DE3423334A1

DE3423334A1 - Steuerschaltung und -verfahren fuer einen statischen blindleistungsgenerator

Info

Publication number: DE3423334A1
Application number: DE19843423334
Authority: DE
Inventors: Loren Haines Salem Va. Walker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-06-28
Filing date: 1984-06-23
Publication date: 1985-01-03
Also published as: SE8403421L; US4602206A; GB2142484A; AU573582B2; GB8412822D0; JPS6045825A; GB2142484B; AU2687884A; SE8403421D0

Description

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9348-21DSH-2649

GENERAL ELECTRIC COMPANY

Steuerschaltung und -verfahren für einen statischen Blindleistungsgenerator

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und eine Schaltung zum Regeln des Leistungsfaktors, des Phasenwinkels zwischen Strom und Spannung, von Wechselstromübertragungsleitungen, die eine zeitveränderliche Last mit Energie versorgen, und betrifft insbesondere einen statischen Blindleistungsgenerator, der als veränderliche Reaktanz wirkt, die zur Lastkompensation und zur Leistungsfaktorkorrektur auf solchen Ubertragungsleitungen benutzt wird.

In der Vergangenheit sind zwar bereits umlaufende Synchronkondensatoren und Gruppen von mechanisch geschalteten,festen

Kondensatoren oder Drosseln zur Blindleistungskcnpensation und zur Leistungsfaktorkorrektur benutzt worden, jüngere Fortschritte in der Hochleistungsthyristortechnik haben jedoch zur Entwicklung von steuerbaren statischen Blindleistungsquellen geführt, die gewöhnlich als Blindleistungsgeneratoren bezeichnet werden. Eine bekannte allgemeine Klasse von Blindleistungsgeneratoren, die als Stromquellenblindleistungsgeneratoren bezeichnet werden, umfaßt einen sechspulsigen Gleichrichter, dessen Wechselstromklemmen mit den Wechselstromübertragungsleitungen verbunden sind und dessen Gleichstromklemmen durch eine Gleichstromdrossel kurzgeschlossen sind. Bei einem besonderen Typ dieser Klasse wird für den sechspulsigen Gleichrichter der Stromrichterabschnitt eines gesteuerten Stromrichters benutzt.

Gemäß der Veröffentlichung "Reactive Power Generation And Control By Thyristor Circuits" von Laszlo Gyugyi, die in IEEE Transactions On Industry Applications, Band 1A-15, Nr. 5, September/Oktober 1979, S. 521-532, erschienen ist, kann ein Stromquellenstromrichter, der als Blindleistungsgenerator benutzt wird, entweder natürlich oder zwangskommutiert werden. Der natürlich kommutierte Stromrichter kann nur induktive Blindleistung liefern, während der zwangskommutierte Stromrichter sowohl induktive als auch kapazitive Blindleistung liefern kann. Ein natürlich kommutierter Stromrichter besteht aus einer einfachen Brückenschaltung aus sechs Thyristoren , während ein zwangskommutierter Stromrichter eine Brückenschaltung aus sechs Thyristoren , in Reihe geschalteten Dioden und Kreuzkopplungskondensatoren enthält, wobei es sich in beiden Fällen um bekannte Schaltungen handelt. Ein natürlich kommutierter Stromrichter kann nur arbeiten, wenn die Thyristoren . bei solchen Verzögerungswinkeln gezündet werden, bei denen der Gleichstrom auf natürliche Weise von einem Paar Thyristoren auf das nächste übergeht, so daß der Stromrichter als steuerbarer Gleichrichter arbeitet, wobei der Verzögerungswinkel der Thyristorzündung auf den Be-

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reich von 0° bis 180° begrenzt ist. Durch Aussteuern der Tyristoren nahe 90° nacheilend, d.h., wo der Wechselstrom der Spannung um 90° nacheilt, wird eine Gleichspannung von nahezu null Volt erzeugt, und der Strom in der Drossel kann durch geringfügige Änderungen (Vorverstellungen) des Steuerwinkels gesteuert werden. Demgemäß erscheint die Schaltung als eine kontinuierlich veränderliche, symmetrische dreiphasige Drossel an der Wechselstromleitung, d.h. als eine Quelle steuerbarer induktiver Blindleistung.

In der zwangskommutierten Stromrichterkonfiguration wirken jedoch die Tyristoren wie Vollsteuergate- oder GTO (gate turn-off)-Vorrichtungen, die über den gesamten Zündwinkelbereich von 0°-360° betrieben werden und somit sowohl kapazitive als auch induktive Leitungsströme liefern und demgemäß wahlweise sowohl als ein veränderlicher, symmetrischer dreiphasiger Kondensator oder als eine veränderliche, symmetrische dreiphasige Drossel wirken können.

Es ist zwar möglich, eine zwangskommutierte Thyristorbrükkenschaltung als einen Stromguellenblindleistungsgenerator sowohl in voreilenden (kapazitiven) als auch nacheilenden (induktiven) Quadranten zu steuern, von Haus aus weist sie jedoch eine Steuerkennlinie auf, die äußerst nichtlinear ist, hat eine sehr große und veränderliche Transportverzögerung und im kapazitiven Betrieb eine andere Steuerkennlinie als im induktiven Betrieb.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Verbesserung bei Blindleistungsgeneratoren und deren Betriebsverfahren zu schaffen.

Weiter soll eine Verbesserung bei der Steuerung von Stromquellenblindleistungsgeneratoren erreicht werden.

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Außerdem soll eine lineare Steuerung eines Stromquellenblindleistungsgenerators während des Betriebs in Voreil- und Nacheilquadranten geschaffen werden.

Ferner soll ein Stromquellenblindleistungsgenerator geschaffen werden, der eine lineare Steuerkennlinie mit gleichmäßigem dynamischen Verhalten aufweist.

Weiter soll ein Stromquellenblindleistungsgenerator geschaffen werden, der ein linear gleichmäßiges dynamisches Verhalten über dem gesamten Lastbereich von hoher induktiver Blindleistung über null bis zu hoher kapazitiver Blindleistung aufweist.

Weiter soll ein Blindleistungsgenerator geschaffen werden, dessen Steuerkennlinien bei Änderungen in der Leitungsspannung oder der Frequenz gleichmäßig sind.

Schließlich soll ein Blindleistungsgenerator geschaffen werden, der transient als ein positiver oder als ein negativer Kondensator an der Stromquelle erscheint.

Die vorstehenden und weiteren Ziele werden aufgrund der Tatsache erreicht, daß die Steuerkennlinie eines Blindleistungsgenerators, der aus einem zwangskommutierten Stromquellenstromrichter besteht, welcher eine Thyristorbrückenschaltung enthält, im wesentlichen nichtlinear ist. Diese Nichtlinearität umfaßt einen breiten Bereich der Blindleistungsverstärkung in Abhängigkeit vom Steuerwinkel. Ein Regler mit negativer Rückführung kann nicht sowohl für Stabilität als auch für eine zufriedenstellende Regelung des Blindleistungsgenerators über einem Bereich von Arbeitspunkten sorgen, wenn sich die Grundsystemverstärkungen so weit ändern. Ein Verfahren und eine Schaltung, die den Gegenstand einer gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung/ Anwaltsakte 9349-21DSH-2648, der Anmelderin bilden, ergeben eine zufrieden-

