DE69211815T2

DE69211815T2 - Leistungswandlungssystem

Info

Publication number: DE69211815T2
Application number: DE69211815T
Authority: DE
Inventors: Nagataka Seki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-11-11
Filing date: 1992-11-10
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2012-11-11
Also published as: CA2082553C; EP0542507A3; CA2082553A1; DE69211815D1; EP0542507A2; US5371664A; EP0542507B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungswandlungssystem, bei dem ein netzgeführtes Leistungswandlungssystem und ein selbstgeführtes Leistungswandlungssystem miteinander gekoppelt sind.
Netzgeführte Leistungswandlungssysteme werden in großem Umfang bei der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom bzw. von Gleichstrom in Wechselstrom verwendet. Bei der Gleichstromübertragung werden zum Beispiel in Großserie hergestellte Leistungswandlungssysteme verwendet.
Die in Großserie hergestellten netzgeführten Leistungswandlungssysteme benötigen jedoch LC-Filter, die eine Drossel und einen Kondensator enthalten, um Oberwellen zu vermindern und um nacheilende Blindströme zu kompensieren, aber zusätzlich zu dem Nachteil, daß für den LC-Filter viel Platz benötigt wird, gibt es die Nachteile, daß in dem LC-Filter zu hohe Ströme auftreten, was durch das Eintreten von Oberwellen aus der Umgebung und durch das Entstehen von Antiresonanzen bewirkt wird, welche durch den LC-Filter und die Reaktanz des Systems hervorgerufen werden.
Außerdem wird in netzgeführten Wandlungssystemen eine Umschalteinrichtung unter Verwendung der Systemspannung kommutiert, so daß ein weiterer Nachteil darin besteht, daß ein Kommutierungsfehler verursacht und die Einrichtung beschädigt werden kann, wenn die Spannung des Systems abfallen sollte oder wenn beim Wandlerbetrieb eine Spannungsverzerrung auftritt.
Seit kurzem werden aktive Filter zusammen mit Blindleistungs Einstelleinrichtungen angeboten, die anstelle von LC-Filtern selbstgeführte Spannungswandlungssysteme verwenden, wobei die Vorteile der Technologie der selbstgeführten Leistungswandlung beispielsweise aus der DE 37 25 515 A1 bekannt sind.
Beispielsweise werden aktive Filter und Blindleistungs-Einstell einrichtungen in Leistungsbereichen von einigen MVA bis hin zu mehreren zehn MVA hergestellt, beginnend mit der in dem "Toshiba Review" (Vol. 43, Nr. 4, S. 339 bis 342) gezeigten Einrichtung. Der Leistungswandlungsschaltkreis ist ein selbstgeführter Spannungswandler. Bei Systemen, die diese selbstgeführten Spannungswandlungssysteme verwenden, besteht das primäre Problem in dem Schutz gegen zu hohe Ströme in der Umschalteinrichtung bei einem Gleichstromkurzschluß.
Die mit einem Hauptschaltkreis in Beziehung stehenden Probleme treten besonders bei höheren Leistungen auf. Zur Verbesserung wird die Ladung des Gleichstromkondensators über GTO-Thyristoren abgeleitet, sofern die GTO-Thyristoren (Gate Turn-Off) infolge einer Steuerstörung oder dergleichen zeitgleich geöffnet sind. Es ist nicht möglich, die derzeit gebräuchliche Schaltkreisunterbrechungsfunktion des GTO-Thyristors anzuwenden, wenn zu diesem Zeitpunkt ein schneller Anstieg des Kurzschlußstrams auftritt, und es besteht die Gefahr, daß der GTO-Thyristor durch einen zu hohen Strom ausfällt. Zum Vermeiden dieser Gefahr sind Schutzsicherungen vorgesehen.
Für höhere Spannungen gibt es jedoch keine Schutzsicherungen, und viele Anwender verwenden sie aus Gründen der Gewährleistung einer hohen Zuverlässigkeit nur ungern, und folglich besteht ein Bedürfnis, diese Einrichtungen zu ersetzen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Leistungswandlungs System mit einem netzgeführten Leistungswandler und mit einem selbstgeführten Leistungswandler vorzusehen, deren jeweilige Vorteile genutzt werden können und deren jeweilige Nachteile sich gegenseitig ausgleichen.
Zur Lösung der obengenannten Aufgabe enthält ein Leistungswandlungssystem eine netzgeführte Leistungswandlereinrichtung, um Gleichstrom in Wechselstrom oder Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln,
