EP1012946A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbesserung der spannungsqualität eines unterlagerten netzteiles - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur verbesserung der spannungsqualität eines unterlagerten netzteiles

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EP1012946A1
EP1012946A1 EP98948807A EP98948807A EP1012946A1 EP 1012946 A1 EP1012946 A1 EP 1012946A1 EP 98948807 A EP98948807 A EP 98948807A EP 98948807 A EP98948807 A EP 98948807A EP 1012946 A1 EP1012946 A1 EP 1012946A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
space vector
voltage
pointer
basic
determined
Prior art date
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Ceased
Application number
EP98948807A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Weinhold
Rainer Zurowski
Leon Voss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1012946A1 publication Critical patent/EP1012946A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1807—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators
    • H02J3/1814—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators wherein al least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. unified power flow controllers [UPFC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for improving the voltage quality of a subordinate power supply unit by means of a compensation device, which has a pulse converter with at least one capacitive memory, a matching filter, a regulating and control device and a feed device, this compensation device using a transformer in series is connected to the network.
  • This compensation device which is also called SIPCON S, is switched directly into the load flow.
  • This compensation device an additional voltage is added to the mains voltage and thus the supply voltage of a load is kept constant (subordinate power supply unit).
  • the energy fed in is taken from the voltage intermediate circuit, which is continuously fed from the mains by means of a diode rectifier as a feed device.
  • An energy store can also be provided as the feed device.
  • This compensation device can also be used to eliminate asymmetrical voltage dips or increases in the network (1- or 2-pole errors), in order to compensate for voltage increases the feed-in device must be capable of energy recovery.
  • voltage distortions in the mains voltage, which are generated by harmonics, this compensation device from the supply voltage clamping ⁇ a load have been excluded.
  • a pulse-width-modulated IGBT converter which has a DC voltage capacitor
  • the system is connected to the network using a matching filter, for example an LCL combination.
  • the type of coupling of this compensation device determines its mode of operation.
  • the serial connection type optimizes the voltage quality that is offered to a load from outside.
  • a parallel coupling method cleans up the currents that go from a load into a network. Accordingly, the compensation device with serial coupling corresponds to a controlled voltage source, whereas the compensation device with parallel coupling corresponds to a controlled current source.
  • Voltage changes in a power supply network arise e.g. due to network faults or switching operations. These can leave the permitted voltage range and thus lead to a failure of loads (e.g. voltage drop to 50% of the nominal value causes a contactor to drop or a variable-speed drive to switch off) or even to destruction of loads (overvoltage of 20%).
  • An ideal, three-phase supply network provides the consumer with three purely sinusoidal voltages with constant frequency, which are shifted by 120 ° el. From one another, and have constant, identical peak values, i.e. a pure Mitsystemrau pointer with nominal voltage as amplitude.
  • the ideal line currents for this network are proportional to the corresponding phase-to-earth line voltage in each line, the proportionality factor being the same in all three lines and constant for stationary loads. Then a desired amount of energy or active power is transmitted with the minimum collective effective current value and thus with the lowest possible utilization of the network. These currents are defined as active currents.
  • Such an ideal consumer behaves stationary for the supply network like a three-phase, symmetrical ohmic resistor.
  • reactive currents Every consumer who deviates from this behavior causes electricity components that do not contribute to the active power transmission. These are called reactive currents.
  • these reactive currents include the harmonic currents (including a DC component), the frequency of which is a multiple of the mains frequency, the fundamental harmonic displacement reactive currents, which arise due to the phase shift between the mains voltage fundamental oscillation and the mains current fundamental oscillation, and the fundamental oscillation counter-system currents that arise asymmetrical loads can be attributed.
  • the harmonic currents are generally in harmonic (total harmonic frequency ganzbaumi ⁇ multiple of the mains frequency), Inter harmonic (harmonic frequency rational multiple of the mains frequency) and quasi harmonic (harmonic frequency irratio- dimensional multiple of the mains frequency) divided.
  • the mains voltage is made up of the desired fundamental component with nominal amplitude and the distortion components.
  • These distortion components of the mains voltage can be differentiated as follows:
  • the invention is based on the object of specifying a method and a device for improving the voltage quality of a subordinate power supply unit.
  • distorted mains voltage components from this subordinate power supply unit for example a load
  • the compensation device must feed these components in series by means of a transformer between the network and the load.
  • a -voltage space vector initially to be compensated not idea ⁇ len voltage components identifies.
  • Ten of these identifiable ⁇ unwanted voltage components is calculated at least transmission ratio space vector ⁇ a base, then with an appropriate compensator voltage space vector at the output of the pulse converter of the compensation device is generated.
  • a mains voltage space pointer with undesired voltage components is converted into a mains voltage target space pointer.
  • mains voltage space pointer only has one co-system space pointer of the subordinate power supply unit with nominal voltage as amplitude (ideal supply network), little at least a corresponding base transfer ratio space pointer are generated.