- /τ 9 -

stellende Regelung des Blindleistungsgenerators durch Festlegen eines statischen Arbeitspunktes des Generators mittels eines Vorwärtsregelungsfunktionsgenerators, der die Systemnichtlinearitäten im Modell nachbildet, und durch dessen Verknüpfung mit einem herkömmlichen Regler mit negativer Rückführung, der den dynamischen Betrieb regelt und Fehler zwischen dem Vorwärtsregelungsmodell und dem wahren System, das geregelt wird, korrigiert. Ein verbessertes transientes Verhalten wird erzielt, indem die Vorwärtsregelungsfunktion durch eine Summierung eines Blindleistungsführungssignals und eines Blindleistungsrückfuhrungssignals, das den Ist-Wert der Blindleistung angibt, gesteuert wird. Es wird so das gleiche bzw. ähnliche dynamische Verhalten sowohl im kapazitiven als auch im induktiven Betrieb erzielt. Die Erfindung hier ist auf eine weitere Verbesserung von Blindleistungsgeneratoren gerichtet, die bewirkt, daß das nichtlineare Modell als eine Funktion der Frequenz und der Leitungsspannungsgrösse gültig bleibt, und die das Erzeugen und Ersetzen einer Kapazitätsführungsgröße und einer Kapazitätrückführung für das Blindleistungsführungs- und das Blindleistungsrückführungssignal beinhaltet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild eines

bekannten zwangskommutierten Stromquellenblindleistungsgenerators,

Fig. 2 ein Diagramm, das die Steuerkenn

linie eines zwangskommutierten Stromquellenblindleistungsgenerators der in Fig. 1 gezeigten Art veranschaulicht,

Fig. 3 ein elektrisches Blockschalt

bild einer Ausführungsform einer Schaltung zum Linearisieren der Steuerung der in Fig. 1 gezeigten Stromquelle und

Fig. 4 ein elektrisches Blockschalt

bild der bevorzugten Ausführungsform einer Kapazitätssteuerschaltungsanordnung nach der Erfindung zum Steuern des in Fig. 1 gezeigten Blindleistungsgenerators.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 10 eine dreiphasige Wechselstromquelle, die lokale induktive Reaktanzen 12, 14 und 16 enthält und mit einem zwangskommutierten Stromquellengleichrichter 20 über Wechselstromleitungen 22, 24 und 26, die an Wechselstromklemmen 23, 25 und 27 angeschlossen sind, verbunden ist. Der Stromquellenstromrichter 20 besteht aus einer bekannten zwangskommutierten Thyristorbrückenschaltung, die aus sechs Thyristoren 28.., 28₂ ... 28_fi, in Reihe geschalteten Dioden 3O₁, 30-, ... 30_g und sechs Kreuzkopplungskondensatoren

32.. , 32_ 32g besteht. Weiter ist gemäß Fig. 1 eine Drossel

34 an die Gleichstromausgangsklemmen 33 und 35 der Thyristorbrückenschaltung über Anschlußleitungen 36 und 38 angeschlossen. Eine Thyristorsteuer- oder -"zünd"-Schaltung (nicht dargestellt) wird mit den Steuerelektroden jedes Thyristors 28. 28₂ ... 28g verbunden zum sequentiellen Zünden der Thyristoren bei einem vorbestimmten Verzögerungswinkel <*.,der ab dem frühesten Punkt der natürlichen Kommutierung gemessen wird und sich auf die Nulldurchgänge der Leitungsspannungen in einem dreiphasigen Wechselstromsystem bezieht.

Weiter bildet auf bekannte Weise der zwangskommutierte Stromquellenstromrichter 20, der durch die Drossel 34 induktiv belastet ist, einen Blindleistungsgenerator, der ent-

- a/i-

weder induktive oder kapazitive Blindleistung liefern kann, um eine Gegenlastreaktanz einer Lastimpedanz (nicht dargestellt) zu kompensieren, die mit der Wechselstromquelle 10 verbunden ist. Eine solche Lastimpedanz ist typisch eine relativ große induktive (nacheilende) Last, wie beispielsweise eine elektrische Maschine und ein netzkommutierter Thyristorstromrichterantrieb. Durch Liefern einer Blindleistungskomponente, die im wesentlichen gleich der Blindleistungskomponente der Last und zu dieser entgegengesetzt ist, wird ein abgestimmtes System geschaffen, das im wesentlichen als eine ohmsche Wechselstromimpedanz erscheint und eine maximale Leistungsübertragung zu der Last ermöglicht. Der Blindleistungsgenerator kann nach anderen Strategien als dem Erzielen eines Leistungsfaktors von eins gesteuert werden, beispielsweise nach einer Strategie zur minimalen Spannungsstörung aufgrund der sich verändernden Last.

Der Blindleistungsgenerator 20, der in Fig. 1 gezeigt ist, hat eine Betriebskennlinie, die in Fig. 2 gezeigt ist. Diese Kennlinie ist in einem Diagramm dargestellt, das die Beziehung zwischen der Blindleistung, und zwar sowohl induktiver als auch kapazitiver Blindleistung, über der Zündverzögerung, d.h. dem nacheilenden Steuerwinkelet der Thyristoren 28..... 28, zeigt. Diese Kennlinie kann folgendermaßen erklärt werden. Wenn es sich bei der Schaltungskonfiguration nach Fig. 1 um eine einfache Brückenschaltung der sechs Thyristoren ohne die Reihendioden und die Kommutierungskondensatoren handeln würde, würde sie einfach als ein steuerbarer Gleichrichter arbeiten, der eine Gleichspannung an der Drossel 34 liefert, die durch Verändern der Verzögerung in der Aussteuerung der Thyristoren steuerbar ist. Durch Aussteuern der Thyristoren nahe 90° nacheilend, d.h. dort, wo der Strom der Leitungsspannung nacheilt, wird eine Gleichspannung von nahezu null Volt erzeugt, und der Gleichstrom in der Drossel 34 kann durch

geringfügige Änderungen, beispielsweise durch Portschritte, im Steuerwinkel gesteuert werden, wie es durch den linearen Teil 40 der gezeigten Kennlinie dargestellt ist. Wenn die Dioden 30. ... 30_r und die Kondensatoren 32., ... 32_C vorhanden sind, ist jedoch auch ein Abschaltvermögen für die Thyristoren 28. ... 28_g vorhanden, welches eine Steuerung über dem gesamten Zündwinkelbereich von 0 - 360 gestattet, so daß eine Quelle ^kapazitiver Blindleistung erzielbar ist. Wenn demgemäß der Steuerwinkel auf 90 voreilend geändert wird, was 270 nacheilend in Fig. 2 äquivalent ist und dieser Nacheilung entspricht, wird die Ausgangsgleichspannung null, wie sie es bei 90° nacheilend ist. Die Stromstärke in der Drossel wird durch die Wahl des Steuerwinkels weiterhin steuerbar sein, wobei aber ein Fortschritt des Steuerwinkels, d.h. ein Rückschritt von 270°,den Strom gemäß dem nichtlinearen Kennlinienteil 42 der in Fig. 2 gezeigten tatsächlichen Kennlinie abnehmen lassen wird. Diese nichtlineare voreilende Kennlinie 42 wird durch die Zeit bestimmt, die benötigt wird, um die Spannung auf dem betreffenden Kommutierungskondensator jedesmal dann umzukehren, wenn ein Thyristor im kapazitiven oder Voreilbetrieb aufgesteuert wird. Diese Zeit beträgt typisch 30° bei maximalem Gleichstrom bei 60 Hz. Diese Zeit ist darüberhinaus die Verzögerung zwischen dem Aussteuern eines Thyristors und dem Einleiten von Strom in der entsprechenden Reihendiode. Um Strom aus der Wechselstromleitung zu ziehen, müssen die Dioden mit dem Leiten bei 90 voreilend oder 270° beginnen, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Bei maximaler kapazitiver Blindleistung werden daher die Thyristoren mit«£= 240° nacheilend ausgesteuert, was 30° vor 270° nacheilend ist, d.h. 90° voreilend.

Die Verzögerung zwischen Thyristor- und Diodenkommutierung ist ungefähr proportional zu dem Kehrwert des Gleichstroms.

