DD257533A1 - METHOD FOR OPERATING A LOWER SYNCHRONOUS CURRENT CASCADE - Google Patents

METHOD FOR OPERATING A LOWER SYNCHRONOUS CURRENT CASCADE Download PDF

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DD257533A1
DD257533A1 DD29966287A DD29966287A DD257533A1 DD 257533 A1 DD257533 A1 DD 257533A1 DD 29966287 A DD29966287 A DD 29966287A DD 29966287 A DD29966287 A DD 29966287A DD 257533 A1 DD257533 A1 DD 257533A1
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Heinz Wolf
Bernd Tepler
Alfons Wolff
Matthias Wolf
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Elektroprojekt Anlagenbau Veb
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Abstract

Die Erfindung verhindert im Havariefall, z. B. bei Netzausfall, das Kippen des Wechselrichters bei untersynchronen Stromrichterkaskaden. Erfindungsgemäî wird der Wechselrichter im Havariefall durch eine Löscheinrichtung gelöscht. Gleichzeitig werden alle Thyristoren des Wechselrichters gesperrt. Die Auslösung erfolgt durch Erfassung des _berstromes im Zwischenkreis oder auf der Wechselspannungsseite des Wechselrichters oder durch Erfassung der Spannungsabsenkung. Fig. 1{untersynchrone Stromrichterkaskade, Netzausfall, Störung, Verhindern, Kippen, _berstrom, Spannungsabsenkung, Löscheinrichtung, Sperren, Thyristor}The invention prevents in the event of an accident, z. As in case of power failure, the tilting of the inverter in sub-synchronous power converter cascades. According to the invention, the inverter is deleted in the event of an accident by an extinguishing device. At the same time, all thyristors of the inverter are blocked. Triggering takes place by detecting the overcurrent in the DC link or on the AC side of the inverter or by detecting the voltage drop. Fig. 1 {under-synchronous power converter cascade, power failure, disturbance, prevention, tilting, overcurrent, voltage lowering, extinguishing device, locks, thyristor}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft den Betrieb einer untersynchronen Stromrichterkaskade bei Netzausfällen oder anderen Störungsfällen, die zu einem Kippen des Wechselrichters führen könnten.The invention relates to the operation of a sub-synchronous power converter cascade in case of power failures or other failure cases, which could lead to a tilting of the inverter.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Für etliche Anwendungsfälle, in denen die Stellbarkeit eines Antriebs nur in einem begrenzten Drehzahlbereich gefordert wird, stellt die untersynchrone Stromrichterkaskade nach wie vor eine unkomplizierte und billige Alternative dar. Untersynchrone Stromrichterkaskaden bestehen bekanntlich aus einem Drehstrom-Schleifringläufer-Motor, dessen Schlupfleistung in einem Gleichrichter in Gleichstrom gewandelt wird. Über einen netzgelöschten Wechselrichter wird die Schlupfleistung wieder ans Netz zurückgeführt. Durch Verändern des Zündwinkels des Wechselrichters läßt sich die Drehzahl der Asynchronmaschine stellen. Bei Störungsfällen im Netz, ζ. B. ein kurzzeitiger Netzspannungsausfall oder ein Erdungsfehler, besteht die Gefahr des Kippens des Wechselrichters, wodurch eine Havarie eintreten kann, die zum Abschmelzen der Sicherungen oder gar zur Zerstörung von Thyristoren führen würde.For many applications in which the actuator is required only in a limited speed range, the sub-synchronous power converter cascade is still an uncomplicated and cheap alternative. As is known, sub-synchronous power converter cascades consist of a three-phase slip ring rotor motor, the slip power in a rectifier in DC is converted. The slip power is fed back to the grid via a network-deleted inverter. By changing the ignition angle of the inverter, the speed of the asynchronous machine can be set. In case of faults in the network, ζ. As a short-term power failure or ground fault, there is a risk of tilting the inverter, which can cause a breakdown that would lead to melting of the fuses or even the destruction of thyristors.

