DE69117012T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Regelung einer Induktionsmaschine mit einem bewickelten Läufer - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Steuerung des Betriebs einer Induktionsmaschine vom Wicklungstyp.
• EP-A2-0253 294 offenbart ein System zur Steuerung des Sekundärstroms einer Induktionsmaschine mit gewickeltem Rotor unter Verwendung eines Frequenzwandlers, um eine solche Steuerung zu bewirken, daß die Frequenz der Primärseite selbst dann konstant gehalten wird, wenn sich die Drehzahl ändert, welches das sogenannte "Sekundär-Erregungssystem" genannt wird. Weil dieses System in vorteilhafter Weise gestattet, daß die Leistung des Konverters reduziert wird, ist es besonders für eine Stromerzeungsanlage großer Leistung geeignet.
• Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein System, bei welchem die Maschine mit Steuerung der Sekundärerregung des Sekundärstroms betrieben wird, welche durch einen PWM-Inverter durchgeführt wird.
• Bei modernen Maschinen ist beispielsweise die Notwendigkeit bezüglich eines sogenannten Stromerzeugungssystems mit variabler Drehzahl angestiegen, bei welchem die Induktionsmaschine bei der Drehzahl betrieben wird, bei welcher der Turbinenwirkungsgrad bezogen auf Druckänderungen oder Belastungsänderungen ein Maximum ist. Bei einer hydroelektrischen Generatoranlage mit einem solchen Stromerzeugungssystem mit variabler Drehzahl wird eine gewickelte Induktionsmaschine bei einer variablen Drehzahl betrieben. Ein solches System für eine Induktionsmaschine vom Wicklungstyp wird in der Literatur offenbart, zum Beispiel das in Absatz 96, Fig. 3.2.11 von Collected Research Theses BMTF-FB offenbarte System T84-154 (1) des Westdeutschen Bundesministeriums für Forschung und Technologie. Das in dieser Quelle offenbarte System ist als Stromerzeugungssystem mit variabler Drehzahl bekannt, bei welchem die Frequenz der Primärseite ohne Rücksicht auf Veränderungen bei der Drehzahl dadurch auf einen konstanten Wert gesteuert wird, daß der Sekundärstrom der gewickelten Induktionsmaschine unter Verwendung eines Frequenzwandlers, wie beispielsweise eines Periodenwandlers oder eines PWM-Inverters gesteuert wird. Dieses System hat den charaktenstischen Vorteil, daß die Leistung des Wandlers klein gemacht werden kann, so daß es insbesondere bei Stromerzeugungsanlagen großer Leistung Anwendung finden kann.
• Eine Stromerzeugungsanlage wird als Teil eines komplexen Übertragungssystems betrieben. Bei diesem Übertragungssystem hat die Übertragungsleitung Induktivität, Ohm'schen Widerstand und Streukapazität entlang derselben verteilt. Luftspaltdrosseln und Phasenschieberkondensatoren sind vorgesehen, um den Leistungsfaktor zu verbessern. Die Impedanz hat deshalb, wenn man das Übertragungssystem von der Seite der Generatoranlage aus sieht, eine Frequenzcharakteristik. Weiterhin wird das Übertragungssystem, wenn es verwendet wird, als Reaktion auf Energiestrombedingungen in einer komplexen Weise geschaltet, weshalb diese Impedanzkennlinie nicht fest, sondern variabel ist.
• Fig. 1 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel dafür zeigt, wie harmonische Komponenten, wenn solche in der Primärspannung der Induktionsmaschine vorhanden sind, zur Ausgangsseite der Generatoranlage, d.h. zum Übertragungssystem, übertragen werden, wenn die Generatoranlage in das Übertragungssystem geschaltet wird.
• Fig. 1 zeigt eine Beispiels-Kennlinie, bei welcher infolge der Impedanz-Kennlinie des Übertragungssystems harmonische Komponenten, welche in der Primärspannung der Tnduktionsmaschine vorhanden sind, mit einem Spitzenwert, wie er bei Punkt a angegeben ist, verstärkt werden. Dieser Punkt wird der "Antiresonanzpunkt" genannt, den das Übertragungssystem besitzt. Bei einem Übertragungssystem, welches eine solche Charakteristik hat, würde, wenn die Primärspannung sogar nur eine geringfügige Komponente hätte, welche mit Punkt a zusammenfällt, wegen des Antiresonanzpunktes diese Komponente verstärkt, was eine außerordentlich große Verzerrung am Ausgangsspannungsende der Generatoranlage erzeugen würde. Es ist unerwünscht, die Induktionsmaschine unter einer solchen Bedingung einer großen Spannungsverzerrung zu betreiben, so daß diese Situation vermieden werden muß.