Diese Charakteristik gilt, bis ein Strom erreicht wird, bei dem die Verzögerung im Leiten der Dioden 120 beträgt, was

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der Fall ist, wenn das Aussteuern der Thyristoren bei 270 120° = 150° erfolgt, was in dem Punkt 44 der in Fig. 2 gezeigten Kennlinie der Fall ist. Der Strom weigert sich, unter diesen Mindestwert abzunehmen, selbst wenn der Steuerwinkel in Richtung auf 90° geändert wird, was der Teil 46 der Kennlinie zeigt, und zwar wegen des Vorhandenseins der Kommutierungskapazität. Der Wert des Mindeststroms ist durch folgenden Ausdruck gegeben:

I_dc(min) = V_s ^ ω § C^ (1)

wobei V -/T die Spitzenleitungsquellenspannung, CJ die Quellenfrequenz in rad pro Sekunde und C_Ä die Kapazität eines der Kommutierungskondensatoren 32₁ ... 32_fi ist.

Wenn das Aussteuern weiter fortschreitet und sich 90 nacheilend nähert (Fig 2.), überlappen sich die Leitungsperioden

der Dioden 30. ... 30_c, bis fünf der sechs Dioden immer lei-1 ο

tend sind und die Kondensatoren 32. ... 32_C aufhören, als

I b

Kommutierungskondensatoren zu wirken, wodurch sich der steuerbare Gleichrichterbetrieb ergibt, der oben erwähnt worden ist. Die leitenden Dioden verbinden die Kondensatoren direkt mit der Wechselstromquelle 10 und den Thyristoren 28., ... 28_, um Gleichstrom frei zu der Drossel 34 zu leiten, was den linearen Kennlinienteil 40 der Kurve ergibt. Die Steuerwinkelbereiche 48 und 50 bezeichnen Bereiche übermäßigen Stroms, die nicht benutzt werden, weil sie eine große positive Gleichspannung an der Drossel und somit einen übermäßigen Gleichstrom verursachen.

Fig. 3 zeigt eine Einrichtung zum Umwandeln des Betriebes des Stromquellenblindleistungsgenerators 20 nach Fig. 1, der eine Kennlinie hat, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, in einen Blindleistungsgenerator, der ein im wesentlichen lineares gleichmäßiges dynamisches Verhalten hat und dabei sowohl induktive als auch kapazitive Blindleistung erzeugt. Der

zwangskommutierte Stromquellenstromrichter 20 nach Fig. 1 ist in Fig. 3 verbunden mit einer Thyristorzündschaltung 52 dargestellt, wodurch er eine Blindleistungschaltung 54 bildet, die mit der dreiphasigen Wechselstromquelle 10 über die Leitungen 22, 24 und 26 und über Trenndrosseln 23a, 25a, 27a verbunden ist. Die Wechselstromquelle 10 ist außerdem mit einer Last 56, die im hier dargestellten Beispiel aus einem Motor besteht, über die Dreiphasenversorgungsleitungen 58, 60 und 62 und mit einer festen Kondensatorbatterie 64 verbunden, die mit den Motorklemmen über Leitungen 59, 61 und 63 verbunden ist. Die feste Kondensatorbatterie 64 dient zum teilweisen Korrigieren oder Kompensieren der Induktivität der Last.

Da eine Last in Form eines Motors eine Reaktanzcharakteristik hat, die während ihres Betriebes über einem relativ breiten Bereich schwankt, ist eine variable Kompensationsquelle erforderlich und in Form des Stromquellenstromrichterblindleistungsgenerators 20 vorgesehen. Der Blindleistungsgenerator 20 wird durch ein Zündwinkelführungssignal ©C* gesteuert, das auf ein Blindleistungsführungssignal VAR* und ein Blindleistungsrückführungssignal VAR FDBK hin erzeugt wird.

Die Blindleistungsführungsgröße VAR* kann gemäß der Darstellung in Fig. 3 erzeugt werden, um eine Steuerung mit einem Leistungsfaktor von eins zu implementieren. Eine Blindleistungsrechenschaltung 67 fühlt zwei Ströme I_ und zwei Lei-

L·

tungsspannungen V_T ab, um die Gesamtblindleistung in der Last und in der Kondensatorbatterie auf eine Weise zu berechnen, die im wesentlichen einer herkömmlichen 2-Wattmeter-Anordnung gleicht. Dieses Signal LAST VAR erscheint auf einer Leitung 69. Es wird durch einen Inverter 71 invertiert und als das Signal VAR* über eine Leitung 73 an den Blindleistungsgenerator angelegt. Dadurch, daß der Blindleistungsgenerator veranlaßt wird, eine Blindleistung zu erzeugen, die das Negative der Blindleistungen in der Last und in den Kon-

densatoren ist, wird der Wechselstromquelle 10 insgesamt eine Blindleistung von null entnommen, und die Last wird so erscheinen, als habe sie den Leistungsfaktor eins.

Das Signal VAR FDBK wird durch eine Blindleistungsrechenschaltung 66 erzeugt, die den gleichen Aufbau wie die Blindleistungsrechenschaltung 67 haben kann und zwei der Leitungsströ me I^ und zwei der Leitungsspannungen V„ abfühlt, welche beispielshalber auf den Leitungen 22 und 26 erscheinen, die den Stromquellenstromrichter 20 mit der Wechselstromquelle 10 ver binden. Bei Bedarf kann eine elektronische Meßschaltung benutzt werden.

Das Eündwinkelführungssignal oC* besteht gemäß Fig. 3 aus der Summe der beidenoi.-Signale, die an einen Summierpunkt 68 angelegt werden, wobei das erste Signal durch eine lineare Rück führungsregelung sschaltung 70 erzeugt wird, während das zweite Signal FDFWD durch eine nichtlineare Vorwärtsregelungsschaltung 72 erzeugt wird. Die Rückführungs- oder Rückkopplungsschaltung 70 steuert vor allem die Erzeugung ihres Zündwinkels c<* in Abhängigkeit von dem Fehler zwischen einer Blindleistungsführungsgröße VAR* und einem Blindleistungsrückführungssignal VAR FDBK, wohingegen die Vorwärtsregelungsschaltung 72 vor allem die Erzeugung ihres Steuersignals oi FDFWD in Abhängigkeit von der Suntne der Signale VAR* und VAR FDBK steuert.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist die Steuerkennlinie für induktive Blindleistung im wesentlichen linear, wohingegen die Steuerkennlinie für kapazitive Blindleistung nichtlinear ist. Demgemäß enthält die lineare Rückführungsschaltung 70 eine lineare Reglerschaltung 74, die ein Eingangssignal hat, welches das Differenz- oder Fehlersignal zwischen dem Blindleistungsführungssignal VAR* und dem Blindleistungsrückführungssignal VAR FDBK ist und das Ausgangssignal eines Sum-

mierpunktes 76 darstellt, an den diese Signale angelegt werden. Der dargestellte Regler 74 ist ein PI-Regler, der beispielshalber aus einem Operationsverstärker besteht, welcher so ausgebildet ist, daß er als Verstärker mit einer über-

1 + ST
gangsfunktion von -K(—= ) arbeitet, wobei S ein LaPlace-

Operator, T eine Zeitkonstante und K eine Verstärkungskonstante ist. Dieser Verstärker könnte bei Bedarf auch eine einfache Verstärkung haben. Das Ausgangssignal des Reglers 74 wird an eine Signalklemmschaltung 78 angelegt, die das veränderliche Ausgangssignal des Reglers 74 begrenzt.