  • a partial ⁇ is tragungs staple space vector determined for an active power transfer and is superimposed at least the Basisübertragungsdorf- space vector. This not only keeps unwanted voltage components away from the superimposed power supply, it also causes an active power exchange and thus the regulation of the DC link voltage of the pulse converter.
  • a correction value is added to the setpoint system voltage, which is determined as a function of a determined reactive vibration displacement reactive power and a constant. This compensates for the drop in voltage at the coupling filter and at the transformer, which is caused by a load current component of the fundamental oscillation system.
  • the control device of the pulse converter has a device for determining a basic transmission ratio space vector, which has on the input side a positive and negative channel, which is followed by a computing device. Using these two channels, a positive and negative system deviation is determined, from which the computing device then uses the computing device as a function of the DC link voltage of the pulse converter and a transformer ratio of the basic transmission ratio. Room pointer is determined.
  • this base transmission ⁇ ratio space vector of the pulse current converter generates a compensator voltage space vector, whereby the line voltage space vector in the underlying power supply only a positive sequence space vector with nominal voltage than amplitude.
  • the ascertained minor and negative system deviations are each a measure of the existing distortion components in the mains voltage, which are kept away from the subordinate power supply unit.
  • the transmission ratio space vector is composed of the basic transmission ratio space vector and at least one partial transmission ratio space vector, with which harmonics of the co-and counter system can be compensated.
  • three additional controllers are required to compensate for the distortion voltage components of the fundamental oscillation counter system, 5th harmonic of the counter system and 7th harmonic of the co-system of the mains voltage.
  • Each controller calculates a partial transmission ratio space vector from a determined voltage space vector, for example a load voltage space vector, which is added to an overall transmission ratio space vector.
  • the basic oscillation counter-system Istra space pointer is determined from the difference between the mains voltage space vector and an identified basic vibration I-system Istra space pointer. Since the mains voltage space pointer is used for this determination without any further operation, the fundamental vibration iso space pointer is obtained immediately without a time delay. As a result, this device for determining a basic transmission ratio space vector has very high dynamics. However, the difference is not only used to obtain the fundamental oscillation counter-system Istra space pointer, but also any harmonics of the mains voltage that may be present. If the basic oscillation counter-system Istra space pointer is identified in the same way as the basic oscillation with system Istra space vector from the mains voltage space vector, this device ⁇ for determining a basic transmission ratio space vector loses vital dynamics.
  • a device for determining a partial transmission ratio space vector for an active power transfer is provided in the control device of the pulse converter.
  • This device effects an active power exchange, as a result of which the intermediate circuit voltage of the pulse converter is regulated to a setpoint.
  • a compensator current space pointer is fed to this device, from which a frequency system, for example the fundamental oscillation co-system, is identified by means of a discrete Fourier transformation and an inverse discrete Fourier transformation.
  • This identified space vector is then multiplied by a manipulated variable of a DC link voltage control loop.
  • the partial transfer ratio space pointer thus obtained is added to at least the basic transfer ratio space pointer to form an overall transfer ratio space pointer.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the known compensation device
  • FIG. 2 shows a block diagram of the pulse converter of the compensation device according to FIG
  • FIG 3 shows the structure of a controller for generating ei ⁇ nes total transmission ratio space vector, in which
  • FIG. 5 shows a first control structure for generating a basic transfer ratio space vector
  • FIG. 6 shows a second control structure for generating a base transfer ratio space vector
  • FIG. 1 shows a block diagram of a known compensation device 2, which has been presented in the company magazine mentioned at the beginning with the title "EV Report - Information of the area of energy transmission and distribution”.
  • This compensation device 2 has a pulse converter 4 with at least one capacitive memory 6, a feed-in converter 8 as a feed-in device and a transformer 10, which is also referred to as a coupling transformer.
  • the feed-in converter 8 is connected on the AC voltage side to a transmission line 12 which connects a supply network 14 to a subordinate power supply unit, for example a non-linear consumer 16.
  • this feed-in converter 8 is electrically connected in parallel to the capacitive memory 6 of the pulse converter 4.
  • a pulse converter can also be provided as the feed device 8, as a result of which this feed device 8 can be regenerated.
  • a capacitive or an inductive energy store can be provided as the feed device 8.
  • the pulse converter 4 is again serially by means of the transformer 10 in the icoslei ⁇ tung 12 involved.
  • An intermediate circuit power is supplied to the capacitive memory 6 by means of the feed converter 8.
  • the type of feed converter results from the active power transfer request to the intermediate circuit of the pulse converter 4. If only the voltage of a passive consumer 16 is to be supported, a diode bridge as a feed converter 8 is sufficient since the pulse converter 4 only has to deliver active power. If active power is supplied from the intermediate circuit of the pulse converter 4 to the network 14, a regenerative converter is required as the feed converter 8.
  • FIG. 2 shows the pulse converter 4 of the compensation device 2 in more detail.