eine selbstgeführte Leistungswandlereinrichtung, um die Blindleistung der netzgeführten Leistungswandlereinrichtung zu vermindern, und
eine Kopplungseinrichtung, die in Serie auf der Gleichstromseite sowohl der netzgeführten Leistungswandlereinrichtung als auch der selbstgeführten Leistungswandlereinrichtung angeschlossen ist, um mit der netzgeführten Leistungswandlereinrichtung einen ersten geschlossenen Schaltkreis und mit der selbstgeführten Leistungswandlereinrichtung einen zweiten geschlossenen Schaltkreis zu bilden.
Bei dem derart aufgebauten Leistungswandlungssystem der Erfindung wird durch die netzgeführte Leistungswandlereinrichtung die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom bzw. von Wechselstrom in Gleichstrom bewirkt, und durch die selbstgeführte Leistungswandlereinrichtung wird die Blindleistung bzw. die Blindleistung und die von der netzgeführten Leistungswandlereinrichtung erzeugten Oberwellen vermindert, wobei beide Einrichtungen mehr oder weniger unabhängig voneinander arbeiten, wobei aber beim selten auftretenden Gleichstromkurzschluß der selbstgeführten Leistungswandlereinrichtung die Leitungsverbindung durch die Kopplungsdiode unterbrochen wird, so daß die netzgeführte Leistungswandlereinrichtung und die selbstgeführte Leistungswandlereinrichtung in Serie arbeiten. Dadurch wird der zu hohe Strom auf der Seite der selbstgeführten Leistungswandlereinrichtung durch die Gleichstromsteuerfunktion der netzgeführten Leistungswandlereinrichtung begrenzt, und der Kurzschluß wird durch das Abschalten der Umschalteinrichtung durch die eigene Schaltkreisunterbrechungsfunktion sicher abgeleitet. Daher ist es möglich, daß die selbstgeführte Leistungswandlereinrichtung keine Sicherungen benztigt und eine geringere Größe hat.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
Figur 1 ist eine Darstellung eines Leistungswandlungssysterns&sub1; die das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Figur 2 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines als rückwärtssperrende Brücke geschalteten Wandlers zeigt;
Figur 3 ist eine Darstellung, die die Pfade zeigt, entlang derer der Strom bei einem Gleichstromkurzschluß des als rückwärtsleitende Brücke geschalteten Wandlers fließt;
Figur 4 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines als rückwärtsleitende Brücke geschalteten Wandlers zeigt;
Figuren 5 bis 11 sind Darstellungen eines Leistungswandlungs systems, die das zweite bis achte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen;
Figur 12 ist eine Darstellung, die die Pfade zeigt, entlang derer der Strom bei einem Gleichstromkurzschluß eines als rückwärtsleitende Brücke geschalteten Wandlers des achten Ausführungsbeispiels aus Figur 11 fließt; und
Figuren 13 bis 15 sind Darstellungen eines Leistungswandlungssystems, die das neunte bis elfte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen.
Wie in Figur 1 gezeigt, enthält ein Leistungswandlungssystem eines ersten Ausführungsbeispiels eine netzgeführte Leistungswandlereinrichtung 100 und eine selbstgeführte Spannungswandlereinrichtung 200. Die Einrichtung 100 und die Einrichtung 200 sind durch eine Kopplungsdiode 107 miteinander gekoppelt.
Die netzgeführte Leistungswandlereinrichtung enthält einen Unterbrechungsschalter 101, einen Transformator 102, einen als rückwärtssperrende Brücke geschalteten Leistungswandler 103 mit einem positiven Anschluß 104 und einem negativen Anschluß 105, eine Gleichstromdrossel 106, die Kopplungsdiode 107 und eine Last 110.
Auch die selbstgeführte Spannungswandlereinrichtung 200 enthält einen Unterbrechungsschalter 201, einen Transformator 202, eine Kopplungsdrossel 203, einen als eine rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandler 204 mit einem positiven Anschluß 205 und einem negativen Anschluß 206, einen Gleichstromkondensator 207 und die Kopplungsdiode 107.
Außerdem kann der als eine rückwärtssperrende Brücke geschaltete Leistungswandler 103 ein Thyristor-Gleichrichter sein, wie in Figur 2 gezeigt ist.
