DE3854586T2

DE3854586T2 - Leistungswandlungseinrichtung.

Info

Publication number: DE3854586T2
Application number: DE3854586T
Authority: DE
Inventors: Nagataka C O Patent Divis Seki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-05-28
Filing date: 1988-05-27
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2008-05-28
Also published as: US4890213A; JPH0746898B2; EP0293219B1; JPS63299766A; EP0293219A3; EP0293219A2; CA1295668C; DE3854586D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungs-Umrichtervorrichtung.
Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen zeigt eine Leistungs-Umrichtervorrichtung eines bekannten Typs für das Verbinden von Wechselstromsystemen untereinander. Die Bezugszahlen 11 und 21 bezeichnen selbstgeführte Dreiphasen-Spannungs-Wechselrichtereinheiten (im Nachstehenden Wechselrichtereinheiten genannt). Die Bezugszahlen 12 und 22 sind systemverbindende Drosselspulen, und Transformatoreneinheiten 13, 23 haben eine erste Wicklung 14 beziehungsweise 24 und eine zweite Wicklung 15 beziehungsweise 25. Bei jedem Wechselrichter ist der Wechselspannungs-Teil mit einer Wicklung eines Transformators verbunden, und die entsprechenden Phasen der zweiten Wicklung 15, 25 der Transformatoren sind elektrisch in Reihe geschaltet. Die Ausgänge der Transformatorwicklungen 15: 25 sind mit einem Wechselspannungs-Energiesystem 32 durch Wechselspannungs-Schalter 31 verbunden. Die Gieichspannungs-Seiten der Wechselrichter 11, 21 haben eine gemeinsame Gleichspannungs-Energiequelle 33. Ein Kondensator 34 ist mit dem Gleichspannungs-Stromkreis verbunden.
Die Wicklungen 15, 25 der Transformatoren sind, wie vorstehend beschrieben, in Zickzack-Schaltung angeschlossen. Dies ist ein weitverbreitetes Anschlußverfahren, um den Vorteil zu erhalten, daß dann, wenn Wechselrichtereinheiten mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von 30º betrieben werden, keine anderen harmonischen Komponenten, als die Oberwellen der (12p±1)-ten Ordnungen (wobei p = 1, 2 usw. ist) in dem resultierenden Ausgang aus dem Transformator enthalten sind.
Das Funktionieren der Leistungs-Umrichtervorrichtung wird wie folgt initialisiert: die Wechselrichtereinheiten 11, 21 werden durch ein Signal von einem (nicht gezeigten) Steuerkreis gestartet; das Ansteigen der Ausgangsspannung aus den Wechselrichtern 11, 21 wird allmählich vorgenommen, um das Erregen eines Stoßstromes in den Transformatoreinheiten zu vermeiden; die Wechselspannungs-Schalter 31 werden dann geschlossen, wenn die Amplitude und die Phase der resultierenden Spannung aus den Wicklungen 15, 25 mit der Amplitude und der Phase des Spannungssystems 32 zusammenfallen. Für den Fall einer Fehlfunktion oder einer Unterbrechung werden die Wechselspannungs-Schalter 31 gleichzeitig mit dem Aufhören der Funktion der Wechselrichtereinheiten 11, 21 geöffnet. Die Zeit zwischen dem Stillsetzen der Wechselrichtereinheiten und dem öffnen der Wechselspannungs-Schalters 31 beträgt weniger als 0,1 Sekunden, um das nachstehend diskutierte Problem zu vermeiden.