  • this pulse converter 4 has a regulating and control device 18 (software) and an adaptation filter 20.
  • the adaptation filter 20 is here represented by an inductance L ⁇ , whereas this adaptation filter 20 is specified in detail in the company magazine mentioned at the beginning.
  • the regulating and control device 18 has a regulating device 22 for determining a transmission ratio space vector u and a pulse width modulator 24 which
  • the transmission ratio space vector ü is the manipulated variable of the pulse
  • the regulating and control device 18 are a mains voltage space pointer UN; a voltage-Rau pointer u L of the underlying Power supply 16, a compensator current space vector i ⁇ and one
  • Space pointers u N , u and i ⁇ are generated by means of a space pointer ⁇ ->-> transformation device from measured conductor voltages, consumer voltages and compensator currents.
  • the line voltage u N is made up of the desired fundamental-vibration system component u N , ⁇ + with nominal
  • the compensation device 2 must feed these components u N , v + serially by means of the coupling transformer 10 between the network 14 and the consumer 16.
  • the network voltage space vector u N is first used
  • the regulating and control device 10 has a separate controller 26, 28, 30, 32, 34 and 36, the outputs of which are linked to a summation point 38.
  • the structure of the controller 26 is shown in more detail in FIG. 5 and FIG. 6, whereas the controllers 28, 30, 32, 34 and 36 are shown in more detail by a representative control structure of FIG. 4.
  • the controller 26 is the determined net support ⁇ -voltage space vector u N, and the parameters positive sequence voltage command
  • the compensator current space vector i ⁇ is also supplied.
  • Controllers 28 to 36 each have a voltage Rau pointer u of the subordinate power supply unit 16 supplied.
  • Each controller 26 to 36 calculates from its input signal a partial transmission ratio space vector ü, üj-, Ü5-, ü 7+ , un- and üi3 +,
  • the controller 26 calculates the basic transfer ratio space pointer as a partial transfer ratio space pointer
  • the controller 28 calculates a partial transmission ratio space vector to compensate for a basic vibration
  • the controllers 28, 30, 32, 34 and 36 which generate the partial transfer ratio space pointers üi-, Ü5-, Ü-7 +, ün- and üi3 +, differ in the ordinal number v of the harmonics and whether they are in the middle - (+) or negative system (-) occur. Therefore, 28, ..., 36 a generalized control structure in FIG 4 in more detail Darge ⁇ represents.
  • this control structure On the input side, this control structure has a device 40 for forming a complex Fourier coefficient C v + or C v -, which is followed by a PI controller 42. On the output side, this PI controller 42 is equipped with a device 44 for forming a partial transmission ratio space vector ü v + or ü v -
  • the device 40 has a complex multiplier 46 with a downstream averager 48, an input of this complex multiplier 46 being connected to an output of a unit space vector 50.
  • At the second input of this complex multiplier 46 is a line voltage space vector u of the lower-level power supply unit
  • the output signal of the I controller 42 is by means of a further complex multiplier 52 with the unit space vector e
  • the unit space pointer e is surrounded by a whiten unit space vector 54 is formed.
  • the product of this multiplication is a partial transfer ratio space pointer ü v , or ü v -.
  • the I controller 42 changes the amount
  • a controller 28, ..., 36 must be provided for each harmonic to be compensated.
  • FIG. 5 shows a first control structure of the controller 26, at the output of which a basic transmission ratio space vector b
  • this controller 26 has a positive and negative system channel 56 and 58, which are linked on the output side to a computing unit 60.
  • the co-system channel 56 has on the input side a device 62 for discrete Fourier transformation, which is followed by a device 64 for inverse discrete Fourier transformation.
  • the structure of this device 62 corresponds to the structure of the device 40 for forming a complex Fourier coefficient
  • a mains voltage space vector u N is used here.
  • the device 64 corresponds to the device 44 in FIG. 4. At the output of the device 64, there is a basic oscillation with system Istra space pointer u N , ⁇ +.
  • the output of the device 64 is on the one hand with an inverting input of a comparator 66 and on the other hand via a device 68 for forming a fundamental vibration Mitsystem target space pointer u N , ⁇ + s o i ⁇ connected to a non-inverting input of this comparator 66.
  • the device 68 for forming a basic oscillation with a system target space indicator U N , I + SOII has an absolute value generator
  • the amount generator 70 is arranged on the input side of this device 68 and linked on the input side to an output of the device 64. On the output side, this amount generator 70 is connected to the reciprocal generator 72, which on the output side is linked to a first input of the multiplier 74. The second input of this multiplier 74 is linked to the output of the device 64. On the output side, this multiplier 74 is linked to a first input of the second multiplier 76, whereas a predetermined setpoint system voltage UNSOII is present at its second input. At the output of this second multiplier 76 there is the fundamental oscillation mitsystem
  • the opposite system channel 58 has only the device 62 and 64 and a comparator 78. These two devices 62 and 64 are also electrically connected in series. On the output side, the device 64 is connected to the non-inverting input of this comparator 78, a basic oscillation counter-system target space vector u N , ⁇ -soi ⁇ being present at the inverting input. The value of this target space pointer
  • This comparator 78 can therefore be dispensed with.