• Die in der Primärspannung der Induktionsmaschine enthaltenen harmonischen Komponenten sind praktisch proportional den harmonischen Komponenten, welche in der Sekundär-Erregungsspannung der Induktionsmaschine enthalten sind. Wenn ein PWM-Inverter beim Frequenzwandler für die Sekundärerregung verwendet wird, dann enthält die Ausgangs-Wellenform dieses Inverters harmonische Komponenten, weshalb diese Komponenten eine Auswirkung auf die harmonischen Komponenten der Primärspannung der Induktionsmaschine haben.
• Fig. 2 ist eine Kennlinie, welche ein Beispiel für eine typische Ausgangsspannungs-Wellenform eines Dreiphasen-PWM-Inverters für eine Sekundärerregung zeigt. In Fig. 2 sind v2u*, v2v* und v2w* Spannungskommandos an den Inverter, dessen Ausgangsfrequenz f&sub0; ist. es ist eine Modulations-Dreieckwelle für die PWM-Steuerung, deren Impulsfolgefrequenz, d.h. Modulationsfrequenz, fs ist. Schaltelemente, welche den Inverter bilden, werden durch ein Vergleichen dieser Spannungskommandos v2u*, v2v* und v2w* mit der Modulations-Dreieckwelle es gesteuert, worauf dann die Grundfrequenz der Ausgangsspannung des Inverters durch die Frequenz f&sub0; der Spannungskommandos bestimmt wird, und man erhält eine typische PWM-Inverter-Ausgangsspannung, bei welcher die Impulsfolgefrequenz einer Impulskette, welche sich in der Form einer Rechteckwelle ändert, durch die Frequenz fs der Modulations- Dreieckwelle bestimmt wird.
• Die in dieser PWM-Inverter-Ausgangsspannung vuv enthaltenen harmonischen Komponenten werden durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt, wobei die Frequenz der Modulations-Dreieckwelle es als fs und die Frequenz der Spannungskommandos v2u*, v2v* und v2w* als f&sub0; genommen werden:
• fH = n fs ± k f&sub0;
• wobei n eine ganze Zahl ist, 0 bis ∞ und k eine ganze Zahl ist, 0 bis ∞.
• Wie aus der vorstehenden Gleichung hervorgeht, hängen die in dieser PWM-gesteuerten Inverter-Ausgangsspannung enthaltenen harmonischen Komponenten sowohl von der Frequenz f&sub0; der Spannungskommandos, als auch von der Frequenz fs der Modulations- Dreieckwelle ab. Beim Betreiben eines gewöhnlichen PWM-Inverters ist die Frequenz fs der Modulations-Dreieckwelle auf einen konstanten Wert fixiert, aber ändert sich die Ausgangsfrequenz f&sub0; über einen großen Bereich, so daß die harmonischen Komponenten der Ausgangsspannung des Inverters sich auf komplexe Weise ändern. Infolgedessen ändern sich selbst bei einem Generatorsystem mit variabler Drehzahl die in der Ausgangsspannung enthaltenen harmonischen Komponenten in einer komplexen Weise, weil die Frequenz des PWM-Inverters, welcher die Sekundärerregungs-Energiequelle bildet, in einer Art und Weise gesteuert wird, welche der Drehzahl der Induktionsmaschine angepaßt ist.
• Dementsprechend wird bei dem Generatorsystem mit variabler Drehzahl, welches einen PWM-Inverter benutzt, im variablen Drehzahlbereich die Modulationsfrequenz fs der Sekundär-Erregungsspannung so bestimmt, daß keine harmonische Komponente, welche dem Antiresonanzpunkt a von Fig. 1 entspricht, in der Primärspannung der Induktionsmaschine enthalten ist. Jedoch ändert sich als Folge der Bedürfnisse, welche bei Nutzung des Übertragungssystems aufgebracht werden, wenn ein Betrieb mit dem Übertragungssystem durchgeführt, während dies umgeschaltet wird, die Impedanzkennwerte des Übertragungssystems, was bewirkt, daß der Antiresonanzpunkt verschoben wird. Dies kann zu Harmonischen führen, die in der Primärspannung der Induktionsmaschine enthalten sind, welche mit dem Antiresonanzpunkt zusammenfallen. In solchen Fällen wird die Verzerrung der Primärspannung der Induktionsmaschine ungeheuer stark vergrößert. Dies könnte es unmöglich machen, den Betrieb fortzusetzen.
