DE19603116A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation der Blindleistung in Wechselstromnetzen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation von Blindleistung in Wechselstromnetzen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art sowie auf eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist aus der Veröffentlichung "Micro­ processor based capacitor bank control and protection system", N.D. Sadanandan et al., IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 4, Nr. 1, Januar 1989 bekannt. Bei diesem Verfahren werden die Spannungen und Ströme in dem Wechselspannungsnetz kontinu­ ierlich überwacht und ausgewertet, um die Wirk- und Blindlei­ stung sowie den Leistungsfaktor zu ermitteln. Die Meßwerte werden in einem Mikroprozessor zusammen mit weiteren Eingabe- und Sollwertsignalen verarbeitet und gegebenenfalls gespeichert. Der Mikroprozessor steuert eine Schnittstelle zur Betätigung von Relais, die einzelne Kompensationskondensatoren in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Ausewertung zu- bzw. abschalten. Weiterhin wird eine Impedanzmessung der einzelnen Kondensatoren durchge­ führt, um den Ausfall von Kondensatoren erkennen zu können. Bei diesen bekannten Verfahren wird bei jeder Abweichung des Leistungsfaktors von einem Sollwert ein Suchlauf, d. h. ein probeweises Zu- oder Abschalten von Kondensatoren solange durch­ geführt, bis der Sollwert innerhalb gewisser Grenzen wieder erreicht ist. Dieser Suchlauf kann einige Zeit in Anspruch nehmen und führt zu einer großen Schalthäufigkeit der Relais oder anderer Schaltelemente.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. die eine schnellere Kompensation bei geringerer Schalt­ häufigkeit ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 bzw. 9 angege­ benen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ergibt sich eine schnellere Kompensation bei gleich­ zeitig verringerter Schalthäufigkeit, da anhand der gespeicher­ ten Werte für die Regelabweichung die jeweils zu- bzw. abzu­ schaltenden Kondensatoren vorherbestimmbar sind und nicht jeweils neu in einem Suchlauf ermittelt werden müssen.

Bei Ausfall eines Kondensators wird dessen gespeicherte Regel­ abweichung zu Null, so daß dieser Kondensator bei nachfolgenden Regelvorgängen übersprungen wird. Bei einem Rücksetzen der Regelschaltung oder bei in vorgegebenen Zeitabständen erfolgen­ den erneuten Bestimmungen der Regelabweichungen wird nach Beseitigung des Fehlers die Regelabweichung für diesen Konden­ sator wieder ermittelt und abgespeichert, so daß er wieder verfügbar ist.

Durch die kontinuierliche Abspeicherung der Regelabweichung eines Kondensators bei jedem Zuschalten werden Änderungen seiner Kapazität mit der Zeit und anderen Einflüssen automatisch berücksichtigt.

Die erste Ermittlung der Kondensator-Wertigkeiten bzw. der Regelabweichungen nach Inbetriebnahme der Vorrichtung kann im laufenden alltäglichen Regelungs-Prozeß erfolgen, so daß keine gesonderten probeweisen Zu- oder Abschaltvorgänge erforderlich sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 2 einen ersten Abschnitt eines schematischen Flußdia­ grammes zur Erläuterung des Verfahrens,

Fig. 2 einen zweiten Abschnitt des schematischen Flußdia­ grammes zur Erläuterung des Verfahrens,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Regelvorganges.

In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schaltbild einer Ausführungs­ form einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens darge­ stellt, das einen nicht näher dargestellten Netzabschnitt und eine Regelschaltung umfaßt, die allgemein mit B bezeichnet ist.

Der Netzabschnitt weist in üblicher Weise Spannungs- und Strom­ transformatoren auf, die mit dem zu kompensierenden Netz verbun­ den sind und ein Spannungssignal U1 bzw. ein Stromsignal 1 an die Regelschaltung B liefern. Der Spannungstransformator liefert zusätzlich die zum Betrieb der Regelschaltung B erforderlichen Betriebsspannung Vcc und eine Bezugsspannung N.

Zur Kompensation des Netzes sind nicht gezeigte Kondensatoren vorgesehen, die über ebenfalls nicht gezeigte Relais oder andere Schalteinrichtungen an- bzw. abschaltbar sind. Diese Schaltein­ richtungen werden von den Ausgängen von Schnittstellenschaltun­ gen IC7, IC8 angesteuert, die ihrerseits von einem Mikroprozes­ sor IC6 angesteuert werden. Die Ansteuerung der Schalteinrich­ tungen erfolgt über Leuchtdioden L1 bis L14 an den Anschlüssen RL1 bis RL14. Bei der dargestellten Ausführungsform können ent­ sprechend maximal 14 Kondensatoren geschaltet werden.