  • a total deviation ⁇ u D , ⁇ is formed from the deviations u ⁇ D , ⁇ + and -u> D , ⁇ -, which are converted on the converter side of the coupling transformer 10 and fed to the summation point 38 as the basic transfer ratio space vector u b becomes.
  • the fundamental oscillation system of the mains voltage u N is initially identified by means of this fundamental oscillation controller 26.
  • This identified space vector u N , ⁇ + is replaced by its
  • This unit space pointer e N , ⁇ + is with
  • FIG. 1 An advantageous embodiment of the fundamental vibration controller 26 is shown in more detail in FIG. This embodiment differs from the embodiment according to FIG. 5 in that the opposing system channel 58 no longer has any devices 62 and 64.
  • a comparator 88 is provided instead. At the non-inverting input of this comparator 88 there is a mains voltage space vector u N and at the inverting input of this comparator 88 the identified fundamental oscillation with-system system space vector u N , ⁇ + is present. The outcome of this comparison
  • the outputs of the co-system and counter-system channels 56 and 58 are each provided with a multiplier 90 and 92, one at the second inputs of each
  • Rotation angle e l ⁇ and e ⁇ j ⁇ is present, with which the dead time of the dis crete bill is compensated. Since the rotation angle e ⁇ 3 is correct only for the fundamental wave negative phase sequence system, the harmonics in the system by means of the counter-channel 58 ermit ⁇ telten space vector u N ⁇ - not compensated, but change
  • Embodiment of the fundamental vibration controller 26 has a very high dynamic range.
  • the co-system channel 56 also has a device 94 for determining a correction value u N or.
  • This device 94 has a ⁇ output side, a means 96 for determining a basic vibration displacement reactive power Q L and on the output side two multipliers 98 to 100.
  • the device 96 for determining a basic vibration displacement reactive power Q L has a computing device 102 for determining an instantaneous power q L , also referred to as transverse reactive power, and a downstream mean value generator 104.
  • This averager 104 forms an average of the transversal reactive power q L over a network period.
  • the transversal reactive power q L is calculated by means of the computing device 102 from the identified fundamental-vibration co-system Istra space vector u N , ⁇ + and a complex conjugate compensator current space vector i ⁇ *.
  • FIG. 7 shows the control structure of a further control device 106, with which a partial transfer ratio space vector u w , v + is generated for an active power transfer.
  • This control device 106 has a device 62 for discrete Fourier transformation, a device 64 for inverse discrete Fourier transformation, an intermediate circuit voltage control circuit 108 and two multipliers 110 and 112.
  • the two devices 62 and 64 are electrically connected in series and are arranged on the input side of this control device 106.
  • the device 64 is connected by means of the multiplier 110 to an input of the multiplier 112 arranged on the output side.
  • the second input of the multiplier 110 is linked to the output of the intermediate circuit voltage control circuit 108.
  • the intermediate circuit voltage control circuit has a comparator 114 and a voltage regulator 116.
  • this comparator 114 At the non-inverting input of this comparator 114 there is a DC link voltage setpoint V dcsoll and at the inverting input of this comparator 114 an intermediate circuit voltage actual value V dc .
  • the voltage difference ⁇ V dc formed is by means of the voltage regulator 116 corrected.
  • an I-controller is pre ⁇ .
  • Compensator current space vector i ⁇ is by means of a discrete
  • V dcy multiplied which is present at the output of the voltage regulator 116.
  • the amplitude of the space vector present at the output of the multiplier 110 is the output variable V dcy of the voltage regulator 116, the input variable ⁇ V dc of which is the difference between the desired intermediate circuit voltage V dcso n and the measured intermediate circuit voltage V dc .
  • a compensation device 2 with serial coupling this compensation device having a pulse converter 4 with at least one capacitive memory 6, the voltage quality of a subordinate power supply unit 16, which has several loads.
  • Ver ⁇ improving the voltage quality of the underlying network ⁇ part 16 individually or be performed in any combination with each other simultaneously. These measures include active filtering of mains voltage harmonics, dynamic and stationary compensation of voltage dips and fluctuations and blocking a ripple control signal.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Spannungsqualität eines unterlagerten Netzteils (16) mittels einer Kompensationseinrichtung (2) mit einem mittels eines Ankoppeltransformators (10) seriell in einer Übertragungsleitung (12) eingebundenen Pulsstromrichter (4). Erfindungsgemäss werden Mit- und Gegensystem-Abweichungen (uD,1+/-) ermittelt, aus denen ein Basisübertragungsverhältnis-Raumzeiger (üb) erzeugt wird, aus dem mittels der Zwischenkreisspannung (Vdc) des Pulsstromrichters (4) Steuersignale (S nu ) für diesen generiert werden, so dass eine Kompensatorspannung (uK) seriell in die Übertragungsleitung (12) eingekoppelt wird. Somit wird aus einer verzerrten Netzspannung (uN) eine Netzspannung (uN) eines idealen Versorgungsnetzes (14) für ein unterlagertes Netzteil (16) generiert.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Spannungsqua¬ lität eines unterlagerten Netzteiles
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Spannungsqualität eines unterlagerten Netzteiles mittels einer Kompensationseinrichtung, die einen Pulsstromrichter mit wenigstens einem kapazitiven Speicher, einen Anpaßfilter, eine Regel- und Steuereinrichtung und eine Einspeiseeinrichtung aufweist, wobei diese Kompensationseinrichtung mittels eines Transformators seriell ans Netz gekoppelt ist.