Da die Kopplungsdiode 107 in Richtung des Gleichstromes gepolt ist, wird durch die Kopplungsdiode 107 der normale Betrieb der netzgeführten Leistungswandlereinrichtung 100 nicht beeinflußt.
Wenn die Kopplungsdiode 107 andererseits mit der in Figur 1 gezeigten Polarität in der selbstgeführten Spannungswandlereinrichtung 200 eingesetzt ist, wird der Kondensator 207 geladen, wobei es jedoch in der selbstgeführten Leistungswandlereinrichtung 200 keinen Entladungspfad gibt.
Daher funktioniert die selbstgeführte Spannungswandlereinrichtung 200 nicht allein. Wenn jedoch die netzgeführte Leistungswandlereinrichtung 100 betrieben wird und in der Kopplungsdiode 107 ein Strom II fließt, arbeitet die selbstgeführte Spannungswandlereinrichtung 200 in genau der gleichen Weise als wenn keine Kopplungsdiode vorgesehen wäre, vorausgesetzt, daß der Strom, der in Entladerichtung in dem Gleichstromkondensator 207 fließt, kleiner als der Strom Il ist.
Wenn aber aus irgendwelchen Gründen bei dem als eine rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandler 204 ein Kommutierungsfehler auftritt, werden die Anschlüsse 205 und 206 kurzgeschlossen, und die Ladung des Kondensators 207 versucht durch den Kurzschlußpfad zu fließen. Wenn dieser Betrag gerade den Strom Il überschreitet, hat der Strom in der Kopplungsdiode 107 den Wert Null, und die Kopplungsdiode 107 geht in den rückwärtssperrenden Zustand über.
Als Folge fließt, wie in Figur 3 gezeigt, der Entladungsstrom Ic durch den Schaltkreis der netzgeführten Leistungswandlereinrich tung 100, und der Anstieg des Stromes wird begrenzt. Nachfolgend wird durch ein Signal von einem Kommutierungsfehler-Erfassungsschaltkreis (nicht gezeigt) eine Schutzoperation durchgeführt. Durch den Kommutierungsfehler-Erfassungsschaltkreis wird das Leistungswandlungssytem gegen zu hohe Ströme geschützt, die durch den Kommutierungsfehler verursacht werden. Außerdem erfolgt abhängig von der Ursache des Kommutierungsfehlers eine Entscheidung, ob der Betrieb neu gestartet oder ob die selbstgeführte Spannungswandlereinrichtung 200 abgeschaltet und nur die netzgeführte Leistungswandlereinrichtung 100 betrieben wird, um eine Verminderung der Funktionswirkung des Leistungswandlungssystems zu verhindern.
Nachfolgend wird die Funktion zum Schutz des als eine rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandlers 204 beschrieben.
Bezogen auf Figur 4 sind die GTO-Thyristoren 211, 214 und 216 gezündet, wobei die Ströme IU, IV bzw. IW in die Anschlüsse U, V bzw. W fließen. Wenn der Strom IW fließt und der GTO-Thyristor 215 irrtümlich gezündet wird, findet zwischen dem GTO-Thyristor 215 und dem GTO-Thyristor 216 ein Gleichstronkurzschluß statt.
Wenn der Strom Il, wie vorstehend beschrieben, durch den Kurzschlußpunkt fließt, fließt der Strom Il in den GTO-Thyristor 215, und die Ströme IW und Il fließen in den GTO-Thyristor 216. Wenn der maximale Stromwert, bei dem der GTO-Thyristor über sein Gate abgeschaltet werden kann, ITGO beträgt&sub1; und wenn der Wert des Stromes IW zuzüglich des Stromes Il gleich ITGO oder kleiner ist, kann der GTO-Thyristor mit einem AUS-Signal versorgt und sicher abgeschaltet werden. Wenn der Wert des Stromes IW zuzüglich des Stromes Il jedoch größer als die ITGO ist und der GTO-Thyristor mit dem AUS-Signal versorgt wird, wird er infolge eines zu hohen Stromes zerstört. Folglich muß der Strom Il aus Gründen der Sicherheit die folgende Gleichung erfüllen.
IW + Il ≤ ITGO
Wenn folglich die GTO-Thyristoren 215 und 216 abgeschaltet werden, wird der Kurzschluß verhindert. Der GTO-Thyristor 216 kann dann ebenfalls sicher abgeschaltet werden, und das System kann sofort neu gestartet werden.