Es sind bereits Maßnahmen zur schnellen Unterbrechung oder Begrenzung des auftretenden Überstroms bekannt. So wurde nach der DE-OS 2018025 (H 02 P7/62) vorgeschlagen, in den Strompfad des Zwischenkreises einen mit einem ohmschen Widerstand überbrückten Kontakt eines Schnellschalters einzufügen. Im Havariefall öffnet der Kontakt und begrenzt den Strom durch den ohmschen Widerstand. Nach Rückkehr in einen stabilen Betriebszustand wird der Schalter wieder geschlossen. Die Lösung erfordert einen mechanischen Schnellschalter, der verschleißbehaftet ist, eine gewisse Wartung erfordert und außerdem höhe Kosten bedingt.Measures are already known for rapid interruption or limitation of the overcurrent that occurs. Thus, according to DE-OS 2018025 (H 02 P7 / 62) proposed to insert in the current path of the intermediate circuit bridged with an ohmic resistance contact of a high-speed switch. In case of emergency, the contact opens and limits the current through the ohmic resistance. After returning to a stable operating state, the switch is closed again. The solution requires a mechanical quick-switch that is subject to wear, requires some maintenance and also incurs high costs.

Mit der DE-AS 2518235 (H 02P7/62) wurde vorgeschlagen, daß der Zündwinkel des Wechselrichters auf einen Wert reduziert wird, der der Wechselrichtertrittgrenze entspricht und die Gleichstromdrossel durch einen parallel angeordneten Thyristor kurzgeschlossen wird. Die Lösung setzt ganz bestimmte Spannungsverhältnisse zwischen Gleich- und Wechselrichter voraus. Da die Gegenspannungsreserve jedoch von der Drehzahl der Asynchronmaschine abhängig ist, ist nicht in allen Arbeitspunkten eine sichere Funktion des Antriebes gewährleistet.With DE-AS 2518235 (H 02P7 / 62) has been proposed that the ignition angle of the inverter is reduced to a value corresponding to the inverter tread limit and the DC reactor is short-circuited by a parallel thyristor. The solution requires very specific voltage relationships between DC and inverter. However, since the counter-voltage reserve is dependent on the speed of the asynchronous machine, a safe operation of the drive is not guaranteed in all operating points.

Weiterhin wurde vorgeschlagen, den Gleichrichter als vollgesteuerten Thyristor-Gleichrichter auszuführen. Bei Gefahr des Kippens des Wechseltrichters läßt sich so die Gleichspannung herabsteuern. Die Lösung erfordert jedoch einen sehr hohen Aufwand nicht nur durch die Anordnung einer zweiten vollgesteuerten Brückengleichrichter-Schaltung, sondern auch durch die Notwendigkeit einer speziellen Ansteuerelektronik für den Läufergleichrichter, da dieser mit einer variablen Frequenz arbeitet.Furthermore, it has been proposed to implement the rectifier as a fully controlled thyristor rectifier. At risk of tilting the Wechseltrichters so the DC voltage can be controlled down. However, the solution requires a very high effort not only by the arrangement of a second fully controlled bridge rectifier circuit, but also by the need for a special control electronics for the rotor rectifier, since it operates at a variable frequency.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist eine Maßnahme, die den sicheren Betrieb einer untersynchronen Stromrichterkaskade bei annormalen Betriebsvorgängen im Netz bei verringertem Aufwand gegenüber den Vorbildlösungen erlaubt.The aim of the invention is a measure that allows the safe operation of a sub-synchronous power converter cascade in abnormal operations in the network with reduced effort compared to the model solutions.