Eine derartige Kompensationseinrichtung ist aus dem Aufsatz
"Netzqualität im Griff" abgedruckt in der Zeitschrift "EV Report - Information des Bereichs Energieübertragung und - Verteilung", der Firma Siemens, Seiten 16 bis 18, 1996, Bestell-Nr. E50001-U700-R964, bekannt. Diese Kompensationsein- richtung, die auch mit SIPCON S bezeichnet wird, wird direkt in den Lastfluß hineingeschaltet. Mittels dieser Kompensationseinrichtung wird eine zusätzliche Spannung auf die Netzspannung addiert und somit die Versorgungsspannung einer Last konstant (unterlagertes Netzteil) gehalten. Die dabei einge- speiste Energie wird aus dem Spannungszwischenkreis entnommen, der laufend mittels eines Diodengleichrichters als Einspeiseeinrichtung aus dem Netz gespeist wird. Als Einspeiseeinrichtung kann auch ein Energiespeicher vorgesehen sein. Mittels dieser Kompensationseinrichtung können auch unsymme- trische Spannungseinbrüche oder -erhöhungen (1- oder 2-polige Fehler) im Netz eliminiert werden, wobei zur Kompensation von Spannungserhöhungen die Einspeiseeinrichtung rückspeisefähig ausgeführt sein muß. Außerdem können Spannungsverzerrungen in der Netzspannung, die durch Oberschwingungen erzeugt werden, mit dieser Kompensationseinrichtung von der Versorgungsspan¬ nung einer Last ferngehalten werden.
Diesem Aufsatz kann auch entnommen werden, daß als Pulsstrom- richter dieser Kompensationseinrichtung ein pulsweitenmodu- lierter IGBT-Stromrichter, der einen Gleichspannungskondensa- tor aufweist, vorgesehen ist. Die Anbringung ans Netz erfolgt über ein Anpaßfilter, beispielsweise eine LCL-Kombination. Die Ankoppelart dieser Kompensationseinrichtung bestimmt sei- ne Wirkungsweise. Die serielle Ankoppelungsart optimiert die Spannungsqualität, die einer Last von außen angeboten wird. Demgegenüber bereinigt eine parallele Ankoppelart die Ströme, die von einer Last in ein Netz gehen. Dementsprechend entspricht die Kompensationseinrichtung mit serieller Ankopplung einer gesteuerten Spannungsquelle, wogegen die Kompensationseinrichtung mit paralleler Ankopplung einer gesteuerten Stromquelle entspricht.
Spannungsveränderungen in einem Energieversorgungsnetz ent- stehen z.B. durch Netzfehler oder Schalthandlungen. Diese können den erlaubten Spannungsbereich verlassen und somit zu einem Ausfall von Lasten (z.B. Spannungseinbruch auf 50 % des Nennwertes bewirkt einen Abfall eines Schützes oder das Abschalten eines drehzahlveränderlichen Antriebs) oder sogar zu einer Zerstörung von Lasten (Überspannung von 20 %) führen.
Für einen störungsfreien Betrieb ist es daher notwendig, diese Netzspannungsveränderungen zu kompensieren. Studien haben gezeigt, daß die häufigste Ursache von Spannungseinbrüchen Fehler in den Übertragungs- und Verteilnetzen sind. Die Zeit- dauer bis zur Fehlererkennung kann zwischen einigen Perioden und einigen Sekunden liegen. Diese Spannungseinbrüche (z.B. unter 70 % für einige Perioden) können automatisierte Prozesse stören, da die Funktion von Computern, Robotern und Antrieben stark von der Spannungsqualität abhängen. Der zunehmende Einsatz von nichtlinearen Verbrauchern (insbesondere Diodengleichrichter, wie sie sich z.B. in Netz¬ teilen von PCs, Fernsehgeräten, ... befinden) in Energiever¬ sorgungsnetzen verzerrt die Spannung zunehmend. Ihre Ströme sind nämlich stark oberschwingungsbehaftet und rufen an den Netzimpedanzen Spannungsabfälle hervor, die sich der ursprünglich sinusförmigen Netzspannung überlagern. Diese Span¬ nungsverzerrungen können bei zu großen Werten zur Überlastung von Netzbetriebsmitteln (z.B. Trafos, Kompensationsanlagen) führen und den geordneten Betrieb von anderen Verbrauchern stören.
