DE2022621C3

DE2022621C3 - Steuerschaltung für einen statischen Wechselrichter

Info

Publication number: DE2022621C3
Application number: DE2022621A
Authority: DE
Inventors: John Desmond Stafford Ainsworth (Grossbritannien)
Original assignee: ENGLISH ELECTRIC CO Ltd LONDON
Current assignee: ENGLISH ELECTRIC CO Ltd LONDON
Priority date: 1969-05-09
Filing date: 1970-05-08
Publication date: 1979-09-20
Also published as: SE361117B; DE2022621A1; US3644820A; FR2047485A5; DE2022621B2; CH539977A; GB1300226A; JPS515483B1

Description

Die Erfindung bezieht sich a:^c eine Steuerschaltung für einen statischen Wechselrichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Steuerschaltung ist z. B. aus dem »Bulletin SEV« 58 (1967) 2, vom 21. Januar, Seite 60—68, in Verbindung mit einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) bekannt. Ausgehend von vorgegebenen Spannungen der beiden Wechselstromnetze werden dabei sowohl der Gleichrichter als auch der Wechselrichter auf konstanten Gleichstrom geregelt. Dabei ist jedoch der Sollwert des Gleichstromes für dm Gleichrichter größer als für den Wechselrichter. Dadurch ergibt sich, daß in jedem Augenblick stets nur einer der beiden Stromregler wirksam ist: Ist der Wechselrichter nach Maßgabe seiner Löschwinkel-Regelung voll ausgesteuert, so kann er die Gegenspannung nicht weiter erhöhen, wenn der Gleichstrom oberhalb des zweiten Gleichstromwertes liegt. In diesem Fall wird der Gleichrichter die den ersten Gleichstromwert durch entsprechende Teilaussteuerung bewirken. Ist jedoch der Gleichrichter voll ausgesteuert, obwohl der erste Gleichstromwert noch nicht erreicht ist, so wird der Stromregler des Wechselrichters dessen Gegenspannung so lange verändern, bis der zweite, niedrigere Gleichstromwert erreicht ist. Maßgebend für den sich einstellenden Betriebspunkt ist der Schnittpunkt der Kennlinie für die Gleichspannung in Abhängigkeit vom Gleichstrom für den Gleichrichter einerseits und für den Wechselrichter andererseits. Diese Verhältnisse werden in der Figurenbeschreibung weiter unten anhand der Fig. 2 näher erläutert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Steucrkcnnlinien so abzuwandeln, daß sich unter allen denkbaren Betriebsbedingungen stets ein eindeutiger Kennümen-jchnittpunki ergibt. Ausgehend von einer Steuerschaltung <)li eingangs genannten Art wird diese Aufgabe eriiiidungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines vereinfachten Hochspannungsgleichstrom-Übertragungssystems,

Fig.2 die normale Gleichspannungs/Gieichstrom-Charakteristik für den Gleichrichter und den Wechselrichter gemäß F ig. 1,

F i g. 3 die Gleichspannungs/Gleichstrom-Charakteristik für den Gleichrichter und den Wechselrichter in dem System, wenn die Charakteristik des Wechselrichters durch den Steuerkreis nach F i g. 1 abgewandelt wird.

F i g. 1 zeigt eine Hochspannungsgleichstromübertragungsanordnung mit einem Gleichrichter 10, der von einer Wechselspannungsquelle 11 über eine Sammelschiene 12 und einen Transformator 14 gespeist wird. Die Spannungsquelle 11 ist eine Wechselspannungsquelle IiE, mit der eine Impedanz HZ in Reihe geschaltet ist. Der Ausgang des Gleichrichters 10 wird über eine Glättungsdrossel 15 einer Gleichstromübertragungsleitung 16 zugeführt, wobei die Querimpedanz dieser Leitung durch einen Kondensator 17 repräsentiert ist.

Ein Wechselrichter 19 wird mit Gleichstrom aus der Übertragungsleitung 16 über eine weitere Glättungsdrossel 20 gespeist, und der Wechselrichter speist seinerseits eine Wechselstromlast 21, die durch eine Spannungsquelle 21 £ und eine hiermit in Reihe geschaltete Impedanz 21Z charakterisiert ist. Die Speisung erfolgt dabei über einen Transformator 22 und eine Sammelschiene 23.

