DE1588044A1 - Device for voltage control in alternating current networks - Google Patents

Description

BROWN, BOVERl & GiE AG Mannheim, 3. April 1967 MANNHEIM ^{Pat H}/^N BROWN, BOVERl & GiE AG Mannheim, April 3, 1967 MANNHEIM ^{Pat H} / ^N

Mp.Nr. 542/67Mp No. 542/67

"Einrichtung zur Spannungssteuerung in Wechselstromnetzen""Device for voltage control in alternating current networks"

Die Erfindung "betrifft eine Einrichtung zur Spannungssteuerung in Wechselspannungsnetzen mit einem Zusatzreihentransformator, an dem eine veränderliche Zusatzspannung durch den der Sekundärwicklung aufgezwungenen Strom entsteht.The invention "relates to a device for voltage control in AC voltage networks with an additional series transformer to which a variable additional voltage is provided by that of the secondary winding forced electricity is created.

Es besteht häufig die Notwendigkeit, in Weehselspannungsnetzen SpannungsSchwankungen an der Sammelschiene auszuregeln, um dem.Verbraucher konstante Spannung bzw. bei unveränderlichem lastwiderstand konstante Leistung zuzuführen.Often there is a need in AC voltage networks To regulate voltage fluctuations on the busbar, around the consumer constant voltage or constant voltage load resistance to supply constant power.

Bekannte Regelungen für konstante Spannungen sehen einmal stromsteuernde Magnetverstärker (AEG Hilfsbuch, 9. Aufl. 1965, S. 9/10), zum anderen antiparallel geschaltete Stromrichterventile (Westinghouse, Silicon Controlled Rectifier, S. 7 - 76, Abs. 2) mit Anschnittsteuerung vor. Beiden Einrichtungen ist gemeinsam, daß sie in Reihe mit dem Verbraucher zu schalten sind. Die Einrichtungen sind aufwendig und erzeugen außerdem einen starken Oberwellenanteil in der Verbraucherspannung. Der stromsteuernde Magnetverstärker benötigt ca. die Hälfte seiner lypenleistung als Steuerleistung, Die Stellglieder für den Steuerstrom werden besonders bei größeren Magnetverstärkereinheiten groß und aufwendig, deshalb ist ihr Leistungsbereich begrenzt. Bei der Stromrichtereohaltung müssen die antiparallelgeschalteten Ventile nicht nur für die gesamte nachgeschaltete Verbraucherleistung dimensioniert werden, sondern auch in der Lage sein, den Kurzschlußetrom zu beherrschen, was einen erheblichen Aufwand erfordert.Well-known regulations for constant voltages have a look Current-controlling magnetic amplifiers (AEG auxiliary book, 9th edition 1965, P. 9/10), on the other hand, converter valves connected in anti-parallel (Westinghouse, Silicon Controlled Rectifier, pp. 7 - 76, para. 2) with gate control. Both bodies is in common that they are to be connected in series with the consumer. The facilities are expensive and also generate a strong harmonic content in the consumer voltage. The current-controlling magnetic amplifier needs about half of it its power as control power, the actuators for the control current are particularly important with larger magnetic amplifier units large and complex, so their performance range is limited. In the case of converter stereo maintenance, the anti-parallel connected Valves are dimensioned not only for the entire downstream consumer power, but also in the Be able to control the short circuit current, which is a significant one Requires effort.