Selbstgeführte Wechselrichter für die Verbindung von Systemen miteinander werden in jüngster Zeit bei solchen Systemen, wie Solargeneratoren oder Brennstoffzellen verwendet. Eine Systemverbindung auf Basis von selbstgeführten Wechselrichtern ist da, wo das Wechselspannungs-System schwach ist, von überlegener Stabilität im Vergleich zu einer Systemverbindung auf Basis von Wechselrichtern mit Fremdkommutierung. Der Grund dafür ist, daß im Fall von Wechselrichtern mit Fremdkommutierung ein Kommutieren der Thyristoren von der Spannung des Gleichspannungs-Systems abhängt, so daß eine Kommutierung der Thyristoren durch Störung der Systemspannung, d.h. eine sogenannte Kommutierungsstörung, verhütet werden kann. Um damit fertig zu werden, wird im Fall eines selbstgeführten Wechselrichters das Kommutieren der Thyristoren durch eine Kommutierungschaltung innerhalb des Wechselrichters durchgeführt, so daß eine Störung bei der Systemspannung nicht notwendigerweise zu einer Kommutierungsstörung führt. Jedoch kann bei dem vorstehend erwähnten Betriebs-Steuersystem die Funktion der Wechselrichtereinheiten 11, 21 zeitweilig durch Erzeugung eines zu hohen Wechselstroms abgeschaltet werden, wenn es zum Beispiel eine momentane Schwankung bei dem Wechselspannungs-System gibt. In diesein Fall ist es schwierig, die Funktion unmittelbar nach Wiederherstellung der richtigen Spannung erneut zu starten. Der Grund dafür ist, daß sich Schalter 31 immer dann öffnen müssen, wenn ein zu hoher Wechselstrom auftritt. Dies gibt Veranlassung zu den Problemen, daß -
(a) wenn einmal ein Stillsetzen aufgetreten ist, ungefähr fünf Sekunden erforderlich vom Wiederbeginn der Funktion bis zur Wiederherstellung der Synchronisation erforderlich sind; und
(b) die Lebensdauer von Wechselspannungs-Schaltern 31 durch häufiges Schalten nachteilig beeinflußt wird.
Es wird angenommen, daß, wenn ein solches Funktionsschema gewählt wird, bei welchem dem Schließen von Wechselspannungs- Schaltern 31 das funktionelle Betreiben des Wechselrichters folgt, man denken könnte, daß es für den vorstehend erwähnten Überstromschutz ausreichend wäre, einfach die Funktion des Wechselrichters zu stoppen, d.h. einfach die Ein-Aus-Funktion des GTO-Gatters zu stoppen. Dies sollte eigentlich den Effekt haben, daß verhütet wird, daß sich die Wechselspannungs-Schalter öffnen, jedoch hat sich herausgestellt, daß dies zu zwei Problemen führt. Eines ist die erzeugte zu hohe Gleichspannung in dem Einschwingzeitraum, wenn die Verbindung der Transformatoren zu dem System geschlossen wird, und das andere ist die zu hohe Gleichspannung im eingeschwungenen Zustand.
Betrachten wir zu allererst die zu hohe Gleichspannung im Übergangszeitraum. Da, wie in Fig. 1 gezeigt, die Wicklungen 15, 25 in Reihe geschaltet sind, wird zu dem Zeitpunkt, zu dem die Wechselspannungs-Schalter geschlossen werden, die Wechselspannung nicht in gleicher Weise an die beiden Transformatoren angelegt, wobei das Ergebnis das Auftreten eines Wechselstroms mit einem hohen Spitzenwert, ganz verschieden von einer Sinuswelle, ist. Der erste Grund dafür ist, daß der anfängliche Magnetisierungszustand der beiden Transformatoren nicht derselbe ist. Der zweite Grund ist, daß es eine hohe Impedanz für hohe Frequenzen einer anderen harmonischen Ordnung als (12p±1) (wobei p = 1, 2 usw.) wegen der Zickzackschaltung gibt, so daß die harmonischen Erregungsstromkomponenten, die benötigt werden, um eine Sinuswellenspannung zu induzieren, nicht fließen können, das heißt, die Erregungskennlinie des Eisenkerns ist nicht vollkommen linear, sondern eher nicht-linear und hat Hysterese. Nun müssen, um eine Sinuswellenspannung zu schaffen, hohe Frequenzen in dem erregenden Strom enthalten sein, wenn es aber irgendeine Restriktion gibt, die verhütet, daß diese hohen Frequenzen fließen, dann wird die induzierte Spannung keine Sinuswelle sein.
Bei praktischen Versuchen betrug der Spitzenwert der in den Wicklungen 14, 24 der Transformatoreinheiten induzierten Spannung ungefähr das 2,9-fache des Effektivwertes der Sinuswelle. Die Gleichspannung des Kondensators wird deshalb auf diesen Wert aufgeladen.