Merkmale der ErfindungFeatures of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches, mit kontaktlosen Bauelementen zu realisierendes Verfahren zum Unterbrechen eines im Havariefall auftretenden Überstromes anzugeben.The object of the invention is to provide a simple method to be implemented with contactless components for interrupting an overcurrent occurring in the event of a breakdown.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem der im Havariefall auftretende Überstrom durch eine auf den Wechselrichter wirkende an sich bekannte Löscheinrichtung unterbrochen wird und gleichzeitig alle stromführenden Thyristoren des Wechselrichters gesperrt werden. Die Löscheinrichtung kann aus einem Löschkondensator bestehen, der über Entkopplungsdioden mit der Wechselrichter-Brückenschaltung verbunden ist. Der Löschkondensator wird durch eine Ladeeinrichtung aufgeladen. Die Auslösung erfolgt durch Erfassung des Überstroms im Zwischenkreis oder auf derAccording to the invention the object is achieved by the occurring in case of failure overcurrent is interrupted by acting on the inverter per se known extinguishing device and at the same time all current-carrying thyristors of the inverter are disabled. The quenching device may consist of a quenching capacitor, which is connected via decoupling diodes to the inverter bridge circuit. The quenching capacitor is charged by a charging device. The tripping takes place by detecting the overcurrent in the DC link or on the

Wechselspannungsseite des Wechselrichters oder durch Erfassung der Spannungsabsenkung der Netzspannung. Die Spannung am Löschkondensator kann durch einen nichtlinearen Widerstand (z.B. Metalloxidvarisator) begrenzt werden. Nach Wegfall einer kurzzeitigen Störung kann der Wechselrichter sofort wieder angesteuert werden. Dauert die Störung langer, so daß die Motordrehzahl über eine bestimmte Grenze abgesunken ist/kann der Motordrehzahl über eine bestimmte Grenze abgesunken ist, kann der Motor durch einen Widerstandsanlauf hochgefahren werden, ehe der Wechselrichter wieder angesteuert wird. Die Lösung hat den Vorteil, daß eine schnelle und sichere Unterbrechung des Überstroms mit kontaktlosen Bauelementen möglich ist, ohne daß eine komplizierte Ansteuerelektronik benötigt wird. Ein weiterer und wichtiger Vorteil ist, daß mit der Überwachung von Hauptnetz, Hilfsnetzund des Steuerzustandes (vorhandene Technik) eine automatische Wiedereinschaltung des Regelbetriebes der untersynchronen Stromrichterkaskade nach einer flüchtigen Störungsursache zu realisieren ist.AC side of the inverter or by detecting the voltage drop of the mains voltage. The voltage on the quenching capacitor may be limited by a nonlinear resistor (e.g., metal oxide varistor). After elimination of a short-term fault, the inverter can be controlled again immediately. If the fault takes longer, so that the engine speed has dropped above a certain limit / the engine speed has dropped above a certain limit, the motor can be started by a resistance start, before the inverter is driven again. The solution has the advantage that a fast and safe interruption of the overcurrent with contactless components is possible without a complicated control electronics is needed. Another and important advantage is that with the monitoring of main network, auxiliary network and the control state (existing technology) is an automatic reclosing of the control operation of the sub-synchronous power converter cascade to realize a volatile cause of failure.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigtThe invention will be explained below with reference to an embodiment. In the drawings shows

Fig. 1: ein Prinzipschaltbild der Erfindung,1 is a block diagram of the invention,

Fig.2: den Stromverlauf im Zwischenkreis und den Verlauf der Spannung am Löschkondensator.2 shows the current profile in the intermediate circuit and the course of the voltage at the quenching capacitor.

Die untersynchrone Stromrichterkaskade wird realisiert durch einen Asynchronmotor M, den Läufergleichrichter LGR, die Zwischenkreisdrossel Ld und den Wechselrichter WR, der die Schlupfleistung über den Transformator T ans Netz zurückliefert. Die Erfindung hat folgende Funktion:The subsynchronous converter cascade is realized by an asynchronous motor M, the rotor rectifier LGR, the DC reactor L d and the inverter WR, which returns the slip power via the transformer T to the network. The invention has the following function:

Beim Kippen des Wechselrichters WR durch eine äußere Ursache, z. B. eine Absenkung der Netzspannung Un, kommt es zu einem Zündversagen eines der Thyristoren des Wechselrichters WR, z.B. des Thyristors V3. Der Strom ld wird nicht durch den Thyristor V3 übernommen und fließt darauf über den vorher gezündeten Thyristor V1 und den Kreis Zwischenkreisdrossel Ld — Läufergleichrichter LGR—Thyristor V6 oder V2—Transformator T weiter, wobei er ansteigt. Durch Erfassen des Überstroms I0 im Zwischenkreis oder auf der Wechselspannungsseite des Wechselrichters WR wird der Havariezustand durch das Informationsteil IT2 erkannt und ein Zündsignal ZS für den Löschthyristor LT ausgelöst. Darauf entlädt sich der durch die Ladeeinrichtung LE, den Thyristor V1 und die Koppeldiode V11, wodurch der Thyristor V11 stromloswird. Da gleichzeitig alle Zündimpulse der Wechselrichter-Thyristoren durch das Informationsteil IT1 gesperrt werden, werden weitere Zündungen der Thyristoren V1, V 3, V 5 verhindert. Der Strom ld fließt noch weiter über die Phase R — Koppeldiode V11 — Lösch kondensator LKo — Löschthyristor LT—Zwischenkreisdrossel Ld— Läufergleichrichter LGR und einen der Wechselrichter-Thyristoren V6 und V2. Gleichzeitig lädt sich der Löschkondensator LKo um. Beim Nulldurchgang der Spannung des Löschkondensators LKo ist die Freihaltezeit Tp des Thyristors V1 beendet. Erreicht die Spannung des Löschkondensators LKo nach der Zeit t-i die Ansprechspannung des Varistors R 2, so geht der Strom auf diesen über. Nach der Zeit t2 ist der Strom ld abgeklungen und damit der Kommutierungsfehler beseitigt.When tilting the inverter WR by an external cause, for. As a lowering of the mains voltage U n , there is a failure of one of the thyristors of the inverter WR, for example, the thyristor V3. The current I d is not taken over by the thyristor V3 and flows thereon via the previously fired thyristor V1 and the circuit DC choke L d - rotor rectifier LGR thyristor V6 or V2 transformer T on, where it rises. By detecting the overcurrent I 0 in the intermediate circuit or on the AC side of the inverter WR the accident state is detected by the information part IT2 and an ignition signal ZS triggered for the quenching thyristor LT. Then it discharges through the charging device LE, the thyristor V1 and the coupling diode V11, whereby the thyristor V11 is de-energized. Since all ignition pulses of the inverter thyristors are blocked by the information part IT1 at the same time, further firing of the thyristors V1, V 3, V 5 are prevented. The current l d flows even further through the phase R - coupling diode V11 - quenching capacitor LKo - quenching thyristor LT-link inductor L d - rotor rectifier LGR and one of the inverter thyristors V6 and V2. At the same time the quenching capacitor LKo recharges. At the zero crossing of the voltage of the quenching capacitor LKo the keep-free time Tp of the thyristor V1 is completed. If the voltage of the quenching capacitor LKo reaches the response voltage of the varistor R 2 after the time ti, the current is transferred to it. After time t 2 , the current I d has decayed and thus the commutation error has been eliminated.

Eine sich durch unzulässige Spannungsänderung der Netzspannung Un anbahnende Störung kann auch durch Erfassung der Netzspannungsabsenkmung AUn durch das Informationsteil IT2 bereits vor dem Kippen des Wechselrichters WR erkannt und durch Löschen der Thyristoren V 1,V3,V5 über den Löschthyristor LT beseitigt werden.A disturbance which is due to an impermissible change in the voltage of the mains voltage U n can also be detected by the detection of the mains voltage lowering AUn by the information part IT2 before the inverter WR is tilted and eliminated by the thyristors V 1, V3, V5 being extinguished via the quenching thyristor LT.

Wertet das Informationsteil IT2 gleichzeitig den Steuerzustand des Wechselrichters WR aus—Auswertung der Steuerspannung Ustdes Informationsteils IT1 —so wird die Löschung nur eingeleitet, wenn der Wechselrichter — Arbeitspunkt (α) bei der Spannungsabsenkung AUn keinen sicheren Wechselrichterbetrieb mehr zuläßt. Unnötige Auslösungen des Löschthyristors LT werden damit vermieden.If the information part IT2 simultaneously evaluates the control state of the inverter WR from evaluation of the control voltage U st of the information part IT1, the deletion is only initiated if the inverter operating point (α) no longer permits safe inverter operation during the voltage reduction AU n . Unnecessary tripping of the quenching thyristor LT are thus avoided.