• In dieser Beziehung wird bei dem in der vorstehend beschriebenen Literaturquelle offenbarten System eine Spannungsverzerrung der Primärspannung der Induktionsmaschine nicht diskutiert, und es werden, selbst dann, wenn das Übertragungssystem wegen Erfordernissen des Energiesystems umgeschaltet wird, keine Maßnahmem ergriffen, um eine stabile Primärspannung der Induktionsmaschine mit nur wenig Verzerrung zu gewährleisten. Die Entwicklung einer Betriebs-Steuereinrichtung für eine gewickelte Induktionsmaschine, wobei die Steuerung so durchgeführt wird, daß die Primärspannung der Induktionsmaschine mit nur wenig Verzerrung selbst dann stabil gemacht wird, wenn als Folge von Erfordernissen des Energiesystems das Übertragungssystem umgeschaltet wird, ist deshalb jetzt dringend geboten.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, für ein Betriebs- Steuerungssystem für eine Induktionsmaschine vom Wicklungstyp zu sorgen, bei welcher der Betrieb so angeordnet werden kann, daß sich eine stabile Spannung mit nur geringer Verzerrung selbst dann ergibt, wenn die Impedanzkennlinie der Übertragungsleitung, mit welcher sie verbunden ist, sich in einer komplexen Weise ändert.
• Entsprechend einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung weist ein System zur Steuerung des Betriebs einer Induktionsmaschine vom Wicklungstyp, welche mit einer elektrischen Übertragungsleitung verbunden ist, auf: einen PWM-Inverter zur Steuerung der Sekundärerregung der Maschine; eine Primärspannungs-Phasenerkennungseinrichtung zur Erkennung einer Phase der Primärspannung der Maschine und zur Erzeugung eines Signals, das diese Phase darstellt; eine Phasenerkennungseinrichtung zur Erkennung einer Drehphase der Rotorwicklung der Maschine und zur Erzeugung eines Signals, das die Drehphase darstellt; eine Sekundärspannungs- Phasenerkennungseinrichtung zur Bestimmung einer Phase der Sekundärspannung der Maschine in Abhängigkeit von der ermittelten Primärspannungsphase und der ermittelten Drehphase und zur Erzeugung eines Signals, das die Sekundärspannungsphase darstellt; eine Sekundärstrom-Steuereinrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals für den PWM-gesteuerten Inverter in Abhängigkeit auf den Sekundärstrom der Maschine, einem Strombefehlswert und der Sekundärspannungsphase; und eine Gate-Steuereinrichtung, die auf die Befehlssignale von den Sekundärstrom-Steuereinrichtungen anspricht; und Einrichtungen, die entweder ein Signal, das die Verzerrung der Primärspannung der Maschine darstellt, oder ein Übertragungsumschaltsignal zum Ausgeben von Gate-Steuersignalen an den PWM-gesteuerten Inverter zur Durchführung der PWM-Steuerung, durch Modulieren der Befehlssignale mit einer Dreieckswelle der Modulationsfrequenz, die entweder dem Spannungsverzerrungssignal oder dem Übertragungssystem-Umschaltsignal entspricht.
• Entsprechend einem zweiten Gesichtspunkt umfaßt die Erfindung ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer Induktionsmaschine vom Wicklungstyp, die an eine elektrische Übertragungsleitung angeschlossen wird und bei der die Sekundärstromerregung durch einen PWM-gesteuerten Inverter erfolgt, welche folgende Schritte umfaßt: Erkennen einer Phase der Primärspannung der Induktionsmaschine vom Wicklungstyp und Erzeugen eines Signals, das die Phase darstellt; Erkennen einer Drehphase eines Rotors der Induktionsmaschine und Erzeugen eines Signals, das die Rotationsphase darstellt; Ermitteln einer Phase einer Sekundärspannung der Maschine unter Verwendung der erkannten Primärspannungsphase und der erkannten Drehphase und Erzeugen eines Signals, das die Sekundärspannungsphase darstellt; Erzeugen von Spannungsbefehlssignalen für den Inverter unter Verwendung des Sekundärstroms der Maschine, eines Strombefehlswertes und der ermittelten Sekundärspannungsphase; und Erzeugen von Gate-Steuersignalen für den PWM-gesteuerten Inverter, um eine PWM-Steuerung durch Modulieren der Spannungsbefehlssignale mit einer Dreieckswelle der Modulationsfrequenz durchzuführen, die entweder von der Spannungsverzerrung der Primärspannung abhängt oder in Abhängigkeit von einem Übertragungssystem-Umschaltsignal vorgegeben wird.