Das zweite Problem ist die zu hohe Gleichspannung im Beharrungszustand. Wie vorstehend beschrieben, ist die induzierte Spannung keine einfache Sinuswelle, sondern enthält harmonische Komponenten. Experimentell ist gefunden worden, daß eine Spitzenspannung von ungefähr dem 2,4-fachen Wert der Effektivspannung der Sinuswelle auftritt. Die Gleichspannung des Kondensators wird bis auf diesen Wert aufgeladen. Fig. 2 der beigefügten Zeichnungen zeigt Wellenformen, die man experimentell erhalten hat, wie vorstehend beschrieben.
Es ist aus einem Artikel mit dem Titel "Fortschritte bei selbstgeführten Wechselrichtern für Brennstoffzellen und Batterien" von G.A. Phillips u.a., veröffentlicht in IEEE Transactions on Power apparatus and systems, Band PAS-98 Nr. 4, 7. August 1979, Seiten 1466 - 1474 bekannt, daß eine Brennstoffzellen-Energieanlage in drei Wechselrichterbrücken einspeist und daß der Wechselspannungs-Ausgang aus den Wechselrichterbrücken über einen Ausgangstransformator an ein Wechselspannungs-Leitungsnetz geiiefert wird. Eine Gleichspannungs-Vorlast, die aus einen in Reihe mit einem Schalter geschalteten Widerstand besteht, ist parallel zu dem Eingang der Wechselrichterbrücken geschaltet. Der Zweck der Vorlast ist, die Brennstoffzelle zu belasten und deren Ausgangsspannung unter den maximalen Betriebspegel für die Wechselrichterbrücken während des Hochfahrens zu ziehen.
In Patent Abstracts of Japan, Band 9 Nr. 75 [E-306] [1798] vom 4. April 1985 wird ein Anfahrverfahren für einen selbstgeführten Leistungs-Umrichter offenbart.
Bei der Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen wird angenommen, daß 11 und 21 Wechselrichtereinheiten sind. Jedoch ist diese Erfindung nicht nur auf eine Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom, sondern auch auf Einrichtungen mit kompensierter Blindleistung oder Gleichrichter anwendbar, deren Leistungsfaktor reguliert werden kann, deshalb werden im Nachstehenden die Einrichtungen 11, 21 durch den allgemeinen Ausdruck der selbstgeführte Spannungs-Umrichter bezeichnet und wird das System, welches diese Umrichter enthält, generell als Leistungs-Umrichtervorrichtung bezeichnet.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung besteht eine Leistungs- Umrichtervorrichtung aus einer Vielzahl von selbstgeführten Spannungsumrichtern, welche jeweils einen Gleichspannungs-Abschnitt und einen Wechselspannungs-Abschnitt und eine Gleichrichtereinheit hat, die für einen Strompfad vom Wechselspannungs-Abschnitt zum Gleichspannungs-Abschnitt sorgt; einen gemeinsamen Gleichspannungs-Schaltkreis, mit welchem der Gleichspannungs-Abschnitt des Umrichters verbunden ist, wobei dieser Gleichspannungs-Schaltkreis einen Kondensator einschließt; einen Transformator für jeden Umrichter, wobei der Wechselspannungs- Abschnitt des Umrichters mit der einen Wicklung des Transformators verbunden ist und die entsprechenden Phasen der zweiten Wicklung des Transformators elektrisch in Serie geschaltet sind und eine erste Wechselspannungs-Schaltereinrichtung die zweiten Wicklungen der Transformatoren mit einem Wechselspannungs- Schaltkreis verbindet; dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Gleichspannungs-Schaltkreis eine Einrichtung zum Unterdrücken einer Gleich-Überspannung, die eine Reihenschaltung mit einem Widerstand und einer Unterbrecher-Schalteinrichtung umfaßt, und Vorlade-Einrichtungen zum Laden des Kondensators aufweist, wodurch der Kondensator durch die Vorlade-Einrichtung aufgeladen wird, bevor die Umrichter gestartet werden, wobei der Unterbrecherschalter geschlossen ist, und wobei der Unterbrecherschalter geschlossen ist, nachdem die Umrichter gestartet wurden.
