DE3027725C2 - - Google Patents
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- DE3027725C2 DE3027725C2 DE3027725A DE3027725A DE3027725C2 DE 3027725 C2 DE3027725 C2 DE 3027725C2 DE 3027725 A DE3027725 A DE 3027725A DE 3027725 A DE3027725 A DE 3027725A DE 3027725 C2 DE3027725 C2 DE 3027725C2
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- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
- H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
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Description
Die Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung der im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art (siehe hierzu AT-PS 3 01 692).
Energieerzeugungs- und -speichervorrichtungen sind für
Elektrizitätswerke von besonderem Interesse, die ausge
dehnte Stromversorgungsnetze betreiben, welche große Men
gen an elek
trischer Wechselstromenergie über ein komplexes Übertra
gungsnetzwerk liefern. Eine Vor
richtung zur Erzeugung von elektrischer Gleichstromenergie
ist die elektrochemische Zelle.
Bevor die
elektrische Energie aus einer solchen Zelle
in ein Stromversorgungsnetz eingespeist werden kann, muß sie
in elektrische Wechselstromenergie umgeformt werden. Ein
Stromrichter ist eine
Vorrichtung, die eine solche Energieumformung vornehmen kann.
Außer als elektrische Energiequelle sind ge
wisse Typen von elektrochemischen Zellen auch zur Verwen
dung als Energiespeichervorrichtung geeignet, wobei diese
Möglichkeit hauptsächlich vorhanden ist, wenn die elektro
chemische Zelle regenerierend ist.
Diese bidirektionale
Fähigkeit gestattet, die elektrochemische Zelle während
Spitzenstromverbrauchsperioden als Gleichspannungsquelle zu benutzen und
während Perioden niedrigeren Stromverbrauches
überschüssige elektrische Energie
in aktive chemische Ele
mente umzuwandeln, um sie für den späteren Gebrauch zu speichern.
Von Interesse ist die US-PS 39 91 319, die eine Reserve
stromversorgungseinheit beschreibt, welche einen Wechsel
richter enthält und eine Gleichstromversorgung benutzt.
Eine Synchronisierschaltungsanordnung ist vorgesehen, um
die Phasen- und Amplitudenanpassung des Wechselrichteraus
gangssignals an das Wechselstromnetz sicherzustellen, wenn
die Reservestromversorgungseinheit benutzt wird. Die Syn
chronisierschaltung enthält einen Phasendetektor, der ein
Rückkopplungssignal aus dem Wechselrichter empfängt und
außerdem die Netzwechselspannung abfühlt. Das Ausgangssi
gnal des Phasendetektors wird über einen Phasenrückkopplungs
schalter an einen spannungsgeregelten Oszillator angelegt,
um die Frequenz und die Phase des Ausgangssignals zu verän
dern. Eine Beschränkung dieses besonderen Systems besteht
darin, daß es nicht um Regeln der Richtung und der Größe
sowohl der Wirkleistung als auch der Blindleistung zwischen
der Quelle und der Last geeignet ist.