• Damit man die Erfindung leichter verstehen kann, wird sie jetzt, nur in der Form eines Beispiels, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei welchen:
• Fig. 1 eine Kennlinie ist, welche zur Erklärung der Frequenzkennlinie gegeben wird, die ein Übertragungssystem besitzt;
• Fig. 2 ein Diagramm ist, welches zur Erklärung eines PWM-gesteuerten Inverters gegeben wird;
• Fig. 3 ein Blockschaltbild ist, das eine Ausführungsform einer Betriebs-Steuereinrichtung für eine Induktionmsmaschine vom Wicklungstyp entsprechend dieser Erfindung zeigt;
• Fig. 4 ein Blockschaltbild ist, welches einen grundlegenden Aufbau von Gate-Steuereinrichtungen dieser Erfindung zeigt;
• Fig. 4A eine Grafik ist, welche die Kennlinie des Funktionsgenerators zeigt; und
• Fig. 5 ein Blockschaltbild ist, welches einen weiteren grundlegenden Aufbau von Gate-Steuereinrichtungen dieser Erfindung zeigt.
• Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Betriebs-Steuersystems für eine Induktionsmaschine vom Wicklungstyp entsprechend dieser Erfindung. In Fig. 3 ist eine Induktionsmaschine vom Wicklungstyp 10 durch einen Haupttransformator 9 mit einer Übertragungsleitung 1 verbunden. Induktivität 2 und Streukapazität 3 sind an dem Energiesystem 1 verteilt, und die Systemauslegung wird durch Öffnen und Schließen eines Leistungsschalters 4 geändert.
• Ein Betriebs-Steuerungssystem 11 dieser Erfindung steuert den Betrieb der Induktionsmaschine 10, detaillierter gesagt, die Umwandlung der Gleichspannung einer Gleichstromquelle 38 in eine vorgeschriebene Sekundärspannung wird durch die Gate-Steuerung eines PWM-gesteuerten Inverters 37 durchgeführt. Diese steuert den Betrag und die Frequenz der Sekundärspannung von Induktionsmaschine 10 auf einen konstanten Wert.
• Die Phase θ&sub1; der Primärspannung der Induktionsmaschine 10 vom Wicklungstyp wird durch eine Primärspannungs-Phasenerkennungseinrichtung 31 festgestellt. Die Drehphase θr des Rotors von Induktionsmaschine 10 wird durch eine Drehphasen-Erkennungseinrichtung 32 festgestellt.
• Die Abweichung zwischen der Phase der Primärspannung θ&sub1;, die von der Spannungsphasenerkennungseinrichtung 31 festgestellt wird und der Drehphase θr, die durch die Drehphasen-Erkennungseinrichtung 32 festgestellt wird, d.h. die Sekundärspannungsphase θ&sub2; erhält man durch eine Sekundärphasen-Erkennungseinrichtung 32. Diese Sekundärspannungsphase θ&sub2; zeigt die Frequenz der Sekundärspannung der Maschine 10 an.
• Die durch diese Sekundärspannungs-Phasenerkennungseinrichtung 33 erhaltene Sekundärspannungsphase θ&sub2; wird in einen Dreiphasen- Zweiphasen-Wandler 351 und eine Spannungsbefehl-Erzeugungseinrichtung 354 einer Sekundärstrom-Steuereinrichtung 35 eingegeben.
• Der Dreiphasen-Zweiphasen-Wandler 351 konvertiert den Dreiphasen-Sekundärstrom der Induktionsmaschine, der durch eine Stromerkennungseinrichtung 34 festgestellt wird, in einen Zweiphasen- Sekundärstrom, der aus der Wirkkomponente I&sub2;d und der Blindkomponente I&sub2;q besteht. Die durch die Sekundärspannungs-Phasenerkennungseinrichtung 33 erhaltene Sekundärspannungsphase θ&sub2; wird bei dieser Konvertierung als Parameter benutzt.
• Die Wirkkomponente I&sub2;d und die Blindkomponente I&sub2;q des Sekundär stroms werden in eine Vergleichseinrichtung 352 eingegeben, wo sie mit vorbestimmten Strom-Befehlswerten I*&sub2;d und I*&sub2;q verglichen werden. Man erhält so die Abweichung der Wirkkomponente ΔI&sub2;d beziehungsweise der Blindkomponente ΔI&sub2;q.