Das Spannungssignal U1 des Spannungstransformators wird einer Auswerteschaltung mit der integrierten Schaltung IC1 zugeführt, die ihrerseits Spannungs-Meßsignale an den Mikroprozessor IC6 an liefert, und zwar ein Vollwellensignal an eine Klemme 57, ein Triggersignal mit der Frequenz des Wechselstromnetzes an die Klemme 18 und ein die reelle positive Spannungshalbwelle dar­ stellendes Signal an die Klemme 3.

Das Stromsignal 1 des Stromtransformators wird der Klemme 4 des Mikroprozessors IC6 zugeführt.

Der Mikroprozessor IC6 liefert seinerseits Steuersignale an die Schnittstellenschaltungen IC7 und IC8 zur Ansteuerung der Relais an den Anschlüssen RL1 bis RL14 sowie an eine Anzeigevorrichtung mit Anzeigeelementen A1 bis A4.

Ein Codierschalter CS dient zur Lieferung von Funktionssteuer­ signalen an den Mikroprozessor IC6, wobei eine Änderung der jeweiligen Funktionen über Tastschalter TA1 und TA2 möglich ist.

Mit dem Mikroprozessor IC6 ist weiterhin ein nicht-flüchtiger Speicher verbunden.

Die Betriebsweise der Schaltung nach Fig. 1 sowie ,der Befehls­ ablauf des Mikroprozessors werden nachfolgend anhand der Fig. 2 bis 4 noch näher erläutert.

In Fig. 2 ist ein erster Abschnitt eines Ablaufdiagramms zur Erläuterung der Betriebsweise der Meß- und Auswerteschaltungen der Schaltung nach Fig. 1 dargestellt.

Ausgehend von einem mit START bezeichneten Block 104 erfolgt im Block 105 ein Zurücksetzen der gesamten Regelschaltung. Dieses Zurücksetzen erfolgt ebenfalls, wenn in Blöcken 106 bzw. 107 über vorgegebene Zeiten ein Spannungs- bzw. Stromaus­ fall festgestellt wird.

Mit Hilfe der bereits erwähnten Spannungs- bzw. Stromtransfor­ matoren TR1 und TR2, Auswerteschaltungen 100, 101 und A/D-Wand­ lern 102, 103 werden Spannungs- bzw. Stromsignale an die Blöcke 106, 112 und 107 geliefert.

Über den Block 108 kann in einer Eingabefunktion ein Sollwert des Leistungsfaktors in einen Block 110 eingegeben werden, wobei dieses Sollsignal in einem Block 111 mit einem Ist-Signal verglichen wird und zur Erzeugung eines Fehlersignals dq dient.

Blöcke 112 bis 116 dienen zur Lieferung einer Anzeige des Ist- Leistungsfaktors.

Das Fehlersignal dq an dem mit B bezeichneten Ausgang des Blockes 111 wird dem ebenfalls mit B bezeichneten Eingang eines Blockes 117 des zweiten Abschnittes des Flußdiagramms gemäß Fig. 3 zugeführt.

Das Fehlersignal dq wird in diesem zweiten Abschnitt einer C/k- Findungsroutine mit dem Block 117 zugeführt, der eine Ruhe­ schleife mit dem Block 118 ausführt, solange dieses Fehlersignal dq kleiner als ein Mindest-Schwellenwert ΔQ ist. Sobald das Fehlersignal dq größer als dieser Mindest-Schwellenwert ΔQ wird, werden Blöcke 128 und 129 zur Messung der Regelabweichung aktiviert, jedoch noch nicht gestartet. Weiterhin wird dann das Fehlersignal dq einem Block 119 zugeführt, in dem festgestellt wird, ob dq größer als der Absolutwert von 2ΔQ ist. Wenn dies nicht der Fall ist, so wird eine Relais-Routine im Block 125 für das Zu- bzw. Abschalten von Kondensatoren gestartet. Anderen­ falls erfolgt im Block 120 eine Prüfung auf Lastumkehr. Falls diese Prüfung positiv verläuft, wird im Block 122 eine über den Block 121 einstellbare Umkehrverzögerung gestartet. In jedem Fall wird im Block 123 eine weitere, im Block 122 einstellbare Verzögerung gestartet.