Eine Regelungsvorrichtung der im Oberbegriff des Pa
tentanspruchs 1 angegebenen Art ist aus der AT-PS 3 01 692
bekannt. Diese bekannte Regelungsvorrichtung ermöglicht
eine Leistungsregelung, und zwar eine differenzierte Blind-
und Wirkleistungsregelung, wobei in die Regelung Betrag und
Phase der Ausgangswechelspannung mit eingehen und über
einen Steuersatz und Wechselrichter als Stellgröße Wirk-
und Blindleistung geregelt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regelungsvorrichtung der
im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so
auszubilden, daß sie bei einem zwangskommutierten Strom
richter eingesetzt werden kann, der mit einer Gleichspan
nungsquelle in Form einer regenerativen Stromquelle verbun
den ist, die elektrische Energie an ein Wechselspannungs
netz abgeben und aus demselben empfangen kann.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeich
nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale in
Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
Die Regelungsvorrichtung nach der Erfindung beinhaltet eine
Blindleistungsregelung mit unterlagerter Spannungsregelung, eine
Wirkleistungsregelung mit unterlagerter Phasenregelung und
als Steuersatz einen Pulsmustergenerator, der abhängig von
den Regelabweichungen der Spannungs- und Phasenregler ein
Pulsmuster zur Ansteuerung des Stromrichters abgibt. In der
Regelungsvorrichtung nach der Erfindung sind der Wirklei
stungsregler und der Blindleistungsregler Teil einer ersten
Rückkopplungsschleife, die eine relativ große Zeitkonstante
hat, so daß der Leistungsfaktor zwischen der Gleichspan
nungsquelle und dem Wechselspannungsnetz durch transiente
Vorgänge im wesentlichen unbeeinflußt bleibt. Die Rege
lungsvorrichtung enthält jedoch außerdem eine zweite Rück
kopplungsschleife, die eine kleine Zeitkonstante hat, um
die Effektivgröße und die Phase der Span
nungsschwingung aus dem Stromrichter durch Verändern der ge
nauen Zündpunkte der Halbleiterschaltelemente in dem Strom
richter zur Kompensation der augenblicklichen oder eine kur
ze Dauer aufweisenden Spannungsstöße, die in dem Wechselspannungs
netz periodisch auftreten können, schnell einzustellen.
In der
ersten Rückkopplungsschleife mit großer Zeitkon
stante läßt sich eine Führungs
größe einstellen, die sowohl den Sollblindleistungswert als auch den
Sollwirkleistungswert des elektrischen Energieflusses zwi
schen der Gleichspannungsquelle, d. h. einer elektrochemischen Zelle und dem Wechselspannungs
netz angibt. Diese Führungsgrößen werden in der ersten
Rückkopplungsschleife
mit Signalen verknüpft, die zu der Istwirkleistung
und zu der Istblindleistung proportional sind, um ein
Blindleistungsreglerausgangssignal sowie ein Wirkleistungsreglerausgangssi
gnal zu bilden. Das Blindleistungsreglerausgangssignal wird an den
Spannungsregler abgegeben, der in der zweiten Rückkopplungs
schleife angeordnet ist, die eine kleine Zeitkonstante hat,
zum Verändern der Regelsignale, die an den Stromrichter ange
legt werden, um die Effektivgröße der an das Wechselspannungs
netz abgegebenen Spannungsschwingung zu ändern. In gleicher
Weise wird das Wirkleistungsreglerausgangssignal an die zweite Rück
kopplungsschleife abgegeben,
und zwar an den Phasenregler zum Einstellen des Regel
signals, das an den Stromrichter abgegeben wird, zum Verän
dern der Phase der Spannungsschwingung aus dem Stromrichter
relativ zu dem Wechselspannungsnetz.
Mit der Regelungsvorrichtung nach der Erfindung ist es
möglich, die Wirkleistungskomponente und die Blindleistungs
komponente des Energieflusses nach Bedarf in dem gesamten
Betriebsbereich der elektrochemischen Zelle schnell zu ändern.
Diese Möglichkeit ist, zum Teil, auf die Verwendung von zwei
gesonderten Rückkopplungsschleifen zurückzuführen, von denen
eine eine große Zeitkonstante und eine eine kleine Zeitkon
tante hat, die den Spannungswert sowohl der elektrochemi
schen Zelle als auch des Wechselspannungsnetzes, die Größe
und die Richtung der Wirkleistung und der Blindleistung so
wie die Phase der Spannungsschwingung des Wechselspannungs
netzes erfassen, um mit Hilfe eines analytischen Modells
die Stromrichterspannungsschwingung zu konstruieren, wie sie
sein sollte. Diese wird dann mit der Istspannungsschwingung
des Wechselspannungsnetzes verglichen.
