DE2804481C2

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Info

Publication number: DE2804481C2
Application number: DE2804481A
Authority: DE
Inventors: Detlef Dipl.-Ing. 1000 Berlin De Knuth
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1978-01-31
Filing date: 1978-01-31
Publication date: 1989-07-20
Also published as: DE2804481A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Anordnung ist in den "Technischen Mitteilungen AEG-TELEFUNKEN" 66 (1976), Heft 7, Seiten 286 bis 290, angegeben.The invention relates to an arrangement according to the Preamble of claim 1. Such an arrangement is in the "Technical Notices AEG-TELEFUNKEN" 66 (1976), No. 7, pages 286 to 290.

Zur Kompensation des Blindleistungsverbrauchs in Industrienetzen werden Synchron-Phasenschieber, stufenweise einstellbare Kondensatorbatterien, oder in neueren Ausführungen ruhende Blindleistungs-Kompensationseinrichtungen in Form von thyristorgesteuerten Blindwiderständen eingesetzt. Während der Synchron-Phasenschieber symmetrische Laständerungen verhältnismäßig schnell ausgleicht, liefert z. B. eine feste Kondensatorbatterie eine konstante kapazitive Blindleistung und eignet sich deshalb nur für Anlagen mit einem ziemlich gleichbleibenden Blindleistungsverbrauch. Für eine sich nur langsam ändernde Blindleistung können stufenweise einstellbare Kondensatorbatterien verwendet werden, während es bei häufigen Lastwechseln und hohen Anforderungen an die Spannungskonstanz vorteilhaft ist, statische Kompensationseinrichtungen zu verwenden. Bei diesen statischen Kompensationseinrichtungen gehören zur Gruppe der direkten Kompensation die Kondensatorbatterien, die über gesteuerte Halbleiter ans Netz geschaltet werden und der Blindstromrichter mit kapazitivem Speicher, zur Gruppe der indirekten Kompensation die feste Kondensatorbatterie mit konstanter kapazitiver Komponente unter wahlweiser Parallelschaltung eines thyristorgesteuerten Streutransformators, eines Blindstromrichters mit induktivem Speicher, einer steuerbaren oder einer thyristorgeschalteten Drosselspule. Derartige Anordnungen sind beispielsweise ebenfalls in den "Technischen Mitteilungen AEG-TELEFUNKEN" 66 (1976), Heft 7, Seiten 286 bis 290 beschrieben. To compensate for reactive power consumption in industrial networks become synchronous phase shifters, gradually adjustable Capacitor batteries, or in newer versions static reactive power compensation devices used in the form of thyristor-controlled reactances. During the synchronous phase shifter symmetrical Compensates load changes relatively quickly, delivers e.g. B. a fixed capacitor bank a constant capacitive Reactive power and is therefore only suitable for Systems with a fairly constant reactive power consumption. For a slowly changing reactive power can gradually adjustable capacitor banks be used while there are frequent load changes and high demands on constant voltage are advantageous is to use static compensation devices. With these static compensation devices the capacitor banks belong to the group of direct compensation, the via controlled semiconductors to the network are switched and the reactive converter with capacitive Memory, to the group of indirect compensation the fixed Capacitor battery with constant capacitive component with optional parallel connection of a thyristor-controlled Scatter transformer, a reactive converter with inductive memory, a controllable or a thyristor-connected choke coil. Such For example, orders are also in the "Technical Notes AEG-TELEFUNKEN "66 (1976), No. 7, pages 286 to 290.