Die Vorwärtsregelungsschaltung 72 enthält eine nichtlineare aktive Schaltung, die so ausgebildet ist, daß sie eine Signalübergangsfunktion hat, welche der tatsächlichen statischen Kennlinie nach Fig. 2 gleicht, d.h. sie spricht hauptsächlich auf das Blindleistungsführungssignal VAR* an. Blökke 82 und 84 stellen Signalumsetzvorrichtungen dar, die eine Verstärkungssignalübergangsfunktion haben, welche durch K bzw. 1-K gegeben ist, wobei K in dem Bereich zwischen 0,5 und 1,0 liegt. Wenn K gleich eins ist, dann wird die Funktion des Blockes 72 darin bestehen, dem Summierpunkt 68 den richtigen Wert des Steuerwinkels «<- zu liefern, welcher der Blindleistungsführungsgröße entspricht. Daher wird die Rückführungsschaltung 70 für das dynamische Erzwingen und die genaue Fehlerkorrektur auf den Wert von oC sorgen, während die Vorwärtsregelungsschaltung 80 den statischen Sollwert liefert.

Zum Aufrechterhalten des gleichen bzw. ähnlichen Verhaltens sowohl im kapazitiven (voreilenden) als auch in induktiven (nacheilenden) Betrieb ist es notwendig, den dynamischen Betrieb der nichtlinearen Schaltung 80 zu begrenzen, weil die Obergangsfunktion ein Gebiet sehr hoher Verstärkung nahe bei der Blindleistung null in dem Voreil- oder kapazitiven Quadranten aufweist. Diese hohe Verstärkung kann relativ hohe Winkelführungsgrößen bei kleinen Änderungen der Blindleistungs führungsgröße in diesem Gebiet ergeben. Dieser Effekt wird beseitigt, indem der Schaltung 80 ein Eingangssignal zugeführt

wird, das teilweise aus dem Blindleistungsführungssignal VAR* besteht, welches an sie durch ein Signalskalierschaltungselement 82 angelegt wird, und teilweise aus dem Blindleistungsrückführungssignal VAR FDBK, welches durch ein Signalskalier schaltungselement 84 angelegt wird, wobei die Skalenfaktoren oder Verstärkungen der beiden Schaltungselemente 82 und 84 so gewählt sind, daß sie eine Summe haben, die gleich eins ist, indem sie gleich K bzw. 1-K gemacht werden. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 sind die beiden Schaltungselemente 82 und 84 mit einem Summierpunkt 86 verbunden, der ein zusammengesetztes Ansteuersignal erzeugt, welches dann an den Eingang der nichtlinearen Schaltung 80 angelegt wird.

Im stationären Zustand, in welchem das Blindleistungsführungssignal VAR* und das Blindleistungsrückführungssignal VAR FDBK im wesentlichen gleich sind, ist daher das zusammengesetzte Eingangssignal an der Schaltung 80 gleich dem Arbeitspunkt, der durch das Signal VAR* verlangt wird, und das Ausgangssignal derselben wird auf die geeignete Zündwinkelführungsgrösse ot* eingestellt. Wenn sich das Blindleistungsführungssignal VAR* dynamisch bewegt und der Blindleistungsgenerator noch nicht angesprochen hat, wird die Zwangsfunktion, die die nichtlineare Schaltung 80 erfüllt, um den Faktor K reduziert. Durch Einstellen der Skalierfaktoren K und 1-K auf die richtigen Größen, typisch auf K = 0,75 bzw. 1-K = 0,25, kann das transiente Verhalten im kapazitiven (voreilenden) Betrieb gleich dem im induktiven (nacheilenden) Betrieb gemacht werden, so daß das transiente Verhalten insgesamt in allen Arbeitspunkten im wesentlichen gleichmäßig ist.

Es sei angemerkt, daß die Steuerung, die durch die Kombination der linearen Rückführungsschaltung 70 und der nichtlinearen Vorwärtsregelungsschaltung 72 erfolgt, zu einer Regulierung der Blindleistung statt des Gleichstroms führt. Wenn der Gleichstrom in der Drossel 34 reguliert würde, müßte die erfindungsgemäße Steuerung bei dem übergang von kapazitiven auf

induktiven Betrieb eine Richtungsumkehr erfahren und wäre daher bei einer Blindleistung von null schwierig. Weiter ergibt die Verwendung einer Kombination aus einer nichtlinearen Vorwärtsregelung und einer linearen Rückführungsregelung eine genaue Regelung, die schnell anspricht, linear und stabil ist.

Wenn die Last 56, die mit der dreiphasigen Wechselstromquelle 10 verbunden ist, eine induktive Last ist, wie beispielsweise ein Motor, dann stellt sich die Frage, ob sowohl eine induktive als auch eine kapazitive Blindleistungserzeugung zur Kompensation erforderlich ist, da eine Last in Form eines Motors eine Lastimpedanz mit induktiver Reaktanz aufweist, die hauptsächlich eine kapazitive Blindleistungskompensation erfordert. Es sei jedoch beachtet, daß die feste Kompensationskapazität 64, die an die Last 56 angeschlossen ist, ihrerseits eine Kompensation erfordert, wenn die Last 56 unwirksam wird und praktisch verschwindet, so daß die Wechselstromquelle 10 effektiv kapazitiv belastet wird, was eine induktive Blindleistungskompensation verlangt. Mit der Steuerschaltungsanordnung, die in Fig. 3 gezeigt ist, erfolgt daher eine lineare Steuerung über dem gesamten Lastbereich von hoher induktiver Blindleistung über null bis zu hoher kapazitiver Blindleistung.

Der Blindleistungsgenerator nach Fig. 1 hat eine Eigencharakteristik dahingehend, daß bei einem festen Wert von 06 seine Blindleistungsabgabe eine lineare Funktion der Frequenz und eine quadratische Funktion der Spannungsgröße ist, weshalb, wenn die Leitungsspannung oder die Frequenz verändert wird, die nichtlineare Schaltung 80 nach Fig. 3 keinen korrekten Wert für das Steuerwinkelführungssignal oc* als Funktion des Blindleistungsführungssignals erzeugt. Zu diesem Zweck wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, die eine Verbesserung der Steuerung der Blindleistungsschaltung 54 zeigt, durch die darin die nichtlineare Kompensation konstant bleibt, d.h. keine Änderung des Zündwinkels erfordert, wenn sich die Quellenleitungsspannung oder die Frequenz ändert.

Es kann beobachtet werden, daß die Betriebscharakteristik des Stromquellenblindleistungsgenerators im voreilenden Betrieb bei einem festen Steuerwinkel o£ die eines festen Kondensators ist. Bekanntlich ist die Größe des Stroms I, die durch einen Kondensator aus einer Wechselstromquelle aufgenommen wird:

I = ¥ ₌ _VcaC (2)

^Xc

wobei V die Quellenspannung, X die kapazitive Reaktanz und gleich 1/wC, C die Kapazität, <o gleich 2Tf und f die Quellenfrequenz ist. Weiter ist die Blindleistung, die der Kondensator C aufnimmt, kapazitiv und kann durch ein Signal VAR folgendermaßen ausgedrückt werden:

VAR = VxI=V^ac»)C (3)

Wenn demgemäß eine Quelle kapazitiver Blindleistung, wie die in Fig. 1 gezeigte, so zu bemessen wäre, daß sie einem äquivalenten Kondensator entspricht, was in Wirklichkeit nicht der Fall ist, dann würde die Ersatzkapazität C durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

r _ VAR

^u " Ψΰ (4)

Die Gleichungen (3) und (4) beschreiben nicht nur den Kondensator, sondern auch die Eigencharakteristik eines Stromquellenblindleistungsgenerators mit festem Steuerwinkel. Da die Eigencharakteristik des Stromquellenblindleistungsgenerators 20 im kapazitiven Blindleistungsbetrieb darin besteht, daß er nicht als eine feste Blindleistungsquelle, sondern als ein fester Kondensator wirkt, wird, wenn die Thyristorzündschaltung 52, die in Fig. 3 gezeigt ist, so angesteuert wird, daß sie ein Kapazitatsführungssignal C* statt eines Blindleistungsführungssignals VAR* zur Steuerung der Verzögerung des Thyristorzündwinkels oL des Stromrichters und beispielsweise reguliert mit einem Kapazitätsrückführungssignal C„ empfängt, ihr Verhalten bei Änderungen der Spannung und der Frequenz mit Bezug auf ihre Führungsgröße konstant sein und die erforderliche Blindleistungskompensation bei Leitungsspannungsänderungen ohne eine Änderung im Steuerwinkel bewirken, und ihre nicht-

lineare Schaltung 80, die hauptsächlich das Winkelführungssignal oC * im kapazitiven Betrieb steuert, wird weiterhin ein gültiges Modell des Blindleistungsgenerators 20 bei allen Werten der Leitungsspannung und der Leitungsfrequenz darstellen.

