, the switch 2 a mixed star-delta connection, the switch 3 a delta connection and the switch 4 a parallel star connection (according to FIG. 2d). Switching from level 1 to level 2 (contactor 1 or contactor 2) can be done e.g. B. be done so that first contactor 2 closes and then contactor 1 opens. The resulting equalizing current must be kept within limits via the inductances of lines and contactors. Another possibility is that contactor 1 opens first and then contactor 2 closes. Contactor 1 opens against the full mains voltage, but is relieved if contactor 2 closes during the arc standstill time of contactor 1. The other stages are switched over in a similar way.

Eine andere Methode zur Erleichterung der Umschaltvorgänge besteht darin, parallel zu den Konden- Batorgruppen Entladewandler zu schalten. Dabei wird die gesamte Batterie abgeschaltet, entladen, und in anderer Schaltung wieder zugeschaltet. Die Wandler können gleichzeitig zur Symmetrieüberwachung verwendet werden. F i g. 4 zeigt einen derartigen Schaltungsaufbau. Die Kondensatorbatterie besteht darin aus den Kondensatorgruppen 8 bis 13, deren jede durch je einen Entladespannungswandler 14 bis 19 überbrückt wird. Die Symmetrieüberwachung geschieht über die Sekundärwicklungen dieser Wandler in einem besonderen Überwachungsgerät 20. Zur Herstellung der verschiedenen Schaltungsarten dienen die Arbeitsschalter 1, 2 und 3, wobei Schalter 1 die Kondensatoren in Stern, Schalter 2 in Sterndreieck gemischt und Schalter 3 in Dreieck schaltet.Another method to facilitate the switching processes is to connect discharge converters in parallel with the capacitor groups. The entire battery is switched off, discharged and switched on again in a different circuit. The converters can be used at the same time for symmetry monitoring. F i g. 4 shows such a circuit structure. The capacitor bank consists of the capacitor groups 8 to 13, each of which is bridged by a discharge voltage converter 14 to 19. The symmetry monitoring takes place via the secondary windings of these converters in a special monitoring device 20. The work switches 1, 2 and 3 are used to produce the various types of circuit, with switch 1 switching the capacitors in star, switch 2 in star-delta and switch 3 in delta.

Zur Sicherung der ganzen Batterie befindet sich am Eingang ein Schutzschalter 4 der von den beiden Stromwandlern 6 und 7 über das Überstrom- und Kurzschlußgerät betätigt wird. Diese Schaltung ist im Gegensatz zu derjenigen von F i g. 3 nur dreistufig.There is a circuit breaker at the entrance to secure the entire battery 4 of the two current transformers 6 and 7 via the overcurrent and short-circuit device is operated. This circuit is in contrast to that of FIG. 3 only three stages.

Die Betätigung der Arbeitsschalter - Leistungs-oder auch Lastschalter, vorzugsweise aber Schütze -kann von Hand aus erfolgen oder auch über an sich bekannte selbsttätige Kondensatorregelgeräte, wobei über die angegebenen Beispiele hinaus noch weitere Schaltungs- und Umschaltungsarten denkbar sind.The operation of the work switches - circuit breakers or load switches, but preferably contactors - can be done by hand or via known ones automatic capacitor control devices, although beyond the examples given other types of switching and switching are also conceivable.

Bei der Bemessung der Batterie ist dabei von der geforderten Gesamtleistung auszugehen und je nach vorkommender Schaltungsart und Spannungsaufteilung die für alle Einzelkondensatoren gültige Nennleistung und Nennspannung zu errechnen.When dimensioning the battery, the required total power is taken into account and, depending on the type of circuit and voltage distribution, the for all individual capacitors to calculate the valid nominal power and nominal voltage.

Abschließend sei wiederholt, daß sämtliche Kondensatoren bei geringem Leistungsbedarf entlastet werden, so daß sie auch bei kurzzeitig höherem Leistungsbedarf ohne Gefahr überlastet werden können.Finally, let it be repeated that all capacitors at low Power requirements are relieved so that they can also be used for short-term higher power requirements can be overloaded without danger.

Claims

Claims: 1. Arrangement for regulating the power of gradual controllable capacitor banks, especially high-voltage capacitor banks in three-phase systems, in which the capacitor bank is divided into individual groups is made up of a symmetrical multiphase circuit by means of additional switching elements into circuits derived therefrom, each with the same total number of capacitors are switchable, g e -characterized by such an arrangement of the additional Switching elements and their connections that an optimal transition from symmetrical Delta connections via mixed star-delta connections to symmetrical star connection and vice versa is made possible.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that parallel to the capacitor groups converter for symmetry monitoring and for Relief during the switching process are provided. Considered publications: Swiss Patent No. 288 849; U.S. Patents No. 2,689,937, 2 705 301, 2,732,524; Fr. B a u e r, "The capacitor in heavy current technology", publisher J. Springer, Berlin (1934), pp. 98, 132, 140.