In der CH-PS 4 31 705 ist eine Einrichtung zur Blindleistungskompensation beschrieben, die bei einem reaktanzbehafteten Wechselstromnetz einsetzbar ist und die eine Reihenschaltung aus einem Paar steuerbarer, antiparallel geschalteter Stromrichterventile mit einem Leistungskondensator aufweist. Durch geeignete Aufladung des Leistungskondensators kann der durch die Stromrichterventile fließende Strom derart gesteuert werden, daß er in zum Scheitelwert des Netzwechselstromes symmetrischen Abschnitten einer Sinushalbschwingung auftritt.In CH-PS 4 31 705 is a device for reactive power compensation described in a reactant AC network can be used and the one Series connection of a pair of controllable, anti-parallel switched converter valves with a power capacitor having. By suitable charging of the power capacitor can flow through the converter valves Current can be controlled so that it is at the peak of the mains alternating current symmetrical sections of a half sine wave occurs.

Durch die DE-OS 25 13 168 ist ferner ein Blindstromrichter zur Blindleistungskompensation in einem Drehstromnetz bekannt. Der Blindstromrichter ist als Umrichter ausgebildet, der einen eingangsseitig an das Netz angeschlossenen ungesteuerten Gleichrichter zur Erzeugung einer eingeprägten Gleichspannung, einen Gleichspannungszwischenkreis mit einer Glättungsdrossel und einem Kondensator sowie einen selbstgeführten Wechselrichter umfaßt, der ausgangsseitig über Induktivitäten an das Netz angeschlossen und durch ein Pulsbreitenmodulationsverfahren derart gesteuert ist, daß die Grundschwingung der gepulsten Ausgangsspannung des Wechselrichters zur Netzspannung gegenphasig liegt und die Amplitude dieser Grundschwingung durch Beeinflussung des Pulsbreitenwinkels veränderbar ist.DE-OS 25 13 168 is also a reactive converter known for reactive power compensation in a three-phase network. The reactive converter is designed as a converter the one on the input side connected to the network Rectifier for generating an impressed DC voltage, a DC link with a Smoothing choke and a capacitor and a self-guided Includes inverter on the output side Inductors connected to the network and through a Pulse width modulation method is controlled such that the fundamental oscillation of the pulsed output voltage of the Inverter is in phase opposition to the grid voltage and the Amplitude of this fundamental vibration due to influence the pulse width angle is changeable.

Beim schnellen Schalten der Kompensationsblindleistung erfolgt eine hohe Beanspruchung der Stromrichterventile. Zum einen sollen diese Stromrichterventile hoch sperren, zum anderen müssen sie aber auch den Strom der Kompensationseinrichtung möglichst schnell abschalten können. Darüber hinaus gibt die im Kompensationskreis zur Verhinderung von Kurzschlußströmen durch die Stromrichterventile im Netzkurzschlußfall angeordnete Drosselspule beim Abschalten Energie ab, die es gilt, möglichst verlustarm aufzufangen.When quickly switching the compensation reactive power there is a high load on the converter valves. To the one should lock these converter valves up to others, however, they also need the current of the compensation device can switch off as quickly as possible. About that there are also those in the compensation circuit to prevent Short-circuit currents through the converter valves in the event of a mains short-circuit arranged choke coil when switching off Energy that needs to be absorbed with as little loss as possible.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die eingangs angegebene Anordnung derart auszugestalten, daß bei einem reaktanzbehafteten Wechselstromnetz eine möglichst verlustarme Steuerung der Blindleistung mit geringer Spannungsbeanspruchung der Stromrichterventile erreicht wird.The invention is therefore based on the object at the outset specified arrangement to design such that at an AC network with reactance, if possible Low-loss control of reactive power with low voltage stress of the converter valves is reached.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the one in claim 1 marked features solved.

Der Speicherkondensator fängt die von der Drosselspule abgegebene Energie nahezu verlustfrei auf und die an- und abschaltbaren Stromrichterventile bewirken eine schnelle Abschaltentlastung der steuerbaren, üblicherweise hochsperrenden Stromrichterventile.The storage capacitor catches the one emitted by the choke coil Energy almost lossless and the ones that can be switched on and off Converter valves cause a quick Switch-off relief of the controllable, usually highly blocking Converter valves.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung nach der Erfindung ist im Anspruch 2 gekennzeichnet. An advantageous embodiment of the arrangement according to the Invention is characterized in claim 2.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben.An embodiment of the Invention is explained in more detail below with reference to the drawing described.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild für ein reaktanzbehaftetes Wechselstromnetz Fig. 1 is a schematic diagram for an ac network reaktanzbehaftetes

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der elektrischen Größen und Fig. 2 shows the time course of the electrical quantities and

Fig. 3 ein konkretes Schaltungsbeispiel einer Stromrichterschaltung zur stetigen Steuerung eines Leistungskondensators. Fig. 3 shows a concrete circuit example of a converter circuit for the continuous control of a power capacitor.