Fig. 4 zeigt eine verbesserte Steuerung des in Fig. 3 gezeigten Systems.

Die Verbesserung beinhaltet das Vorsehen eines Blindleistungsführungsgrößengenerators und einer Kapazitätssteuereinrichtung, die nun beschrieben werden. Während die BlindleistungsführungsgrößenerZeugungseinrichtung nach Fig. 3 bestrebt ist, einen konstanten Leistungsfaktor aufrecht zu erhalten, bewirkt der BlindleistungsführungsgrÖßengeneratorschaltungsblock 21 nach Fig. 4, daß der Blindleistungsgenerator eine konstante Leitungsspannung statt des konstanten Leistungsfaktors aufrecht erhält. Weiter halten die Kapazitätssteuerelemente, die durch Funktionsblöcke 172, 186, 188 und 190 dargestellt sind, die Steuercharakteristik des Blindleistungsgenerators aufrecht, d.h. die Blindleistungsschaltung 54 als Funktion sowohl der Leitungsspannung als auch der Leitungsfrequenz im wesentlichen konstant.

Gemäß der Darstellung in Fig. 4 ersetzt die Blindleistungsführungsgrößenerzeugungseinrichtung 21 die Elemente 67 und 71 nach Fig. 3. Die Blindleistungsrechenschaltung 176 nach Fig. 4 erfüllt dieselbe Funktion wie die Blindleistungsrechenschaltung 67 nach Fig. 3. Die Leistungsrechenschaltung 178, der Phasenschieber 180 und der nichtlineare Übergangsfunktionsblock 181 sowie der Summierpunkt 182 sind jedoch mit der Blindleistungsrechenschaltung 176 kombiniert, um ein Blindleistungsführungssignal auf einer Signalleitung 184 zu liefern, das eine konstante Leitungsspannung von V_T bewirkt, und zwar ungestört durch die Last, welche zwar nicht dargestellt ist, aber der Last 56 nach Fig. 3 entspricht. Gemäß Fig.4 ist eine Integrierschaltung 172, die eine über-

- ZA-

gangsfunktion von 1/S hat (S ist ein LaPlace-Operator), mit der Quellenspannung V der Wechselstromquelle 10 verbunden, welche an den Leitungen 58, 60 und 62 anliegt. Die Integrierschaltung 172 glättet die Wechselspannungsschwingung, verschiebt ihre Phase um 90° nacheilend und bewirkt, daß eine Ausgangsspannung V /o> abgegeben wird, die eine Amplitude hat, welche zu dem Kehrwert der Frequenz proportional ist, weil gilt Co= 2¹^f. Diese Spannung V /to , die in einem Schaltungspunkt 174 erscheint, wird an die Blindleistungsrechenschaltung 66 statt der Spannung V Gemäß der Darstellung in Fig. 3 angelegt. Darüber hinaus wird das Ausgangssignal V^/oo der Integrierschaltung 172 an eine zweite Blindleistungsrechenschaltung 176 und außerdem an eine Leistungsrechenschaltung 178 angelegt, und zwar über einen 90°-Voreilung-Phasenschieber 180, der der nacheilenden 90° - Phasenverschiebung entgegenwirkt, die durch die Integrierschaltung 172 bewirkt wird, so daß der Laststrom I und die Spannung V^/o wieder in Phase sind.

J-I X

Sowohl die Blindleistungsrechenschaltung 176 als auch die Leistungsrechenschaltung 178 empfangen ein Eingangssignal, das dem Laststrom I_T entspricht und gemäß der Darstellung

Jj

in Fig. 3 gebildet wird, und enthalten Multiplizierschaltungen, die auf herkömmliche Weise ausgebildet sein können. Insbesondere sind diese Rechenschaltungen mehrphasig statt einphasig, wie dargestellt. Da das Ausgangssignal der Integrierschaltung 172 zu dem Kehrwert der Frequenz proportional ist, wird das Ausgangssignal der Blindleistungsrechenschaltungen 66 und 176 und der Leistungsrechenschaltung 178 in VA/caj beziehungsweise W/ω ausgedrückt. Das Ausgangssignal der Leistungsrechenschaltung 178 wird dann an eine Schaltung 181 angelegt, die eine nichtlineare Übergangsfunktion F hat, wie dargestellt, zum Umwandeln der Leistung P_L in eine äquivalente Blindleistung Q_T, um ein Blindleistungsführungssignal Q* /w zu liefern.Dieses Signal wird an einen Summierpunkt 182 angelegt, und es wird die Differenz dieses Signals mit dem Ausgangssignal Q₁./co der Blindleistungsrechenschaltung 176 gebildet, was ein Blindleistungssignal

der Last 56 und der Kondensatoren 64 ergibt, die in Fig. gezeigt sind, so daß ein Blindleistungsführungsfehlersignal Q*_v/o auf einer Signalleitung 184 erscheint.

Weiter wird gemäß Fig.4 ein Signal V_T/ das der verketteten Quellenspannung entspricht, welche an den Wechselstromleitungen 58 und 62 erscheint, an eine Quadrierschaltung 186 angelegt, die typisch eine Multiplizierschaltung ist und ein Ausgangssignal liefert, welches dem Quadrat der Quellenspannung entspricht, d.h. V² . Diese Multiplizierschaltung 186 kann eine mehrphasige Eingangsspannung V empfangen statt der dargestellten einzelnen Phase. Das Signal V² wird an zwei Schaltungen 188 und 190 angelegt, die mit der Blindleistungsrechenschaltung 66 bzw. dem Summierpunkt 182 verbunden sind und typisch analoge Teilerschaltungen zum Implementieren der Umkehrfunktion 1/V² sind. Während die Blindleistungsrechenschaltung 66 eine Blindleistungsberechnung mit einem Eingangssignal von V_/a? ausführt, um ein Ausgangssignal ausgedrückt in VA/co zu liefern, wandelt die Ubergangsfunktion der Schaltung 188, die mit der Blindleistungsrechenschaltung 66 verbunden ist, das Blindleistungsrückführungssignal in ein Kapazitätsrückführungssignal C um, da es sich um ein Signal handelt, das gleich V ist und der Gleichung (4) entspricht. Es

V²CnJ

wird daher ein Rückführungssignal an den Summierpunkt 76 und an die Skalierschaltung 84 angelegt, welches ein Kapazitätssignal und nicht ein Blindleistungssignal ist. Ebenso wandelt die Schaltung 190 das Blindleistungsführungssignal Q* /^ω in ein Kapazitätsführungssignal C* um, indem sie es mit 1/V² _T mulitipliziert, um ein Signal Q*V/V² _T<«5 zu erzeugen. Ein Kapazitätsdifferenzsignal C* aus dem Summierpunkt 76 wird nun an die lineare Reglerschaltung angelegt, die mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben wurde, und der Betrieb geht sowohl in dem Voreil- als auch in dem Nacheilquadranten so weiter, wie es oben beschrieben worden ist. Wenn es die Aufgabe des Blindleistungsgenerators 20 ist, den festen Kondensator 64 abzustimmen, dann ist die