• Die Abweichung der Wirkkomponente ΔI&sub2;d und der Blindkomponente ΔI&sub2;q des Sekundärstroms werden dann in eine Berechnungseinrichtung 353 eingeben, welche sie in die entsprechende Abweichung der Wirkkomponente ΔV&sub2;d und der Blindkomponente ΔV&sub2;q der Sekundärspannung konvertiert.
• Die Abweichung der Wirkkomponente ΔV&sub2;d und der Blindkomponente ΔV&sub2;q der Sekundärspannung werden dann in eine Spannungsbefehl- Erzeugungseinrichtung 354 eingegeben, wo sie in die Dreiphasen-Spannungs-Befehle V*&sub2;U, V*&sub2;V und V*&sub2;W konvertiert werden. Die Frequenz der Spannungs-Befehle V*&sub2;U, V*&sub2;V und V*&sub2;W wird bestimmt, indem die Sekundärspannungsphase θ&sub2;, die durch die Sekundärphasen-Erkennungseinrichtung 33 berechnet worden ist, als Berechnungsparameter bei der Konvertierung benutzt wird.
• Die Spannungs-Befehle V*&sub2;U, V*&sub2;N und V*&sub2;W aus der Spannungsbefehl- Erzeugungseinrichtung 354 werden in eine Gate-Steuereinrichtung 36 eingegeben. Die Gate-Steuereinrichtung 36 gibt auch ein Signal ed ein, welches den Grad der Spannungsverzerrung aus einer Primärspannungsverzerrungs-Erkennungseinrichtung 30 von Induktionsmaschine 10 anzeigt.
• Die Spannungsverzerrung ed wird hauptsächlich durch die höheren harmonischen Komponenten bei der Antiresonanzfrequenz der Übertragungsleitung (in Fig. 1 gezeigt) bewirkt. Es können auch andere höhere harmonische Komponenten enthalten sein, doch haben diese nur geringe Auswirkungen auf die Spannungsverzerrung ed. Der Wert ed wird wie folgt hergeleitet:
• worin bedeuten:
• V = V&sub1;sinωt + V&sub2;sin2ωt + ... + Vnsinnωt (wobei die Begriffe V&sub1; ... Vn harmonishce Komponenten sind)
• V&sub1; = V&sub1;sinωt
• V ² = V&sub1; ² + V&sub2; ² + ... + Vn ² V&sub1; ² = V&sub1; ²
• ed: Spannungsverzerrung
• V: Spannung der Übertragungsleitung
• V&sub1;: Grundwellenkomponente der Spannung der Übertragungsleitung.
• Der Detektor 30 kann zum Beispiel unter Verwendung des Hewlett Packard HP4195A implementiert werden.
• Wenn die Gate-Steuereinrichtung 36 die Spannungskommandos v2u*, v2v* und v2w* aus der Spannungsbefehl-Erzeugungseinrichtung von Strom-Steuereinrichtung 35 und das Spannungs-Verzerrungssignal ed aus der Spannungsverzerrungs-Erkennungseinrichtung 30 eingibt, dann wird, wenn der Betrag des Spannungsverzerrungssignals ed innerhalb eines Bereichs liegt, der kleiner als der vorgeschriebene Wert (ed2) ist, die PWM-Steuerung mit der Modulation der Dreieckwelle von vorher eingestellter Modulationsfrequenz f&sub2; ausgeführt. Wenn das Spannungsverzerrungssignal ed größer als der vorgeschriebene Wert ed1 ist, dann wird eine PWM-Steuerung mit der Modulationsfrequenz fs ausgeführt, welche gegenüber ihrem voreingestellten Wert um einen Betrag verändert ist, der eine Reaktion auf das Spannungsverzerrungssignal ed ist. Ein Beispiel für die detaillierte Auslegung dieser Gate-Steuereinrichtung 36 wird in dem Blockschaltbild von Fig. 4 gezeigt.
• Die Gate-Steuereinrichtung 36 besteht aus einer Modulationsfrequenz-Einstelleinrichtung 361, welche die Modulationsfrequenz fs des PWM-gesteuerten Inverters 37 festlegt, einer Funktionserzeugungseinrichtung 362, welche das Ausgangssignal ed aus der Spannungsverzerrungs-Erkennungseinrichtung 30 eingibt, einer Berechnungseinrichtung 363, welches das Ausgangssignal aus der Modulationsfrequenz-Einstelleinrichtung 361 und das Ausgangssignal aus der Funktionserzeugungseinrichtung 362 addiert, einer Dreieckwellen-Erzeugungseinrichtung 364, welche eine Dreieckwelle es von vorgeschriebener Modulation fs auf Basis des Ausgangssignals aus dieser Berechnungseinrichtung 363 ausgibt und aus Vergleichseinrichtungen 120U, 120V und 120W, welche Gate-Signale 121U, 121V und 121W an den PWM-gesteuerten Inverter 37 durch Vergleichen von e-Spannungsbefehlswerten V*2U, V*2V und V*2W aus der Spannungsbefehls-Erzeugungseinrichtung 354 mit der Dreieckwelle es aus dieser Dreieckwellen-Erzeugungseinrichtung ausgeben.