Ein Verfahren, um den anderen GTO-Thyristoren mit Phasen EIN- Signale zuzuführen, bei denen nach Erfassung des Kurzschlußzustandes nicht gleichzeitig ein Kurzschluß auftritt, ist ein Verfahren zum Vermindern des Stromwertes, der in einem kurzgeschlossenen Bereich fließt.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 5 ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie in Figur 5 gezeigt, ist in diesem Ausführungsbeispiel statt der Last eine Gleichstromquelle 120 angeschlossen. Die netzgeführte Leistungswandlereinrichtung 100 konvertiert frei wählbar Wechselstrom in Gleichstrom und Gleichstrom in Wechselstrom, indem der Zündsteuerwinkel des Thyristors verändert wird.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 6 ein drittes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Eine selbstgeführte Spannungswandlereinrichtung in Figur 6 hat neben der Funktion, Oberwellen zu vermindern, auch die Funktion, die Blindleistungen einzustellen, während dem System durch Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom Wirkleistung zugeführt wird.
Die in Figur 1, Figur 5 und in Figur 6 gezeigten Leistungswandlungssysteme haben verschiedene andere Alternativen. Die nachfolgend gezeigten Ausführungsbeispiele stellen Alternativen des in Figur 1 gezeigten Leistungswandlungssystems dar, wobei ähnliche Alternativen auch für die Leistungswandlungssystem aus Figur 5 und Figur 6 möglich sind.
Figur 7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Dieses Ausführungsbeispiel zeigt, daß die Position, in der die Kopplungsdiode 107 eingesetzt ist, in dem geschlossenen Schaltkreis frei verändert werden kann, der in dem Leistungswandlungssystem aus Figur 1 durch den als rückwärtsblockierende Brücke geschalteten Leistungswandler 103, die Gleichstromdrossel 106, die Last 110 und die Kopplungsdiode 107 gebildet ist. Es zeigt ebenfalls, daß die Funktion der Kopplungsdrossel 203 in der Ableitungsreaktanz des Transformators 208 und die Funktion des Unterbrechungsschalters 201 in dem Unterbrechungsschalter 101 enthalten ist.
In diesem System ist außerdem der Transformator 208 mit der Gleichstromwicklungsseite des Transformators 102 gekoppelt. Dadurch wird ermöglicht, daß die Häufigkeit des Auftretens von Kommutierungsfehlern in der netzgeführten Leistungswandlereinrichtung soweit wie möglich vermindert wird, indem verhindert wird, daß die Systenspannungen infolge der durch die selbstgeführte Spannungswandlereinrichtung zugeführten Blindleistung abfällt, und indem die Verzerrung der Systemspannung durch eine Funktion zur Verminderung von Oberwellen reduziert wird. In diesem Fall wird jedoch die Ableitungsreaktanz des Transformators auf einen niedrigen Wert eingestellt. Es ist natürlich auch möglich, die Häufigkeit von Kommutierungsfehlern und ähnlichem zu vermindern, jedoch ist dies von den Größen und Proportionen der Impedanzen des Transformators 102 und von den Impedanzen auf der Systemseite abhängig.
Systeme mit großer Leistung erfordern eine doppelte Ausführung des als rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandlers 204. In Figur 8 bis Figur 10 sind ein fünftes bis siebtes Ausführungsbeispiel gezeigt.
In dem fünften Ausführungsbeispiel aus Figur 8 sind zwei Kopplungsdioden 107 in Serie geschaltet, und die Serienschaltkreise umfassen als rückwärtsleitende Brücke geschaltete Leistungswandler 2041 und 2042 und Gleichstromkondensatoren 2071 und 2072, die mit diesen mit der dargestellten Polarität verbunden sind. Eine Wellenformsynthese mit einem Transformator 209, der auf diese Weise zwei als rückwärtsleitende Brücke geschaltete Wandler verwendet, ist eine Technik, die bei der zweifachen Auslegung von Wandlern weit verbreitet ist. Sogar wenn einer der als rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandler 2041 und/oder 2042 einen Gleichstromkurzschluß bewirkt, wird die Leitfähigkeit von einer oder von beiden Kopplungsdioden 1071 bzw. 1072 wie in Figur 1 blockiert, wobei die netzgeführte Leistungswandlereinrichtung 100 und die selbstgeführte Spannungswandlereinrichtung 200 in Serie geschaltet sind, und es ist möglich, die Schutzfunktion auszuführen, da der Anstieg des Kurzschlußstromes begrenzt ist.
In dem sechsten Ausführungsbeispiel aus Figur 9 sind die Positionen zwischen dem Gleichstromkondensator 207 und dem als eine rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandler 204 vertauscht. Die Kopplungsdrossel 203 kann wie in Figur 9 an der Wechselstromwicklungsseite des Transformators eingesetzt oder wie in Figur 1 in der Gleichstromwicklungsseite eingesetzt sein, oder sie kann ganz weggelassen werden, wenn ein Transformator mit einer hohen Impedanz verwendet wird.