Die Vorladeeinrichtung kann aus einer Reihenschaltung eines Strombegrenzungselements und einer zweiten Wechselspannungs- Schaltereinrichtung bestehen, wobei die Reihenschaltung elektrisch parallel zur ersten Wechselspannungs-Schaltereinrichtung geschaltet ist, wobei der Kondensator aufgeladen wird, indem die zweite Wechselspannungs-Schaltereinrichtung geschlossen wird.
Als Alternative kann die Vorladeeinrichtung aus einer Parallelschaltung eines Strombegrenzungselements und einer zweiten Wechselspannungs-Schaltereinrichtung bestehen, wobei diese Parallelschaltung elektrisch in Reihe mit der ersten Wechselspannungs- Schaltereinrichtung geschaltet ist, wodurch der Kondensator durch Schließen des ersten Wechselspannungs-Schalters und Öffnen der zweiten Wechselspannungs-Schaltereinrichtung aufgeladen wird.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht ein Verfahren des Betreibens einer Leistungs-Umrichtervorrichtung aus einer Vielzahl selbstgeführter Spannungsumrichter, welche jeweils einen Gleichspannungs-Abschnitt und einen Wechselspannungs-Abschnitt haben; aus einem gemeinsamen Gleichspannungs-Schaltkreis mit welchem der Gleichspannungs-Abschnitt aller Umrichter verbunden ist, wobei dieser Gleichspannungs- Schaltkreis einen Kondensator enthält; aus einem Transformator für jeden Umrichter, wobei der Wechselspannungs-Abschnitt des Umrichters mit einer Wicklung des Transformators verbunden ist und die entsprechenden Phasen der zweiten Wicklung des Transformators elektrisch in Serie geschaltet sind; und aus einer ersten Wechselspannungs-Schaltereinrichtung, welche die zweiten Wicklungen der Transformatoren mit einem Wechselspannungs-Leistungsschaltkreis verbindet; dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Unterdrücken einer Gleich-Überspannung, die eine Reihenschaltung mit einem Widerstand und einer Unterbrecherschaltereinrichtung umfaßt, vorgesehen ist, wobei die Reihenschaltung parallel zum Kondensator geschaltet ist und wobei der Kondensator im Gleichspannungs-Schaltkreis auf einen vorbestimmten Wert aufgeladen wird, bevor die Umrichter gestartet werden, wobei die Unterbrecherschaltereinrichtung und die ersten Gleichspannungs-Schaltereinrichtungen geschlossen sind, und wobei danach die Umrichter gestartet und anschließend die Unterbrecherschaltereinrichtung geöffnet wird.
Damit die Erfindung leichter verstanden werden kann, wird sie jetzt, nur in der Form eines Beispiels, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei welchen:
Fig. 1 eine Umrichtervorrichtung des Standes der Technik zeigt;
Fig. 2 Beispiele für die Wellenform in der Gleichspannungs-Wicklung der in Fig. 1 gezeigten Transformatoren zeigt;
Fig. 3 ein Schaltschema für eine Leistungs-Umrichtervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 ein Schaltschema eines selbstgeführten Spannungs-Umrichters ist;
Fig. 5 ein Schaltschema eines Leistungs-Umrichters entsprechend einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 6 ein Beispiel für einen Ladestromkreis zeigt;
Fig. 7 und 8 Schaltschemen alternativer Formen von Gleichspannungs-Überspannungs-Unterdrückungseinrichtungen sind;
Fig. 9 ein Schaltschema eines Leistungs-Umrichters entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist; und
Fig. 10 ein Schaltschema für ein System ist, bei welchem die vorliegende Erfindung angewendet werden kann.
Jetzt wird eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, bei welcher Teilen, die dieselben sind, wie bei Fig. 1, dieselben Bezugszahlen gegeben wurden.