Im Informationsteil IT1 erfolgt durch Verarbeitung der Steuergrößen Iststrom lis„ Solldrehzahl Uist die Generierung der Ansteuerimpulse für den Wechselrichter WR. Abhängig von der Dauer des Fehlers sowie von den technologischen Bedingungen können verschiedene Betriebsabläufe eingeleitet werden:In the information part IT1 is carried out by processing the control variables Iststrom l is "target speed U is the generation of the drive pulses for the inverter WR. Depending on the duration of the fault and the technological conditions, various operations can be initiated:

a) Abschaltung des Antriebs durch Öffnen der Kontakte Q1,Q4und Schließen des Kontaktes Q'3,a) shutdown of the drive by opening the contacts Q1, Q4 and closing the contact Q'3,

b) Wiedereinschaltung bei ausreichend hoher Motordrehzahl durch wiederfahren des Wechselrichters WR mit einem Zündwinkel von a = 150°,b) reclosing at a sufficiently high engine speed by returning the inverter WR with a firing angle of a = 150 °,

c) Wiederanlauf mit Hilfe des Anlaßwiderstandes R1 durch Öffnen des Kontakts Q4, Schließen des Kontakts Q3 und Einstellen des Anlaßwiderstands R1 auf einen Bereich, unterhalb der Stellbereichsgrenze der untersynchronen Stromrichterkaskade, Hochfahren mit dem Anlaßwiderstand R1, Schließen von Kontakt Q4 und Übernahme des geregelten Betriebs durch Ansteuern des Wechselrichters WR (Ablauf wie bei normaler Anfahrt).c) Restart by means of the starting resistor R1 by opening the contact Q4, closing the contact Q3 and setting the starting resistance R1 to a range below the operating range limit of the sub-synchronous power converter cascade, starting with the starting resistor R1, closing contact Q4 and taking over the regulated operation by Control of the inverter WR (sequence as in normal approach).

Claims (5)

1. Verfahren zum Betrieb einer untersynchronen Stromrichterkaskade, dadurch gekennzeichnet, daß der im Havariefall auftretende Überstrom (lü) durch eine auf den Wechselrichter (WR) wirkende an sich bekannte Löscheinrichtung (LE) unterbrochen wird und gleichzeitig alle stromführenden Thyristoren (V1, V2, V3) des Wechselrichters (WR) gesperrt werden.1. A method for operating a sub-synchronous power converter cascade, characterized in that the overcurrent occurring in the event of an accident (l ü ) by a on the inverter (WR) acting per se quenching device (LE) is interrupted and at the same time all current-carrying thyristors (V1, V2, V3) of the inverter (WR) are disabled. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Havariefall durch ein Strommeßglied im Zwischenkreis erfaßt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the accident case is detected by a current measuring element in the intermediate circuit. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Havariefail durch ein Strom meßg lied auf der Wechselspannungsseite des Wechselrichters (WR) erfaßt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the accident detail is detected by a current meßg song on the AC side of the inverter (WR). 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Havariefall durch ein Unterspannungsmeßglied am Netz erfaßt wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the accident case is detected by an undervoltage detector on the network. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer kurzzeitigen Havarie der Wechselrichter (WR) mit maximalem Zündwinkel (α) sofort wieder angesteuert wird.5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that after a short-term accident, the inverter (WR) with maximum firing angle (α) is driven immediately again.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4034723A1 (en) * 1990-10-29 1992-04-30 Elpro Ag Early recognition of trouble in mains=connected inverters - comparing absolute DC and difference between DC and AC side currents with permissible limits
DE4217234C1 (en) * 1992-05-20 1993-12-23 Elpro Ag Voltage limiting circuit for current cut=out electronic extinction device - has parallel circuit across extinction capacitor limiting capacitor voltage using nonlinear resistance and GTO thyristor
US8670253B2 (en) 2009-08-18 2014-03-11 Vacon Oyj Converter protecting components against overvoltages

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B5 Patent specification, 2nd publ. accord. to extension act
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