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Eine weitere bekannte Einrichtung zur Spannungssteuerung (AEG-' Mitteilung 47, 1957, Heft 5/6, S. 144 - 146) sieht einen Zusatzreihentransformator vor, in dessen Sekundärkreis die Arbeitswicklung eines Magnetverstärker liegt. Der vom Verbraucher in der Sekundärwicklung des Reihentransformators erzwungene Strom muß über die Impedanz der Arbeitswicklung des Magnetverstärkers fließen. An der Primärwicklung des Reihentransformators stellt sich eine dem Abfall an der Impedanz proportionale Zusatzspannung ein. Die Impedanz wird durch Steuerung des Magnetverstärkers geändert. Diese Anordnung arbeitet ebenfalls mit einer Anschnittsteuerung der Primärspannung, d. h. sie erzeugt eine hohe Blindleistung und die Verbraucherspannung ist stark verzerrt. Deshalb wird diese Methode nur bei kleinen Leistungen angewandt.Another known device for voltage control (AEG- ' Communication 47, 1957, issue 5/6, pp. 144-146) sees one Additional series transformer, in whose secondary circuit the working winding of a magnetic amplifier is located. The one from the consumer Current forced in the secondary winding of the series transformer must exceed the impedance of the working winding of the Magnetic amplifier flow. On the primary winding of the series transformer an additional voltage proportional to the drop in impedance is established. The impedance is through Control of the magnetic amplifier changed. This arrangement works also with a gate control of the primary voltage, d. H. it generates a high reactive power and the consumer voltage is heavily distorted. This is why this method is only used for small outputs.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine verlustlose, oberwellenarme und leistungsmäßig nicht begrenzte Regelung der Verbraucherspannung zu ermöglichen. The object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned and to enable a lossless, low harmonic and power-wise unlimited regulation of the consumer voltage.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Sekundärkreis des Zusatzreihentransformators ein Gleichstromzwischenkreis vorgesehen ist, der aus einer ungesteuerten G-ieichrichterbrücke und einer gesteuerten Stromrichterbrücke besteht, die im Wechselrichterbereioh arbeitet und die wechselgerichtete Gleichstromleistung nach Maßgabe der zu regelnden Verbraucherspannung in das Netz zurückgibt.According to the invention this object is achieved in that in Secondary circuit of the additional series transformer is a direct current intermediate circuit is provided, which consists of an uncontrolled rectifier bridge and a controlled rectifier bridge exists, which works in the inverter area and the inverted Returns direct current power in accordance with the consumer voltage to be regulated into the network.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt. An embodiment of the invention is shown in the figure.

Die mit R, S und T bezeichneten Zuleitungen eines Drehstromnetzes sind über einen Zusatzreihentransformator 1 an einen oder mehrere Verbraucher 2 angeschlossen, Sekundärseitig sind die Wicklungen des Zusatzreihentransformators 1 einerseits im Stern geschaltet* andererseits an die Zweigmittelpunkte einerThe supply lines of a three-phase network denoted by R, S and T are connected to one or more consumer 2 via an additional series transformer 1, the secondary side on the one hand connected in the windings of the additional series transformer 1 in the star * on the other hand to the branch center of a

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•angesteuerten Drehstromgleichrichterbrücke 3 angeschlossen. Die Drehstromgleichrichterbrücke 3 speist auf zwei Pole eines Gieichstromzwischenkreises, der eine parallel zu den Klemmen der Drehstromgleichriehterbrücke 3 geschaltete Querkapazität 4 und eine Längsinduktivität 5 besitzt. Ausgangsseitig ist der Gleichstromzwischenkreis mit den Klemmen einer gesteuerten Stromrichterbrücke 6 verbunden, deren Zweigmittelpunkte an das Drehstromnetz mit den Zuleitungen R, S, T angeschlossen sind. Die gesteuerte Stromrichterbrücke 6 wird im Wechselrichterbetrieb, im Bereich zwischen maximaler Wechselrichterspannung und Spannung Null, betrieben. Das Siebglied im Gleichstromzwischenkreis, das aus der Querkapazität 4 und der Längsinduktivität 5 besteht, hat die Aufgabe, den Strom zu glätten und dafür zu sorgen, daß ein kontinuierlicher Stromfluß, auch bei plötzlich wechselnden Last- oder Spannungsverhältnissen, an der Sammelschiene des Verbrauchers vorhanden ist. • controlled three-phase rectifier bridge 3 connected. The three-phase rectifier bridge 3 feeds on two poles of a DC link, one parallel to the terminals the three-phase rectifier bridge 3 switched transverse capacitance 4 and a series inductance 5 has. Is the output side the DC link with the terminals of a controlled Converter bridge 6 connected, the branch centers at the three-phase network with the supply lines R, S, T connected are. The controlled converter bridge 6 is in inverter operation, operated in the range between maximum inverter voltage and zero voltage. The sieve element in the The DC link, which consists of the transverse capacitance 4 and the series inductance 5, has the task of supplying the current smooth and ensure that there is a continuous flow of current, even if the load or voltage conditions suddenly change, it is present on the consumer's busbar.