In dem siebten Ausführungsbeispiel in Figur 10 ist eine Anordnung gezeigt, die in Hochleistungs-Wandlersystemen wirksam ist, wie beispielsweise eines in Figur 8 gezeigt ist: eine Anzahl serieller Schaltkreise, die eine Gleichstromdrossel 106 und eine Kopplungsdiode 107 enthalten, sind parallel geschaltet, und als rückwärtsleitende Brücke geschaltete Leistungswandler 204 und Gleichstromkondensatoren 207 sind mit den Kopplungsdioden verbunden. Auch hier können die Gleichspannungskondensatoren unterteilt werden, wie in Figur 8 und Figur 9.
Die Trenn-Transformatoren 102, 202 und 209 in den Ausführungsbeispielen in Figur 1 bis Figur 10 werden normalerweise verwendet, wenn sie mit dem System gekoppelt sind. Es ist offensichtlich, daß es nicht erforderlich ist, Trenn-Transformatoren sowohl in der netzgeführten Leistungswandlereinrichtung 100 als auch in der selbstgeführten Spannungswandlereinrichtung 200 vorzusehen, obwohl im Prinzip die Wechselstromseite isoliert werden muß, da im Gleichstrombereich zwei Einrichtungen durch die Kopplungsdiode 107 gekoppelt sind.
In der vorstehenden Beschreibung wurden Beispiele angegeben, in denen die selbstgeführte Spannungswandlereinrichtung als eine die Blindleistung einstellende Einrichtung, als aktives Filter oder als Wechselrichter verwendet wurde, es ist aber offensichtlich, daß sie ebenfalls dazu verwendet werden kann, Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Zusätzlich zu dem in Figur 4 gezeigten, durch die Einrichtung kommutierten Leistungswandler kann geeigneterweise als der als rückwärtsleitende Brücke geschaltete Leistungswandler ein durch Impulse kommutierter Wandler oder ein selbstgeführter Leistungswandler verwendet werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 11 ein achtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben.
Ein in Figur 11 gezeigtes Leistungswandlungssystem dieses Ausführungsbeispiels enthält eine erste Wechselstromleitung 300a, eine zweite Wechselstromleitung 300b, eine netzgeführte Leistungswandlereinrichtung 400 und eine selbstgeführte Leistungs wandlereinrichtung 500. Der Aufbau der netzgeführten Leistungswandlereinrichtung 400 und der selbstgeführten Leistungswandlereinrichtung 500 ist symmetrisch zwischen der Seite, die mit der Wechselstromleitung 300a in Beziehung steht, und der Seite, die mit der Wechselstromleitung 300b in Beziehung steht. Die Bezugszeichen der jeweiligen Einrichtungen werden daher durch die Zusätze a und b unterschieden.
Die Stromquellenanschüsse der Unterbrechungsschalter 401 und 501 sind mit den Wechselstromleitungen 300a bzw. 300b verbunden. Der Lastanschluß des Unterbrechungsschalters 401 ist mit dem Eingangsanschluß eines Transformators 402 verbunden, und der Lastanschluß des Unterbrechungsschalters 501 ist mit dem Eingangsanschluß eines Transformators 502 verbunden
Der Ausgangsanschluß des Transformators 402 ist mit dem Wechselstromanschluß des als rückwirtssperrende Brücke geschalteten Leistungswandlers 403 verbunden, während der Ausgangsanschluß des Transformators 502 über eine Drossel 503 mit dem Wechselstromanschluß eines als rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandlers 504 verbunden ist.
Der als rückwärtssperrende Brücke geschaltete Leistungswandler 403 hat einen positiven Elektrodenanschluß 404 und einen negativen Elektrodenanschluß 405.
Der negative Elektrodenanschluß 405 und ein Anschluß einer Drossel 406 sind miteinander verbunden. Der positive Elektrodenanschluß 404 und die Anode einer Kopplungsdiode 407 sind miteinander verbunden. Der positive Elektrodenanschluß 404 ist mit dem anderen Anschluß der Drossel 406 verbunden. Die Kathode der Kopplungsdiode 407 ist mit dem negativen Elektrodenanschluß 405 des als rückwärtsperrende Brücke geschalteten Leistungswandlers 403 verbunden, wodurch ein Paar gebildet wird.
