DE2454651A1

DE2454651A1 - Einrichtung zur blindleistungskompensation und betriebsverfahren hierfuer

Info

Publication number: DE2454651A1
Application number: DE19742454651
Authority: DE
Inventors: Gottfried Dipl Ing Dr Moeltgen
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1974-11-18
Filing date: 1974-11-18
Publication date: 1976-05-20
Also published as: CH585984A5; CA1039352A; GB1523766A; US4009433A; FR2291634B1; JPS5174258A; JPS5738921B2; SE401434B; FR2291634A1; SE7512406L; DE2454651B2

Description

Einrichtung zur Blindleistungskompensation und Betriebsverfahren hierfür

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kompensation der Blindleistung in einem Drehstromnetz mittels Blindlaststromrichtern, sowie ein für diese Einrichtung geeignetes Betriebsverfahren.

Ein netzgeführter kurzgeschlossener Stromrichter, der als Blindlast-Stromrichter mit zünd- und lösch baren Ventilzweigen ausgeführt ist, kann bei einer Zündverzögerung von annähernd + 90 als induktive Blindlast und beieinem vorverlegten Zündzeitpunkt von annähernd - 90° als kapazitive Blindlast arbeiten. Beim Übergang zwischen induktiver und kapazitiver Blindlast muß jedoch der gesamte Wirklastbereich stetig durchfahren werden, der durch den Zündwinkelbereich zwischen den beiden genannten Grenzzündwinkeln gegeben ist. Dabei steigt der Gleichstrom so überaus stark an, daß ein über eine Drosselspule kurzgeschlossener Stromrichter nicht als universell einsetzbarer Blindlast-Stromrichter angesehen werden kann. Hinzu kommt bei Drosselglättung des Gleichstroms, daß sowohl bei Wetzkommutierung als auch bei löschbaren Tentilzweigen ein bestimmter Mindestwert des Gleichstromes in der Drosselspule nicht unterschritten werden kann, wenn der Gleichstrom nicht lücken soll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine universell verwendbare Einrichtung zur Kompensation von Blindleistung zu schaffen, die einen schnellen und stetigen Übergang zwischen induktiver und kapazitiver Blindlast ermöglicht. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein geeignetes Betriebsverfahren für eine derartige Einri-cMtung vorzuschlagen.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Einrichtung mit zwei Stromrichtern mit gleicher Leerlaufspannung, die gleichstromseitig parallelgeschaltet und über eine gemeinsame Drosselspule kurzgeschlossen sind, wobei der eine Stromrichter mit verzögertem Zündzeitpunkt und der andere Stromrichter mit vorverlegtem Zündzeitpunkt betrieben wird und der Gleichstrom in der Drosselspule konstant gehalten wird.

Bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Blindleistungskompensation sind die beiden Stromrichter gleichstromseitig über eine gemeinsame Drosselspule kurzgeschlossen. Die Drosselspule wird ständig von einem Gleichstrom durchflossen, dessen Stromstärke sich aus dem Verhältnis der maximal geforderten Blindleistung zur Leerlaufgleichspannung ergibt. Der gesamte Gleichstrom in der Drosselspule, der sich aus den beiden Teilströmen der beiden Stromrichter zusammensetzt, wird auf einem konstanten Wert gehalten. Durch gegensinnige Veränderung der Zündwinkel der beiden Stromrichter können die Anteile der beiden Teilströme am konstanten Gleichstrom in der Drosselspule geändert werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann somit als einstellbare induktive oder kapazitive Blindlast arbeiten. Wenn beide Teilströme jeweils zur Hälfte zum gesamten Gleichstrom in der Drosselspule beitragen, beträgt der netzsei tige Grundschwingungsstrom Null und damit beträgt auch die Blindlast Null.

Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich besonders zur Blindleistungskompensation von Versorgungsnetzen. Bei Anlagen großer Leistung kann durch Anwendung höherer Pulszahlen ein -geringer Oberschwingungsgehalt des Netzstromes sichergestellt werden.

Ein Betriebsverfahren für eine erfindungsgemäße Einrichtung besteht darin, daß der Gleichstrom in der Drosselspule durch gegensinnige Beeinflussung der Zündwinkel der beiden Blindlast-Stromrichter auf einem konstanten Wert gehalten wird.