Die Zündimpulse werden dem Gleichrichter 10 durch einen Zündimpulsgenerator 24 geliefert. Der Winkel, bei dem diese Impulse den Gleichrichterventilen aufgeprägt werden, wird in Abhängigkeit von einem Spannungssignal auf der Leitung 25 verändert, das repräsentativ für die Differenz zwischen einem der Gleichrichtersteuerung vorgegebenen Gleichsirornso'iweri und dem in der Übertragungsleitung gemessenen Gleichstromistwert ist. Wenn z. B. der Sollwert größer ist als der Istwert, wird der Zündwinkel progressiv vermindert, bis diese Stromwerte im wesentlichen gleich sind. Dieses Spannungssignal wird durch einen Verstärker 27 erzeugt, dessen Eingang durch ein Fehlersignal gebildet wird, welches von einer Summierungsstufe 28 abgeleite', wird. Die beiden E'ngänge, die in dem dargestellten Sinn summiert werden, werden erstens von einem festen Signal /oi gebildet, das dem Gleichstromsollwert entspricht, der von dem Gleichrichter erzeugt werden ,oll, und außerdem von einem Signal, das von einem Stromwandler 29 abgeleitet wird und den Gleichstromistwert angibt.

Der Wechselrichter 19 wird in gleicher Weise mit Zündinipulsen aus einem Impulsgenerator 31 gespeist. Der Winkel, bei dem die Zündimpulse den Ventilen des Wechselrichters 19 zugeführt werden, wird in Abhängigkeit von dem einen oder anderen zweier Signale geändert, die dein Zündimpulsgenerator 31 über zwei Dioden 32 und 33 in der unten beschriebenen Weise zugeführt werden. Diese beiden Signale wurden von Verstärkern 34, 35 zugeführt, die mit den Dioden 32 bzw. 33 verbunden sind.

Der Verstarker 34 wird mit einem Signal aus einer Summierungsstufe 36 gespeist, dei das Stromsigrial /oi für den der Gleichrichtersteuening vorgegebenen Gleichstromsollwert zugeführt wird, und außerdem mit

einem konstanten Stromeingangssignal dl. Die Differenz dieser beiden Signale ergibt einen Gleichstromsollwert für die Wechselrichtersteuerung, der um den Betrag dl unter dem Gleichstromsollwert für die Gleichrichtersteuerung liegt. Ein dem Gleichstromistwert am Wechselrichter proportionales Signal wird von einem Stromwandler 37 geliefert. Diese drei Signale werden in dem dargestellten Sinne summiert, um ein Fehlersignal zu liefern, das den Betrag angibt, um welchen sich der Gleichstromistwert am Wechselrichter von dem der Wechselrichtersteuerung vorgegebenen Gleichstromsollwert unterscheidet.

Der Verstärker 35 wird aus einer Summierungsstufe 38, welche drei Eingänge besitzt, mit einem Signal gespeist. Der erste Eingang der Summierungsstufe 38 rührt von einer »Löschwinke!«-Steuerstufe 39 her, welche der Leitung 40 ein Signal liefert, das den Winkel anzeigt, unter dem die Ventile des Wechselrichters aufhören zu leiten. (Diese Steuerstufe kann zweckmäßigerweise von der in der britischen Patentschrift 1171953 beschriebenen Bauart sein). Der zweite Eingang ist ein Befehlssignal auf der Leitung 41, das einen voreingestellten Löschwinkelsollwer; »γ«, z. B. 18°, der Ventile des Wechselrichters darstellt. Der dritte Eingang wird von einem Verstärker 42 abgenommen, der ein modifiziertes Fehlersignal erzeugt, das von der Differenz zwischen dem Gleichrichter-Gleichstromsollwertsignal /οι und dem Gleichstromistwert am Wechsel richter abhängig ist, der über den Stromwandler 37 gemessen wird.

Der Verstärker 35 erzeugt demgemäß ein Steuersignal, das vom Löschwinkel der Ventile des Wechselrichter? 19 abhängig ist, und der Verstärker 34 erzeugt ein ähnliches Signal, das von der Differenz von Gleichstromsollwert und Gleichstromistwert abhängig ist. Wirksam ist dabei jeweils der Verstärker, der das negative Signal erzeugt, da gemäß der dargestellten Anordnung nur eine der Dioden 32 und 33 leiten kann, wenn die beiden Signale von den Verstärkern 34 und 35 unterschiedliche Spannungspegel besitzen.