Bei Fig. 3 stellt 100 eine Gleichspannungs-Überspannnungs-Unterdrückungsvorrichtung dar. Diese besteht aus einem Widerstand 101 und einer Leistungsschaltereinrichtung 102. 200 stellt eine Strombegrenzungseinrichtung dar, welche aus Strombegrenzungselementen, wie beispielsweise Widerständen oder Drosselspulen und Wechselspannungs-Schaltern 202 besteht. 11 und 21 stellen die selbstgeführten Spannungs-Umrichtereinheiten dar.
Ein typisches Beispiel für selbstgeführte Spannungs-Umrichtereinheiten 11 und 21 wird in Fig. 4 gezeigt. Bei dieser Fig. sind 41 bis 46 GTO's und sind 47 bis 52 Dioden.
Vor dem funktionellen Betreiben dieser Leistungs-Umrichtervorrichtung werden Leistungsschalter 102 und Wechselspannungs- Schalter 202 geschlossen. Es sollte beachtet werden, daß normalerweise der Gleichstromkreis eine vorbereitende Aufladung für den Kondensator 34 bis zu einem vorgschriebenen Pegel gibt und dann die Wechselspannungs-Schalter 31 geschlossen werden. Jedoch hat die Strombegrenzungseinrichtung 200 auch den Effekt der Unterdrückung des Aufladens des Kondensators 34, deshalb ist ein vorbereitendes Aufladen nicht notwendigerweise wesentlich. Der Stoßstrom der Transformatoreinheiten 13 und 23 wird durch die Strombegrenzungseinrichtung 200 unterdrückt, so daß die Transformatoreinheiten 13 und 23 nicht gesättigt werden. Infolgedessen wird der Kondensator 34 nicht auf einen höheren Wert, als den vorgeschriebenen Wert aufgeladen. Das Aufladen erfolgt durch die in Fig. 4 gezeigten Dioden 47 bis 52.
Wenn der Ladestrom praktisch zu Null wird, dann ist die Impedanz der Transformatoreinheiten 13, 23, von der Wechselspannungs- Seite aus gesehen, ungefähr dieselbe, wie die Erregungsimpedanz, weshalb der Spannungsabfall des Strombegrenzungselements 201 außerordentlich klein wird. Infolgedessen kann, wenn die Wechselspannungs-Schalter 31 geschlossen werden, die Einschwingspannung der Transformatoreinheiten 13, 23 vernachlässigt werden. Bei dem anschließenden Beharrungszustand verläuft der Stromweg bezogen auf die in den Wicklungen 14, 24 erzeugte hohe Frequenz von den Dioden 47, 49, 51 der oberen Zweige der selbstgeführten Spannungs-Umrichtereinheiten 11, 21 zu Widerstand 101, zu der Leistungsschaltereinrichtung 102, zu den Dioden 48, 50, 52 der unteren Zweige der selbstgeführten Spannungs-Umrichtereinheiten 11, 21. Das Ergebnis ist, daß die Größe der harmonischen (Oberwellen-) Spannung beträchtlich reduziert wird und sich die Wellenform einer Sinuswellenspannung nähert. Experimentell ist gefunden worden, daß für die Größe des Widerstandes 101 ein Wert von ungefähr einem Fünftel des gesamten Erregeraufnahmevermögens der Transformatoreinheiten 13, 23 geeignet ist. Wenn wir deshalb vorläufig annehmen, daß das Erregeraufnahmevermögen 2 % ist, dann sollte ein Widerstand mit einem Aufnahmevermögen von ungefähr 0,4 % in dem Gleichspannungs-Stromkreis eingefügt sein. Dies ist jedoch ein Faktor, weicher den Gütegrad während des Betriebes herabsetzt, so daß es in Fällen, in denen ein hoher Gütegrad erforderlich ist, wünschenswert ist, eine Anordnung zu treffen, um das Einfügen und Herausnehmen eines Widerstandes mit dem Umschalten zwischen Stillsetzen und Betrieb zu koppeln. In diesem Fall kann Leistungsschaltereinrichtung 102 zweckmäßigerweise ein Halbleiter-Schaltelement, wie beispielsweise ein GTO, sein.
