AT513480B1 - Driving method of an exciter device - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ansteuerungsverfahren einer Erregereinrichtung zur Versorgung einer Feldwicklung (22) eines Synchrongenerators, wobei die Erregereinrichtung einen Gleichstromrichter mit mehreren Halbleiterventilen (5, 7, 9, 11, 13, 15) umfasst und wobei die Halbleiterventile (5, 7, 9, 11, 13, 15) in einer vorgegebenen Reihenfolge gezündet werden, um die Feldwicklung (22) in aufeinanderfolgenden Schaltzuständen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) an unterschiedliche Phasen eines speisenden Netzes zu schalten. Dabei wird nach jedem Schaltzustand mit angeschaltetem Netz (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) in einem Zwischenschaltzustand (Z1a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a) die Feldwicklung (22) kurzgeschlossen. Während eines Zwischenschaltzustands (Z1a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a) entfallen die Verluste, die infolge eines Stromflusses in das speisende Netz verursacht werden, beispielsweise durch einen Einspeisetransformator (1).The invention relates to a driving method of an exciter device for supplying a field winding (22) of a synchronous generator, wherein the exciter device comprises a DC converter with a plurality of semiconductor valves (5, 7, 9, 11, 13, 15) and wherein the semiconductor valves (5, 7, 9, 11, 13, 15) are ignited in a predetermined order to switch the field winding (22) in successive switching states (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) to different phases of a feeding network. In this case, the field winding (22) is short-circuited after each switching state with the network (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) in an intermediate switching state (Z1a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a). During an intermediate switching state (Z1a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a) eliminates the losses caused as a result of current flow in the feeding network, for example by a feed-in transformer (1).

Description

österreichisches Patentamt AT513 480B1 2014-10-15Austrian Patent Office AT513 480B1 2014-10-15

Beschreibungdescription

ANSTEURUNGSVERFAHREN EINER ERREGEREINRICHTUNGSTARTING PROCEDURE OF AN EXTERNAL ENGINEERING DEVICE

[0001] Die Erfindung betrifft ein Ansteuerungsverfahren einer Erregereinrichtung zur Versorgung einer Feldwicklung eines Synchrongenerators, wobei die Erregereinrichtung einen Gleichstromrichter mit mehreren Halbleiterventilen umfasst und wobei die Halbleiterventile in einer vorgegebenen Reihenfolge gezündet werden, um die Feldwicklung in aufeinanderfolgenden Schaltzuständen an unterschiedliche Phasen eines speisenden Netzes zu schalten. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Erregereinrichtung mit einer Steuerung zur Ausführung des Verfahrens.The invention relates to a driving method of an exciter device for supplying a field winding of a synchronous generator, wherein the excitation device comprises a DC converter with a plurality of semiconductor valves and wherein the semiconductor valves are ignited in a predetermined order to the field winding in successive switching states to different phases of a feeding network turn. Moreover, the invention relates to an exciter device with a controller for carrying out the method.

[0002] Erregereinrichtungen werden in der Regel mittels eines Drehstromnetzes gespeist. Als Leistungskreis ist beispielsweise ein Gleichstromrichter über einen Einspeisetransformator sowie über Einspeiseleistungsschalter und Strangsicherungen an das speisende Netz geschaltet (Fig. 1). Es können auch mehrere Gleichstromrichter parallel geschaltet sein, um eine Leistungserhöhung zu erzielen.Excitation devices are fed by means of a three-phase network in the rule. As a power circuit, for example, a DC converter is connected to the feeding network via a feed-in transformer and via feed-in power switch and string fuses (FIG. 1). It is also possible to connect several DC converters in parallel in order to achieve a power increase.

[0003] Der Gleichstromrichter umfasst im Falle eines Drehstromnetzes sechs Zweige mit jeweils einem Halbleiterventil (z.B. Thyristor). Es handelt sich um eine sogenannte 6-pulsige Schaltung. Die Halbleiterventile werden dabei mittels eines Steuersatzes in einer bestimmten Reihenfolge gezündet, wobei die Ausgangsspannung des Gleichstromrichters durch Vorgabe eines Steuerwinkels eingestellt wird. Die Ansteuerung der Halbleiterventile erfolgt dabei mit verzögerten Zündimpulsen.In the case of a three-phase network, the DC converter comprises six branches each having a semiconductor valve (for example thyristor). It is a so-called 6-pulse circuit. The semiconductor valves are ignited by means of a tax rate in a particular order, the output voltage of the DC converter is set by specifying a control angle. The control of the semiconductor valves is carried out with delayed ignition pulses.

