DE2454651C3 - Einrichtung zur Blindleistungskompensation und Betriebsverfahren hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kompensation der Blindleistung in einem Drehstromnetz mittels zweier Stromrichter mit gleicher Leerlaufgleichspannung und mit einer gieichstromseitigen Drosselspule.

Ein netzgeführter kurzgeschlossener Stromrichter, der als Blindlast-Stromrichter mit zünd- und löschbaren Ventilzweigen ausgeführt ist, kann bei einer Zündverzögerung von annähernd +90° als induktive Biindlast und bei einem 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 einzelner, über eine Drosselspule kurzgeschlossener Stromrichter nicht als universell einsetzbarer Blindlast-Stromrichter angesehen werden kann. Hierzu kommt bei Drosselglättung des Gleichstroms, daß sowohl bei Netzkommutierung als auch bei löschbaren Ventilzweigen ein bestimmter Mindestwert des Gleichstromes in der Drosselspule nicht unterschritten werden kann, wenn der Gleichstrom nicht lücken soll.

Bei einer bekannten Einrichtung der eingangs genannten Art sind die beiden Stromrichter als netzgesteuerte Stromrichter ausgebildet (DT-OS 23 00 445). Die beiden Stromrichter sind gleichstromseitig in Reihe geschaltet und werden beide mit verzögertem Zündzeitpunkt betrieben. Die Gleichspannungen beider Stromrichter sind etwa gleich groß und entgegengesetzt gerichtet. Mit der bekannten Einrichtung können nur induktive Blindleistungen kompensiert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Kompensation von induktiver und kapazitiver Blindleistung zu schaffen, die einen schnellen und stetigen Übergang zwischen induktiver und kapazitiver Blindlast ermöglicht. Weiterhin soll ein geeignetes Betriebsverfahren für eine derartige Einrichtung vorgeschlagen werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden Stromrichter gleichstromseitig parallel geschaltet und über die gemeinsame Drosselspule kurzgeschlossen sind und der eine Stromrichter mit verzögertem Zündzeitpunkt und der andere Stromrichter mit vorverlegtem Zündzeitpunkt betrieben ist, und daß eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die den Gleichstrom in der Drosselspule durch gegensinnige Beeinflussung der Zündwinkel der beiden Stromrichter auf einen konstanten Wert regelt.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung für Blindleistungskompensation sind die beiden Stromrichter als selbstgesteuerte Stromrichter ausgebildet und gleichstromseitig parallel geschaltet und über die 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 einen konstanten Wert geregelt. Durch gegensinnige Veränderung der Zündwinkel der beiden Stromrichter können die Anteile der beiden Teilströme am konstanten Gleichstrom in der Drosselspule geändert werden. Die erfindungsgemä3e Einrichtung kann somit als einstellbare induktive oder kapazitive Biindlast arbeiten. Wenn beide Teilströme jeweils zur Hälfte zum gesamten Gleichstrom in der Drosselspule beitragen, beträgt der netzseitige 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 vorteilhaftes Betriebsverfahren für eine erfindungsgemäße Einrichtung besteht darin, daß der Zündwinkel des einen Stromrichters in Abhängigkeit von der zu kompensierenden Blindleistung im Drehstromnetz und der Zündwinkel des anderen Stromrichters im Hinblick auf einen konstanten Gleichstrom in der Drosselspule geregelt wird.

Ein Ausführungsbei.spiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 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 (Fig.2a), Blindleistung Null (F i g. 2b) und kapazitiver Blindleistung (F ig. 2c),

Fig.3 ein Prinzipschaltbild zur Erläuterung eines Betriebsverfahrens für eine erfindungsgemäße Einrichtung.

Bei der in F i g. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Einrichtung zur Kompensation der Blindleistung in einem Drehstromnetz mit der Netzspannung un sind zwei Stromrichter 1 und 2 mit gleicher Leerlauf-Gleichspannung vorgesehen, die mit ihren gieichstromseitigen Ausgängen über eine gemeinsame Drosselspule 3 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 zür.d- und löschbaren Ventilzweigen ausgestattet sein, die beispielsweise eine Phaserifolgelöschung ermöglichen.

