DE2228042A1 - Einrichtung zur kompensation von blindleistung - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Kompensation von Blindleistung" Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kompensation von Blindleistung in einem von einer HGÜ-Wechselrichterstation mit variabler Leistung beaufschlagbaren ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetz, bestehend aus wenigstens einer Kette in Reihe geschalteter Kondensatoren, welche einpolig mit dem Sternpunkt des Wechsels-tromsystems verbunden ist und an ihrem anderen Pol über einen Schal-ter mit der ihr zugeordneten Phase verbindbar ist.
• Stromrichter benötigen zum Betrieb Blindleistung, die im Nennbetrieb et-la 50-60% der Wirkleistung beträgt. Diese Blindleistung wird üblicherweise an der Anschlußstelle kompensiert und zwar zum Teil durch die ohnehin vorhandenen Drehstromfilterkreise, im übrigen durch statische Kondensatorbatterien. Dieses Verfahren befriedigt weitgehend, wenn die HGU-Wechselrichterstation mit konstanter.Leistung (z.E. Nennleistung) betrie-Sen wird (2.3. zur Gxundlastlegung). Soll dagegen varSUle Leistung geliefert werden, dann muß entweder das nachgeschaltete Wechselstromnetz für einen Ausgleich der Blindleistungsbilanz sorgen oder es müssen regelbaren Blindleistungserzeuger vorgesehen werden* Eine Anwendung von Synchronphasenschieber ist jedoch in bestimmten Fällen nicht mehr möglich. Es sei als Beispiel ein Drehstromnetz vorgegeben, in dem die Kurzschlußleistung durch die Abschaltleistung der Schalter und die Auslegung der Anlagen gegebenen Grenze erreicht hat. Eine weitere Leistungssteigeruj£1 durch Errichtung neuer synchron einspeisender Kraftwerke ist hier nicht möglich. Soll das Netz ohne Auftrennung, Verstärkung der Schaltanlage oder anderer aufwendiger Maßnahmen weiter ausgebaut werden, dann kann zusätzliche Leitung in bekannter Weise durch HGÜ-Wechselrichterstationen eingespeist werden, ohne daß sich die Netzkurzschlußleistung erhöht.
• Es ist sogar möglich, daß die installierte Wechselrichterleistung größer ist als die im Netz installierte Generatorleistung.
• In diesem Fall müssen die Wechselrichter mit ihrer Leistung der Tagesbelastungskurve folgen. Für die Kompensation des dabei auftretenden wechselnden Blindleistungsbedarf der HGÜ-Wechselrichterstation ist eine regelbare Kompensation zur Einrichtung erforderlich, die auch noch Blindleistung in das Netz liefern muß. Synchronphasenschieber kommen nicht in Frage, da sie hierden Nachteil haben, die Netzkurzschlußleistung zu erhöhen, Prinzipiell können parallele, schaltbare Kondensatorbatterien nach Fig.1 verwendet werden, wie dies in der Niederspanuungstechnik üblich und auch bei ausgeführten HGÜ-Anlagen der: Fall ist. Bei großer Leistung einer HGU-Weehaelrichterstation im Verhältnis zur Netzleistung und der Notwendigkeit einer möglichst genauen Kompensation des Blindleistungsbedarfs von HGÜ-Wechselrichterstation und Wechsel stromnetz zur Erzielung einer befriedigenden Spannungshaltung wäre hierbei eine sehr große Anzahl von parallelen Batterien erforderlich. Das bedeutet einen großen Aufwand an Schaitgeräten (Last- oder Leistungsschalter)> die außerdem sehr hohe Schalthäufigkeit haben.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine relativ genaue Kompensation des anfallenden Blindleistungsbedarfs ohne Verwendung von Synchronphasenschiebemer- | möglicht.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Konden-| satoren jeder Kette mit Ausnahme eines ersten Kondensators einem zeln mittels eines ihnen zugeordneten Schalters Überbrückbar sind.
• Nach einer vorteilhaften Ausfüh:rngsform der Erfindung weist der erste Kondensator einer Kette eine hohe Spannungsfestigkeit auf, während die überbrückbaren Kondensatoren eine höhere Kapazität und geringere Spannungsfestigkeit als der erste Kondensator aufweisen.
• Es besteht die Möglichkeit, als Überbrückungsschalter für die Kondensatoren Hochspannungsschütz zu verwenden.