[0004] Durch die Zündung eines Halbleiterventils geht ein Steuerzustand in einen nächsten Steuerzustand über. Dabei kommutiert ein Laststrom von einem bereits leitenden Halbleiterventil zum eben gezündeten Halbleiterventil. In jedem Betriebszustand fließt der Laststrom durch den Einspeiseleistungsschalter und den Einspeisetransformator zu einer Blindleistungsquelle oder mehreren Blindleistungsquellen im speisenden Netz. Dabei verursacht der elektrische Strom Leistungsverluste.By the ignition of a semiconductor valve, a control state goes into a next control state. In the process, a load current commutates from an already conductive semiconductor valve to the just ignited semiconductor valve. In any operating condition, the load current flows through the feed-in power switch and the feed-in transformer to one or more reactive power sources in the supply network. The electric current causes power losses.

[0005] Die JP S602100 A beschreibt eine Erregereinrichtung mit einer Thyristorbrücke. Mittels eines Pulsphasenschiebers werden Impulssignale zur Zündung einzelner Thyristoren in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen einer Generatorspannung und einem vorgegebenen Spannungswert angepasst.JP S602100 A describes an excitation device with a thyristor bridge. By means of a pulse phase shifter, pulse signals for the ignition of individual thyristors are adjusted as a function of a deviation between a generator voltage and a predetermined voltage value.

[0006] Eine Erregereinrichtung mit einer Thyristorbrücke und einer Entladungsschaltung ist in der JP 2005160258 A offenbart.An excitation device with a thyristor bridge and a discharge circuit is disclosed in JP 2005160258 A.

[0007] Auch die JP S63294298 A zeigt eine Thyristorbrücke mit Entladungsschaltung. Diese wird aktiviert, wenn eine Spannung an einer Feldwicklung einen eingestellten Wert übersteigt.Also JP S63294298 A shows a thyristor bridge with discharge circuit. This is activated when a voltage at a field winding exceeds a set value.

[0008] Eine in der EP 2288017 A1 beschriebene Erregereinrichtung umfasst eine aufgeladene Kapazität, die mittels eines Schalters an einer Thyristorbrücke angeschaltet ist. Fällt eine Netzspannung, welcher zur Versorgung der Erregereinrichtung dient, unter einen vorgegebenen Spannungswert, wird die Kapazität zur Überbrückung in den Erregerkreis zugeschaltet.An excitation device described in EP 2288017 A1 comprises a charged capacity, which is connected by means of a switch to a thyristor bridge. If a mains voltage, which serves to supply the exciter device, falls below a predetermined voltage value, the capacity for bridging into the excitation circuit is switched on.

[0009] Die GB 1285875 A zeigt eine Erregereinrichtung mit einer Steuerung, welche einen Generator laufend überwacht und bei einer Fehlfunktion die Zündwinkel einer Thyristorbrücke anpasst.GB 1285875 A shows an exciter device with a controller which continuously monitors a generator and adapts the firing angle of a thyristor bridge in the event of a malfunction.

[0010] Erregereinrichtungen werden beispielsweise zum Betreiben von Kraftwerksgeneratoren benötigt. Dabei handelt es sich um statische Erreger, bei welchen die Energie für die Erregung des Generators über ein Gleichstromrichtersystem geführt wird. Der Gleichstromrichter wird entweder aus einer Ableitung des Generators oder aus einem Eigenbedarfsverteiler des Kraftwerkes gespeist. Die Leistung der statischen Erregereinrichtung beträgt etwa 1% der Generatorleistung für Generatoren im Bereich von ca. 100 MVA aufwärts. Gemeinsam mit dem dazugehörigen Generator befindet sich die Erregereinrichtung bis auf Wartungszeiten und derglei- 1 /9 österreichisches patentemt AT513 480B1 2014-10-15 chen im Dauerbetrieb.Excitation devices are needed for example for operating power plant generators. These are static exciters in which the energy for the excitation of the generator via a DC rectifier system is performed. The DC converter is fed either from a derivative of the generator or from an internal power distributor of the power plant. The power of the static exciter device is about 1% of the generator power for generators in the range of about 100 MVA upwards. Together with the associated generator, the excitation system is in constant operation, down to maintenance times and the same time.