Das Aufnahmevermögen des in Fig. 3 gezeigten Widerstandes ist vorzugsweise gering, da ja eine Dreieckschaltung der Gleichspannungs-Wicklungen des Transformators 14, 24 eine kleinere Impedanz gegenüber der dritten Harmonischen und der sechsten Harmonischen usw. hat. Für den Fall einer Sternschaltung sollte die Belastbarkeit von Widerstand 101 ungefähr die Hälfte des Wertes der Erregungsbelastbarkeit des Transformators sein.
Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform dieser Erfindung. Der Unterschied zwischen dieser und der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist, daß eine Strombegrenzungseinrichtung 200, um den Stoßstrom der Transformatoreinheiten 13, 23 zu steuern, nicht verwendet wird, sondern stattdessen der Stoßstrom durch Wählen der Magnetflußdichte in dem nominellen Nutzungszustand der Transformatoren zu einem Wert kleiner als die Hälfte der maximalen Magnetflußdichte des Eisenkerns gewählt wird. In diesem Fall ist jedoch ein Schaltkreis erforderlich, welcher ein vorbereitendes Aufladen von Kondensator 34 auf den vorgeschriebenen Wert durchführt. 300 stellt bei der Fig. den vorbereitenden Ladestromkreis dar.
Alternative Beispiele für einen vorbereitenden Ladestromkreis 300 werden in Fig. 6 gezeigt. Sie bestehen aus einem Wechselspannungs-Schalter 301, Widerstand 302, Transformator 303, Gleichrichter 304 und Sicherung 305.
Wenn Wechselspannungs-Schalter 301 geschlossen wird, dann wird Kondensator 34 auffolgendem Weg aufgeladen: Widerstand 302 zu Transformator 303 zu Gleichrichter 304 zu Sicherung 305. Der Betrag des Ladestroms von Kondensator 34 wird durch Widerstand 302 begrenzt. Wenn der Kondensator auf diese Weise durch den vorbereitenden Ladestromkreis 300 voraufgeladen ist, dann gibt es, wenn die Wechselspannungs-Schalter 31 geschlossen werden, keine Möglichkeit, daß ein sehr starker Strom in den Wicklungen der Transformatoreinheiten 13 und 23 fließt. Widerstand 101 und Leistungsschalter 102 sind für das Verhüten einer zu hohen Spannung im Beharrungszustand nützlich. Leistungsschaltereinrichtung 102 wird auch gekoppelt mit dem Schließen der Wechselspannungs- Schalter 31 geschlossen. Nachdem die selbstgeführten Spannungs- Umrichter 11 und 21 in Funktion sind, wird Leistungsschaltereinrichtung 102 offen geschaltet und kann Wechselspannungs- Schalter 301 nach dem Schließen der Wechselspannungs-Schalter 31 offen geschaltet werden, vorausgesetzt, daß es, wenn die Gleichspannungs-Energiequelle eine ist, die "sanft anfahren" kann, wie im Fall eines Thyristor-Gleichrichters, möglich ist, diese Funktion der Gleichspannungs-Energiequelle zu geben, ohne eine vorbereitende Ladeschaltung zu verwenden.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der in dem Gleichspannungs-Stromkreis vorgesehenen Überspannungs-Unterdrückungseinrichtung 100. 111 und 112 sind Widerstände, 113 ist eine Leistungsschaltereinrichtung, und 114 ist ein Kondensator.
Wenn das Strombegrenzungselement 201 von Fig. 3 durch eine Strombegrenzungs-Drosselspule gebildet wird, dann werden niederfrequente Schwingungen durch die Kapazität von Kondensator 34 und die Induktivität der Strombegrenzungs-Drosselspule und der Transformatoreinheiten 13 und 23 erzeugt. Um dies zu verhüten, ist es effektiver, eine Kombination von Widerstand und Kondensator, wie in Fig. 7 gezeigt, statt der Verwendung eines Widerstandes zu verwenden.
Die Größe des Kondensators 114 ist ungefähr dieselbe wie oder größer als die des Kondensators 34. Der Widerstand von Widerstand 111 ist so klein, wie durch die Leistungsschaltereinrichtung 113 gestattet.
Fig. 8 zeigt ein weiteres Beispiel für eine GleichspannungsÜberspannungs-Unterdrückungseinrichtung 100. 121 ist ein Spannungsdetektor, 122 ist ein Pegelsetzer, 123 ist ein Hysterese- Vergleicher, und 124 ist eine Steuereinrichtung.