Die Regler
ausgangssignale werden benutzt, um die Zündwinkel
der Halbleiterschalter in dem Stromrichter einzustellen und
entweder die Effektivgröße oder die Effektivphase oder beide
der Spannungsschwingung aus dem Stromrichter nach Bedarf zu
verändern, um sie zu veranlassen der des Wechselspannungs
netzes zu folgen. Selbstverständlich wird jede unerwartete
Abweichung der Spannungsschwingung des Wechselspannungs
netzes, wie sie durch transiente Vorgänge verursacht werden
könnte, durch das Modell abgefühlt, und das Stromrichterre
gelsignal wird verstellt, um die Phase und die Größe der
Stromrichterausgangsschwingung zu verändern, damit solche
transienten Vorgänge in dem Wechselspannungsnetz kompensiert
werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden un
ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher be
schrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform ei
ner Regelungsvorrichtung nach der Erfindung für ei
nen zwischen eine Gleichspannungsquelle und
ein Wechselspannungsnetz geschalteten Strom
richter,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Auführungsform eines
Spannungsreglers, der in der schnellen Rück
kopplungsschleife von Fig. 1 angeordnet ist,
Fig. 3 ein Diagramm, das die Ansprechcharakteristik
der Multiplizierschaltung von Fig. 2 zeigt,
Fig. 4 ein Diagramm, das eine typische Schwingung
aus dem Stromrichter zeigt,
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
eines in Fig. 1 gezeigten Phasenreglers, und
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines
in Fig. 1 gezeigten Pulsmustergenerators.
Fig. 1 zeigt eine Gleichspannungsquelle in Form einer elektro
chemischen Zelle 10,
die über eine Leitung 12 mit einem zwangskommutier
ten Stromrichter 14 verbunden ist.
Es sind zwar
auch netzkommutierte Stromrich
ter bekannt, die hier beschriebene Regelungsvorrichtung gilt jedoch hauptsächlich
für einen zwangskommutierten Stromrichter, weil seine
Halbleiterschaltelemente zur Abschaltung nicht von der Pha
senbeziehung zwischen den Spannungs- und Stromschwingungen des Wechselspannungs-Strom
netzes 22 abhängig sind. Der Stromrichter 14
gibt ein Wechselspannungs
signal, das aus einem Grundschwingungssignal und zahl
reichen Harmonischen besteht,
über eine Leitung 16 an eine Parallelschal
tungsimpedanz 18 ab, die ein Filter enthält, das
Signale mit der Netzfrequenz,
z. B. 60 Hz, durch
läßt und Signale anderer Frequenz unterdrückt. Die
Parallelschaltungsimpedanz 18 kann außerdem
eine Drossel zur Unterdrückung der
Harmonischen
enthalten. Die andere Seite der Parallelschaltungsimpedanz 18 ist über eine Lei
tung 20 mit dem Wechselspannungsnetz 22 verbunden.
Gemäß Fig. 1 enthält das Wechselspannungsnetz 22
eine Quelle 24 elektrischer Wechselstrom
energie, eine Übertragungsimpedanz 26, die die Impedanz der
Übertragungsleitung und auch die Impedanz der Quelle bein
haltet, und eine Last 28.
Der übliche Fall ist
viel komplexer als die einfache Darstellung, da es meistens
eine Anzahl von Stromquellen zusammen mit einer großen An
zahl gesonderter Belastungen gibt, die unterschiedliche Men
gen an elektrischer Energie zu unterschiedlichen Zeiten auf
nehmen und alle durch Übertragungsleitungen miteinander ver
bunden sind.
Die
im folgenden beschriebene Regelungsvorrichtung ermöglicht
die elektrochemische Zelle 10 als Energiequelle
während Perioden zu benutzen, in denen das Wechselspannungs
netz 22 stark belastet ist oder viel elektrische Energie lie
fern muß, dagegen, wenn ein Überschuß an Energie in dem
Wechselspannungsnetz 22 verfügbar ist, die Richtung des Energie
flusses umzukehren, so daß Energie in der elektro
chemischen Zelle 10 gespeichert werden kann. Darüberhinaus
ermöglicht sie, die Blindlei
stung der Last zu regeln, um die Leistungsfaktorein
stellung in dem Wechelspannungsnetz
22 zu unterstützen.
Ein Leistungsdetektor 30 ist in der Leitung 20 angeordnet,
um die Größe und die Richtung sowohl des Wirkleistungsflus
ses als auch des Blindleistungsflusses zwischen der elektro
chemischen Zelle 10 und dem Wechselspannungsnetz 22 zu erfassen.