[0011] Solche Erregereinrichtungen sind typischerweise mit einem Deckenspannungsfaktor zwischen 1,8 bis 2, 5 ausgelegt. Dieser gibt die maximal mögliche DC-Spannung im Verhältnis zur tatsächlichen DC-Nennspannung an und kennzeichnet eine Systemreserve, welche die Regelungsdynamik des Erregersystems bestimmt.Such excitation devices are typically designed with a ceiling voltage factor between 1.8 to 2.5. This indicates the maximum possible DC voltage in relation to the actual nominal DC voltage and identifies a system reserve which determines the control dynamics of the exciter system.

[0012] Innerhalb der Deckenspannungsreserve ergibt sich für den Gleichstromrichter ein typischer Arbeitspunkt, bei dem der Zündwinkel unter normalen Umständen zwischen 55 Grad und 70 Grad liegt. Je größer der Deckenspannungsreserve ist, desto größer ist der typische Zündwinkel.Within the ceiling voltage reserve results for the DC converter, a typical operating point at which the firing angle is under normal circumstances between 55 degrees and 70 degrees. The larger the ceiling voltage reserve, the larger the typical firing angle.

[0013] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Ansteuerungsverfahren der eingangs genannten Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben. Dabei soll auch eine Erregereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben werden.The invention has for its object to provide an improvement over the prior art for a driving method of the type mentioned. In this case, an excitation device for carrying out the method will be described.

[0014] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Erregereinrichtung gemäß Anspruch 5. Abhängige Ansprüche sind auf verbesserte Ausprägungen der Erfindung gerichtet.According to the invention, this object is achieved by a method according to claim 1 and an excitation device according to claim 5. Dependent claims are directed to improved developments of the invention.

[0015] Dabei ist vorgesehen, dass nach jedem Schaltzustand mit angeschaltetem Netz in einem Zwischenschaltzustand die Feldwicklung kurzgeschlossen wird. In dem jeweiligen Zwischenschaltzustand fließt demnach kein Strom ins speisende Netz sondern nur über den Gleichstromrichter. Dadurch verhält sich die Schaltung als Halbgesteuerter Gleichstromrichter. Während eines Zwischenschaltzustands entfallen die Verluste, die infolge eines Stromflusses in das speisende Netz verursacht werden, beispielsweise durch einen Einspeisetransformator. Ohne konstruktiven Aufwand wird auf diese Weise der Wirkungsgrad des Systems verbessern. Vor allem im Kraftwerksbereich treten hohe Leistungen auf, die auch geringe Wirkungsgradverbesserungen erstrebenswert machen, insbesondere bei höheren Deckenspannungsfaktoren, welche bei schlechter Netzqualität erforderlich sind.It is provided that after each switching state with the network switched on in an intermediate switching state, the field winding is short-circuited. In the respective intermediate switching state, therefore, no current flows into the supply network but only via the DC converter. As a result, the circuit behaves as a half-controlled DC converter. During an intermediate switching state, the losses caused as a result of a current flow in the feeding mains, for example by means of a feed-in transformer, are eliminated. Without design effort will improve the efficiency of the system in this way. Above all in the power plant sector, high powers occur, which also make low efficiency improvements desirable, especially at higher ceiling voltage factors, which are required for poor power quality.

[0016] In einer Ausprägung der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem jeweiligen Zwischenschaltzustand dasjenige Halbleiterventil gezündet wird, welches in Serie liegt mit der Feldwicklung und demjenigen Halbleiterventil, welches vor und nach dem jeweiligen Zwischenschaltzustand leitend ist. Während einer Abfolge eines Schaltzustands mit angeschaltetem Netz, eines anschließenden Zwischenschaltzustands ohne angeschaltetes Netz und eines darauffolgenden Schaltzustandes mit angeschaltetem Netz ist immer ein und dasselbe Halbleiterventil leitend. Nur das jeweils andere Halbleiterventil, durch das während dieser drei Zustände Strom fließt, ändert sich. Das zuletzt leitende Halbleiterventil bleibt dann für den nächsten Zwischenschaltzustand und den darauffolgenden Schaltzustand mit angeschaltetem Netz leitend. Diese Abfolge setzt sich fort, bis eine Arbeitsperiode beendet ist und eine neue Periode beginnt.In one embodiment of the invention it is provided that in a respective intermediate switching state that semiconductor valve is ignited, which is in series with the field winding and that semiconductor valve which is conductive before and after the respective intermediate switching state. During a sequence of a switching state with the network switched on, a subsequent intermediate switching state without the network switched on and a subsequent switching state with the network switched on, one and the same semiconductor valve is always conductive. Only the other semiconductor valve through which current flows during these three states changes. The last conductive semiconductor valve then remains conductive for the next intermediate switching state and the subsequent switching state with the mains switched on. This sequence continues until a work period is completed and a new period begins.