• Die Kennlinie von Funktionsgenerator 362 wird in Fig. 4A gezeigt. VF, ausgegeben an die Berechnungseinrichtung 363, ist solange θ, bis der Schwellenwert e von ed erreicht ist. Dies ist dann der Fall, wenn der Betrag der Verzerrung ed größer als der vorgeschriebene Wert ist.
• Die Dreieckwellen-Erzeugungseinrichtung 364 besteht aus einem Impulsgenerator 111, welcher Impulse erzeugt, die dem Betrag des Ausgangssignals aus der Berechnungseinrichtung 363 entsprechen, einem Zähler 113, welcher die Anzahl der Impulse aus diesem Impulsgenerator 111 zählt und aus einem Dreieckwellengenerator 115, welcher die Modulationsfrequenz fs in Übereinstimmung mit der Anzahl der Impulse, welche durch den Zähler 113 gezählt werden, ändert.
• Wollen wir jetzt annehmen, daß die Verzerrung der Primärspannung 10 durch die Spannungsverzerrungs-Erkennungseinrichtung 30 festgestellt wird. Wenn dies erfolgt, dann wird ein Spannungsverzerrungssignal ed proportional dieser Spannungsverzerrung in die Funktionserzeugungseinrichtung 362 von Gate-Steuereinrichtung 36 eingegeben.
• Die Modulationsfrequenz fs0 für die PWM-Steuerung der festen Frequenz, mit welcher der PWM-gesteuerte Inverter 37 eigentlich betrieben werden sollte, wird in der Modulationsfrequenz-Einstelleinrichtung 361 der Gate-Steuereinrichtung 36 eingestellt.
• Jedoch ist die Funktion, welche in Funktionserzeugungseinrichtung 362 eingestellt wird, wie folgt. Speziell wird dann, wenn das Spannungs-Verzerrungssignal ed kleiner als der vorgeschriebene Wert ist, sein Ausgangssignal auf Null gesetzt. Wenn das Spannungs-Verzerrungssignal ed größer als der vorgeschriebene Wert ist, dann wird sein Ausgangssignal auf einen Wert proportional dem Spannungs-Verzerrungssignal ed gesetzt. Deshalb gibt, wenn das Spannungs-Verzerrungssignal größer als der vorgeschriebene Wert ed ist, die Dreieckwellen-Erzeugungseinrichtung 364 eine Modulations-Dreieckwelle es von der Modulationsfrequenz fs proportional dem Ausgangssignal von Berechnungseinrichtung 363 aus.
• Die Gate-Signale für die PWM-Steuerung werden durch Vergleich dieser Modulations-Dreieckwelle es mit den Spannungsbefehlssignalen V*2U, V*2V und V*2W vergleichen, was durch Vergleichseinrichtung 120U, 120V und 120W durchgeführt wird.
• Folglich kann der Gehalt des Systems an harmonischen Komponenten in der Primärspannung, die eine Antiresonanz-Charakteristik haben, dadurch reduziert werden, daß das Gate-Signal in Übereinstimmung mit der Spannungsverzerrung geändert wird.
• Bei der Betriebs-Steuerungsvorrichtung dieser Ausführungsform wird dann, wenn der Betrag der Spannungsverzerrung der Primärspannung von Induktionsmaschine 10 einen vorgeschriebenen Wert erreicht, die Frequenz fs von Modulations-Dreieckwelle es in Übereinstimmung mit dem Betrag dieser Spannungsverzerrung justiert. Die Spannungsverzerrung der Primärwicklung der Induktionsmaschine 10 vom Wicklungstyp kann deshalb dadurch reduziert werden, daß die harmonischen Frequenzkomponenten, welche in der Ausgangsspannung des PWM-gesteuerten Inverters enthalten sind, geändert werden. Das heißt, selbst dann, wenn die Generatoranlage auf ein Energiesystem geschaltet wird, bei welchem ein Übertragungssystem, das eine Antiresonanz-Charakteristik hat, in einer komplexen Form zugeschaltet wird, kann man einen Betrieb mit geringer Verzerrung immer erreichen.
• Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, welches eine andere Ausführungs form von Gate-Steuereinrichtung 36 zeigt. Teilen, welche dieselben sind, wie bei Fig. 4, sind dieselben Bezugszahlen gegeben worden.