Von Energieversorgungsunternehmen und nationalen Arbeitsgruppen (beispielsweise IEC) wurden daher Empfehlungen bezüglich der maximal zulässigen Spannungsverzerrung erlassen, die ein Verbraucher hervorrufen darf. Diese Empfehlungen haben als Grundlage für die seit Januar 1996 in Kraft getretenen EN- Normen gedient. Es wurden z.B. sogenannte Verträglichkeitspegel für einzelne Harmonische in Niederspannungsnetzen fest- gelegt. Gerätehersteller müssen ihre Produkte so entwickeln, daß noch bei diesen Verzerrungswerten Geräte störungsfrei funktionieren. Energieversorgungsunternehmen müssen dafür sorgen, daß die Verträglichkeitspegel in ihren Netzen nicht überschritten werden.
Allerdings hat die Netzspannungsverzerrung in vielen Netzen bereits den Verträglichkeitspegel erreicht und eine weitere Erhöhung wird erwartet. Deshalb ist es wichtig, empfindliche Geräte gegen vorhandene Oberschwingungen der Netzspannung zu schützen. Zu diesem Problemkreis gehört auch das unerwünschte Absaugen eines Rundsteuersignals in unterlagerte Netzteile.
Bislang wird das Problem der Netzspannungsoberschwingungen und des Absaugen eines Rundsteuersignals mit konventionellen Sperrfilterkreisen gelöst. Seit Mitte der 80er Jahre sind auch aktive Filter im Einsatz, deren Regelverfahren sowohl im Zeit- als im Frequenzbereich arbeiten. Im Konferenzbericht mit dem Titel "New Trends in Active Filters" von H. Akagi, abgedruckt in "Conference Proceedings of EPE '95" in Sevilla, Seiten 0.017 bis 0.026 werden verschiedene aktive Filter vor¬ gestellt .
Ein ideales, dreiphasiges Versorgungsnetz stellt dem Verbraucher drei rein sinusförmige Spannungen mit konstanter Fre- quenz zur Verfügung, die um 120° el. zueinander verschoben sind, und konstante, identische Scheitelwerte besitzen, d.h. einen reinen Mitsystemrau zeiger mit Nennspannung als Amplitude. Die idealen Netzströme für dieses Netz sind in jedem Strang proportional zur entsprechenden Leiter-Erde- Netzspannung, wobei der Proportionalitätsfaktor in allen drei Strängen gleich und bei stationären Lasten konstant ist. Dann nämlich wird eine gewünschte Energiemenge bzw. Wirkleistung mit dem minimalen kollektiven Stromeffektivwert und somit mit der geringstmöglichen Auslastung des Netzes übertragen. Diese Ströme werden als Wirkströme definiert. Ein solcher idealer Verbraucher verhält sich stationär für das Versorgungsnetz wie ein dreiphasiger, symmetrischer ohmscher Widerstand.
Jeder Verbraucher, der von diesem Verhalten abweicht, verur- sacht Stromanteile, die nichts zur Wirkleistungsübertragung beitragen. Diese werden als Blindströme bezeichnet. Unter der Voraussetzung, daß die Versorgungsspannungen näherungsweise dem obengenannten Idealfall entsprechen, beinhalten diese Blindströme die Oberschwingungsströme (einschließlich eines Gleichanteils) , deren Frequenz ein Vielfaches der Netzfrequenz sind, die Grundschwingungsverschiebungsblindströme, die durch die Phasenverschiebung zwischen Netzspannungsgrundschwingung und Netzstromgrundschwingung entstehen und die Grundschwingungsgegensystemströme, die auf unsymmetrische La- sten zurückzuführen sind. Die Oberschwingungsströme werden allgemein in Harmonische (Oberschwingungsfrequenz ganzzahli¬ ges Vielfaches der Netzfrequenz) , Interharmonische (Oberschwingungsfrequenz rationales Vielfaches der Netzfrequenz) und Quasiharmonische (Oberschwingungsfrequenz irratio- nales Vielfaches der Netzfrequenz) eingeteilt.
Diese Blindstromkomponenten führen zu einem unerwünschten Spannungsabfall an den Netzimpedanzen und verursachen verzerrte Netzspannungen für andere Lasten. Ebenso rufen stati- stisch (nicht periodisch) geschaltete Verbraucher oder Netzfehler verzerrte Spannungen für andere Lasten hervor.
Im allgemeinen setzt sich die Netzspannung aus dem erwünschten Grundschwingungs-Mitsystemanteil mit Nennwertamplitude und den Verzerrungsanteilen zusammen. Diese Verzerrungsanteile der Netzspannung lassen sich folgendermaßen unterscheiden:
1. Oberschwingungsanteile im weiteren Sinne (Harmonische, Interharmonische, Quasiharmonische)
2. Grundschwingungs-Gegensystem 3. Differenz der Amplitude des Grundschwingungs- Mitsystems zum Nennwert
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Spannungsqualität eines unterlagerten Netzteiles anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. Anspruch 7.