Nunmehr wird auf Fig. 2 der Zeichnung Bezug genommen. Hierin ist die Normalcharakieristik von Gleichrichter 10 und Wechselrichter 19 gegenüber der Gleichspannung (Vi) und dem Gleichstrom (Il) der Übertragungsleitung aufgetragen. Pie Kurven ABCund DEFC stellen die Charakteristiken von Gleichrichte' bzw. Wechselrichter dar. Der vertikale Abschnitt BC der Kurve ABC entspricht der Bedingung, bei der der Gleichstromistwert etva gleich ist dem Gleichstromsollwert (durch das Signal /_Oi repräsentiert), und der Abschnitt AB folgt der natürlichen Charakteristik des Gleichrichters bei einem Zündwinkel »λ« gleich NuI! über einen Bereich, wo der Gleichstromistwert geringer ist als der Gleichrchter-Gleichstromsollwert. Wenn der Gleichstromistwert in der Übertragungsleitung kleiner ist als der Gleichstromsollwert, sucht der Verstärker 27 in den Sättigungszustand überzugehen, und die Begren-/.ungswirkung des WechselrichtersysK-rns wird wirksam, wenn der Zündwinkel gleich Null ist

Der Vertikalabschnitt DE der Wechselrichtercha= rakierisiik entspricht in gleicher Weise der Bedingung, bei der der Gleichstromsollwert für den Wechselrichter trleich dem Gleichstromistwert ist, wobei der Verstärker M den Impulsgenerator 31 steuert. Wenn der 'jleich.sirornisiwert größer ist als dieser Gleichstromvvcrt. weil der Wechselrichter an seiner Aussteucrungs-L'ren/e ist, wird der Verstärker 35 wirksam und die l harakteristik des Wechselrichters iulst der Linie EFG für einen Nennlöschwinkel von z, B. 18°.

Die Länge der vertikalen Abschnitte der beiden Kurven BC und DE hängen von den jeweiligen Wechselstromsystemspannungen am Eingang und Aus-

j gang der Verbindung ab. Wenn z. B. die Gleichrichterwechselspeisespannung abfällt, dann wird die Länge von die BC geringer und die Linie AB fällt graduell über die beiden strichliert dargestellten Stellungen A\B\ und A2B1, wenn die Gleichrichterwechselspannung vr von

iü einem Nennwert vrO über vr\ nach vr2 abfällt

Die Neigung der Abschnitte AB und EG hängt im großen MaBe von den jeweiligen Wechselstromsystemimpedanzen HZ und 21Z ab. Die strichlierte Linie EE\ F\ Gi in F i g. 2 zeigt z. B. die Wirkung der sich von dem Ursprungswert gemäß Fig. 1 erhöhenden Impedanz 21Z

Wenn die Gleichrichterwechselspannung bei wO liegt, ist nur ein Überkreuzungspunkt zwischen den beiden Charakteristiken bei F vorhanden, und das

2u System arbeitet unter einer stabi!·..¹, Bedingung. Wenn jedoch die Gleichrichterwechselspanru-ng z. B. auf den Wert vr 1 abgefallen ist, sind nunmehr drei Überkreuzungspunkte zwischen den beiden Charakteristiken bei L, M und Fi vorhanden. Eine Betrachtung des Systems lehrt, daß, obgleich es nicht in der Stellung M arbeitsfähig wäre, dennoch zwei quasistabile Zustände verbleiben, in denen das System arbeiten kann, nämlich L und Fu Vorausgesetzt, daß man sich den Stellungen vorsichtig genähert hat, ist es möglich, das System entweder an dem einen oder an dem anderen dieser Punkte zu betreiben, aber jede darauffolgende Störung, z. B. ein augenblicklicher Kommutationsverlust, bewirkt, daß das System ständig zu, Ischen L und Fi mit einer Geschwindigkeit hin- und herspringt, die von der

jo Zeitkonstanten der Leitung abhängt.