• Im allgemeinen trachtet man danach, einen stabilen Betrieb eines Energiesystem durch Aufschalten auf das Energiesystem zu erreichen, welches durch Überwachung des Energiestroms bei dem Übertragungssystem an einer Energie-Befehlszentrale durchgeführt wird. Folglich hat die Energie-Befehlszentrale immer unter Kontrolle, wie das Energiesystem geschaltet und betrieben wird. Der Schaltzustand des Übertragungssystems kann deshalb für jede Erzeugungsanlage so vorgesehen werden, daß sie in ein Energiesystem geschaltet wird.
• Fig. 5 zeigt eine Beispiels-Auslegung von Gate-Steuereinrichtung 36, wenn eine Erzeugungsanlage, welche eine Induktionsmaschine vom Wicklungstyp hat, bei einem solchen Energiesystem verwendet wird. Bei Fig. 5 bezeichnet Bezugszahl 130 ein Übertragungssystem-Schaltsignal, welches von der Energie-Befehlszentrale geliefert wird; bezeichnet 361A eine erste Modulationsfrequenz- Einstelleinrichtung; bezeichnet 361B eine zweite Modulationsfrequenz-Einstelleinrichtung; und bezeichnet 365 eine Schalteinrichtung, welches in angemessener Weise zwischen dem Ausgang aus der ersten und der zweiten Modulationsfrequenz-Einstelleinrichtung 361A und 361B in Abhängigkeit eines Übertragungsleitungs- Schaltsignals 130 umschaltet und den gewählten Ausgang als Eingang an die Dreieckwellen-Erzeugungseinrichtung 364 liefert.
• In einer Gate-Steuereinrichtung 36, das wie vorstehend aufgebaut ist, wird, bevor die Übertragungsleitung umgeschaltet wird, der Umschalter 365 auf die Seite A umgeschaltet. Eine Energieverzerrung kann dann dadurch reduziert werden, daß sichergestellt wird, daß keine harmonische Komponente der Primärspannung von Induktionsmaschine 10 mit dem Antiresonanzpunkt des Übertragungssystems zusammenfällt, indem der PWM-gesteuerte Inverter 37 mit der Modulationsfrequenz fs1 gesteuert wird, welche durch die erste Modulationsfrequenz-Einstelleinrichtung 361A eingestellt wird. Danach wird, wenn das Übertragungssystem umgeschaltet wird, das Übertragungsleitungs-Schaltsignal 130 eingegeben, und die Umschalteinrichtung 365 wird betätigt, was bewirkt, daß die Umschalteinrichtung 365 zur Seite B umgeschaltet wird. Der PWM- gesteuerte Inverter 37 wird dann mit der Modulationsfrequenz fs2 gesteuert, welche durch die zweite Modulationsfrequenz-Einstelleinrichtung 361B so eingestellt wird, daß keine harmonische Komponente der Primärspannung von Induktionsmaschine 10 mit dem Antiresonanzpunkt des Energiesystems zusammenfällt, wobei den Kennwerten des Übertragungsystems nach dem vorherigen Umschalten der Übertragungsleitung Rechnung getragen wird. Der Betrieb kann deshalb mit einer geringen Spannungsverzerrung selbst nach dem Umschalten des Übertragungssystens fortgesetzt werden. Es ist auch möglich, die Einrichtungskosten zu reduzieren, da ja die Spannungsverzerrungs-Erkennungseinrichtung 30 von Fig. 3 dadurch beseitigt werden kann, daß man die Gate-Steuereinrichtung 36 von Fig. 5 verwendet.
• Wie vorstehend beschrieben, kann mit dieser Erfindung die Spannungsverzerrung der Primärspannung einer mit Wicklungen versehenen Induktionsmaschine dadurch reduziert werden, daß der Gehalt der Ausgangsspannung des PWM-gesteuerten Inverters an harmonischen Komponenten geändert wird. Dies erfolgt dadurch, daß man die Modulationsfrequenz justiert, welche die EIN/AUS-Perioden der Schaltelemente des PWN-gesteuerten Inverters als Reaktion auf den Betrag der Spannungsverzerrung bestimmt, wenn der festgestellte Wert einer solchen Spannungsverzerrung in der Primärspannung der gewickelten Induktionsmaschine einen vorgeschriebenen Wert überschreitet. Man kann deshalb eine stabile Primärspannung mit wenig Spannungsverzerrung selbst dann erreichen, wenn die Impedanzkennlinie der Übertragungsleitung sich als Folge des Umschaltens des Übertragungssystems usw. in einer komplexen Art und Weise ändert. Folglich kann für eine Betriebs- Steuereinrichtung für eine Induktionsmaschine vom Wicklungstyp gesorgt werden, welche eine sehr hohe Zuverlässigkeit hat.