Ein besonders vorteilhaftes Betriebsverfahren sieht vor, daß der Zündzeitpunkt des einen Blindlast-Stromrichters in Abhängigkeit von der zu kompensierenden Blindleistung im Dreh-

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Stromnetz und der Zündwiakel des anderen Blindlast-Stromrichters in Abhängigkeit vom Gleichstrom in der Drosselspule geregelt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: E¹Ig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Blindleistungskompensation,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der netzseitigen Teilströme, des netzseitigen Gesamtstromes und der Netzspannung bei induktiver Blindleistung (Pig. 2a), Blindleistung Null (Pig. 2b) und kapazitiver Blindleistung (Pig. 2c), Pig. 3 ein Prinzipschaltbild zur Erläuterung eines Betriebsverfahrens für eine erfindungsgemäße Einrichtung.

Bei der in Pig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Einrichtung zur Kompensation der Blindleistung in einem Drehstromnetz mit der Netzspannung u*r sind zwei Stromrichter 1 und 2 mit gleicher Leerlauf-Gleichspannung vorgesehen, die mit ihren gleichstromsei tigen Ausgängen über eine gemeinsame Drosselspule kurzgeschlossen sind. Die beiden Stromrichter 1 und 2 sind über einen Stromrichtertransformator 4 an das Drehstromnetz angeschlossen. Der Stromrichter 1 wird beispielsweise mit einem verzögerten Zündzeitpunkt von ungefähr + 90° und der Stromrichter 2 mit einem vorverlegten Zündzeitpunkt von ungefähr - 90° betrieben. Der Stromrichter, der mit vorverlegtem Zündzeitpunkt betrieben wird, muß mit zünd- und löschbaren Ventilzweigen ausgestattet sein, die beispielsweise eine Phasenfolgelöschung ermöglichen«

Die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Einrichtung wird anhand der Diagramme in Pig. 2 beschrieben, die den zeitlichen Verlauf der netzseitigen Teilströme i^ und i^ ^de*" beiden Stromrichter 1 und 2 während einer Periode im Vergleich zum zeitlichen Verlauf der Netzspannung u^ und des netzseitigen Gesamtstromes 1™ für eine induktive Blindlast (Pig. 2a), für Blindlast Null (Pig. 2b) und für eine kapazitive Blindlast (Pig. 2c) darstellen.

Die Darstellung in Pig. 2a läßt erkennen, daß der Teilstrom-

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richter 1 mit Zündverzögsrung einen großen netzseitigen Teilstrom 1^₁ und der Teilstromrichter 2 mit vorverlegtem Zündzeitpunkt einen kleinen netzseitigen Teilstrom i^,-, entgegengesetzter Polarität führt. Der netzseitige Gesamtstrom i™ eilt der Netzspannung Ujt um nahezu 90° voraus. Dies bedeutet eine induktive Blindleistung.

Durch Verkleinerung des netzseitigen Teilstroms i-,_T1 des Teilstromrichters 1 bei gleichzeitiger entsprechender Vergrößerung des netzseitigen Teilstroms i^p des Teilstromrichters 2 erhält man die Darstellung der Fig. 2b. Beide Teilströme i_w1 und ijrp sind gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet. Beide Teilströme betragen die Hälfte des eingeprägten Gleichstroms' i, in der Drosselspule 3. Der netzseitige Gesamtstrom ±^r und damit die Blindleistung ist Null.

Durch weitere Verkleinerung des netzseitigen Teilstroms i„.. des Teilstromrichters 1 bei gleichzeitiger weiterer Vergrößerung des netzseitigen Teilstromes !„„ des Teilstromrichters 2 entsteht die Darstellung in Fig. 2c. Der netzseitige Gesamtstrom I^ eilt der Netzspannung u^ um nahezu 90° nach. Dies bedeutet eine kapazitive Blindleistung.

Die Diagramme in Fig. 2 lassen erkennen, daß eine erfindungsgemäße Einrichtung einen stetigen Übergang von induktiver zu kapazitiver Blindlast ermöglicht. Da die Drosselspule von einem eingeprägten Gleichstrom durchflossen wird, kann dies durch gegensinniges Ändern der .Teilströme über die Zündwinkel der Teilstromrichter leicht erreicht werden.

