DE2529483C3 - Überspannungen beim Einschalten vermeidende Steueranordnung für Gleichrichter - Google Patents
Überspannungen beim Einschalten vermeidende Steueranordnung für GleichrichterInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steueranordnung für Gleichrichter gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1. Eine solche Steueranordnung ist aus der
DE-OS 1588159 bekannt.
Beim Start eines solchen Gleichrichters werden die Ventile in der Regel bei einem relativ großen Steuerwinkel
- bis zu 90° und mehr - freigegeben, was dadurch geschehen kann, daß man eine hohe untere
Grenze für den Steuerwinkel einstellt. Wenn diese Grenze anschließend herabgesetzt wird, verringert der
Regler des Gleichrichters den Steuerwinkel, wodurch die Gleichspannung herauf gesteuert wird, bis man den
gewünschten Strom oder die gewünschte Leistung erreicht hat.
Wenn der am anderen Ende der Gleichstromübertragungsleitung vorhandene Wechselrichter jedoch
aus irgendeinem Grunde nicht zündet und folglich keinen Strom führt, dann kann auch der Gleichstrom
in der Gleichrichterstation nicht steigen, so daß der Regler die Gleichspannung des Gleichrichters weiter
heraufsteuert, wobei diese erhebliche Werte erreichen kann. Dies gilt insbesondere für die offene, d. h. unterbrochene
Leitung, da an deren Ende die Gleichspannung reflektiert wird. Dies kann zu gefährlichen
Überspannungen auf der Übertragungsleitung führen. Am gefährlichsten ist dies bei Übertragungen über
Kabel, wobei die Glättungsdrossel und das Kabel zusammen einen Schwingkreis bilden, und ein Kabel
empfindlicher gegen Überschläge ist als eine Freileitung.
Um dieser Gefahr vorzubeugen, kann man eine relativ hohe untere Grenze für den Steuerwinkel der
Ventile so lange beibehalten, bis feststeht, daß die Übertragung tatsächlich stromführend wird, oder man
kann eine Begrenzung der Größe des Reglersignals (DE-OS 1588159) oder der Änderungsgeschwindigkeit
des Reglersignals vornehmen. Auf diese Weise lassen sich größere Überspannungen vermeiden, was
jedoch zu Lasten der Regelgeschwindigkeit geht. Es ist schwierig, einen Kompromiß zu erreichen, der sowohl
die Überspannungen wie die Regelgeschwindigkeit in gewünschten Grenzen hält.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steueranordnung der eingangs genannten
Art zu entwickeln, bei der die oben, geschilderte Gefahr von Überspannungen weitgehend beseitigt
wird, ohne daß die Regelgeschwindigkeit zu stark vermindert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird - ausgehend von einer Steueranordnung nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 - vorgeschlagen, die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale zusätzlich
vorzusehen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
An Hand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt
Fig. 1 das Grundprinzip der Begrenzung des Regeleingriffes bei einem Gleichrichter einer Gleichstromübertragungsanlage,
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Regelung,
Fig. 3 und 5 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zur Begrenzung des Regeleingriffes zwecks
Erzielung einer schnellen Regelung ohne Überspannungen,
Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Grenzwertgebers gemäß Fig. 3.
Fig. 1 zeigt eine Gleichstromübertragungsanlage, die eine Gleichrichterstation 1 und eine Wechselrichterstation
2 umfaßt, welche über eine Gleichstromhochspannungsleitung 3 miteinander verbunden sind.
Die Ventile des Gleichrichters erhalten Steuerimpulse, deren Phasenlage einen bestimmten Steuerwinkel
bestimmt, von einem Steuerimpulsgenerator 4, der von einem Regler 5 gesteuert wird. Der Eingangsseite des Reglers wird ein Gleichstrom-Sollwert, beispielsweise
von einem Potentiometer 6, und ein Gleichstrom-Istwert, beispielsweise von einem Transduktor
7, zugeführt. Eine ähnliche Regelanordnung ist in der Wechselrichterstation vorhanden.
Gemäß den üblichen Steuerprinzipien, bei denen der Istwert des Stroms in der Gleichrichterstation etwas
höher als in der Wechselrichterstation gestellt wird, wird die letztere auf den max. Steuerwinkel gesteuert
und die Leitspannung U1 bestimmen, während der Gleichrichter seine Spannung heraufsteuert, so
daß sich der richtige Gleichstrom einstellt. Fig. 2 zeigt Kurven zur Heraufsteuerung des Gleichrichters auf
die Leitungsspannung U1, wenn die Leitung unterbrochen
ist, beispielsweise auf Grund einer Abschaltung im Wechselrichter, so daß kein Gleichstrom flie-
ßen kann. UL erreicht dann einen höheren Wert als
bei normalem Betrieb.
