DE2201800A1

DE2201800A1 - Anordnung zur Erzeugung von Blindleistung

Info

Publication number: DE2201800A1
Application number: DE19722201800
Authority: DE
Inventors: Kjeld Dipl-Ing Thorborg
Original assignee: ASEA AB; Allmanna Svenska Elektriska AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1971-01-18
Filing date: 1972-01-14
Publication date: 1972-08-03
Also published as: DE2201800C3; SE348602B; DE2201800B2; GB1367571A; CA947379A; CH530722A

Description

Anordnung zur Erzeugung; von Blindleistung

Bei vielen Anlagen ist eine Anordnung erwünscht, die an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen werden kann und möglichst verlustfrei, schnell und in einfacher V/eise Blindleistung erzeugt, deren Größe in weiten Grenzen einstellbar oder regelbar ist. Es ist bekannt, für diesen Zweck einen an das Netz angeschlossenen Stromrichter zu verwenden, zwischen dessen Gleichstromanzapfungen eine Drosselspule geschaltet ist. Durch diese Drosselspule wird der Gleichstrom des Stromrichters geglättet und beinahe konstant. Die Ströme in den Wechselstromzuleitungen des Stromrichters werden hierbei rechteckig und sind folglich stark oberwellenhaltig, wobei (bei drei Phasen) die fünfte und die siebte Oberwelle im allgemeinen dominieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromrichteranordnung zur Erzeugung von Blindstrom derart zu verbessern, daß der Oberwellengehalt mit einfachen Mitteln erheblich vermindert wird.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung eine Anordnung zur Erzeugung von Blindleistung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen ersten und einen zweiten netzkommu tier ten Stromrichter enthält, deren Wechselstromanzapfungen an ein Wechselspannungsnetζ angeschlossen sind, an das auch eine Kondensatorbatterie angeschlossen ist, daß die Stromrichter über zwei Drosselspuleηschaltungen, die ein im wesentlichen wirkwiderstandsfreies Glied bilden, gleichstromseitig derart antiparallel geschaltet sind, daß jede der beiden Gleichstromanzapfungen jedes Stromrichters über eine abzweigfreie Drosselspulenschaltung mit einer Gleichstromanzapfung des anderen Stromrichters verbunden ist.

Anahnd der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden:

Pig. 1 zeigt eine Aus führ ungs form der Erfindung.

Pig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen den Steuerwinkeln der in der Anordnung nach der Erfindung verwendeten Stromrichter.

Pig. 3 zeigt die vektorielle Zusammensetzung der Wechselströme beider Stromrichter zu dem resultierenden, an das Netz abgegebenen Strom.

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Fig. 4 zeigt die Anwendung der Anordnung nach der Erfindung in einer Schaltung zur Wechselspannungsregelung.

In Fig. 1 ist G ein an sich bekannter lastkommutierter Wechselrichter, der Wirkleistung an das Breiphasennetz R, S, T abgibt. K ist eine an das Netz angeschlossene dreiphasige Kondensatorbatterie. Die beiden netzkoramutierten Stromrichter A und B sind wechselspannungsseitig parallel zum Netz angeschlossen und gleichspannungsseitig über die Drosselspulen R1 und R2 antiparallel geschaltet. Die Drosselspulen bilden ein unbelastetes Gleichstromzwischenglied, womit gemeint ist, daß das Gleichstromzwischenglied keine Abzweige oder Anzapfungen zum Anschliessen einer Gleichstromlast Wirkwiderstand hat. Schutz- oder Alarmkreise, Meßorgane usw. können jedoch an das Zwischenglied angeschlossen sein. Die Ventile des Stromrichters A bekommen Zündpulse von einem Steuerimpulsglied SDA. Der S teuer winke Lx, kann in Abhängigkeit von einem dem Steuerglied zugeführten Signal k · dL variiert werden. Dasselbe Signal wird dem Steuerimpulsglied SDB des Stromrichters B zugeführt, und zwar über ein Addierglied ADD, in dem eine Größe k ννίζα dem Signal addiert wird. SDB wird also das Signal k («6 + AoL ) zugeführt und steuert die Ventile des Stromrichters B mit dem Steuerwinkel o*. + Δ oL .

Die Stromwandler ST messen den von den Stromrichtern an das Netz abgegebenen Strom I und ein Glied M bildet aus diesem

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Strom und der Netzspannung eine Größe P_r, die der an das Netz gegebenen Blindleistung entspricht. In dem Vergleichsglied J wird P₂. mit einer der gewünschten Leistung entsprechenden Größe Pref verglichen, und die Differenz k »eiwird, wie erwähnt, den Steuerimpulsgliedern der Stromrichter zugeführt.