[0017] Dabei ist es von Vorteil, wenn während eines Schaltzustands mit angeschaltetem Netz ein Phasenstrom des Netzes erfasst wird und wenn das Halbleiterventil zur Einleitung eines Zwischenschaltzustands gezündet wird, sobald der erfasste Phasenstrom gegen Null geht. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der jeweilige Zwischenschaltzustand beginnt, wenn kein Strom ins speisende Netz fließt.It is advantageous if during a switching state with the network switched on a phase current of the network is detected and when the semiconductor valve is ignited to initiate an intermediate switching state as soon as the detected phase current approaches zero. In this way it is ensured that the respective intermediate switching state begins when no current flows into the supply network.

[0018] Von Vorteil ist es des Weiteren, wenn jeder Schaltzustand mit angeschaltetem Netz mit einem Zündwinkel zwischen 60 Grad und 90 Grad eingeleitet wird. Bei einer Erregereinrichtung, die mit einem Zündwinkel in diesem Bereich arbeitet, können beispielsweise Kupferverluste in einem Einspeisetransformator gegenüber einer herkömmlichen Ansteuerung auf etwa 3/4 bis 2/3 reduziert werden.It is also advantageous, if each switching state is initiated with the network switched on with a firing angle between 60 degrees and 90 degrees. In an exciter device which operates with an ignition angle in this range, for example, copper losses in a feed-in transformer can be reduced to about 3/4 to 2/3 over a conventional drive.

[0019] Bei einer erfindungsgemäßen Erregereinrichtung zur Versorgung einer Feldwicklung eines Synchrongenerators ist der Gleichstromrichter als sechspulsige Schaltung mit sechs Halbleiterventilen ausgeführt, wobei jedes Halbleiterventil mittels einer Steuerung angesteuert ist, welche zur Durchführung eines zuvor genannten Verfahrens eingerichtet ist.In an exciter device according to the invention for supplying a field winding of a synchronous generator of the DC converter is designed as a six-pulse circuit with six semiconductor valves, each semiconductor valve is controlled by a controller which is adapted to carry out a method mentioned above.

[0020] Dabei ist es von Vorteil, wenn der Gleichstromrichter über einen Einspeisetransformator 2/9 österreichisches Patentamt AT513 480B1 2014-10-15 an das speisende Netz angeschaltet ist. Weil ein Stromflusses über den Einspeisetransformator ins speisende Netz während eines Zwischenschaltzustands unterbleibt, erwärmt sich der Einspeisetransformator weniger. Dies führt zu einer verlängerten Lebensdauer und besseren Verfügbarkeit des Einspeisetransformators sowie zu einer Reduktion des Kühlaufwands.It is advantageous if the DC converter is connected via a feed transformer 2/9 Austrian Patent Office AT513 480B1 2014-10-15 to the feeding network. Because there is no current flow through the feed-in transformer into the supply network during an intermediate switching state, the feed-in transformer heats up less. This leads to a longer service life and better availability of the feed transformer and to a reduction of the cooling effort.

[0021] In einer Weiterbildung ist parallel zum Gleichstromrichter ein Entregungszweig angeordnet und der Entregungszweig ist mittels der Steuerung angesteuert. Günstigerweise umfasst der Entregungszweig zwei antiparallele Halbleiterventile und einen dazu in Serie geschalteten Entregungswiderstand.In a further development, a de-excitation branch is arranged parallel to the DC converter and the de-excitation branch is controlled by means of the controller. The de-excitation branch advantageously comprises two antiparallel semiconductor valves and a de-excitation resistor connected in series therewith.

[0022] Dabei kann auch vorgesehen sein, dass zwischen dem Gleichstromrichter und dem Entregungszweig zumindest ein DC- Entregungsschalter angeordnet ist, welcher mittels der Steuerung angesteuert ist.It can also be provided that between the DC converter and the de-excitation branch at least one DC de-energizing switch is arranged, which is controlled by the controller.

[0023] Die Steuerung zur erfindungsgemäßen Ansteuerung des Gleichstromrichters wird somit auf einfache Weise auch für weitere Schaltvorgänge der Erregereinrichtung genutzt.The control for driving the DC converter according to the invention is thus used in a simple manner for further switching operations of the excitation device.