Ein Serienschaltkreis mit einem Gleichstromkondensator 507 und der Kopplungsdiode 407 ist zwischen dem positiven Elektrodenanschluß 505 und dem negativen Elektrodenanschluß 506 des als rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandlers 504 verbunden, und zwar mit einer Polarität, um eine Entladung des Gleichstromkondensators 507 zu blockieren.
Die Funktionen der netzgeführten Leistungswandlereinrichtung 400 und der selbstgeführten Leistungswandlereinrichtung 500 sind die gleichen wie die Funktionen, die im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurden. Folglich werden die Funktionen in diesem Ausführungsbeispiel nicht detailliert beschrieben.
Wenn jedoch aus bestimmten Gründen ein Kommutierungsfehler des als rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandlers 504a an der Seite der Wechselstromleitung 300a auftritt, wenn die Anschlüsse 505a und 506a in einen Kurzschlußzustand übergehen, versucht der Entladestrom des Gleichstromkondensators 507 durch den Kurzschluß zu fließen, mit dem Ergebnis, daß dessen Wert Il zu überschreiten versucht. Wenn dies jedoch passiert, geht der Strom der Kopplungsdiode 407 auf den Wert Null, so daß die Kopplungsdiode 407 in einen Sperrzustand übergeht.
Wie in Figur 12 gezeigt, in der gleiche Teile wie in Figur 11 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, fließt als eine Folge der Entladestrom Ic durch den Schaltkreis der netzgeführten Spannungswandlereinrichtung 400, die diesen Entladestrom Ic auf Il reduziert. Der GTO-Thyristor des funktionierenden, als eine rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandlers 504b wird daher durch ein Signal ausgeschaltet, welches durch einen Kommutierungsfehler-Erfassungsschaltkreis (nicht gezeigt) erzeugt wird. Gleichzeitig wird dem GTO-Thyristor des fehlerhaft arbeitenden, als eine rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandlers 504a ein AUS-Signal zugeführt.
Der Unterschied zwischen diesem Ausführungsbeispiel und dem in Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht darin, daß ein Stromwert in dem kurzgeschlossenen Bereich fließt.
Obwohl der Stromwert in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel den Wert Il + Im hat, beträgt der Wert in diesem Ausführungsbeispiel Il + Im + Idb Idb ist ein Gleichstrom, der in dem als rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandler 504b fließt.
Folglich hat der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Stromwert infolge der Flußrichtung des Gleichstromes zwei mögliche Fälle. Der eine ist der, daß der Stromwert größer ist als der Wert Il + Im, und der andere ist der, daß er kleiner ist als der Wert Il + Im.
Es kann gewählt werden, ob die Funktion des als eine rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandlers 504b gleichzeitig mit dem Kurzschluß unterbrochen wird oder nicht, um den im Kurzschlußbereich fließenden Strom so weit wie möglich zu vermindern.
In dem Fall aus Figur 11 ist es außerdem wirkungsvoll, alle kurzgeschlossenen GTO-Thyristoren in dem als rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandler einzuschalten, um den Kurzschlußstrom zu verteilen.
Figur 13 ist eine Darstellung des neunten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung. Der Unterschied zu Figur 11 besteht darin, daß zur Kopplung anstelle der Kopplungsdiode 407 eine einphasige Diodenbrücke 410 verwendet wird. Die einphasige Diodenbrücke 410 hat Gleichstromanschlüsse 411 und 412 und Wechselstromanschlüsse 413 und 414. Die normale Funktion ist gleich der in Figur 11.
Betrachtet man den Fall, daß in dem ux-Pol des als rückwärtsleitenden Brücke geschalteten Wandlers 504a ein Kurzschluß auftritt, wie in Figur 11, so wird das Eintreten des Gleichstrornes Idb des als rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandlers 504b durch die einphasige Diodenbrücke 410 blockiert, so daß der Strom des GTO-Thyristors am ux-Pol Im + Il ist, während die anderen Ströme der GTO-Thyristoren Il betragen. Wenn ein wahlweises Abschalt-Verfahren angewendet wird, solange ITGO > Il ist, kann Il größer sein als in Figur 11. Der ux-Pol ist der Bereich, der in dem als Brücke geschalteten Schaltkreis in Figur 4 durch die GTO-Thyristoren 211 und 212, die Dioden 217 und 218 und die Sicherungen 223 und 224 gebildet ist und eine Phase bildet.