Claims (6)

1. System zur Steuerung des Betriebs einer Induktionsmaschine vom Wicklungstyp, die an eine elektrische Übertragungsleitung angeschlossen ist, wobei das System aufweist:

einen PWM-Inverter (37) zur Sekundärstrom-Anregungssteuerung der Maschine;

eine Primärspannungs-Phasenerkennungseinrichtung (31) zur Erkennung einer Phase der Primärspannung der Maschine und zur Erzeugung eines Signals (θ&sub1;), das die Phase darstellt;

eine Phasenerkennungseinrichtung (32) zur Erkennung einer Drehphase der Rotorwicklung der Maschine und zur Erzeugung eines Signals (θr), das die Drehphase darstellt;

einer Sekundärspannungs-Phasenerkennungseinrichtung (33) zur Bestimmung einer Phase der Sekundärspannung der Maschine in Abhängigkeit von der ermittelten Primärspannungsphase (θ&sub1;) und der ermittelten Drehphase (θr) und zur Erzeugung eines Signals (θ&sub2;), das die Sekundärspannungsphase darstellt;

einer Sekundärstrom-Steuereinrichtung (35) zur Erzeugung eines Steuersignals für den PWM-gesteuerten Inverter (37) in Abhängigkeit von dem Sekundärstrom der Maschine, einem Strombefehlswert und der Sekundärspannungsphase; und mit

einem Gate-Steuermittel (36), das auf die Befehlssignale von den Sekundärstrom-Steuermitteln anspricht;

gekennzeichnet durch

Mittel, die entweder ein Signal (ed), das die Verzerrung der Primärspannung der Maschine darstellt, oder ein Übertragungsumschaltsignal zum Ausgeben von Gate-Steuersignalen an den PWM-gesteuerten Inverter (37) zur Durchführung der PWM-Steuerung, durch Modulieren der Befehlssignale mit einer Dreieckswelle der Modulationsfrequenz, die entweder dem Spannungsverzerrungssignal oder dem Übertragungssystem- Umschaltsignal entspricht.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Sekundärstrom-Steuereinrichtung (35) die Befehlssignale in der Weise erzeugt, daß die Frequenz des Sekundärstroms die von der Sekundärspannungs-Phasenerkennungseinrichtung (33) ermittelte Frequenz ist und wobei ein Wert des Sekundärstroms den Strombefehlswert bildet.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gate-Steuermittel (36) an den PWM-gesteuerten Inverter ein Gate-Steuersignal ausgibt, um eine PWM-Steuerung durchzuführen, wobei dann, wenn die Größe des Spannungsverzerrungssignals (ed) kleiner als ein vorgegebener Wert ist, das Spannungsbefehlssignal mit einer Dreieckswelle von vorgegebener Modulationsfrequenz moduliert wird, aber dann, wenn die Größe des Spannungsverzerrungssignals (ed) den vorgegebenen Wert überschreitet, das Spannungsbefehlssignal mit einer Dreieckswelle der Modulationsfrequenz moduliert wird, das der Größe des Spannungsverzerrungssignals (ed) entspricht.

4. System nach Anspruch 1, wobei das Signal (ed), das die Verzerrung der Primärspannung darstellt, von der Spannungsverzerrungs-Erkennungseinrichtung (30) erhalten wird.

5. System nach Anspruch 1, wobei die Sekundärstrom-Steuereinrichtung (35) die Spannungsbefehlssignale in der Weise berechnet, daß die Frequenz des Sekundärstroms eine Frequenz ist, die durch die Sekundärspannungs-Phasenerkennungseinrichtung (33) berechnet ist und der Wert des Sekundärstroms der Strombefehlswert ist.

6. Verfahren zum Steuern des Betriebs einer Induktionsmaschine vom Wicklungstyp, die an eine elektrische Übertragungsleitung angeschlossen wird und bei der die Sekundärstromerregung durch einen PWM-gesteuerten Inverter erfolgt, mit den Schritten:

Erkennen einer Phase der Primärspannung der Wicklungstyp-Induktionsmaschine und Erzeugen eines Signals, das die Phase darstellt;

Erkennen einer Drehphase eines Rotors der Induktionsmaschine und Erzeugen eines Signals, das die Rotationsphase darstellt;

Ermitteln einer Phase einer Sekundärspannung der Maschine unter Verwendung der erkannten Primärspannungsphase und der erkannten Drehphase und Erzeugen eines Signals, das die Sekundärspannungsphase darstellt;

Erzeugen von Spannungsbefehlssignalen für den Inverter unter Verwendung des Sekundärstroms der Maschine, eines Strombefehlswerts und der ermittelten Sekundärspannungsphase;

dadurch gekennzeichnet,

daß Gate-Steuersignale für den PWM-gesteuerten Inverter erzeugt werden, um eine PWM-Steuerung durch Modulieren der Spannungsbefehlssignale mit einer Dreieckswelle der Modulationsfrequenz durchzuführen, die entweder von der Spannungsverzerrung der Primärspannung abhängt oder in Abhängigkeit von einem Übertragungssystem-Umschaltsignal vorgegeben wird.