[0024] Vorteilhafterweise liegt die Leistung des Gleichstromrichters zwischen 0,5 MVA und 5 MVA. In diesem Bereich kann elektrische Energie mittels eines vollgesteuerten Gleichstromrichters am effizientesten übertragen werden.Advantageously, the power of the DC converter is between 0.5 MVA and 5 MVA. In this area, electrical energy can be transmitted most efficiently by means of a fully controlled DC converter.

[0025] Die Erfindung wird anhand nicht einschränkender Beispiele mit Bezug auf schematische Figuren erläutert.The invention will be explained by way of non-limiting examples with reference to schematic figures.

[0026] Fig. 1 Leistungskreis einer Erregereinrichtung mit 6- pulsigem Gleichstromrichter [0027] Fig. 2 Schaltzustände eines Leistungskreises gemäß Fig. 1 mit einer Ansteuerung nach dem Stand der Technik [0028] Fig. 3 Ausgangsspannungsverlauf mit einer Ansteuerung nach dem Stand der Technik [0029] Fig. 4 Verlauf der Netzströme mit einer Ansteuerung nach dem Stand der Technik [0030] Fig. 5 Schaltzustände eines Leistungskreises gemäß Fig. 1 mit modifiziertem Ansteue rungsverfahren [0031] Fig. 6 Ausgangsspannungsverlauf mit modifiziertem Ansteuerungsverfahren [0032] Fig. 7 Verlauf der Netzströme mit modifiziertem Ansteuerungsverfahren [0033] Der in Fig. 1 dargestellte Leistungskreis umfasst einen Gleichstromrichter mit sechs Halbleiterventilen 5, 7, 9, 11, 13, 15. Zu jedem Halbleiterventil 5, 7, 9, 11, 13, 15 ist eine optionale Zweigsicherung 4, 6, 8, 10, 12, 14 in Serie geschaltet. Die sechs Halbleiterventile 5, 7, 9, 11, 13, 15 sind in einer Brückenanordnung einerseits mit einem speisenden Drehstromnetz und andererseits mit einer Feldwicklung 22 verbunden. Die Verbindung mit dem speisenden Netz erfolgt dabei über einen Einspeisetransformator 1, einen Einspeiseleistungsschalter 2 und optional über Strangsicherungen 3.1 shows a power circuit of an excitation device with a 6-pulse DC converter. FIG. 2 shows switching states of a power circuit according to FIG. 1 with a drive according to the prior art. FIG. 3 shows an output voltage profile with a drive according to the prior art 4 shows the course of the mains currents with a drive according to the prior art; FIG. 5 shows switching states of a power circuit according to FIG. 1 with a modified drive method; FIG. 6 shows an output voltage course with a modified drive method FIG [Modes of Modified Driving Method Mains Current] The power circuit shown in Fig. 1 comprises a DC converter having six semiconductor valves 5, 7, 9, 11, 13, 15. Each semiconductor valve 5, 7, 9, 11, 13, 15 has a optional branch fuse 4, 6, 8, 10, 12, 14 connected in series. The six semiconductor valves 5, 7, 9, 11, 13, 15 are connected in a bridge arrangement on the one hand with a feeding three-phase network and on the other hand with a field winding 22. The connection to the feeding network takes place via a feed-in transformer 1, a feed-in power switch 2 and optionally via string fuses 3.

[0034] In der Verbindung mit der Feldwicklung 22 ist ein Entregungszweig angeordnet. Dieser umfasst als DC- Überspannungsschutz zwei antiparallel geschaltete Halbleiterventile 19, 20, welche in Serie mit einem Entregungswiderstand 21 angeordnet sind. Zwischen Entregungszweig und Gleichstromrichter sind zwei DC- Entregungsschalter 17,18 geschaltet.In connection with the field winding 22, a de-excitation branch is arranged. This includes as a DC overvoltage protection two antiparallel connected semiconductor valves 19, 20, which are arranged in series with a Entregungswiderstand 21. Between the excitation branch and the DC converter, two DC de-energizing switches 17,18 are connected.