Eigencharakteristik des Blindleistungsreglers nach Fig. 3 ideal, da er als ein negativer Kondensator wirken und der Eigencharakteristik des festen Kondensators folgen wird, wenn sich entweder die Quellenspannung oder die Quellenfrequenz ändert. Es sollte auch beachtet werden, daß eine feste Drossel einen festen Kondensator abstimmen wird, wenn sich die Spannung ändert, nicht aber, wenn sich die Frequenz ändert. Ein negativer Kondensator, wie er effektiv in der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 erzeugt wird, stimmt jedoch einen festen Kondensator bei allen Spannungen und Frequenzen ab. Wenn es die Aufgabe des Blindleistungsgenerators ist, den Blindstrom beispielsweise eines phasengesteuerten Stromrichterantriebs zu kompensieren, ist seine Charakteristik als positiver Kondensator nicht exakt ideal, verläuft aber trotzdem im korrekten Sinn, um eine korrekte Kompensation zu bewirken, wenn sich die Quellenspannung verändert, da bei einer bestimmten Drehzahl und einem bestimmten Drehmoment der Antrieb einen induktiven Blindstrom aufnimmt, der mit der Leitungsspannung zunimmt, und die simulierte Kapazität einen kapazitiven Strom aufnimmt, der sich ebenso verändert. Das gilt ungeachtet dessen, ob der Antrieb im Motor-oder im Rückspeisungsbetrieb ist, und ungeachtet der Betriebsdrehzahl. Die zeitliche Änderung des Blindstroms in bezug auf die Spannungsänderung ist aber äußerst veränderlich. Die Eigencharakteristik der künstlichen Kapapzität, die in der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 vorgesehen ist, bildet eine äußerst erwünschte Einrichtung zum Steuern des Blindleistungsgenerators derart, daß eine natürliche Kompensation für die Veränderung der Last erfolgt, wenn sich die Quellenspannung oder die Frequenz verändert.

Hier ist zwar eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden, es ist jedoch klar, daß diese Steuerung bei Bedarf auch in einem digitalen Rechenregler implementiert werden könnte.

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Claims

Patentansprüche

1. Steuerschaltung für einen statischen Blindleistungsgenerator, gekennzeichnet durch:

a) einen Blindleistungsgenerator (20), der mehrere gesteuerte Gleichrichter (28.-28,) enthält, die mit einer

I D

Wechselstromquelle (10) verbunden sind;

b) eine Einrichtung (52), die auf ein Steuerwinkelführungs-

signal A hin den Zündwinkel der gesteuerten Gleichrichter zum Erzeugen von Blindleistung steuert;

c) eine Einrichtung (21, 190) zum Festlegen eines Kapazitäts-

führungssignals (C*); und

d) eine Steuereinrichtung (70, 72), an die das Kapazitätsführung ssignal angelegt wird und die auf dieses Signal anspricht, um das Steuerwinkelführungssignal «C zu erzeugen.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: e) eine Einrichtung (188) zum Bilden eines weiteren Kapazitätssignals C_v, das der effektiven Kapazität des Blindleistungsgenerators (20) an der Wechselstromquelle (10) entspricht; wobei die Steuereinrichtung (70, 72) sowohl auf das Kapazitätsführungssignal als auch auf das weitere Kapazitäts-

* signal anspricht, um das Steuerwinkelführungssignal eC

zu erzeugen.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindleistungsgenerator (20) einen zwangskommutierten Stromrichter enthält.

4. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Gleichrichter (28..-28g) des Stromrichters (20) Thyristoren sind.

5. Steuerschaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch:

e) eine Einrichtung (188) zum Bilden eines Kapazitätssignals C„, das der effektiven Kapazität des zwangskommutierten Stromrichters (20) an der Wechselstromquelle (10) entspricht;

wobei die Steuereinrichtung (70, 72) auf eine Kombination der beiden Kapazitätssignale C , C„ anspricht und das Steuerwinkelführungssignal oC erzeugt.

6. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindleistungsgenerator (20) einen induktiv belasteten zwangskommutierten Stromrichter enthält, der dadurch als ein Stromquellenblindleistungsgenerator arbeitet.

7. Steuerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Gleichrichter (28 ..-28,-) des Stromrichters (20) Thyristoren sind.

8. Steuerschaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch:

e) eine Einrichtung (188) zum Bilden eines Kapazitätssignals C„, das der effektiven Kapazität des induktiv belasteten zwangskommutierten Stromrichters (20) an der Wechselstromquelle (10) entspricht;

wobei die Steuereinrichtung (70, 72) auf eine Kombination

*
der beiden Kapazitätssignale C , C.₇ anspricht und das

Steuerwinkelführungssignal ö6 erzeugt.

9. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindleistungsgenerator (20) ein Thyristorstromrichter ist,der sowohl kapazitiv als auch induktiv arbeitet, um kapazitive und induktive Blindleistung zu erzeugen.

10. Steuerschaltung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch: e) eine Einrichtung (188) zum Bilden eines Kapazitätsrückführungssignals C„, das der effektiven Kapazität des Stromrichters (20) an der Wechselstromquelle (10) entspricht;

wobei die Steuereinrichtung (70, 72) auf das Kapazitäts-

*
fuhrungssignal C und das Kapazitätsrückführungssignal

* C„ anspricht, um das Steuerwinkelführungssignal cL

zu erzeugen.

11. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindleistungsgenerator (20) ein induktiv belasteter zwangskommutierter Thyristorstromrichter ist, der als Stromquellenblindleistungsgenerator arbeitet und eine vorbestimmte Betriebskennlinie hat;

und daß die Steuereinrichtung (70, 72) eine Signalübergangsfunktion hat, die wenigstens einen Teil der Betriebskennlinie des Blindleistungsgenerators (20) im Modell nachbildet.

12. Steuerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ((70, 72) eine Signalübergangsfunktion hat, die im wesentlichen die gesamte Betriebskennlinie des Blindleistungsgenerators (20) im Modell nachbildet.

13. Steuerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebskennlinie des Blindleistungsgenerators (20) insgesamt nichtlinear ist und daß die Signalübergangsfunktion der Steuereinrichtung (70, 72) eine nichtlineare Ubergangsfunktion aufweist.

14. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindleistungsgenerator (20) ein induktiv belasteter zwangskommutierter Thyristor stromrichter ist, der eine nichtlineare Betriebskennlinie hat, und daß die gesteuerten Gleichrichter (28,|-28g) Thyristoren sind;

daß die Steuereinrichtung (70, 72) eine Signalübergangsfunktion hat, die wenigstens einen Teil der nichtlinearen Betriebskennlinie des Stromrichters im Modell nachbildet;

e) daß eine Einrichtung (188) vorgesehen ist zum Bilden eines kapazitiven Rückführungssignals C , das der effektiven Kapazität des Stromrichters (20) an der Wechselstromquelle (10) entspricht;

daß die Steuereinrichtung (70, 72) sowohl auf das Kapazitäts-

führungssignal C als auch auf das Kapazitätrückführungs-

* signal C„ anspricht, um das Steuerwinkelführungssignal «i.

zu erzeugen.

15. Steuerschaltung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch:

f) eine Einrichtung (86) zum Erzeugen eines Summensignals aus dem Kapazitätsführungssignal C und dem Kapazitätsrückführungssignal C , wobei die Steuereinrichtung (70, 72) auf das Summensignal anspricht.