Im Betrieb liefert der Leistungsdetektor 30 ein Ausgangs
signal auf einer Leitung 32, das zu der Größe und der Richtung
der in der Leitung 20 fließenden Blindleistung proportional
ist. In gleicher Weise liefert der Leistungsdetektor 30 auf
einer Leitung 34 ein Ausgangssignal, das zu der Größe und zu
der Richtung der in der Leitung 20 fließenden Wirkleistung
proportional ist. Ein Spannungsdetektor 36 ist ebenfalls mit
der Leitung 20 verbunden und liefert ein Signal auf einer
Leitung 38, das zu der Größe der Spannungsschwingung auf der
Leitung 20 proportional ist, bei der es sich sowohl um die
Spannungsgrundschwingung aus dem Stromrichter 14
als auch um die Spannungsgrundschwingung des Wechselspannungsnetzes
handelt.
Die Regelungsvorrichtung enthält eine erste
Rückkopplungsschleife 40, die eine große Zeitkonstante oder
relativ lange Ansprechzeit hat, und eine zweite Rückkopplungs
schleife 42, die eine kleine Zeitkonstante oder relativ kurze
Ansprechzeit hat. Die erste Rückkopplungsschleife (langsame Schleife) 40 enthält
einen Blindleistungsregler 40 b zum Bilden einer einstellbaren Blindleistungsführungsgröße dient
ein Potentiometer 44, dessen eine Klemme 46 mit einer Quelle
positiven Bezugspotentials verbunden ist, während die andere
Klemme 48 mit einer Quelle negativen Bezugspotentials ver
bunden ist. Die Steuerklemme 50 gibt einen gewünschten Span
nungswert, der in einem geeigneten Bereich eingestellt wer
den kann, über eine Leitung 52 an einen Eingang eines ersten
Vergleichers 54 ab. Der andere Eingang des ersten Vergleichers
54 ist mit der Leitung 32 verbunden, um das Signal zu empfan
gen, das zu der Größe und zu der Richtung der in der Leitung
20 fließenden Blindleistung proportional ist. Der erste Ver
gleicher 54 macht eine Differenzverknüpfung der Blindleistungsführungsgröße auf
der Leitung 52 mit dem Signal aus dem Leistungsdetektor
30, das die Istgröße und die Richtung der Blindleistung an
gibt, und gibt die Blindleistungsregelabweichung an seinem Aus
gang über eine Leitung 55 an einen Integrator 100 ab. Der
Integrator 100 integriert effektiv den Fehler über eine
Zeitspanne von ungefähr 1,5 bis 2 Zyklen der Spannungsgrund
schwingung und gibt die integrierte Regelabweichung
als Ausgangssignal des Blindleistungsreglers 40 b über eine Leitung 56 an
einen Spannungsregler 58 ab.
Der Spannungsregler 58 ist über die Leitung 38 mit dem Span
nungsdetektor 36 verbunden, um ein Signal zu empfangen, das
zu der Größe der Wechselspannung auf der Leitung 20 propor
tional ist. Außerdem ist er über eine Leitung 60 mit der Leitung 12 verbunden,
um den Wert der Gleichspannung aus der elektrochemischen
Zelle 10 zu erfassen. Der Spannungsregler 58 bildet durch
Vergleich der Größen des Ausgangssignals der elektrochemi
schen Zelle 10 auf der Leitung 60 und des Signals auf der
Leitung 20 ein Differenzsignal und verknüpft es mit dem
Reglerausgangssignal, welches er auf der Leitung 56
empfängt, um ein Regelsignal an seinem Ausgang auf einer
Leitung 62 zu bilden, das an einen Pulsmustergene
rator 64 abgegeben wird. Das Signal auf der Leitung 62 be
wirkt, daß der Pulsmustergenerator 64 die Zündpunkte
der Halbleiterschalter in dem Stromrichter 14 so einstellt,
daß die Effektivspannung der Spannungsgrundschwingung aus dem
Stromrichter im Verhältnis zu dem Signal auf der Leitung 62
vergrößert oder verringert wird.
Gemäß Fig. 1 enthält die erste Rückkopplungsschleife 40 außerdem einen Wirkleistungsregler 40 a.