[0035] Fig. 2 zeigt die bekannten Schaltzustände Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, die bei einem herkömmlichen Ansteuerungsverfahren auftreten. Die Reihenfolge der Schaltzustände Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 ist umkehrbar, um die Drehfeldrichtung zu ändern. Der Übergang zwischen zwei Schaltzuständen Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 wird durch Zündung eines Halbleiterventils 5, 7, 9, 11, 13, 15 hervorgerufen. In der Fig. 2 ist die Kommutierung von einem Halbleiterventil 5, 7, 9, 11, 13, 15 zum nächsten mittels eines Pfeils dargestellt. In allen Schaltzuständen Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 fließt Strom in das speisende Netz. Diese Schaltzustände Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 werden deshalb als Schaltzustände Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 mit angeschaltetem Netz bezeichnet. Der Stromfluss ist mittels einer dicken Linie dargestellt. 3/9 österreichisches Patentamt AT513 480B1 2014-10-15 [0036] In Fig. 3 ist die Ausgangsspannung Ua des Gleichstromrichters über der Zeit t dargestellt. Pro Arbeitsperiode sind sechs Zündimpulse vorgesehen. Jeder Zündimpuls bewirkt, dass ein Halbleiterventil 5, 7, 9, 11, 13, 15 leitend wird und der Spannungsverlauf auf die nächstlie-gende Phase der Netzspannung übergeht. Somit gliedert sich der Verlauf der Ausgangsspannung Ua pro Arbeitsperiode in sechs Kommutierungen mit dazwischen liegenden Abschnittesverläufen UZ1, UZ2, UZ3, UZ4, UZ5, UZ6 entsprechend den jeweils angeschalteten Phasen des speisenden Netzes. Die Spannungsverläufe der Netzphasen sind dabei mit dünnen Hilfslinien dargestellt.Fig. 2 shows the known switching states Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, which occur in a conventional driving method. The order of the switching states Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 is reversible to change the rotating field direction. The transition between two switching states Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 is caused by ignition of a semiconductor valve 5, 7, 9, 11, 13, 15. FIG. 2 shows the commutation from one semiconductor valve 5, 7, 9, 11, 13, 15 to the next by means of an arrow. In all switching states Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, current flows into the feeding network. These switching states Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 are therefore designated as switching states Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 with the network switched on. The current flow is represented by a thick line. FIG. 3 shows the output voltage Ua of the DC converter over time t. There are six firing pulses per working period. Each firing pulse causes a semiconductor valve 5, 7, 9, 11, 13, 15 becomes conductive and the voltage waveform transitions to the next-lying phase of the mains voltage. Thus, the course of the output voltage Ua per work period is divided into six commutations with intervening section curves UZ1, UZ2, UZ3, UZ4, UZ5, UZ6 corresponding to the respectively connected phases of the supplying network. The voltage curves of the mains phases are shown with thin auxiliary lines.

[0037] Einen entsprechenden Verlauf der Netzströme zeigt Fig. 4. In jedem Schaltzustand Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 fließt durch zwei Phasen des eingangseitigen Netzes ein Phasenstrom lu, Iv, Iw und verursacht Verluste im Einspeisetransformator 1 und sonstigen netzseitige Komponenten.In each switching state Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 flows through two phases of the input side network, a phase current lu, Iv, Iw and causes losses in the feed transformer 1 and other network side components.

[0038] Um diese Verluste zu reduzieren wird der Gleichstromrichter erfindungsgemäß mit einem modifizierten Verfahren angesteuert. Eine solche Ansteuerung für eine beispielhafte Anordnung gemäß Fig. 1 wird anhand der Figuren 5-7 erläutert.In order to reduce these losses, the DC converter is controlled according to the invention with a modified method. Such a drive for an exemplary arrangement according to FIG. 1 will be explained with reference to FIGS. 5-7.