Die Aussteuerung der Stromrichterbrücke 6 erfolgt über einen Gittersteuersatz 7 nach Maßgabe der zu regelnden Verbraucherspannung und des Stromes im Gleichstromzwischenkreis. Am Eingang eines Regelverstärkers 8 wird hierzu der Istwert -U. . der zu regelnden Verbraucherspannung mit einem einstellbaren Sollwert ü_ η, verglichen. Die Summe dieser Spannungen wird durch den Regelverstärker 8 verstärkt und als Stromführungsgröße Iq₀-^ ^auf äen Eingang eines Strombegrenzungsverstärkers 9 und weiter auf den Gittersteuersatz 7 geleitet. Die Aussteuerung der Stromrichterbrücke 6 erfolgt so, daß am Verbraucher 2 die gewünschte Spannung ansteht. Auf den Eingang des Strombegrenzungsverstärkers 9 wird ferner der über einen Stromwandler 10 ermittelte Stromistwert Ijl_S4. des Gieichstromzwischenkreises geführt. Der Strombegrenzungsverstärker 9 greift begrenzend ein, wenn der Stromistwert den vorgegebenen Sollwert übersteigt. Die Aussteuerung wird dann derartig beeinflußt, daß die Stromüberhöhung verschwindet. Die Strombegrenzung vermeidet z. B. unzulässig hohe Kreis ströme im Gleichstromzwischenkreis. The control of the converter bridge 6 takes place via a grid control unit 7 in accordance with the load voltage to be regulated and the current in the direct current intermediate circuit. At the input of a control amplifier 8, the actual value -U. . the consumer voltage to be regulated with an adjustable setpoint ü_ η compared. The sum of these voltages is amplified by the control amplifier 8 and passed as a current command variable Iq ₀ - ^ ^{to the} input of a current limiting amplifier 9 and further to the grid control set 7. The control of the converter bridge 6 takes place in such a way that the desired voltage is applied to the consumer 2. Of the actual current value _S determined Ijl via a current transformer 10 is further out of 4. Gieichstromzwischenkreises to the input of the current limiting amplifier. 9 The current limiting amplifier 9 intervenes in a limiting manner when the actual current value exceeds the specified setpoint value. The modulation is then influenced in such a way that the excess current disappears. The current limitation avoids z. B. impermissibly high circular currents in the DC link.

die Wechselrichteraussteuerung der Stromrichterbrücke 6the inverter control of the converter bridge 6

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wird eine Gegenspannung im Gleichstromzwischenkreis vorgegeben.. Der Zusatzreihentransformator 1, der über einen weiten Stellbereich als Stromtransformator arbeitet und somit seinen Sekundärstrom erzwingt, muß jeweils soviel Spannung erzeugen, daß der Gleichstrom die an der Stromrichterbrücke 6 eingestellte Gegenspannung überwindet. Dadurch fällt auf der Primärseite des Zusatzreihentransformators 1 eine dem Laststrom phasengleiche und der am Wechselrichter eingestellten Gegenspannung proportionale Zusatzspannung ab. Sinkt z. B. die Netzspannung ab, so wird durch Verkleinern der Gegenspannung auch die Zusatzspannung abgesenkt. Die wechselgerichtete Gleichstromleistung des Gleichstromzwischenkreises wird von den Zweigmittelpunkten der Stromrichterbrücke 6 abgenommen und in das Drehstromnetz R, S, T zurückgespeist.a counter voltage is specified in the DC link .. The additional series transformer 1, which has a wide setting range works as a current transformer and thus forces its secondary current, must generate as much voltage in each case as that the direct current is set at the converter bridge 6 Counter-tension overcomes. As a result, one of the load current falls on the primary side of the additional series transformer 1 In-phase additional voltage that is proportional to the counter voltage set on the inverter. Z. B. the Mains voltage, the additional voltage is also reduced by reducing the counter voltage. The reversed The direct current power of the direct current intermediate circuit is taken from the branch centers of the converter bridge 6 and fed back into the three-phase network R, S, T.