Der ideale Heraufsteuerungsverlauf der Gleichspannung ist der gemäß c, bei dem also der Wert UL
schnell erreicht, aber nicht überschritten wird. Dieser Verlauf ist jedoch praktisch kaum erreichbar, da eine
schnelle Heraufsteuerung auf Grund von Reflexionen am unterbrochenen Leitungsende unvermeidlich zu
einer kurzzeitigen Überspannung entsprechend der Kurve α führt. Um dies zu vermeiden, kann man am
Ausgang des Reglers 5 eine Begrenzungsanordnung vorsehen, die einen Grenzwertgeber in Form eines
Potentiometers 8 umfaßt, das über die Diode 9 angeschlossen ist. Die Diode 9 ist so gepolt, daß sie leitend
wird, wenn der Istwert des Gleichrichterstroms den Sollwert um einen Betrag unterschreitet, der von der
Einstellung am Potentiometer 8 bestimmt wird. Dadurch wird die Heraufsteuerungsgeschwindigkeit begrenzt,
d. h. die zulässige Verringerung des Steuerwinkels a per Kommutierung, wobei einer Überspannung
gemäß der Kurve α entgegengewirkt wird. Man erhält eine Begrenzung der Heraufsteuerung entsprechend
der Kurve b in Fig. 2, was jedoch durch eine recht langsame Heraufsteuerung erkauft wird.
Einen günstigeren Heraufsteuerungsverlauf erzielt man gemäß der Erfindung dadurch, daß man den
Grenzwertgeber von der Größe des vom Impulsgenerator 4 bestimmten Steuerwinkels α für die Ventile
abhängig macht, wie es in Fig. 3 angedeutet ist.
Fig. 3 zeigt einen Grenzwertgeber 8' entsprechend
8 in Fig. 1, der über die Diode 9 wie in Fig. 1 angeschlossen
ist. Der Steuerimpulsgenerator 4 ist dabei mit einem zusätzlichen Ausgang versehen, der die
Größe des Steuerwinkels α angibt. Über ein Summierungsglied
10 und einen Verstärker 11 wird der Wert α den über die Diode angeschlossenen Grenzwert
Ymax des Regelsignals r vom Regler 5 bestimmen.
Der Grenzwert Y11111x wird mit Hilfe der Schaltungsglieder
12,13 und 14 weiter definiert, so daß er im Verhältnis zu α einen Verlauf entsprechend der Kurve
nach Fig. 4 bekommt.
Mit Hilfe der Schaltungsglieder 13 und 14 - von denen jedes ein Potentiometer und eine Diode umfaßt
- wird der obere bzw. untere Wert von ymax entsprechend
den horizontalen Abschnitten/bzw. din Fig. 4 festgelegt. Die Steigung des dazwischenliegenden Abschnitts
e wird vom Verstärker 11 bestimmt, und die Lage des schräg verlaufenden Abschnitts wird vom
Anschluß an das Potentiometer 12 bestimmt, welches an das Summierungsglied 10 angeschlossen ist.
Hieraus geht hervor, daß dann, wenn der Gleichrichter weit herüntergesteuert ist, d. h., wenn er mit
einem großen Steuerwinkel arbeitet, ein großes Signal r vom Regler 5 an den Steuerimpulsgenerator 4
zugelassen win·', entsprechend dem Abschnitt / in Fig. 4.
In dem Maß.^, wie der Gleichrichter dann auf einen niedrigeren Ste'ierwinkel gesteuert wird, d. h. im Abschnitt
e für deΊ Steuerwinkel a, wird rmu bei abnehmendem
α sti'rk begrenzt, bis der niedrigste Wert von rmax gemä'J dem Abschnitt d in Fig. 4 erreicht
ist.
Der Regler S iil Fig. 1 ist im allgemeinen so aufgebaut,
daß er außer dem Augenblickswert des Gleichstroms auch dessen Änderungsgeschwindigkeit erfaßt.
Dies bedeutet, daß bei kleinen Schwingungen im Gleichstrom die Heruntersteuerung des Gleichrichters
bei zunehmendem Strom schnell erfolgt, während die anschließende Heraufsteuerung auf Grund der
Begrenzung des Signals r langsam erfolgt. Das Resultat bei Strompendelungen ist daher eine Heruntersteuerung
des Gleichrichters.
Um dies zu vermeiden, kann man die Größe rmax
anstatt vom Augenblickswert von α von der Änderungsgeschwindigkeit von α abhängig machen, wie es
in Fig. 5 dargestellt ist.
Fig. 5 zeigt eine Steueranordnung, deren unterer Teil bereits bei bekannten Steueranordnungen verwendet
wird. Der Grenzwertgeber 8" - entsprechend 8 und 8' in Fig. 1 und 3 - ist über die Diode 9', entsprechend
9 in Fig. 1 und 3 an den Ausgang des Regelverstärkers 31 angeschlossen, an dessen Eingangsseite der Istwert und Sollwert des Gleichstroms
angeschlossen wird.