Hysterese-Vergleicher 123 erzeugt ein Ausgangssignal "1", wenn der festgestellte Wert der Gleichspannung den Wert des Pegelsetzers 122 überschreitet und schließt die Leistungsschaltereinrichtung 102 mit Hilfe der Steuereinrichtung 124. Wenn die Gleichspannung unter einen bestimmten Grenzwert kommt, dann wird das Ausgangssignal aus Hysterese-Vergleicher 123 "0" und wird Leistungsschaltereinrichtung 102 offen geschaltet. 125 ist das Signal "1" während des Betriebes und wird verwendet, um ein Schließen von Leistungsschaltereinrichtung 102 während des Betriebes zu verhüten.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung. Der einzige Unterschied zwischen dieser und Fig. 3 ist der, daß die Strombegrenzungseinrichtung in Serie mit den Wechselspannungs- Schaltern 31 eingefügt ist. Das heißt, die Transformatoreinheiten 13, 23 werden durch das Strombegrenzungselement 201 durch Schließen der Wechselspannungs-Schalter erregt, wodurch eine Einschwingspannung verhütet wird. Dann verschiebt sich durch Schließen von Wechselspannungs-Schalter 202 das System in den Beharrungszustand. Ansonsten ist die Situation so, wie in Fig. 1 gezeigt. Beispiele für eine Dreieckschaltung der Wechselspannungs-Wicklung 25 von Transformatoreinheit 23, um für eine Schaltung der Transformatoreinheit für das Beseitigen spezieller Oberwellen zu sorgen, werden in der Literatur gegeben. Zum Beispiel kann diese in derselben Art und Weise angewendet werden, wie auf Seite 172 von "Turnoff Thyristors", zusammengestellt von N. Seki, M. Kurada und M. Takeuchi, veröffentlicht von Denki Shoin am 20. April 1983, gezeigt.
Fig. 3 und 9 zeigen zwei Umrichtereinheiten und zwei Transformatoreinheiten. Jedoch kann diese Erfindung auch bei anderen Schaltungen angewendet werden, wie beispielsweise bei Systemen für das Beseitigen anderer hoher Frequenzen, als 18±1 (p = 1, 2 usw.) durch Verwendung von drei Sätzen an Transformatoreinheiten mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von 20º.
Die Drosselspulen 12 und 22 in Fig. 1 und 3 sind zwischen den Umrichtereinheiten 11 und 21 und den Transformatoreinheiten 13 und 23 vorgesehen. Jedoch könnte die Erfindung auch in dem Fall zur Anwendung kommen, in dem sie zwischen Wechselspannungs- Schaltern 31 und den Transformatoreinheiten vorgesehen sind. Speziell sind die Drosselspulen, obwohl sie einen Strombegrenzungseffekt bei den Transformatoreinheiten 13 und 23 haben, normalerweise höchstens ungefähr 20 %, was zu klein bezogen auf den Wert von ungefähr 50 % ist, der benötigt wird, um das Ziel der Strombegrenzung zu erreichen.
Die Gleichspannungs-Energiequelle 33 bedeutet eine nicht umkehrbare Energiequelle, wie beispielweise einen Thyristor-Gleichrichter, eine Brennstoffzelle, eine Solarzelle usw. und schließt keinen Akkumulator ein.
Jedoch kann bei einem System, welches eine Wechselspannungs- Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umrichtung durchführt, wie im Fall eines Gleichspannungs-Energieübertragungssystems, die Verwendung eines Systems, wie es in Fig. 10 gezeigt wird, in Erwägung gezogen werden, bei welchem die in Fig. 1 gezeigte Schaltung mit zwei gemeinsamen Gleichspannungs-Teilen verwendet wird. Bei der Zeichnung sind 401 und 402 verschiedene Systeme, sind 403 und 404 in Fig. 3 beschriebene Leistungs-Umrichtervorrichtungen und haben diese gemeinsame Gleichspannungs-Teile. Bei dem Gleichspannungs-Übertragungssystem von Fig. 3 kann diese Erfindung dann angewendet werden, wenn einer der beiden Wechselspannungs-Schalter an beiden Enden geschlossen wird.