Eine einstellbare Wirkleistungsführungsgröße
wird durch ein Potentiometer 70 gebildet, dessen
eine Klemme 72 mit einer Quelle positiven Bezugspotentials
verbunden ist, während die andere Klemme 74 mit einer Quelle
negativen Bezugspotentials verbunden ist. Die Steuerklemme
76 gibt einen Spannungswert, der in einem geeigneten Bereich
verändert werden kann, über eine Leitung 78 an einen Eingang
eines zweiten Vergleichers 80 ab. Der andere Eingang des Ver
gleichers 80 ist mit der Leitung 34 verbunden, um ein Signal
zu empfangen, das zu der Größe und zu der Richtung der in
der Leitung 20 fließenden Wirkleistung proportional ist. Der
zweite Vergleicher 80 liefert eine Wirkleistungsregelabweichung
an seinem Ausgang auf einer Leitung 81 durch Differenz
verknüpfung der Wirkleistungsführungsgröße mit dem abgefühlten
Signal auf der Leitung 34 und gibt diese Regelabweichung über
eine Leitung 81 an einen A/D-Integrator 83 ab. Der A/D-Inte
grator 83 integriert die Regelabweichung über einer Zeitspanne
von ungefähr 1,5 bis 2 Zyklen der Spannungsgrundschwingung
und gibt die integrierte Regelabweichung als Ausgangssignal des
Wirkleistungsreglers 40 a über eine Leitung 82 an einen Phasenregler 84 ab. Der Phasenregler 84
ist außerdem über eine Leitung 86 mit der Leitung 20 verbun
den, um die Phase des Wechselstromsignals auf der Leitung 20
abzufühlen, und er bildet damit ein Phasenverschiebungsschwin
gungssignal im Verhältnis zu dem Eingangssignal auf der Lei
tung 82 an seinem Ausgang auf einer Leitung 88. Der Pulsmuster
generator 64 ist mit der Leitung 88 verbunden und
verknüpft dieses Phasenverschiebungsschwingungssignal mit dem
Spannungsregelsignal, das er auf der Leitung 62 empfängt, um
ein Regelsignal an seinem Ausgang auf einer Leitung 90 zu
bilden, das an den Stromrichter 14 abgegeben wird.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Spannungsreglers 58,
der in der zweiten Rückkopplungsschleife (schnelle Schleife) 42 angeordnet ist
und ein Ausgangssignal an den Pulsmustergenerator 64
abgibt, welches zu der Solleffektivgröße der Spannungschwin
gung aus dem Stromrichter 14 in Beziehung steht. Das Blind
leistungsreglerausgangssignal wird, wie oben erwähnt, durch den Span
nungsregler 58 auf der Leitung 56 aus der ersten Rückkopplungs
schleife 40 empfangen, und dieses Signal ist zu der Blind
leistungsänderung proportional, die, wenn überhaupt, in der
Spannungsgrundschwingung aus dem Stromrichter 14
auftreten soll. Das Blindleistungsreglerausgangssignal
wird zuerst über die Leitung 56 an einen Eingang eines
Vergleichers 104 abgegeben. Ein zweiter Eingang des Ver
gleichers 104 empfängt ein Signal aus dem mit der Leitung
38 verbundenen Spannungsdetektor 36, das zu der Größe des
Spannungswertes des Wechselspannungsnetzes 22 proportional
ist. Ein dritter Eingang des Vergleichers 104 empfängt ein
Rückkopplungssignal über eine Leitung 106, das mit den
Signalen an den anderen beiden Eingängen differenz
verknüpft wird. Das Ausgagssignal des Vergleichers 104
wird über eine Leitung 108 an den Eingang einer integrie
renden A/D-Einheit 110 abgegeben, die eine kleine Zeitkon
stante hat und bei der es sich um eine 8-Bit-Schaltung han
deln kann, die das Ausgangssignal über ungefähr einem halben
Zyklus der Spannungsgrundschwingung quantisiert oder eine
Zeitkonstante von etwa 3 µs hat. Das digitale Ausgangssignal
wird dann über eine Leitung 112, bei der es sich um einen
Datenbus mit acht Leitern handeln kann, an einen Eingang
des Pulsmustergenerators 64 abgegeben. Der Spannungs
regler 58 enthält außerdem einen Rückkopplungsabschnitt. Dieser
geschlossene Regelkreis ist relativ schnell, so daß der Ein
gangsfehler, wenn überhaupt vorhanden, voll in einer Span
nungsänderung ausgedrückt werden kann, die in etwa der Hälf
te eines Zyklus der Spannungsgrundschwingung des Wechselspannungsnetzes
22 zu dem Pulsmustergenerator 64 geleitet wird. Demge
mäß umfaßt die Rückkopplungsschleife eine Leitung 116, bei der
es sich ebenfalls um einen Datenbus mit acht Leitern handelt
und die mit der Leitung 112 verbunden ist, um das integrier
te digitale 8-Bit-Ausgangssignal zu dem Eingang einer 8-Bit-D/A-
Einheit 118 rückzukoppeln, welche die Digitalinformation wie
der in einen Analogwert zurückverwandelt, der über eine Leitung 120
einem Eingang einer Multiplizierschaltung 122 zugeführt wird.