Der Widerstand des Gleichstromkreises ist in erster Näherung vernachlässigbar und damit wird auch die vom Netz an die Stromrichter gegebene Wirkleistung vernachlässigbar.

Zum Stromrichter A fließt der Wechselstrom I_A und von B der Strom I-g. Zum Netz fließt der Strom I, der die Vektordifferenz zwischen Ig und I^ ist.

Der Stromrichter A arbeitet in dem gezeigten Fall als Gleichrichter und B als Wechselrichter. Ihre Gleichspannungen müssen, da der Wirkwider stand der Drosselspulen vernachlässigt wird, bei endlichem Strom gleich groß und entgegengerichtet sein, d. h. die Summe ihrer Steuerwinkel wird 180°.

Die Differenz der Steuerwinkel ist AoL und infolgedessen wird der Steuerwinkel für Stromrichter A oC = 90° - und der

Steuerwinkel für B wirdoL+ AöL = 90⁰ + . Diese Verhält nisse sind in Fig. 2 gezeigt, wo die Sinuskurve eine der Spannungen des Wechselspannungsnetzes darstellt.

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In der Praxis bilden sowohl die Stromrichter als auch die Drosselspulen einen gewissen Wirkwider st and. Damit ein Gleichstrom I])Q fließen kann, ist es daher erforderlich, daß **~ den genannten Wert 90° - etwas unterschreitet. Ein verminderter Winkel £N hat einen zunehmenden Strom Ij^q zur Folge, und damit eine Zunahme der erzeugten Blindleistung.

Das geschlossene Regelsystem, das aus ST, M, J, SDA und SDB, A und B besteht, wirdoLso justieren, daß P_r und P_ref beinahe gleich werden, wobei die durch P_ref bestimmte gewünschte Blindleistung an das Netz abgegeben wird. Die Abweichung der Steuerwinkel von den obengenannten Werten 90° - und 90° + i_St sehr gering und in den meisten Fällen ve», nachlässigbar.

Pig. 3a zeigt in Vektorform die Grundwellen 1^₁ und I_B2 der Ströme I^ und Ig. Deren Vektor di ff eren ζ bildet, wie erwähnt, die Grundwelle I₁ des Stromes I. Das Diagramm 1st gezeichnet unter der Voraussetzung, daßAoL= 30°, d.h. daß d^= 75° und oL+Ä^-= 105° ist, was sich als ein passender Wert herausgestellt hat. Wie man sieht, ist von I₁ beinahe gleich der algebraischen Summe von I_A1 und I_B1.

Pig. 3b zeigt den Vektor I_A5, der die fünfte Oberwelle von I_A ist, mit der fünften Oberwelle von Ijj, 155, als Bezugsvektor. Wie man sieht, wird die fünfte Oberwelle I₅ des Stromes I wesentlich kleiner als die einzelnen fünften Oberwellen der Stromrichter.

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Dasselbe gilt für die in Fig. 3c gezeigte siebte Oberwelle Iy von I.

Auf diese Weise erhält man eine kräftige Reduzierung des Oberwellengehalts des Stromes im Vergleich mit der genannten bekannten Schaltung mit einem einzigen Stromrichter. Filterkreise können hierdurch in ihrer Größe kräftig reduziert oder evtl. ganz überflüssig werden.

Fig. 4 zeigt die Anordnung gemäß der Erfindung in einer Schaltung für Wechselspannungsregelung. Eine Last L ist über die Drosselspulen R3, R^, Rc an das Dreiphasennetz R, S, T angeschlossen. Zwischen den Drosselspulen und der Last ist eine Kondensatorbatterie K und die Doppelstromrichterschal tag gemäß der Erfindung angeschlossen. Letztere besteht wie in Flg. 1 aus den Stromrichtern A und B mit ihren Steuerimpulsgliedern SDA und SDB sowie den Drosselspulen R₁ und R₂*

Ein Spannungsmeßglied SM bildet eine der der Last zugeführten Spannung entsprechende Größe U¹, die in J mit dem Spannungs bezugswert Uref verglichen wird. Die Abweichung wird erst SDA und nach Hinzuzählung eines konstanten Wertes SDB auf dieselbe Weise zugeführt wie in Fig. 1. Die Stromrichter schaltung erzeugt eine von der Abweichung abhängige Blindleistung, wodurch der Spannungsfall in den Drosselspulen R^, Ri, R,- und damit die Spannung an der Last beeinflußt wird, die auf Obereinstimmung mit dem Bezugswert U_ref gesteuert wird.