Die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßin Einrichtung wird anhand der Diagramme in F i g. 2 beschrieben, die den zeitlichen Verlauf der netzseitigen Teilströme ini und im der beiden Stromrichter 1 und 2 während einer Periode im Vergleich zum zeitlichen Verlauf der Netzspannung un und des netzseitigen Gesamtstromes is für eine induktive Blindlast (F i g. 2a), für Blindlast Null (Fig.2b) und für eine kapazitive Blindlast (F i g. 2c) darstellen.

Die Darstellung in Fig.2a läßt erkennen, daß der Teilstromrichter 1 mit Zündverzögerung einen großen netzseitigen Teilstrom Jm und der Teilstromrichter 2 mit vorverlegtem Zündzeitpunkt einen kleinen netzseitigen Teilstrom /λ/2 entgegengesetzter Polarität führt. Der netzseitige Gesamtstrom in eilt der Netzspannung un um nahezu 90° voraus. Dies bedeutet eine induktive Blindleistung.

Durch Verkleinerung des netzseitigen Teilstroms i'n\ des Teilstromrichters 1 bei gleichzeitiger entsprechender Vergrößerung des netzseitigen Teilstroms /V^ des Teilstromrichters 2 erhält man die Darstellung der Fig.2b. Beide Teilströme is\ und //V2 sind gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet. Beide Teilströme betragen die Hälfte des eingeprägten Gleichstroms 0 in der Drosselspule 3. Der netzseitige Gesamtstrom /n und damit die Blindleistung ist Null.

Durch weitere Verkleinerung des netzseitigen Teil-Stroms /μ des Teilstromrichters 1 bei gleichzeitiger weiterer Vergrößerung des netzseitigen Teilstromes /λώ des Teilstromrichters 2 entsteht die Darstellung in F i g. 2c. Der netzseitige Gesamtstrom /n eilt der Netzspannung Un um nahezu 90° nach. Dies bedeutet eine kapazitive Blindleistung.

Die Diagramme in F i g. 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 3 klein und ihre Verluste sind entsprechend gering.

Aus den Diagrammen der Fig.2 erkennt man, daß die Kurvenform des netzseitigen Gesamtstromes //vdem normalen sechspulsigen Spektrum entspricht und sich mit der Blindlast praktisch nicht ändert. Bei Verwendung 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 Werte der Zündwinkel etwas kleiner als 90°. Weiterhin haben die Gleichspannungen 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 die Streuinduktivitäten des Stromrichtertransformators 4, wenn dessen Kurzschlußspannung 20% oder mehr beträgt

F i g. 3 zeigt eine prinzipielle Darstellung zur Erläuterung eines Betriebsverfahrens für eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Blindleistungskompensation. Die Schaltung ist wie in Fig. 1. Der Teilstromrichter 1 mit Zündverzögerung ist in einen Leistungsteil la und einen Steuersatz Xb mit einer vorgeschalteten Regeleinrichtung Xc und der Teilstromrichter 2 mit vorverlegtem Zündzeitpunkt entsprechend in einen Leistungsteil 2a und einen Steuersatz 26 mit einer vorgeschalteten Regeleinrichtung 2c aufgegliedert Der Regeleinrichtung Ic des Teilstromrichters 1 ist eine Meßeinrichtung 5 zugeordnet, die die Blindleistung im Netz erfaßt. Die Regeleinrichtung Ic vergleicht den Meßwert der Blindleistung mit einem ihr intern vorgegebenen Sollwert und gibt eine entsprechende Steuerspannung zur Beeinflussung des Zündwinkels an den Steuersatz Xb. Der Regeleinrichtung 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Kompensation der Blind eistung in einem Drehstromnetz mittels zweier Stromrichter mit gleicher Leerlaufgle.chspannung und mit einer gleichstromseit.gen Drosselspule, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stromrichter (1, 2) gleichstromseitig paralle geschaltet und über die gemeinsame Drosselspule (3) kurzgeschlossen sind und der eine Stromrichter (z. B. 1) mit verzögertem Zündzeitpunkt und der andere Stromrichter (z. B. 2) mit vorverlegtem Zündzeitpunkt betrieben ist, und daß eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die den Gleichstrom (ö) m der Drosselspule (3) duch gegensinnige Beeinflussung der Zündwinkel der beiden Stromrichter (i_t 2) aui einen konstanten Wert regelt.

2 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 im Hinblick auf einen konstanten Gleichstrom in der Drosselspule geregelt wird.