Der andere Eingang der Multiplizierschaltung 122 ist mit der
Leitung 60 verbunden, um ein Signal zu empfangen, das zu
dem Gleichspannungswert aus der elektrochemischen Zelle 10
proportional ist.
Der Zweck der Multiplizierschaltung 122 in Verbindung mit
einer im folgenden beschriebenen Suchtabelle 154 in
dem Pulsmustergenerator 64 ist es, die auf der Lei
tung 16 dargebotene Stromrichterausgangsspannung linear zu
modellieren. Diese Beziehung wird am besten verständlich,
wenn neben Fig. 2 zusätzlich auf die Fig. 3 und 4 Bezug ge
nommen wird. Fig. 4a zeigt eine Schwingung, deren Zeitperi
ode gleich der des Wechselspannungssignals des Wechselspannungs
netzes 22 ist, welches im wesentlichen die Zeitperiode t 0-t 7
ist. Fig. 4b zeigt eines der zahlreichen Pulsmuster,
die benutzt werden könnten, um die Schalter in dem Strom
richter 14 zwischen dem leitenden und dem nichtleitenden
Zustand umzuschalten, damit eine Ausgangsschwingung gebil
det wird, die die gewünschte Grundkomponente hat, welche
mit der des Wechselspannungsnetzes 22 kompatibel ist.
In den meisten
Fällen ist die Anzahl der Umschaltungen pro Zyklus, t 0-t 7, aller
Wahrscheinlichkeit nach größer als in der Darstellung in
Fig. 4b. Der Einfachheit halber
ist
ein äußerst einfaches Pulsmuster, das mit nur einer
Stromrichterbrücke benutzt werden könnte, dargestellt wor
den.
Die Pulsbreite an den Enden je
des Halbzyklus (d. h. t 0-t 1, t 2-t 3, t 3-t 4, usw.) wird verändert,
die ihrerseits eine Änderung in der effektiven Größe der Spannungs
grundschwingung aus dem Stromrichter 14 verursacht. Dieser Zu
stand ist in Fig. 3 gezeigt, die im wesentlichen den Effek
tivwert V 1 der Spannungsschwingung aus dem Stromrichter 14 über
der Pulsbreite in Grad zeigt, z. B. t 0-t 1. Die Kur
ve 126 zeigt unkorrigierte Zustände, da die effektive Span
nung aus dem Stromrichter abnimmt, wenn die Pulsbreite
zunimmt, aber in nichtlinearer Weise.
Der Pulsmustergenerator 64 linearisiert
die Rückkopplung, so daß das an den dritten
Eingang des Vergleichers 104 über die Leitung
106 abgegebene Signal der Kurve 128 in Fig. 3 entspricht.
Das hilft sicherzustellen, daß in der Regelungsvorrichtung im Betrieb
keine Schwingungen oder unerwarteten transienten Zustände
auftreten.