Die Welligkeit des Gleichstromes in der Drosselspule 3 braucht nicht extrem niedrig zu sein. Es genügt vielmehr, die Drosselspule so auszulegen, daß die Lückgrenze des Gleichstromes etwa beim halben Wert des Nenn-Gleichstromes oder sogar noch höher liegt. Damit bleibt die Drosselspule klein und ihre Verluste sind entsprechend gering.

Aus den Diagrammen der Fig.. 2 erkennt man, daß die Kurvenform des netzseitigen Gesamtstromes i^ dem normalen sechspulsigen Spektrum entspricht und sich mit der Blindlast

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praktisch nicht ändert... ■ Bdi Varwsndung von zwei zwölfpulsigen Stromrichtern, die bei Anlagen größerer Leistung vorteilhaft sind, kann die Drosselspule im Verhältnis zur kompensierenden Blindleistung noch kleiner dimensioniert werden. Der Grundschwingungsgehalt des netzseitigen Stromes bleibt dann außerordentlich hoch.

Da in der Praxis die Kommutierung des Stromrichters eine Rolle spielt, sowie die gesamten Verluste gedeckt werden müssen, bleiben die absoluten V/er te der Zündwinkel etwas kleiner als 90°· Weiterhin haben die Sieichspannungen beider Stromrichter trotz eines Mittelwertes von nahezu Null zeitlich unterschiedliche Verläufe, so daß sich den ausgangsseitigen Gleichströmen Wechselströme überlagern, die nicht über die Drosselspule 3^-fließen. Diese.Wechselströme können wirksam begrenzt werden durch aie Streuinduktivitäten des Stromrichtertransformators 4, wenn dessen Kurzschlußspannung 20$ oder mehr beträgt.

Pig."3 zeigt eine prinzipielle Darstellung zur Erläuterung eines Betriebsve-rfahrens für eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Blindleistungskompensation. Die Schaltung ist wie in Fig. 1. Der Teilstromrichter 1 mit Zündverzögerung ist in einen Leistungsteil 1a und einen Steuersatz 1b mit einer vorgeschalteten Regeleinrichtung 1c und der Teilstromrichter 2 mit vorverlegtem. Zündzeitpunkt entsprechend in einen Leistungsteil 2a und. einen Steuersatz 2b mit einer vorgeschalteten Regeleinrichtung 2c aufgegliedert. Der Regeleinrichtung 1c des 'Teilstromrichters 1 "ist eine .Meßeinrichtung 5 zugeordnet, die die Blindlei.stu:ng ±m ITet-z erfaßt;. Die Regeleinrichtung 1c vergleicht iä-en Meßwert üerc -Blindleistung mit einem ihr intern vorgegebenen Sollwert xind ,giib"t eine entsprechende Steuerspannung zur Beeinflussung des Zündwinkels an den Steuersatz 1b. Der Hegeleinrichtung 2c des Teilstromrichters 2 ist ein Strommeßwandler 6 zugeordnet, der den Gleichstrom in der Drosselspule 3 erfaßt. Die Regeleinrichtung 2c vergleicht den Meßwert des Gleichstroms in der Drosselspule mit einem intern vorgegebenen konstanten Sollwert für den eingeprägten Gleichstrom und erzeugt eine entsprechende Steuerspannung zur Beeinflussung des Zündwinkels des Steuersatzes 2b.

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BAD ORIGINAL

Claims

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Patentansprüche

_t1. Einrichtung zur Kompensation der Blindleistung in einem Drehstromnetz mittels Blindlast-Stromrichter, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stromrichter (1,2) mit gleicher Leerlaufgleichspannung gleichstromseitig parallelgeschaltet una über eine gemeinsame Drosselspule (3) kurzgeschlossen sind, wobei der eine Stromrichter (z.B.1) mit verzögertem Zündzeitpunkt und der andere Stromrichter (z.B.2) mit vorverlegtem Zündzeitpunkt betrieben wird und der G-leichstrom (ij in der Drosselspule (3) konstant gehalten wird.
2. Betriebsverfahren für eine Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrom in der Drosselspule (3) durch gegensinnige Beeinflussung der Zündwinkel der beiden Stromrichter (1,2) auf einem konstanten Wertgehalten wird.
3. Betriebsverfahren für eine Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündwinkel des einen Stromrichters in Abhängigkeit von der zu kompensierenden Blindleistung im Drehstromnetz und der Zündwinkel des anderen Stromrichters in Abhängigkeit vom konstanten Gleichstrom in der Drosselspule geregelt wird.

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