Ein Prinzipschaltbild für ein reaktanzbehaftetes Wechselstromnetz 8 ist in Fig. 1 dargestellt und besteht aus der Reihenschaltung eines Paares 3 aus steuerbaren Stromrichterventilen 31, 32 und einem Paar 4 aus ein- und ausschaltbaren Stromrichterventilen 41, 42 mit parallelgeschaltetem Speicherkondensator 5 sowie einem Leistungskondensator 1. In diese Reihenschaltung ist zusätzlich noch eine Drosselspule 6 eingefügt, welche die Netz- und/oder Schutzdrosselspulen ersetzt. Das Paar 4 kann sowohl aus einer Antiparallelschaltung von Thyristoren mit zugehöriger Löschungsschaltung als auch aus GTO-Thyristoren oder Transistoren bestehen. Der dem Paar 4 parallelgeschaltete Speicherkondensator 5 nimmt beim Abschalten der ein- und ausschaltbaren Stromrichterventile 41, 42 die in der Drosselspule 6 gespeicherte Energie auf und speist diese in der folgenden Halbschwingung beim Einschalten der Stromrichterventile wieder in den Stromkreis ein. Die Schaltung arbeitet somit verlustfrei. Die Kommutierungsstromsteilheiten sind durch die Eigenfrequenz der Drosselspule 6 und der Summe der Kapazitäten des Speicher- und Leistungskondensators 5 und 1 bestimmt. Die Spannungsbeanspruchung der löschbaren Stromrichterventile 41, 42 ist umgekehrt proportional der Größe der Kapazität des Speicherkondensators 5 und liegt etwa bei einem Drittel der Netzspannungsamplitude. Durch diese Herabsetzung der Spannungsbeanspruchung ist eine Verwendung niedrigsperrender Thyristoren, Transistoren oder GTO-Thyristoren möglich.A principle circuit diagram for a reaktanzbehaftetes AC network 8 is shown in Fig. 1 and consists of the series connection of a pair 3 of controllable current converter valves 31, 32 and a pair 4 of switched on and off converter valves 41, 42 with parallel storage capacitor 5 as well as a power capacitor 1. In this series connection, a choke coil 6 is also inserted, which replaces the mains and / or protective choke coils. The pair 4 can consist of an anti-parallel connection of thyristors with an associated erase circuit as well as GTO thyristors or transistors. The storage capacitor 5 , which is connected in parallel to the pair 4 , absorbs the energy stored in the choke coil 6 when the converter valves 41, 42 which can be switched on and off and feeds them back into the circuit in the following half-oscillation when the converter valves are switched on. The circuit thus works lossless. The commutation current steepness is determined by the natural frequency of the choke coil 6 and the sum of the capacitances of the storage and power capacitors 5 and 1 . The voltage stress on the erasable converter valves 41, 42 is inversely proportional to the size of the capacitance of the storage capacitor 5 and is approximately one third of the mains voltage amplitude. This reduction in voltage stress enables the use of low-blocking thyristors, transistors or GTO thyristors.

Die in Fig. 2 dargestellten zeitlichen Verläufe von Kondensatorstrom i, Leistungskondensatorspannung u _C1 und Speicherkondensatorspannung u _C2 sowie Netzspannung u weisen einen wenig scharfkantigen Verlauf auf, was durch den Einfluß der Drosselspule 6 bedingt ist.The waveforms shown in Fig. 2 of capacitor current i, power capacitor voltage and _{C 1} and _{C 2} and the storage capacitor voltage and mains voltage and have a little sharp curve, which is caused by the influence of the choke coil 6.