16. Steuerschaltung nach Anspruch 15,gekennzeichnet durch:

g) eine Einrichtung (76) zum Bilden eines Differenzsignals

C _ aus dem Kapazitätsführungssignal C und dem Kapazi-

tätsrückführungssignal C_y;
h) eine weitere Steuereinrichtung (74, 78), die auf das Differenzsignal hin ein weiteres Steuerwinkelführungs-

signal erzeugt,
i) eine Einrichtung (68) zum Verknüpfen des erstgenannten Steuerwinkelführungssignals und des weiteren Steuerwinkelführungssignals zu einem Zusammengesetzen Winkelführungssignal; und

wobei das zusammengesetzte Winkelführungssignal an die Einrichtung (52) zum Steuern des Zündwinkels angelegt wird.

17. Steuerschaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Steuereinrichtung (74, 78) eine im wesentlichen lineare Signalübergangsfunktion hat.

18. Steuerschaltung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch: j) Einrichtungen (82, 84) zum Skalieren des Kapazitätsführungssignals C und des Kapazitätsrückführungssignals C„ mit Signalverstärkungsfaktoren K bzw. 1-K , wobei K gleich oder kleiner als eins ist; wobei die Einrichtung (86) zum Bilden eines Summensignals ein Summensignal des skalierten Kapazitätsführungssignals und des skalierten Kapazitätsrückführungssignals bildet.

19. Steuerschaltung nach Anspruch 1, bei der die gesteuerten Gleichtichter (28..-28g) des Blindleistungsgenerators (20)

Thyristoren sind,dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung

(21, 190) zum Bilden eines Kapazitätsführungssignals C enthält:
i) eine Einrichtung (21) zum Bilden eines Blindleistungsführungssignals, das einer Blindleistungsführungsgröße entspricht; und

ii) eine Einrichtung (190) zum Umwandeln des Blindleistungs-

* führungssignals in das Kapazitätsführungssignal C .

20. Steuerschaltung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindleistungsgenerator (20) ein induktiv belasteter zwangskommutierter Thyristorstromrichter ist.

21. Steuerschaltung nach Anspruch 1, bei der die Wechselstromquelle (10) Strom und Spannung an eine Last (56) abgibt und bei der die gesteuerten Gleichrichter (28,-28,) des Blind-

I O

leistungsgenerators (20) Thyristoren sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (190) zum Bilden

*
eines Kapazitätsführungssignals C enthält:

i) eine Einrichtung zum Liefern eines Stromsignals I_ das zu dem der Last (56) zugeführten Strom proportional ist;

ii) eine Einrichtung zum Liefern eines Spannungssignals V_, das zu der an die Last (56) angelegten Spannung proportional ist;

iii)eine Einrichtung (172) zum Umwandeln des Spannungssignals V in ein frequenzbezogenes Spannungssignal V /to , wobei Oi = 2 ITf ist und f der Quellenfrequenz entspricht;

iv) eine Einrichtung (21, 66), die das Stromsignal und das frequenzbezogene Spannungssignal empfängt um, ein Blindleistungsführungssignal zu erzeugen;

v) eine Einrichtung (190), die mit der Einrichtung zum Erzeugen eines Blindleistungsführungssignals verbunden ist, um das Blindleistungssignal in das Kapazitätsführungssignal umzuwandeln.

22. Steuerschaltung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindleistungsgenerator (20) ein induktiv belasteter zwangskommutierter Thyristorstromrichter ist.

23. Steuerschaltung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalumwandlungseinrichtung (172) eine Signalintegriereinrichtung enthält; und daß die Blindleistungssignalerzeugungseinrichtung (21, 66) enthält:

eine erste Schaltungsanordnung (178, 180), die auf das Stromsignal I und das frequenzbezogene Spannungssignal V/ti hin ein frequenzbezogenes Leistungssignal Pj/*⁰ erzeugt; eine zweite Schaltungsanordnung (176), die auf das Stromsignal I_ und das frequenzbezogene Spannungssignal V /oi hin ein

L· J-

frequenzbezogenes Blindleistungssignal Q,/ω erzeugt; eine dritte Schaltungsanordnung (181) zum Umwandeln des frequenzbezogenen Leistungssignals Pj/⁰^ ^{in ein} weiteres frequenzbezogenes Blindleistungssignal Q _T/ ^ ;

-7- 3A2333A

eine vierte Schaltungsanordnung (182) zum Bilden der Differenz zwischen den frequenzbezogenen Blindleistungssignalen Q₁/^{00 und} Qm/⁰⁵ f um ein frequenzbezogenes Blindleistungsführungssignal Q „ zu liefern; wobei die Umwandlungseinrichtung (190) eine fünfte Schaltungsanordnung enthält zum Umwandeln des frequenzbe-

* zogenen Blindleistungsführungssignals Q _Λ. in ein Kapazitäts-

* ^v

führungssignal C .

24. Steuerschaltung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,

daß die fünfte Schaltungsanordnung (190) eine Einrichtung

2 enthält zum Liefern eines Signals V , das zu dem Quadrat des Spannungssignals V proportional ist, und eine Einrichtung zum Multiplizieren des frequenzbezogenen Blindleistungs-

* 2

führungssignals Q _v mit dem Kehrwert des Signals V , das zu dem Quadrat des Spannungssignals proportional ist, um dadurch das Kapazitätsführungssignal C zu erzeugen.

25. Steuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die gesteuerten Gleichrichter (28^-28^) Thyristoren sind und wobei der Blindleistungsgenerator (20) ein induktiv belasteter zwangskommutierter Thyristorstromrichter ist, der eine vorbestimmte Betriebskennlinie hat,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (21, 190) zum Bilden eines Kapazitätsführungssignals C enthält:

i) eine Einrichtung (21) zum Bilden eines Blindleistungsführungssignals, das einer Blindleistungsführungsgröße entspricht; und

ii) eine Einrichtung (190) zum Umwandeln des Blindleistungsführungssignals in das Kapazitätsführungssignal; wobei die Steuereinrichtung (70, 72) eine Signalübergangsfunktion hat, die wenigstens einen Teil der Betriebskennlinie des Blindleistungsgenerators im Modell nachbildet.

26. Steuerschaltung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Betriebskennlinie des Blindleistungsgenerators (20) eine nichtlineare Betriebskennlinie ist und daß die Signalübergangsfunktion wenigstens einen Teil der nichtlinearen Betriebskennlinie des Blindleistungsgenerators (20) im Modell nachbildet.

27. Steuerschaltung nach Anspruch 26,gekennzeichnet durch:

e) eine Einrichtung (188) zum Bilden eines Kapazitätsrückführungssignals C^, das der Kapazität entspricht, die der Stromrichter (20) an der Quelle (10) bildet;

f) eine Einrichtung (86) zum Verknüpfen des Kapazitätsführungsignals und des Kapazitätsrückführungssignals, um ein zusammengesetztes Signal zu erzeugen, welches an die Steuereinrichtung (70, 72) angelegt wird;

g) eine Einrichtung (76) zum Erzeugen eines Differenzsignals zwischen dem Kapazitätsführungssignal und dem Kapazitätsrückführungssignal; .

h) eine weitere Steuereinrichtung (74, 78), die das Differenzsignal empfängt und ein weiteres Steuerwinkelführungssignal erzeugt;

i) eine Einrichtung (68) zum Bilden der Summe aus dem erstgenannten Steuerwinkelführungssignal und dem weiteren Steuerwinkelführungssignal, um dadurch ein summiertes Winkelführungssignal zu erzeugen; wobei das summierte Winkelführungssignal an die Einrichtung (52) zum Steuern des Zündwinkels angelegt wird.

28. Steuerschaltung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Steuereinrichtung (74, 78) eine im wesentlichen lineare Ubergangsfunktion zwischen vorgeschriebenen Grenzen hat.