In Figur 14 ist ein zehntes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei selbstgeführte Leistungswandlungseinrichtungen wie in Figur 11 vorgesehen.
Außerdem sind in diesem Ausführungsbeispiel die Kopplungsdrossel 503a und der Transformator 502a integriert und durch die Transformatoren 508 mit hoher Induktanz ersetzt. Die Primärwicklungen der beiden Transformatoren 508 mit hoher Impedanz sind in Serie geschaltet. Die unter Verwendung eines Transformators erzeugte Spannungszusammensetzung wird häufig angewendet, um Wellenform verzerrungen an der Wechselstromseite einer Anzahl von als rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandlern 504 in einem selbstgeführten Spannungswandler zu vermindern.
Der Unterbrechungsschalter 501a ist mit der Sekundärseite des Transformators 402a der netzgeführten Leistungswandlungseinrichtung 400 verbunden. Eine Drossel 408 ist zwischen der Sekundärseite und dem als rückwärtssperrende Brücke geschalteten Leistungswandler 403a eingesetzt. Dies geschieht mit dem Ziel, um ein Austreten von Strömen mit höheren Oberwellen in das System zu vermindern und um die Häufigkeit von Kommmutierungsfehlern des als eine rückwärtssperrende Brücke geschalteten Leistungswandlers 403a zu reduzieren, indem der in der Wechselstromleitung 300a entstehende Spannungsabfall und die höheren Oberwellen vermindert werden, die durch den als rückwärtssperrende Brücke geschalteten Wandler 403a in der selbstgeführten Leistungswandlungseinrichtung 500 erzeugt werden.
Figur 15 zeigt ein elftes Ausführungsbeispiel, bei dem wie in Figur 13 zwei selbstgeführte Kopplungssysterne verwendet werden.
Dabei sind die Primärwicklungen der Transformatoren 502 ebenfalls in Serie geschaltet.
Gemäß der obigen Beschreibung werden GTO-Thyristoren als ein als rückwärtsleitende Brücke geschalteter Wandler 504 verwendet, es können jedoch auch andere Einrichtungen verwendet werden.
Außerdem können abweichend von den durch die Einrichtung geführten Leistungswandlern auch durch Impulse geführte Wandler oder andere selbstgeführte Kommutierungswandler verwendet werden.
In den Ausführungsbeispielen der Figuren 11 bis 15 ist die Kopplungsdiode bzw. die Umschalteinrichtung als ein einziges Symbol dargestellt, jedoch können diese geeigneterweise abhängig von der Spannung bzw. vom Strom in Serie oder parallel geschaltet sein.
Wie vorstehend beschrieben, werden gemäß des achten bis elften Ausführungsbeispiels die die Schwächen der netzgeführten Leistungswandlungseinrichtungen darstellende Blindleistung und die Entstehung höherer Oberwellen vermindert, und es werden Kommutierungsfehler vermindert, die durch Abfallen der Systemspannung und/oder durch Verzerrungen entstehen. Durch die netzgeführte Leistungswandlungseinrichtung wird bei einem Kurzschluß ein durch zu hohe Ströme entstehender Ausfall verhindert, der bei der selbstgeführten Leistungswandlungseinrichtung die Schwachstelle darstellt.
In den Ausführungsbeispielen aus Figuren 1 bis 15 sind die in der Kopplungsdiode und dem als rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandler verwendeten Einrichtungen durch ein einziges Symbol dargestellt, wobei diese abhängig von der Schaltkreis-Spannung bzw. vom Schaltkreis-Strom in geeigneter Weise seriell, parallel oder seriell/parallel geschaltet werden können. Die netzgeführte Leistungswandlungseinrichtung ist nicht auf eine Ausgestaltung mit sechs Phasen beschränkt und kann als eine Ausführung mit zwölf oder mehr Phasen ausgestaltet sein.
Daher können die erläuterten Vorteile nicht allein durch die parallele Anordnungen einer netzgeführten Leistungswandlungseinrichtung und einer selbstgeführten Leistungswandlungseinrichtung erreicht werden. Daher werden durch die Ausführungsbeispiele große Vorteile erreicht, insbesondere dann, wenn sie zusammen mit großen selbstgeführten Leistungswandlungseinrichtungen verwendet werden.