• Nach einer anderen, ebenfalls vorteilhaften Ausbildung können | als Überbrückungsschalter steuerbare Halbleiter, vorzugsweise antiparallel geschaltete Thyristoren,verwendet werden. Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind Steuereinrichtungen vorgesehen, welche die den Ketten bzw. Kondensatoren zugeordneten Schalter in Abhängigkeit vom Blindleistungsbedarf bzw. des Über-oder Unterschreitens eines vorgebbaren Wertes der Phasenspannung schließen bzw. öffnen.
• Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Werte der Kondensatoren so ausgebildet sind, daß der Kapazitätswert der Kette bei überbrückten Kondensatoren zu der bei nicht überbrückten Kondensa-toren sich wie 2:1 verhält und wenn der Kapazitätswert der ersten Kondensatoren von zwei benachbarten Ketten sich wie 2:1 verhalten. Damit ist eine binäre Stufung des Kapazitätswertes der der Gesamtanordnung möglich.
• Bei geeigneter Dimesionierung der Kondensatoren einer Kette werden keine Hochspannungsschalter benötigt, so daß entweder Schütze oder gesteuerte Halbleiter angewendet werden können, die im Gegensatz zu Hochspannungsschaltern hohe Schaltgeschwindigkeit mit hoher Schalthäufigkeit verbinden.
• Die Einrichtung kann zur Regelung der Spannung an der Drehstromsammelschiene der ISGÜ-Jechselrichterstation verwendet werden.
• Das Ausgangssignal des Spannungsreglers ist ein Maß fUr den Blindleistungsüberschuß oder -mangel, kann also zur Bestimmung der zu- oder abzuschaltenden Kapazität benutzt werden. Zur i2ctätigung der einzelnen Schalter wird deshalb eine an sich bekannte logische Schaltung vorgeschlagen, die abhängig vom Schaltzustand der Kompensationsanordnung und der Größe des Reglerausgangssignals die zu betätigenden Schalter auswählt.
• Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
• Fig. 2 zeigt in einphasiger Darstellung eine Wechselrlchterstation I1, die über einen Transformator T1 auf die Sammelschiene 1 eines Wechselstromnetzes einspeist. An der Sammelschiene 1 ist ferner ein aus dem Kondensator CF und der Drossel LF bestehendes Oberwellenfilter eingebaut, das gegen den Sternpunkt 2 geschaltet ist. An der Sammelschiene 1 ist ferner eine Anordnung von Kondensatoren vorgesehen, die aus Ketten K1, K2,K3,K4 von in Serie geschalteten Kondensatoren besteht, und ebenfalls gegen den Sternpunk-t 2 geschaltet ist.
• Arn Beispiel der Kette K1 werde der Aufbau erläutert; die iibrigen Ketten K2'K3,K4 sind in gleicher Weise aufgebaut.
• Der Kondensator C1 der Kette K1 ist über einen Schalter S1 mit der Sammelschiene 1 verbindbar; er kann nicht durch einen Schar ter überbrückt werden. Die nachgeschalteten Kondensatoren C11,C12, C13 können jeweils über ihnen zugeordnete Schalter S11,S12,S13 überbrückt werden. Alle genannten Schalter können durch die Stellvorrichtung K11 betätigt werden, die Schalter der übrigen Ketten K2,K3,K4 entsprechend über K21,K31,K41. An der Sammelschiene 1 ist ferner ein gegen den Sternpunkt 2 geschaltetes Meßgerät M1 vorgesehen, das die Phasenspannung mißt und deren Wert der Steuervorrichtung 3 eingibt.
• Die Anlage arbeitet wie folgt: Bei einem gewissen Blindleistungsbedarf. der Verbraucher an der Sammelschiene 1 sowie des Wechselrichters I1 sei der Schalter i der Kette K1 geschlossen, die Schal-ter S11,S12,S13 jedoch geöffnet. Erhöht sich jetzt der Blindleistungsbedarf, so werden die Schalter S11sS S13 sukzessiv je nach Größe des anfallenden Blindleistungszuwachses über die Steuervorrichtung 3 geschlossen. Damit werden die Kondensatoren C11,C12,C13 sukzessiv überbrückt und der Kapazitätswert der Kette K1 steigt auf den Wert der Kapazität C1. C1 muß für die volle Sammelschienenspannung bemessen sein.