Wenn dq größer als ΔQ ist, so wird weiterhin ausgehend von dem Block 118 weiterhin im Block 141 geprüft, ob die in einem nicht­ flüchtigen Speicher (EEPROM) 140 gespeicherte Regelabweichung q_n für einen vorgegebenen Kondensator die Bedingung 1,4dq < q_n < 0,7dq erfüllt. Wenn dies nicht der Fall ist, so wird im Block 142 überprüft, ob q_n < 1,4dq ist. Wenn dies der Fall ist, so erfolgt ein Rücksprung zur C/k-Findung 117. Anderenfalls sind alle abgespeicherten q_n-Werte kleiner als 0,7 dq. Daher muß eine Regelabweichung q_max aufgerufen werden. Im Block 143 wird überprüft, ob der der maximalen Regelabwei­ chung q_max entsprechende Kondensatorblock aktiviert ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird über den Block 144 und die Relais- Routine 125 der Kondensator entsprechend diese maximalen Regel­ abweichung aufgerufen.

Wenn die Bedingung des Blockes 141 erfüllt ist, wird im Block 145 festgestellt, welcher Kondensator diese Bedingung erfüllt. Der Block erhält zu diesem Zweck Informationen von dem Speicher 140. Im Block 146 wird überprüft, ob der dieser Regelabweichung entsprechende Kondensator bereits aktiviert ist. Wenn dies nicht der Fall ist, erfolgt über den Block 147 und die Relais-Routine 124 der Aufruf dieses Kondensators. Anderenfalls erfolgt über einen Block 148 eine Überprüfung des nächsten Kondensators solange, bis ein nicht aktivierter Kondensator aufgefunden wurde. Diese Überprüfung erfolgt nach Art einer Kreisschaltung, d. h. es wird verhindert, daß ein Kondensator mehrmals hinter­ einander geschaltet wird.

Vor und nach dem Schalten eines Kondensators erfolgt eine Messung des Fehlersignals in den Blöcken 129 und 130, und das Ergebnis dieser Messung wird vorübergehend in den Blöcken 131 und 132 gespeichert, wobei im Block 133 die Differenz dieser beiden Werte bestimmt und als Regelabweichung q_n für diesen Kondensator im Speicher 140 gespeichert wird. Auf diese Weise wird der sich für einen vorgegebenen Kondensator ergebende Wert der Regelabweichung bei jedem Schalten dieses Kondensators aktualisiert. Zu diesem Zweck wird die im Block 133 ermittelte Regelabweichung q_n für den Kondensator "n" (n = 1 bis 14 im Beispiel der Fig. 1) im Block 150 diesem Kondensator zugeord­ net und der Relais-Routine 125 zugeführt.

Weiterhin wird diese Regelabweichung q_n in einem Block 152 mit einem über einen Block 151 eingegebenen Minimalwert ΔQ_c verglichen. Sofern q_n nicht größer als dieser Minimalwert ist, ist davon auszugehen, daß der gerade zugeschaltete Kondensator unwirksam oder defekt ist, und es wird ein Zählerblock 155 ange­ steuert, der zwei weitere Probeschaltungen dieses Kondensators veranlaßt. Bleibt die durch diesen Kondensator hervorgerufene Regelabweichung q_n kleiner als der Minimalwert ΔQ_c, so wird eine Unwirksamkeit dieses Kondensators festgestellt. Block 155 liefert über den Block 128 ein Signal an die Relais-Routine, damit die Auswahl dieses Kondensators in Zukunft unterdrückt wird.

Über einen Block 149 kann periodisch, beispielsweise alle 7 Tage nochmals überprüft werden, ob ein als unwirksam festgestellter Kondensator wieder wirksam ist, z. B. nach einer Reparatur, einem Sicherungswechsel oder einem Ersatz. Falls die Wirksamkeit dann wieder festgestellt wird, erfolgt ein Rücksetzen des Zähler­ blockes 155 für diesen Kondensator. Seine neu gefundene Wertig­ keit bzw. Regelabweichung q_n wird wie folgt weitergegeben:

Ist q_n größer als ΔQ_c ist, so liefert der Block 152 ein Rücksetzsignal an den Zählerblock 155 sowie ein Speichersignal an einen Block 153, in dem beispielsweise die drei letzten Werte von q_n für die jeweiligen Kondensatoren gespeichert werden. Der Mittelwert dieser drei (oder einer anderen Anzahl von) Wer­ ten von q_n eines Kondensators wird dann in dem Block 154 ge­ bildet und in dem Speicher 140 gespeichert.