Claims

1. Leistungswandlungssystem mit einer netzgeführten Leistungswandlereinrichtung (100), um Gleichstrom in Wechselstrom oder Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln, und

einer selbstgeführten Leistungswandlereinrichtung (200) um die Blindleistung der netzgeführten Leistungswandlereinrichtung zu reduzieren, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Kopplungseinrichtung (107) vorgesehen ist, die in Serie auf der Gleichstromseite sowohl der netzgeführten Leistungswandlereinrichtung (100) als auch der selbstgeführten Leistungswandlereinrichtung (200) angeschlossen ist, um mit der netzgeführten Leistungswandlereinrichtung (100) einen ersten geschlossenen Schaltkreis und mit der selbstgeführten Leistungswandlereinrichtung (200) einen zweiten geschlossenen Schaltkreis zu bilden.

2. Leistungswandlungssystem nach Anspruch 1, bei dem die netzgeführte Leistungswandlereinrichtung (100) einen Unterbrechungsschalter (101), einen Transformator (102), einen als rückwärtssperrende Brücke geschalteten Leistungswandler (103) und eine Gleichstromdrossel (106) aufweist;

die selbstgeführte Leistungswandlereinrichtung (200) einen Unterbrechungsschalter (201), einen Transformator (202), einen als rückwärtsleitende Brücke geschalteten Leistungswandler (204), eine Drossel (203) und einen Gleichstromkondensator (207) aufweist;

die Kopplungseinrichtung (107) eine Diode ist;

der erste geschlossene Schaltkreis eine Last (110) oder eine Gleichstromquelle (120), die Diode (107), die Gleichstromdrossel (106) und den als rückwärtssperrende Brücke geschalteten Leistungswandler (103) aufweist; und

der zweite geschlossene Schaltkreis den Gleichstromkondensator (207) oder eine Gleichstromquelle (220), die Diode (107) und den als rückwärtsleitende Briicke geschalteten Leistungswandler (204) aufweist.

3. Leistungswandlungssystem mit:

einem Paar von selbstgeführten Leistungswandlern (500), die Wechselstromanschlüsse, welche jeweils mit einem ersten Wechselstromsystem (300a) und einem zweiten Wechselstromsystem (300b) verbunden sind, und Gleichstromanschlüsse (505a, 506a, 505b, 506b) haben, und die mit einem Serienschaltkreis zusammengeschaltet sind, bei dem zwischen den Gleichstromanschlüs sen ein Gleichstromkondensator (507) vorgesehen und eine Kopplungsdiode (407) mit ihrer Polarität so eingesetzt ist, um den Entladestrom des Gleichstromkondensators zu blockieren; und

einem Paar von netzgeführten Leistungswandlern (400), die eine netzgeführte Umwandlung bewirken und Wechselstromanschlüsse haben, welche jeweils mit dem ersten Wechselstromsystem (300a) und dem zweiten Wechselstromsystem (300b) verbunden sind, und die so geschaltet sind, daß die Kopplungsdiode in Serie geschaltet ist und daß durch die Kopplungsdiode Gleichstrom fließt.

4. Leistungswandlungssystem mit:

einem Paar von selbstgeführten Spannungswandlern (500), die eine selbstgeführte Umwandlung bewirken und Wechselstromanschlüsse, welche jeweils mit einem ersten Wechselstromsystem (300a) und einem zweiten Wechselstromsystem (300b) verbunden sind, und Gleichstromanschlüsse haben, wobei ein Anschluß eines Gleichstromkondensators mit einem der Gleichstromanschlüsse einer Kopplungsdiodenbrücke (410) verbunden und die anderen Anschlüsse der Kopplungsdiodenbrücke als Gleichstromanschlüsse geschaltet sind; und

einem Paar von netzgeführten Wandlern (400), die eine netzgeführte Umwandlung bewirken und Wechselstromanschlüsse haben, welche jeweils mit dem ersten Wechselstromsystem (300a) und dem zweiten Wechselstromsystem (300b) verbunden sind, und so die geschaltet sind, daß durch die Gleichstromanschlüsse der Kopplungsdiodenbrücke (410) Gleichstromschaltkreise gebildet werden und deren Gleichströme durch die Kopplungsdiodenbrücke (410) fließen.