Eine Ausführungsform
des Phasenreglers 84, der die Phasenverschiebung er
zeugt, die zu dem Wirkleistungsreglerausgangssignal proportional ist,
wird nun beschrieben. Gemäß Fig. 5 empfängt der Phasenregler
84 die sinusförmige Spannungsschwingung auf der Leitung 20
über die Leitung 86, wobei diese Schwingung an einen Null
durchgangsgeber 130 angelegt wird. Der Nulldurchgangsgeber
130 erfaßt die einzelnen Nulldurchgangspunkte der
Schwingung der Spannung auf der Leitung 20 und gibt ein
diese wiedergebendes Digitalsignal über eine Leitung 132 an
einen Eingang eines Phasenvergleichers 134 ab, der in einer
Phasenregelschleife angeordnet ist. Der Phasenvergleicher 134
verknüpft das Rückkopplungssignal auf einer Leitung 136 mit
dem dem Wechselspannungsnetz entsprechenden auf der Leitung
132 und gibt das Ausgangssignal über eine Leitung 138 an ein
Filter 140 ab, welches die Impulse effektiv integriert, um
ein Gleichstromausgangssignal über eine Leitung
142 abzugeben. Ein spannungsgesteuerter Oszillator 144 emp
fängt dieses Signal und gibt ein Ausgangssignal über eine
Leitung 146 an einen Phasenschieber 148 ab, der eine Fre
quenz f 0 hat, die ausreichend hoch gewählt ist, um das ge
wünschte Ausmaß an Phasenauflösung zum Steuern der Haupt
schaltelemente des Stromrichters 14 zu erreichen. Wenn bei
spielsweise das Wechselspannungsnetz mit 60 Hz arbeitet
und es erwünscht ist, daß die Phasenregelschleife auf Ver
änderungen bis zu (⅛)° el. anspricht, dann ist die Frequenz
f 0 für den spannungsgesteuerten Oszillator 144 gleich 172,8
kHz. Der Phasenschieber 148 verschiebt die Ausgangsschwin
gung auf der Leitung 88 in einer Voreil- oder einer Nacheil
richtung im Vergleich zu der Eingangsphase des Signals auf
der Leitung 86 in einem Ausmaß, das dem auf der Leitung 82
empfangenen Wirkleistungsreglerausgangssignal entspricht.
Der Pulsmustergenerator 64 spricht, wie oben erwähnt,
auf den Spannungsregler 58 an, um ein Pulsmuster
für die Stromrichterhauptschaltelemente, bei denen es sich
normalerweise um Thyristoren oder andere Halbleiterschalter
mit hoher Strombelastbarkeit handelt, so zu erzeugen, daß
die Ausgangsspannungsschwingung eine gewisse Effektivgrund
spannung hat. Außerdem ist das besondere Pulsmuster im Verhält
nis zu dem durch den Phasenregler 84 an den Spannungsregler
58 abgegebenen Signal phasenverschoben. Fig. 6 zeigt eine
Ausführungsform des Pulsmustergenerators 64, die
nun beschrieben wird. Das Signal, das auf der Leitung 62
aus dem Spannungsregler 58 empfangen wird, beispielsweise
über einen digitalen Datenbus mit acht Leitungen, wird an
den Eingang der Suchtabelle 154 angelegt. In der Such
tabelle 154 ist in digitalem Format die vorbestimmte Breite
jedes Pulses in dem Pulsmuster gespeichert,
bei der die Thyristoren im Stromrichter 14 umgeschaltet werden
sollten, um eine Ausgangsspannungsschwingung zu erzeugen,
die die besondere Effektivspannungsgröße hat. Wenn demge
mäß aufgezeichnete Information durch die 8-Bit-Wörter adres
siert wird, wird ein Ausgangssignal über eine Verriegelungs
schaltung 157, die je Halbzyklus der Grundschwingung getriggert
wird, an einen digitalen Vergleicher 158 abgegeben. Übli
cherweise wird es einen digitalen Vergleicher 158 für je
den Pol in dem Stromrichter 14 geben, der Einfachheit halber
ist aber nur ein digitaler Vergleicher in der Ausführungs
form von Fig. 6 dargestellt worden. Das Phasenregelsignal,
das an den Pulsmustergenerator 64 über die Leitung
88 abgegeben wird, wird als Steuesignal für einen Ring
zähler 160 benutzt, dessen Ausgangssignal eine Reihe von
phasenverschobenen Digitalsignalen ist, die in Beziehung
zu der Grundschwingung stehen und über eine Leitung 162 an
den digitalen Vergleicher 158 angelegt werden. Der digitale
Vergleicher nimmt demgemäß eine digitale Verknüpfung des
Signals aus der Suchtabelle 154, das die Breite
der Pulse des Pulsmusters angibt, mit der Folge von phasenver
schobenen Impulsen auf der Leitung 162 vor und liefert ein
Pulsmuster für
den Stromrichter 14. Gemäß diesem
Pulsmuster werden die einzelnen Schaltelemente in dem
Stromrichter 14 zwischen dem leitenden und dem nichtleitenden
Zustand umgeschaltet.