Diese unerwünschte Wirkung wild durch die Arbeitsweise des Verstärkers 42 ausgeschaltet. Dieser wird mit einem Signal gespeist, das der Lifferenz zwischen dem Gleichstromsollwert /01 und dem Gleich-

4Ii stromistwert Il proportional ist, und zwar erfolgt die Speisung von einer Summierungsstufe 43 her. Der Verstärker hat eine voreingestellte Verstärkung und der Ausgang wird einem »Löschwinkelw-Steuerverstärker 35 in der Weise zugeführt, daß der Löschwinkelsollwert

r, »y« sich zu erhöhen sucht, wenn der Gleichstromwert abfällt. Außerdem ist der Verstärker 42 mit Sättigungsbegrenzung derart versehen, daß seine Ausgangsspannung von Null aus auf einen gewissen festgelegten positiven Spannungswert begrenzt ist. Wenn der

-.ο Gleichstromistwert gleich ist oder größer als der Gleichstromsollwert, dann wird der Ausgang dieses Verstärkers Null und die Löschwinkelsteuerstufe wird dur-.h ihn nicht beeinflußt. Wenn aber der Gleichstromistwert unter den Gleichstromsollwert abfällt, dann

v. wird ein progressiv ansteigender Löschwinkel durch die Kombination von Verstärker 42 und Löschwinkelsollwert in der oben beschriebenen Weise abgefordert.

Die Charakteristik des Wechselrichters wird auf diese Weise modifiziert und nimmt die Gestalt der in Fig. 3

ei ersichtlichen Kurve an, wobei die gesamte Wechsel= richtercharakteristikder Linie DHF\Gfolgt

Aus dieser Figur ist deutlich ersichtlicn, daß im Falle von Änderungen der Wechselstromsystemspannungen. 7.. B. Änderungen r'er Wechselspeisespannung, die eine Änderung der Länge der Linie flC'zur Folge hat, nur ein Überkreuzungspunkt zwischen den beiden Charakteri stiken zu allen Zeiten besteht, so ist stets eine stabile Arbeitsweise rnöelich. Die für diesen Zustand erforderl¹-

20 22 b2

chen Bedingungen bestehen darin, daß die Verstärkung des Verstärkers 42 genügend groll ist, um die Wechselrichtercharakteristik von der Anfangsstellung li\F\ nach einer Stellung Hl·] oder einer Stellung zu überführen, wo H noch niedriger auf der Linie /:Ί D liegt, um eine Stabilität zu gewährleisten. Die Kurve II!) hat dann eine Neigung, die genügend groß ist, um zu gewahrlcisiun. daLt leder Punkt längs III) niedriger ist als Ml Ihm Iledingiingen. die der niedripsten /u erwiirti'tidi'ti ' iliMchrichterimpedan/ 1IZ entsprechen um\ (Irr lioilisten /u erwartenden Lastinipednn/ 21/⁷ Die Neigung dieser Linie kann zur (iewährleistung der Stubilita¹ sogar noch gröLier gemacht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Steuerschaltung für einen statischen Wechselrichter im Rahmen einer zwei Wechselstromnetze vorgegebener Spannung verbindenden Umformer-Anordnung, die aus einem gesteuerten Gleichrichter, einem Gleichstrom-Zwischenkreis und einem Wechselrichter besteht und bei der der Gleichrichter auf Einhaltung eines ersten Gleichstromwertes geregelt wird, wenn der Gleichstrom diesen ersten Gleichstromwert überschreiten will, während der Wechselrichter auf Einhaltung eines zweiten, niedrigeren Gleichstromwertes geregelt wird, wenn der Gleichstrom diesen zweiten Gleichstromwert unterschreiten will; oberhalb des ersten Gleichstromwertes wird der Wechselrichter auf Einhaltung eines konstanten Löschwinkels geregelt, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenbereich zwischen den beiden Gleichstromwerten dem Löschwinkelregler des Wechselrichters eine zusätzliche Steuergröße zugeführt wird, die den Löschwinkel in Abhängigkeit von der Abweichung des Gleichstromes vom ersten Gleichstromwert so weit vergrößert, daß sich auch in diesem Zwischenbereich unter allen Betriebsbedingungen stets ein eindeutiger Schnittpunkt zwischen den Slrom-Spannungs-Kennlinien von Gleichrichter und Wechselrichter ergibt.

ίο