Dieser Regelvorgang wird laufend wiederholt, sobald die Bedin­ gung des Blockes 118 erfüllt ist.

Die Relais-Routine 125 kann mit Anzeigeblöcken 126 und 127 für die Anzahl der verfügbaren Kondensator-Stufen bzw. der Anzahl der blockierten Stufen verbunden sein.

Fig. 4 zeigt schematisch diesen Regelvorgang. Bei Vorliegen eines Fehlersignals dq werden diejenigen Kondensatoren aufgeru­ fen, für die die Regelabweichungen q_n, q_n+1 und q_n+2 ge­ speichert sind, die in ihrer Summe dem Fehlersignal entsprechen, so daß dieses aufgehoben oder unter den Schwellenwert ΔQ gebracht wird.

Claims (11)

1. Verfahren zur Kompensation der Blindleistung in Wechsel­ stromnetzen, mit einer Regelschaltung, die eine Meßschaltung zur Messung der Blindleistung bzw. des Leistungsfaktors, eine Auswerteschaltung zum Vergleich der Meßwerte der Blindleistung bzw. des Leistungsfaktors mit Sollwerten und eine Schaltein­ richtung zum Zu- und Abschalten einer Anzahl von Kondensatoren an das Wechselstromnetz in Abhängigkeit von einem Fehlersignal umfaßt, das eine Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Meßwerten und den Sollwerten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweilige die Änderung des Fehler­ signals in Abhängigkeit von dem Zuschalten eines vorgegebenen der Anzahl der Kondensatoren darstellende Regelabweichungssig­ nale bestimmt und in einem dem jeweiligen Kondensator zugeord­ neten Speicherplatz gespeichert werden, und daß bei nachfolgen­ dem Auftreten eines Fehlersignals der oder die Kondensatoren, dessen oder deren gespeicherte Regelabweichungssignal(e) das Fehlersignal im wesentlichen zu Null machen, selektiv zugeschal­ tet oder abgeschaltet wird (werden).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelabweichungssignale für die einzelnen Kondensatoren bei einem erstmaligen Einschalten periodisch in vorgegebenen Zeitabständen bestimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Ermittlung der Konden­ sator-Wertigkeiten bzw. Regelabweichungen q_n ausschließlich im alltäglichen Regelungs-Prozeß und nicht durch gesonderte Probeschaltungen ausgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Regelabweichung für einen vorgegebenen Kondensator bei jedem Zuschalten dieses Kondensators bestimmt und zumindest die drei zuletzt bestimmten Regelabweichungswerte in jeweiligen Speicherplätzen gespeichert werden, und daß nachfolgend der Mittelwert der in den einem Kondensator zugeordneten Speicherplätzen gespeicherten Regelab­ weichungen mit dem zu kompensierenden Fehlersignal verglichen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal mit einem vorge­ gebenen Schwellenwert verglichen wird und eine Regelvorgang nur dann erfolgt, wenn der Absolutwert des Fehlersignals größer als der Schwellenwert ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zu- bzw. Abschalten der Konden­ satoren jeweils nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung erfolgt, und daß bei Schaltrichtungswechsel (Zu- bzw. Ab-) eine zusätz­ liche Verzögerung eingebbar ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zu- bzw. Abschalten der Kondensatoren nach Art einer Kreisschaltung derart erfolgt, daß ein vorgegebener Kondensator nicht mehrfach hintereinander geschaltet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltzustand und/oder die Schalthäufigkeit der jeweiligen Kondensatoren gespeichert und ausgewertet werden.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (B) Speicher­ einrichtungen zur Speicherung der beim Zuschalten vorgegebener Kondensatoren auftretenden Regelabweichungen und Rechnereinrich­ tungen (IC6) zur Berechnung der Summe derjenigen Regelabweichun­ gen aufweist, die ein derzeit vorliegendes Fehlersignal im wesentlichen kompensieren.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Meßeinrichtungen zur Messung und Speicherung des Fehlersignals vor und nach dem Schalten eines Kondensators und Subtrahiereinrichtungen zur Bildung der Diffe­ renz dieser Signale vorgesehen sind, und daß die jeweilige Differenz als Regelabweichung dieses Kondensators in den Speichereinrichtungen gespeichert wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Vergleichereinrichtungen zum Vergleich der durch einen vorgegebenen Kondensator hervorgerufe­ nen Regelabweichung mit einem Minimalwert und zum Blockieren der Auswahl dieses Kondensators vorgesehen sind, wenn diese Regelab­ weichung bei mehreren Zuschaltvorgängen kleiner als der Minimalwert ist.