[0039] In Fig. 5 beginnt eine Arbeitsperiode wieder mit einem Schaltzustand Z1 mit angeschaltetem Netz. Während dieses Schaltzustands Z1 fließt Strom über die leitenden Halbleiterventile 5, 13 ins speisende Netz. Bevor der Strom auf die nächste Phase des Netzes kommutiert, wird erfindungsgemäß ein Zwischenschaltzustand Z1 a hervorgerufen. Dabei wird das Halbleiterventil 10 gezündet, welches gemeinsam mit einem bereits leitenden Halbleiterventil 4 in Serie mit der Feldwicklung 22 liegt. Auf diese Weise wird die Feldwicklung 22 kurzgeschlossen und der Stromfluss ins Netz unterbrochen. Vorteilhaftenweise ist die Zündreihenfolge so vorgegeben, dass dasselbe Halbleiterventil 5 über drei aufeinanderfolgende Schaltzustände Z1, Z1a, Z2 hinweg leitend bleibt. Im letzten Schaltzustand Z2 dieser Dreierabfolge übernimmt dann jenes Halbleiterventil 15 diese Rolle, welches ebenfalls gerade leitend ist. In der gleichen Weise geschieht die Abfolge der weiteren Schaltzustände mit angeschaltetem Netz Z3, Z4, Z5, Z6 und der dazwischen auftretenden Zwischenschaltzustände Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a durch Zündung des jeweiligen Halbleiterventils 5, 7, 9, 11, 13, 15. Die Kommutierung von einem Halbeiterventil 5, 7, 9, 11, 13, 15 zum nächsten ist in Fig. 5 wieder mit Pfeilen dargestellt.In Fig. 5, a work period begins again with a switching state Z1 with the network switched on. During this switching state Z1, current flows through the conductive semiconductor valves 5, 13 into the feeding network. Before the current commutates to the next phase of the network, according to the invention an intermediate switching state Z1 a is produced. In this case, the semiconductor valve 10 is ignited, which lies in series with the field winding 22 together with an already conductive semiconductor valve 4. In this way, the field winding 22 is short-circuited and the current flow is interrupted in the network. Advantageously, the firing order is predetermined so that the same semiconductor valve 5 remains conductive over three successive switching states Z1, Z1a, Z2. In the last switching state Z2 of this tripartite sequence, then that semiconductor valve 15 takes over this role, which is also just conductive. In the same way, the sequence of further switching states with the network Z3, Z4, Z5, Z6 switched on and the intermediate switching states Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a occurring therebetween occur by ignition of the respective semiconductor valve 5, 7, 9, 11, 13, 15 The commutation of one half-cylinder valve 5, 7, 9, 11, 13, 15 to the next is again represented by arrows in FIG.

[0040] Die Zwischenschaltzustände Z1a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a bewirken im Verlauf der Ausgangsspannung Ua vor jeder Kommutierung einen jeweiligen Abschnitt UZ1a, UZ2a, UZ3a, UZ4a, UZ5a, UZ6a mit einer Ausgangsspannung Ua gleich Null (Fig. 6). Während dieser Abschnitte UZ1a, UZ2a, UZ3a, UZ4a, UZ5a, UZ6a fließt kein Strom ins speisende Netz. Das Netz ist also nicht angeschaltet.The intermediate switching states Z1a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a cause in the course of the output voltage Ua before each commutation a respective section UZ1a, UZ2a, UZ3a, UZ4a, UZ5a, UZ6a with an output voltage Ua equal to zero (FIG. 6). , During these sections UZ1a, UZ2a, UZ3a, UZ4a, UZ5a, UZ6a no current flows into the feeding network. The net is not switched on.

[0041] Auch im Verlauf der Netzströme in Fig. 7 zeigt sich, dass während der Zwischenschaltzustände Z1 a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a alle Phasenströme lu, Iv, Iw gleich Null ist. In diesen Zwischenschaltzuständen Z1 a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a entfallen somit die Verluste, die ansonsten netzseitig entstehen.Also in the course of the mains currents in Fig. 7 shows that during the intermediate switching states Z1 a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a all phase currents lu, Iv, Iw is equal to zero. In these intermediate switching states Z1a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a thus eliminates the losses that otherwise arise on the network side.

[0042] Das dargestellte Beispiel ist in keiner Weise limitierend.The example shown is in no way limiting.

[0043] Die erfinderische Maßnahme, nach jedem Schaltzustand mit angeschaltetem Netz Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 einen Zwischenschaltzustand Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a ohne Stromfluss ins speisende Netz vorzusehen, ist auch auf anders aufgebaute Erregereinrichtungen anwendbar. 4/9The inventive measure to provide after each switching state with the network Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 an intermediate switching state Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a without current flow to the feeding network, is also applicable to differently constructed excitation devices. 9.4

Claims (10)