Der Steuerimpulsgenerator 4' bis T, der dem Glied 4 in Fig. 1 entspricht, ist wie ein Oszillator aufgebaut,
der mit Hilfe des Schaltgliedes 5' die Zeit seit der letzten Kommutierung mißt und im stationären
Betrieb den nächsten Impuls abgibt, wenn diese Zeit gleich der Periodendauer des Wechselstromnetzes
RSV \st, dividiert durch die Pulszahl des Gleichrichters. Das Signal vom Regelverstärker 31, das r in
Fig. 1 entspricht, hat den Charakter einer Zeit At, die zu der vom Schaltglied 5' gemessenen Zeit t addiert
oder subtrahiert wird, wodurch die Zeit zwischen den Steuerimpulsen und damit der Steuerwinkel für
die Ventile 41 bis 46 geändert wird. Im Schaltglied 100 wird das Zeitsignal At in einer solchen Weise verändert,
daß man bei einem Steuereingriff eine lineare Proportionalität zwischen dem Steuereingriff und der
Spannungs- und Stromänderung erhält.
Das Ausgangssignal vom Schaltglied 100 entspricht dem negativen Wert der bei jeder Kommutierung auftretenden
Steuerwinkeländerung Aa, da ein positives Signal At vom Schaltglied 100 eine Verkleinerung der
Intervalle zwischen den Steuerimpulsen und somit einen verringerten Steuerwinkel, d. h. negativ Aa, bedeutet.
Das Signal vom Schaltungsglied 100 wird dem Eingang des Grenzwertgebers 8" zugeführt, der ein Summierungsglied
101, ein Schalterglied 102 und einen Integrator 103 umfaßt. Das Schalterglied 102 wird
von den Impulsen vom Steuerimpulsgenerator 4' bis 7' so gesteuert, daß das Signal vom Schaltungsglied
100 bei jedem Steuerimpuls über das Schalterglied 102 zu dem Integrator 103 durchgelassen wird, in welchem
die Signaümpulse addiert werden. Der Integrator
103 hat einen negierten Eingang, so daß die Summe der Steuerwinkeländerung ΣΑα stets mit dem
richtigen Vorzeichen auftritt.
Der Ausgang des Integrators 103 ist auf ein Begrenzungsglied 104 geschaltet, das einen oberen Wert
für ΣΑα feststellt und somit etwa dem Schaltungsglied 13 in Fig. 3 entspricht. Der Grenzwert Atmax für das
Signal vom Regelverstärker 31 wird über das Summierungsglied 105 und die Diode 9' an den Ausgang
des Regelverstärkers 31 angeschlossen. Ein unterer Wert für Atmax wird mit Hilfe des an das Summierungsglied
105 angeschlossenen Potentiometers 106 festgelegt, das etwa dem Schaltungsglied 14 in Fig. 3
entspricht.
Mit Hilfe des Potentiometers 107 wird ein ständiges schwaches Eingangssignal am Integrator 103 sichergestellt,
so daß Atn,^ abnimmt. Jede Heruntersteuerung
des Gleichrichters bringt jedoch eine Zunahme von ΣΑα und damit eine Zunahme von At mit sich,
5 6
während eine Heraufsteuerung eine Verminderung Schaltungsglied 100 zuzuführen, kann man die Diffevon
At171111 bewirkt. Zweckmäßigerweise ist der Inte- renz der Ausgangssignale der Schaltungsglieder 5' und
grator 103 so aufgebaut, daß er bei ΣΔα~ 90° gesät- 6' über ein Summierungsglied 108 gewinnen. Dieses
tigt ist. Differenzsignal ist dem Ausgangssignal des Schal-Statt dem Summierungsglied 101 das Signal Δι vom , tungsgliedes 100 numerisch gleich.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Überspannungen beim Einschalten vermeidende Steueranordnung für Gleichrichter
einer Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage mit einem Steuerimpulsgeber für die Ventile
des Gleichrichters und einem Regler zur Einstellung des Steuerwinkels des Steuerimpulsgebers,
welcher Regler an seinem Ausgang mit einem Begrenzer seines Ausgangssignals bei Heraufsteuerung
des Gleichrichters auf einen kleineren Steuerwinkel versehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steueranordnung mit einer Meßanordnung für den Steuerwinkel (α) des Steuerimpulsgebers versehen ist, weiche Meßanordnung
an den genannten Begrenzer des Ausgo.ngssignals derart angeschlossen ist, daß die vom
Begrenzer vorgegebene obere Grenze (/^) für
die Größe des Reglersignals (r) mit kleiner werdendem Steuerwinkel (α) abnimmt.
2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung für den
Steuerwinkel den Augenblickswert (α) des Steuerwinkels mißt (Fig. 3).
3. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung für den
Steuerwinkel bei jeder Kommutierung die Änderung (Λα) des Steuerwinkels (α) seit der vorhergehenden
Kommutierung mißt und diese Änderungen von Kommutierung zu Kommutierung addiert, wobei das Reglersignal (At) im Verhältnis
zum addierten Wert begrenzt wird (Fig. 5).
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