Claims (6)
1. Regelungsvorrichtung für einen Stromrichter (14) zwi
schen einer Gleichspannungsquelle (10) und einem Wechsel
spannungsnetz (22), mit einem Wirkleistungsregler (40 a)
und einem Blindleistungsregler (40 b),
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- - dem Wirkleistungsregler (40 a) ist ein Phasenregler
(84) nachgeschaltet,
wobei die Regelzeitkonstante des Wirkleistungsreglers (40 a) groß und die des Phasenreglers (84) klein ist, - - dem Blindleistungsregler (40 b) ist ein Spannungsreg
ler (58) nachgeschaltet,
wobei die Regelzeitkonstante des Blindleistungsreg lers (40 b) groß und die des Spannungsreglers (58) klein ist, - - die Ausgänge des Phasenreglers (84) und des Span nungsreglers (58) sind mit den Eingängen eines Puls mustergenerators (64) zur Ansteuerung des Stromrich ters (14) verbunden.
2. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Leistungsregler (40 a, 40 b) I-Regler
sind.
3. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet,
daß der Phasenregler (84) außer dem Ausgangssignal des
Wirkleistungsreglers (40 a) ein zu der Spannungsgrund
schwingung des Wechselspannungsnetzes (22) proportionales
Signal empfängt und ein Phasenverschiebungssignal an den
Pulsmustergenerator (64) abgibt, das zu dem Ausgangssignal
des Wirkleistungsreglers (40 a) proportional ist.
4. Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Spannungsregler (58) außer dem Ausgangssignal des
Blindleistungsreglers (40 b) ein zu der Amplitude der Span
nung des Wechselspannungsnetzes (22) proportionales Signal
empfängt und ein I-Regler ist, der ein über dem halben Zy
klus der Spannungsgrundschwingung des Wechselspannungsnet
zes (22) integriertes Ausgangssignal liefert.
5. Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Phasenregler (84) enthält:
- - einen Nulldurchgangsgeber (130) für die Spannung des Wechselspannungsnetzes (22),
- - einen Phasenvergleicher (134), der das Ausgangssignal des Nulldurchgangsgebers (130) empfängt und einen
- - Rückkopplungskreis mit einem spannungsgesteuerten Os zillator (144) hat, und
- - einen Phasenschieber (148), der in dem Rückkopplungs
kreis zwischen dem Ausgang des spannungsgesteuerten
Oszillators (144) und dem Phasenvergleicher (134) an
geordnet ist,
zum Phasenverschieben des Rückkopplungssignals in Ab hängigkeit des Ausgangssignals des Wirkleistungsreg lers (40 a).
6. Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Pulsmustergenerator (64) enthält:
- - eine Suchtabelle (154), in der das Pulsmuster für den Pulsmustergenerator (64) gespeichert ist,
- - einen Ringzähler (160) zum Abgeben von Impulszügen in Abhängigkeit von der Frequenz der Spannungsgrund schwingung des Stromrichters (14), und
- - einen zwischen den Ringzähler (160) und die Suchta belle (154) geschalteten digitalen Vergleicher (158) zum Phasenverschieben der Impulszüge gemäß dem aus der Suchtabelle (154) empfangenen Pulsmuster.
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