Das in Fig. 3 dargestellte konkrete Ausführungsbeispiel enthält eine Stromrichterschaltung mit steuerbaren Stromrichterventilen 31, 32 und einem Löschstromkreis für reaktanzbehaftete Wechselstromnetze 8. Zur Antiparallelschaltung von hochsperrenden Thyristoren 31 und 32 für Netzfrequenz ist eine Antiparallelschaltung von niedrigsperrenden Frequenzthyristoren 41 und 42 in Reihe geschaltet. Diesen Frequenzthyristoren 41 und 42 ist ein Löschstromkreis zugeordnet, der aus der Reihenschaltung zweier niedrigsperrender Löschthyristoren 45 und 46 für Netzfrequenz, die anoden- bzw. kathodenseitig mit dem zugeordneten Frequenzthyristor 41 bzw. 42 verbunden sind, und der Reihenschaltung eines Löschkondensators 47 mit einer Löschinduktivität 48, die einerseits an die Verbindungsstelle beider Löschthyristoren 45, 46, andererseits an den Leistungskondensator 1 angeschlossen ist, besteht. Zwei in Reihe geschaltete und in gleiche Durchlaßrichtung gepolte Koppeldioden 43, 44 sind an die Verbindungsstelle der Thyristoren 31, 32 und der niedrigsperrenden Frequenzthyristoren 41, 42 angeschlossen, zwischen der Verbindungsstelle beider Koppeldioden 43, 44 einerseits und dem Leistungskondensator 1 andererseits liegt der Speicherkondensator 5.The specific exemplary embodiment shown in FIG. 3 contains a converter circuit with controllable converter valves 31, 32 and an extinguishing circuit for reactant AC networks 8 . For the anti-parallel connection of high-blocking thyristors 31 and 32 for mains frequency, an anti-parallel connection of low-blocking frequency thyristors 41 and 42 is connected in series. These frequency thyristors 41 and 42 are assigned an extinguishing circuit, which consists of the series connection of two low-blocking extinguishing thyristors 45 and 46 for mains frequency, which are connected on the anode or cathode side to the assigned frequency thyristor 41 or 42 , and the series connection of an extinguishing capacitor 47 with an inductance 48 , which is connected on the one hand to the junction of the two quenching thyristors 45, 46 and on the other hand to the power capacitor 1 . Two coupling diodes 43, 44 connected in series and polarized in the same forward direction are connected to the junction of the thyristors 31, 32 and the low-blocking frequency thyristors 41, 42 , and the storage capacitor 5 is located between the junction of the two coupling diodes 43, 44 on the one hand and the power capacitor 1 on the other.

Claims

1. Arrangement for controlling the reactive power of a power capacitor connected via a choke coil to a line of a reactive AC network via a pair of controllable, anti-parallel, high-blocking converter valves connected to a second line of the AC network, which is in series with the power capacitor and the choke coil, characterized in that that (42, 41) is arranged with parallel lying storage capacitor (5) connected in series to a pair (4) switched on and off, antiparallel connected converter valves.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in
that the converter valves ( 41, 42 ) which can be switched on and off are low-blocking frequency thyristors, the respective connection on the side of the controllable converter valves ( 31, 32 ) through the parallel connection of two series-connected, rectified coupling diodes ( 43, 44 ) or two series-connected, rectified quenching thyristors ( 45, 46 ) is connected,
that the series circuit of a quenching capacitor ( 47 ) and an quenching inductor ( 48 ) on the one hand at the junction of the two quenching thyristors ( 45, 46 ), on the other hand to the power capacitor ( 1 ) and
the storage capacitor ( 5 ) is connected to the junction of the two coupling diodes ( 43, 44 ) on the one hand and to the power capacitor ( 1 ) on the other.