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Jede der Drosselspulen R-j und R₂ kann, wenn es wünschenswert ist, durch eine Reihenschaltung aus zwei oder mehreren Drosselspulen ersetzt werden, von denen eine bei einem Strom gesättigt ist, der den maximal vorkommenden Gleichstrom bedeutend unterschreitet. Der Induktivitätsbedarf sinkt bekanntlich mit zunehmendem Gleichstrom, und durch diese Ausführung kann eine wesentliche Reduzierung der gesamten Leistung der Drosselspulen eneicht werden.

In den gezeigten Beispielen hat die Verzögerung (^OL) zwischen den Stromrichtern einen konstanten Wert. Der Grad der Oberwellenreduzierung ist, wie oben gezeigt, abhängig von der Größe der Verzögerung, und diese kann manuell oder automatisch variierbar sein, so daß der Oberwellengehalt auf ein im voraus bestimmtes Kriterium gebracht werden kann.

Die Steuerimpulsglieder der Stromrichter können so ausgeführt werden, daß in jedem einzelnen Stromrichter jede an einen
Fhasenleiter angeschlossene Ventilgruppe mit einem von den anderen Gruppen unabhängigen Steuerwinkel gesteuert wird. Hierdurch kann von der Anordnung ein asymmetrisches Stromsystem erzeugt werden. Der Grad der Asymmetrie kann z.B. so angepaßt werden, daß sie der Asymmetrie des von einer Last verbrauchten Stromes entgegenwirken kann, d.h. die Anordnung erzeugt den von der Last konsumierten Gegenstrom und entlastet die speisende Spannungsquelle von diesem Strom. Evtl. kann ein Meßglied

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angeordnet werden, das dem Grad der Asymmetrie der Wechselspannung entsprechende Größen bildet, die die Steuerwinkel der verschiedenen Ventilgruppen in solcher Weise beeinflussen, daß die Asymmetrie eine abnehmende Tendenz bekommt. Hierdurch kann man z.B. eine automatische Steuerung einer Lastspannung auf volle Symmetrie erreichen, die weitgehend von der Asymmetrie des von der Last verbrauchten Stromes unabhängig ist.

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Claims

Patentansprüche:

Π Λ Anordnung zum Erzeug, von Blindleistung, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ersten (A) und einen zweiten (B) netzkommutierten Stromrichter enthält, deren Wechselstromanzapfungen an ein Wechselspannungsnetζ (R, S, T) angeschlossen sind, an das auch eine Kondensatorbatterie (K) angeschlossen ist, daß die Stromrichter (A, B) über zwei Drosselspulenschaltungen (R-], R₂), die ein im wesentlichen Wirkwider s tandsfreie s Glied bilden, gleichstromsei tig derart antiparallel geschaltet sind, daß jede der bei'den Gleichstromanzapfungen jedes Stromrichters über eine abzweigfreie Drosselspulenschaltung mit einer Gleichstromanzapfung des anderen Stromrichters verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerimpulsglieder (SDA, SDB) vorhanden sind, die auf solche Weise Zündpulse an die Ventile der beiden Stromrichter (A, B) geben, daß jedes Ventil des zweiten Stromrichters (B) mit einer für alle Ventile dieses Stromrichters gleichgroßen Verzögerung im Verhältnis zu der Zündung der entsprechenden Ventile des ersten Stromrichters (A) zündet.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß abtastende Glieder (ST, M) vorhanden sind, die eine der von bei-

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den Stromrichtern insgesamt erzeugten Blindleistung entsprechende Größe bilden, und die Steuerimpulsglieder (SDA, SDB) zur Regelung der Zündzeitpunkte der Ventile abhängig von der Abweichung dieser Blindleistung von einem Sollwert beeinflussen.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Verzögerung konstant ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung einen Wert hat, der einem elektrischen Winkel zwischen 20° und 40° entspricht.
6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung veränderlich ist.
7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß abtastende Glieder (SM) vorhanden sind, die die Spannung in einem Punkt des Wechsel spannung snetzfabtasten und die Steuerimpulsglieder (SDA, SDB) zur Regelung der Zündzeitpunkte der Ventile abhängig von der Abweichung dieser Spannung (U¹) von einem Sollwert (U_re-f) beeinflussen.
8. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile eines Stromrichters (A, B), die an denselben Phasenleiter (R.S.T) angeschlossen sind, mit untereinander im wesentlichen gleichem Steuerwinkel gesteuert werden.

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9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß spannung s ab tasten de Glieder angeordnet sind, die die Asymmetrie der Wechselspannung in einem Punkte das Wechselspannungsnetz abtasten und abhängig von der Größe der Asymmetrie die Steuerwinkel der genannten Gruppen beeinflussen.

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