• Bei geeigneter Auslegung der Kondensatoren C11,C12,C13, d.h.
• durch eine Zumessung eines größeren Kapazitätswertes als C1, brauchen diese nur eine geringere Spannungsfestigkeit als der erste Kondensator Cl aufzuweisen. Zugleich kann man die Kondensatoren C11,C12,C13 auch so bemessen, daß die Verminderung der Kapazität der Kette K1 bei sukzessivem Öffnen der Schalter S11,S12,S13 in duale Staffelung erfolgt. Damit ist zusammen mit den übrigen Ketten K2,K3,K4, eine genügend feine Abstufung des Kapazitätswertes der gesamten Einrichtung erreichbar.
• Steigt der Blindleistungsbedarf weiterhin an, so kann die Kette K2 über Schal-ter S2 zugeschaltet werden. Falls dem Kondensator C2 der doppelte Kapazitätswert des ersten Kondensators C1 zugemessen wird, kann bei der genannten Bemessung der Kondensatoren C21,C22,C23 analog wie bei den entsprechenden Kondensatoren der Kette K1 erreicht werden, daß der Kapazitätswert der Kette K2 bei geöffneten Schaltern S21,S22,S23 ebenso groß ist, wie der Kapazitätswert der Kette K1 bei geschlossenen Schaltern S11 S12,S13. Entsprechendes gilt für die Ketten K3 und K4, vobei der Kondensator C3 der Kette K3 doppelt so groß bemessen ist wie der Kondensator C2 und der Kondensator C4 doppelt so groß bemessen ist wie C3.
• Durch Betätigung der Schalter S1,S2,S3,S4 bzw. aller übrigen Schalter der Ketten K1,K2,K3,K4 über eine Logiksohaltung in der Steuervorrichtung 3 können genügend feingestufte Kapazitätswerte für die gesamte Einrichtung eingestellt werden.

Claims (6)

1. Patentansprüche

   Einrichtung zur Kompensation von Blindleistung in einem von einer HGÜ-Wechselrichterst&tion mit variabler Leistung beaufschlagbaren ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetz, bestehend aus wenigstens einer Kette in Reihe geschalteter Kondensatoren, welche einpolig mit dem Sternpunkt des Welch selstromsystems verbunden ist und an ihrem anderen Pol über einen Schalter mit der ihr zugeordneten Phase verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (C11, C12'C13 bzw. C21,C22,C23) jeder Kette (K1:bzw. K2 bzw. K3, K4) mit Ausnahme eines ersten Kondensators (C1 bzw. C2 bzw.

   C3 bzw. C4) einzeln mittels eines ihnen zugeordneten Schalters (S11,S12,S13 bzw. S21,S22,S23) überbrückbar sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kondensator (C1 bzw. C2 bzw. C3 bzw. C4) einer Kette (K1 bzw. K2 bzw. K3 bzw. W4) eine hohe Spannungsfestigkeit aufweist und daß die überbrückbaren Kondensatoren (C11,C12,C13 bzw. C21,C22,C23) eine höhere Kapazität und eine geringere Spannungsfestigkeit als der erste Kondensator (C1'bzw. C2 bzw. C3 bzw. C4) aufweisen.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungsschalter (S11,S12,S13 bzw. S21, S22,S23) als Hochspannungsschütze ausgebildet sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungsschalter (S11,S12,S13 bzw. S21, S22,S23) steuerbare Halbleiter, vorzugsweise antiparalle geschaltete Thyristoren sind.
5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch £;c kennzeichnet, daß Steuereinrichtungen (3, I51) vorgesehen sind, welche die den Ketten (K1,K2,K3,K4) bzw. Kondensatoren (C1,C2,C3,C4 bzw C11,C12,C13,C21,C22,C23) zugeordneten Schalter (S1,S2,S3,S4 bzw. S11,S12,S13, S21,S22,S23) in Abhängigkeit vom Elindleistungsbedarf bzw. des Über- oder Unterschreitens eines vorgebbaren Wertes der Phasenspannung schließen bzw. öffnen.
6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapazitätswert jeder Kette (K1,K2, K3,K4) bei überbrückten Kondensatoren zu der bei nicht überbrückten Kondensatoren sich wie 2:1 verbält, und daß der Kapazitätswert der ersten Kondensatoren (C1,C2,C3,C4) von zwei benachbarten Ketten sich-wie 2:1 verhölt.