Zum Schutz der Halbleiterbauelemente gegen Überströme bei Kurzschlüssen auf der Verbraucherseite ist ein Kurzschließer · 11 auf der Sekundärseite des Zusatzreihentransformators 1 vorgesehen. Er wird durch Überströme auf den Verbraucherzuleitungen ausgelöst.To protect the semiconductor components against overcurrents Short circuits on the consumer side is a short circuiter 11 on the secondary side of the additional series transformer 1 intended. It is triggered by overcurrents on the consumer feed lines.

Es ist möglich, daß zur Erzeugung der Gegenspannung im Zwischenkreis an Stelle der gesteuerten Stromrichterbrücke ein Gleichstromgenerator eingesetzt wird, wobei die Gegenspannung über die Erregung des Generators eingestellt Wird. Bei Verwendung eines Generators sind keine Siebmittel im Gleichstromzwischenkreis erforderlich.It is possible that to generate the counter voltage in the intermediate circuit Instead of the controlled converter bridge, a direct current generator is used, with the counter voltage over the excitation of the generator is stopped. If a generator is used, there are no filter means in the direct current intermediate circuit necessary.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen in einer praktisch verlustlosen, leistungsmäßig nicht begrenzten und im Gegensatz zu Einrichtungen mit Anschnittssteuerung Oberwellen- und blindleistungsarmen Regelung der Verbraucherspannung, die praktisch ·trägheitslos arbeitet.The advantages that can be achieved with the invention are practically lossless and not limited in terms of performance and in contrast to devices with gate control Low harmonics and low reactive power regulation of the consumer voltage, which works practically without inertia.

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Claims (4)

- 5■-.■■■ 542/67- 5 ■ -. ■■■ 542/67 PatentansprücheClaims Einrichtung zur Spannungssteuerung in Wechselspannungsnetzen mit einem Zusatzreihentransformator, an dem eine veränderliche Zusatzspannung durch den der Sekundärwicklung aufgezwungenen Strom entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis des Zusatzreihentransformators (1) ein Gleichstromzwischenkreis vorgesehen ist, der aus einer ungesteuerten Gleichrichterbrücke und einer gesteuerten Stromrichterbrücke (6) "besteht, die im Wechselrichterbereich arbeitet und die wechselgerichtete Gleichstromleistung nach Maßgabe der zu regelnden Verbraucherspannung in das Netz zurückgibt.Device for voltage control in alternating voltage networks with an additional series transformer, on which a variable additional voltage is created by the current imposed on the secondary winding, characterized in that, that a direct current intermediate circuit is provided in the secondary circuit of the additional series transformer (1) which consists of an uncontrolled rectifier bridge and a controlled converter bridge (6) ", which works in the inverter area and the inverted direct current power according to the regulating consumer voltage returns to the network. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,2. Device according to claim 1, characterized in that daß im Gleichstromzwischenkreis ein Siebglie.d (4, 5) vorgesehen ist. -that a Siebglie.d (4, 5) is provided in the DC link is. - 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Gleichstromzwischenkreis eine Strombegrenzungsregelung über einen Soll-Istwert-Vergleich des Stromes mittels der Gittersteuerungseinrichtung vorgesehen ist.3. Device according to claim 2, characterized in that that in the direct current intermediate circuit a current limiting control via a target / actual value comparison of the current is provided by means of the grid control device. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sekundärseite des Zusatzreihentransformators (1) ein vom Verbraucherstrom gesteuerter Kurzschließer (11) vorgesehen ist.4. Device according to claim 3, characterized in that on the secondary side of the additional series transformer (1) a short-circuiter (11) controlled by the consumer current is provided. 00984 1 /031700984 1/0317 LeerseiteBlank page