österreichisches Patentamt AT513 480B1 2014-10-15 Patentansprüche 1. Ansteuerungsverfahren einer Erregereinrichtung zur Versorgung einer Feldwicklung (22) eines Synchrongenerators, wobei die Erregereinrichtung einen Gleichstromrichter mit mehreren Halbleiterventilen (5, 7, 9, 11, 13, 15) umfasst und wobei die Halbleiterventile (5, 7, 9, 11, 13, 15) in einer vorgegebenen Reihenfolge gezündet werden, um die Feldwicklung (22) in aufeinanderfolgenden Schaltzuständen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) an unterschiedliche Phasen eines speisenden Netzes zu schalten, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem Schaltzustand mit angeschaltetem Netz (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) in einem Zwischenschaltzustand (Z1 a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a) die Feldwicklung (22) kurzgeschlossen wird.Austrian patent office AT513 480B1 2014-10-15 Claims 1. A driving method of an exciter device for supplying a field winding (22) of a synchronous generator, wherein the exciter device comprises a DC converter with a plurality of semiconductor valves (5, 7, 9, 11, 13, 15) and wherein the Semiconductor valves (5, 7, 9, 11, 13, 15) are ignited in a predetermined order to the field winding (22) in successive switching states (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) to different phases of a feeding network switch, characterized in that after each switching state with the network (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) in an intermediate switching state (Z1 a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a), the field winding (22) is short-circuited. 2. Ansteuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem jeweiligen Zwischenschaltzustand (Z1a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a) dasjenige Halbleiterventil (5, 7,9, 11, 13, 15) gezündet wird, welches in Serie liegt mit der Feldwicklung (22) und demjenigen Halbleiterventil (5, 7, 9, 11, 13, 15), welches vor und nach dem Zwischenschaltzustand (Z1a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a) leitend ist.2. Control method according to claim 1, characterized in that in a respective intermediate switching state (Z1a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a) that semiconductor valve (5, 7,9, 11, 13, 15) is ignited, which is in series with the field winding (22) and the semiconductor valve (5, 7, 9, 11, 13, 15) which is conductive before and after the intermediate switching state (Z1a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a). 3. Ansteuerverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Schaltzustands mit angeschaltetem Netz (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) ein Phasenstrom (lu, Iv, Iw) des Netzes erfasst wird und dass das Halbleiterventil (5, 7, 9, 11, 13, 15) zur Einleitung eines Zwischenschaltzustands (Z1a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a) gezündet wird, wenn der Phasenstrom (lu, Iv, Iw) gegen Null geht.3. A driving method according to claim 2, characterized in that during a switching state with the network (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) a phase current (lu, Iv, Iw) of the network is detected and that the semiconductor valve (5, 7, 9, 11, 13, 15) for initiating an intermediate switching state (Z1a, Z2a, Z3a, Z4a, Z5a, Z6a) is ignited when the phase current (lu, Iv, Iw) goes to zero. 4. Ansteuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schaltzustand mit angeschaltetem Netz (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) mit einem Zündwinkel zwischen 60 Grad und 90 Grad eingeleitet wird.4. Control method according to one of claims 1 to 3, characterized in that each switching state with the network (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) is initiated with an ignition angle between 60 degrees and 90 degrees. 5. Erregereinrichtung zur Versorgung einer Feldwicklung (22) eines Synchrongenerators, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromrichter als sechspulsige Schaltung mit sechs Halbleiterventilen (5, 7, 9, 11, 13, 15) ausgeführt ist und dass jedes Halbleiterventil (5, 7, 9, 11, 13, 15) mittels einer Steuerung angesteuert ist, welche zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 eingerichtet ist.5. excitation device for supplying a field winding (22) of a synchronous generator, characterized in that the DC converter is designed as a six-pulse circuit with six semiconductor valves (5, 7, 9, 11, 13, 15) and that each semiconductor valve (5, 7, 9 , 11, 13, 15) is controlled by means of a control which is set up to carry out a method according to one of claims 1 to 4. 6. Erregereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromrichter über einen Einspeisetransformator (1) an das speisende Netz angeschaltet ist.6. Exciter device according to claim 5, characterized in that the DC converter via a feed-in transformer (1) is connected to the feeding network. 7. Erregereinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Gleichstromrichter ein Entregungszweig angeordnet ist und dass der Entregungszweig mittels der Steuerung angesteuert ist.7. Excitation device according to claim 5 or 6, characterized in that parallel to the DC converter, a de-excitation branch is arranged and that the de-excitation branch is controlled by means of the controller. 8. Erregereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Entregungszweig zwei antiparallele Halbleiterventile (19, 20) und einen dazu in Serie geschalteten Entregungswiderstand (21) umfasst.8. Excitation device according to claim 7, characterized in that the de-excitation branch comprises two antiparallel semiconductor valves (19, 20) and a series-connected de-energizing resistor (21). 9. Erregereinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gleichstromrichter und dem Entregungszweig zumindest ein DC-Entregungsschalter (16,17) angeordnet ist, welcher mittels der Steuerung angesteuert ist.9. Excitation device according to claim 6 or 7, characterized in that between the DC converter and the de-excitation branch at least one DC-de-energizing switch (16,17) is arranged, which is controlled by the controller. 10. Erregereinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Gleichstromrichters zwischen 0,5 MVA und 5 MVA liegt. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 5/910. Exciter device according to one of claims 5 to 9, characterized in that the power of the DC converter is between 0.5 MVA and 5 MVA. 4 sheets of drawings 5/9