29. Verfahren zum Steuern eines statischen Blindleistungsgenerators, der mehrere gesteuerte Gleichrichter enthält, die mit einer Wechselstromquelle verbunden sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

_ Q —

a) Steuern des Zündwinkels der gesteuerten Gleichrichter durch ein Steuerwinkelführungssignal zum Erzeugen von Blindleistung;

b) Bilden eines Kapazitätsführungssignals;

c) Erzeugen des Steuerwinkelführungssignals auf das Kapazitätsführungssignal hin.

30. Verfahren nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:

d) Bilden eines weiteren Kapazitätssignals, das der effektiven Kapazität des Blindleistungsgenerators an der Wechselstromquelle entspricht; wobei der Erzeugungsschritt c) den Schritt beinhaltet, das Steuerwinkelführungssignal auf das Kapazitätsführungssignal und das weitere Kapazitätssignal hin zu erzeugen.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindleistungsgenerator einen zwangskommutierten Stromrichter enthält.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Gleichrichter Thyristoren sind.

33. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindleistungsgenerator ein Stromquellenblindleistungsgenerator ist.

34. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindleistungsgenerator ein induktiv belasteter zwangskommutierter Thyristorstromrichter ist.

35. Verfahren nach Anspruch 29, wobei der Blindleistungsgenerator ein Thyristorstromrichter ist, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:

d) Betreiben des Stromrichters^ sowohl kapazitiv als auch

induktiv, um dadurch kapazitive und induktive Blindleistung zu erzeugen.

36. Verfahren nach Anspruch 35, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

a) Bilden eines Kapazitätsrückführungssignals, das der effektiven Kapazität des Stromrichters an der Wechselstromquelle entspricht;

wobei der Erzeugungsschritt c) den Schritt beinhaltet, das Winkelführungssignal auf das Kapazitätsführungssinal und das Kapazitätsrückführungssignal hin zu erzeugen.

37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindleistungsgenerator einen induktiv belasteten zwangskommutierten Thyristorstromrichter aufweist und daß der Erzeugungsschritt c) beinhaltet, das Steuerwinkelführungssignal dadurch zu erzeugen, daß wenigstens ein Teil der Betriebskennlinie des Blindleistungsgenerators im Modell nachgebildet wird.

38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Nachbildens im Modell beinhaltet, im wesentlichen die gesamte Betriebskennlinie des Blindleistungsgenerators im Modell nachzubilden.

39. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindleistungsgenerator einen induktiv belasteten zwangskommutierten Thyristorstromrichter mit einer nichtlinearen Betriebskennlinie aufweist.

40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß der Erzeugungsschritt c) zusätzlich beinhaltet: i) Bilden eines Summensignals aus dem Kapazitätsführungssignal und dem Kapazitätsrückführungssignal und Ii) Erzeugen des Steuerwinkelsignals auf das Summensignal hin.

41. Verfahren nach Anspruch 40, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

e) Bilden eines Differenzsignals zwischen dem Kapazitätsführungssignal und dem Kapazitätsrückführungssignal;

f) Erzeugen eines weiteren Steuerwinkelführungssignals auf das Differenzsignal hin;

g) Verknüpfen des erstgenannten Steuerwinkelführungssignals und des weiteren Steuerwinkelführungssignals zu einem zusammengesetzten Winkelführungssignal; wobei der Schritt b) zum Steuern des Zündwinkels beinhaltet, diesen mit dem zusammengesetzten Winkelführungssignal zu steuern.

42. Verfahren nach Anspruch 41, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

h) Skalieren des Kapazitätsführungssignals und des Kapazitätsrückführungssignals mit Signalverstärkungsfaktoren K bzw 1-K, wobei K gleich oder kleiner als eins ist,

wobei der Schritt des Bilden eines Summensignals gemäß dem Schritt c) beinhaltet: Bilden eines Summensignals aus dem Kapazitätsführungssignal und dem Kapazitätsrückführungssignal im Anschluß an den Skalierschritt.

43. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindleistungsgenerator mehrere Thyristoren enthält und daß der Schritt b) zum Bilden eines Kapazitätsführungs-, signals beinhaltet:

i) Bilden eines Blindleistungsführungssignals, das einer Blindleistungsführungsgröße entspricht; und

ii) Umwandeln des Blindleistungsführungssignals in das Kapazitätsführungssignal .

44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindleistungsgenerator einen induktiv belasteten

zwangskommutierten Thyristorstromrichter aufweist.

45. Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Wechselstromquelle Strom und Spannung an eine Last abgibt und wobei der Blindleistungsgenerator mehrere Thyristoren enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b) zum Bilden eines Kapazitätsführungssignals folgende Schritte beinhaltet:

i) Bilden eines Stromsignals L_L, das zu dem Strom, welcher der Last zugeführt wird, proportional ist;

ii) Bilden eines Spannungssignals V , das zu der an die Last angelegten Spannung proportional ist;

iii) Umwandeln des Spannungssignals V- in ein frequenzbezogenes Spannungssignal V„,/o>, wobei ω = 2Tf ist und f der Quellenfrequenz entspricht;

iv) Erzeugen eines Blindleistungssignals auf das Stromsignal und das frequenzbezogene Spannungssignal hin; und

v) Umwandeln des Blindleistungsführungssignals in das Kapazitätsführungssignal.

46. Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindleistungsgenerator einen induktiv belasteten zwangskommutierten Thyristorstromrichter aufweist.

47. Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandlungsschritt iii) das Integrieren des Spannungssignals beinhaltet; und

daß der Erzeugungsschritt iv) beinhaltet: Erzeugen eines frequenzbezogenen Leistungssignals P-/60 auf das Stromsignal I_T und das frequenzbezogene Spannungssignal V /Whin; Erzeugen eines frequenzbezogenen Blindleistungssignals Q_L/" auf das Stromsignal I_L und das frequenzbezogene Spannungssignal V /whin; Umwandeln des frequenzbezogenen Leistungssignals P./O in ein weiteres fre-

quenzbezogenes Blindleistungssignal Q*_T/«*>; und Bilden der Differenz der frequenzbezogenen Blindleistungssignale Q_L/w und Q* /«J, um ein frequenzbezogenes Blindleistungsführungssignal Q* zu erzeugen; wobei der ümwandlungsschritt v) beinhaltet: Umwandeln des frequenzbezogenen Blindleistungsführungssignals Q*_v in ein Kapazitätsführungssignal C*.

48. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandlungsschritt v) weiter beinhaltet: Erzeugen eines Signals V²„, das zu dem Quadrat des Spannungssignals V_, proportional ist, und Multiplizieren des frequenzbezogenen Blindleistungsführungssignals Q* mit dem Kehrwert des zu dem Quadrat des Spannungssignals proportionalen Signals, um das Kapazitätsführungssignal C* zu erzeugen.

49. Verfahren nach Anspruch 47, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

d) Bilden eines Differenzsignals zwischen dem Kapazitätsführungssignal und dem Kapazitätsrückführungssignal;

e) Erzeugen eines weiteren Steuerwinkelführungssignals auf das Differenzsignal hin;

f) Verknüpfen des erstgenannten Steuerwinkelführungssignals mit dem weiteren Steuerwinkelführungssignal zu einem zusammengesetzten Winkelführungssignal; wobei der Steuerschritt b) beinhaltet: Steuern des Zündwinkels mit dem zusammengesetzten Winkelführungssignal .

50. Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter eine nichtlineare Betriebskennlinie hat und daß der Schritt c) des Erzeugens des Steuerwinkelführungssignals beinhaltet, daß wenigstens ein Teil der nichtlinearen Betriebskennlinie des Blindleistungsgenerators beim Erzeugen des erstgenannten Winkelführungssignals im Modell nachgebildet wird.

51. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt e) des Erzeugens eines weiteren Steuerwinkelf ührungssignals beinhaltet, ein Signal gemäß einer im wesentlichen linearen Signalübergangsfunktion zu erzeugen.