Claims

1. Leistungs-Umrichtervorrichtung, mit einer Anzahl selbstgeführter Spannungs-Umrichter (11, 21), die jeweils einen Gleichspannungs-Abschnitt und einen Wechselspannungs- Abschnitt aufweisen, und mit Gleichrichtereinrichtungen, um einen Strompfad vom Wechselspannungs-Abschnitt zum Gleichspannungs-Abschnitt zu bilden;

einem gemeinsamen Gleichspannungs-Schaltkreis (33), mit dem der Gleichspannungs-Abschnitt der Umrichter verbunden ist, wobei der Gleichspannungs-Schaltkreis einen Kondensator (34) enthält;

einem Transformator (13, 23) für jeden Umrichter, wobei der Wechselspannungs-Abschnitt des Umrichters mit der einen Wicklung (14, 24) des Transformators verbunden und wobei die entsprechenden Phasen der zweiten Wicklung (15, 25) des Transformators elektrisch in Serie geschaltet sind; und

ersten Wechselspannungs-Schaltereinrichtungen (31), die die zweiten Wicklungen des Transformators mit einem Wechselspannungs-Leistungsschaltkreis verbinden;

dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Gleichspannungs- Schaltkreis (33) eine Einrichtung (100) zum Unterdrücken einer Gleich-Überspannung, die eine Reihenschaltung mit einem Widerstand (lol) und einer Unterbrecherschaltereinrichtung (102) umfaßt, und Vorlade-Einrichtungen (200, 300) zum Laden des Kondensators (34) aufweist, wodurch der Kondensator durch die Vorlade-Einrichtungen aufgeladen wird, bevor die Umrichter gestartet werden, wobei der Unterbrecherschalter (102) geschlossen ist, und wobei der Unterbrecherschalter geöffnet ist, nachdem die Umrichter gestartet wurden.

2. Leistungs-Umrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlade-Einrichtungen eine Reihenschaltung mit einem Strombegrenzungselement (201) und einer zweiten Wechselspannungs-Schaltereinrichtung (202) haben, wobei die Reihenschaltung elektrisch parallel zur ersten Wechselspannungs-Schaltereinrichtung (31) geschaltet ist, wobei der Kondensator (34) aufgeladen wird, indem die zweite Wechselspannungs-Schaltereinrichtung (202) geschlossen wird.

3. Leistungs-Umrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlade-Einrichtungen eine Parallelschaltung mit je einem Strombegrenzungselement (201) und einer zweiten Wechselspannungs-Schaltereinrichtung (202) haben, wobei die Parallelschaltung elektrisch in Reihe mit den ersten Wechselspannungs-Schaltereinrichtungen (31) geschaltet ist, wobei der Kondensator (34) aufgeladen wird, indem die erste Wechselspannungs-Schaltereinrichtung (31) geschlossen und die zweite Wechselspannungs-Schaltereinrichtung (202) geöffnet wird.

4. Verfahren zum Betreiben einer Leistungs-Umrichtervorrichtung nach Anspruch 1, mit:

einer Anzahl selbstgeführter Spannungs-Umrichter (11, 21), die jeweils einen Gleichspannungs-Abschnitt und einen Wechselspannungs-Abschnitt aufweisen;

einem gemeinsamen Gleichspannungs-Schaltkreis (33), mit dem der Gleichspannungs-Abschnitt aller Umrichter verbunden ist, wobei der Gleichspannungs-Schaltkreis einen Kondensator (34) enthält;

dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (100) zum Unterdrücken einer Gleich-Überspannung, die eine Reihenschaltung mit einem Widerstand (101) und einer Unterbrecherschaltereinrichtung (102) umfaßt, vorgesehen ist, wobei die Reihenschaltung parallel zum Kondensator geschaltet ist und wobei der Kondensator im Gleichspannungs-Schaltkreis auf einen vorbestimmten Wert aufgeladen wird, bevor die Umrichter gestartet werden, wobei die Unterbrecherschaltereinrichtung (102) und die ersten Gleichspannungs-Schaltereinrich tungen (31) geschlossen sind, und wobei danach die Umrichter gestartet und anschließend die Unterbrecherschaltereinrichtung (102) geöffnet wird.