Um die Spannungsqualität eines unterlagerten Netzteiles zu verbessern, müssen verzerrte Netzspannungsanteile von diesem unterlagerten Netzteil, beispielsweise eine Last, ferngehalten werden. Dazu muß die Kompensationseinrichtung diese Anteile seriell mittels eines Transformators zwischen Netz und Last einspeisen. Zu diesem Zweck werden aus einem Netzspan- nungs-Raumzeiger zunächst die zu kompensierenden, nicht idea¬ len Spannungsanteile identifiziert. Aus diesen identifizier¬ ten unerwünschten Spannungsanteilen wird zumindest ein Basis¬ übertragungsverhältnis-Raumzeiger berechnet, mit dem dann ein entsprechender Kompensatorspannungs-Raumzeiger am Ausgang des Pulsstromrichters der Kompensationseinrichtung generiert wird. Mittels diesem Kompensatorspannungs-Raumzeiger wird ein Netzspannungs-Raumzeiger mit unerwünschten Spannungsanteilen in einen Netzspannungs-Sollraumzeiger überführt.
Aus der Veröffentlichung "Shunt-Connected Power Conditioner for Improvement of Power Quality in Distribution Networks", abgedruckt in "International Conference on Harmonics and Quality of Power", Las Vegas, October 16-18, 1996, ist ein Steu- erverfahren für eine Kompensationseinrichtung mit paralleler Ankopplung bekannt. Diesem Konferenzbericht ist zu entnehmen, daß der Kompensatorspannungs-Raumzeiger aus der am kapazitiven Speicher abfallenden Spannung und einem Übertragungsverhältnis-Raumzeiger berechnet wird. Außerdem ist diesem Be- rieht zu entnehmen, daß der Übertragungsverhältnis-Raumzeiger aus mehreren Teilverhältnis-Raumzeigern zusammengesetzt werden kann. Ferner ist angegeben, wie die Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger bestimmt werden. Wie eingangs erwähnt, verhält sich eine Kompensationseinrichtung mit paralleler An- kopplung wie eine gesteuerte Stromquelle und eine Kompensationseinrichtung mit serieller Ankopplung wie eine gesteuerte Spannungsquelle. Somit kann das Regelverfahren für diese bekannte Ko pensationseinrichtung nicht auf eine Kompensationseinrichtung mit serieller Ankopplung angewendet werden.
Die genannten Verzerrungsanteile der Netzspannung können einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander eliminiert werden. Damit der Netzspannungs-Raumzeiger nur einen Mitsystem-Raumzeiger des unterlagerten Netzteils mit Nennspannung als Amplitude (ideales Versorgungsnetz) aufweist, muß wenig- stens ein dementsprechender Basisübertragungsverhältnis- Raumzeiger erzeugt werden.
Bei einem vorteilhaften Verfahren werden einzelne Harmonische des Mit- und/oder Gegensystems eliminiert, indem dementspre- chende Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger gemäß Anspruch 2 ermittelt werden, die dann dem Basisübertragungsverhältnis- Raumzeiger aufaddiert werden.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird ein Teilüber¬ tragungsverhältnis-Raumzeiger für einen Wirkleistungstransfer ermittelt und wenigstens dem Basisübertragungsverhältnis- Raumzeiger überlagert. Somit werden nicht nur unerwünschte Spannungsanteile vom überlagerten Netzteil ferngehalten, son- dern es bewirkt auch einen Wirkleistungsaustausch und damit die Regelung der Zwischenkreisspannung des Pulsstromrichters.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird der Mitsystem-Sollspannung ein Korrekturwert aufaddiert, der in Abhän- gigkeit einer ermittelten Grundschwingungsverschiebungsblind- leistung und einer Konstante ermittelt wird. Dadurch wird der Spannungsabfall am Ankoppelfilter und am Transformator kompensiert, der durch einen Laststromanteil des Grundschwin- gungs-Mitsystems hervorgerufen wird.
Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Regeleinrichtung des Pulsstromrichters eine Einrichtung zur Ermittlung eines Basisübertragungsverhältnis-Raumzeigers auf, die eingangsseitig einen Mit- und Gegensystem-Kanal aufweist, denen eine Recheneinrichtung nachgeschaltet ist. Mittels dieser beiden Kanäle wird eine Mit- und Gegensystem-Abweichung ermittelt, aus denen dann mit Hilfe der Recheneinrichtung in Abhängigkeit der Zwischenkreisspannung des Pulsstromrichters und eines Transformator- Übersetzungsverhältnisses der Basisübertragungsverhältnis- Raumzeiger ermittelt wird. Mittels diesem Basisübertragungs¬ verhältnis-Raumzeiger generiert der Pulsstromrichter einen Kompensatorspannungs-Raumzeiger, wodurch der Netzspannungs- Raumzeiger im unterlagerten Netzteil nur noch ein Mitsystem- Raumzeiger mit Nennspannung als Amplitude ist. Die ermittel¬ ten Mit- und Gegensystem-Abweichungen sind jeweils ein Maß für die vorhandenen Verzerrungsanteile in der Netzspannung, die vom unterlagerten Netzteil ferngehalten werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung setzt sich der Übertragungsverhältnis-Raumzeiger aus dem Basisübertragungsverhältnis-Raumzeiger und wenigstens einem Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger zusammen, mit denen Harmonische des Mit- und Gegensystems kompensiert werden können. D.h., man benötigt beispielsweise drei weitere Regler, um die Ver- zerrungsspannungsanteile Grundschwingungsgegensystems, 5. Harmonische des Gegensystems und 7. Harmonische des Mitsystems der Netzspannung zu kompensieren. Jeder Regler berechnet aus einem ermittelten Spannungs-Raumzeiger, beispielswei- se einem Lastspannungs-Raumzeiger, einen Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger, der zu einem Gesamtübertragungsverhält- nis-Raumzeiger addiert wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorrich- tung wird der Grundschwingungs-Gegensystem-Istraumzeiger aus der Differenz des Netzspannungs-Raumzeigers und eines identifizierten Grundschwingungs-Mitsystem-Istraumzeigers ermittelt. Da der Netzspannungs-Raumzeiger ohne weitere Operation zu dieser Ermittlung herangezogen wird, erhält man den Grund- schwingungs-Istraumzeiger unmittelbar ohne Zeitverzögerung. Dadurch weist diese Einrichtung zur Ermittlung eines Basisübertragungsverhältnis-Raumzeigers eine sehr hohe Dynamik auf. Allerdings erhält man durch die Differenzbildung nicht nur den Grundschwingungs-Gegensystem-Istraumzeiger, sondern auch eventuell vorhandene Oberschwingungen der Netzspannung. Wird der Grundschwingungs-Gegensystem-Istraumzeiger genauso wie der Grundschwingungs-Mitsystem-Istraumzeiger aus dem Netzspannungs-Raumzeiger identifiziert, verliert diese Ein¬ richtung zur Ermittlung eines Basisübertragungsverhältnis- Raumzeigers entscheidend an Dynamik.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist eine Einrichtung zur Ermittlung eines Teilübertragungsverhältnis-Raumzeigers für einen Wirkleistungstransfer in der Regeleinrichtung des Pulsstromrichters vorgesehen.
Diese Einrichtung bewirkt einen Wirkleistungsaustausch, wodurch die Zwischenkreisspannung des Pulsstromrichters auf einen Sollwert geregelt wird. Dazu ist dieser Einrichtung ein Kompensatorstro -Raumzeiger zugeführt, aus der mittels einer diskreten Fouriertransfor ation und einer inversen diskreten Fouriertransformation ein Frequenzsystem, beispielsweise das Grundschwingungs-Mitsystem, identifiziert wird. Anschließend wird dieser identifizierte Raumzeiger mit einer Stellgröße eines Zwischenkreisspannungs-Regelkreises multipliziert. Der so erhaltene Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger wird wenigstens mit dem Basisübertragungsverhältnis-Raumzeiger zu einem Gesamtübertragungsverhältnis-Raumzeiger addiert.
Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbesserung der Spannungsqualität eines unterlagerten Netzteils mittels einer Kompensationseinrichtung mit einem Pulsstromrichter wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch veranschaulicht ist.
FIG 1 zeigt ein Blockschaltbild der bekannten Kompensationseinrichtung, die FIG 2 zeigt ein Blockschaltbild des Pulsstromrichters der Kompensationseinrichtung nach FIG 1, die FIG 3 zeigt den Aufbau eines Reglers zur Generierung ei¬ nes Gesamtübertragungsverhältnis-Raumzeigers, wobei in
FIG 4 eine bekannte Regelstruktur zur Generierung eines Teilübertragungsverhältnis-Raumzeigers dargestellt ist, die
FIG 5 zeigt eine erste Regelstruktur zur Generierung eines Basisübertragungsverhältnis-Raumzeigers, wogegen die FIG 6 eine zweite Regelstruktur zur Generierung eines Basisübertragungsverhältnis-Raumzeigers darstellt und die
FIG 7 zeigt eine Regelstruktur zur Generierung eines
Teilübertragungsverhältnis-Raumzeigers für einen Wirkleistungstransfer.
Die FIG 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bekannten Kompensationseinrichtung 2, die in der eingangs genannten Firmenzeitschrift mit dem Titel "EV Report - Information des Bereichs Energieübertragung und -Verteilung" vorgestellt worden ist.
Diese Kompensationseinrichtung 2 weist einen Pulsstromrichter 4 mit wenigstens einem kapazitiven Speicher 6, einen Einspeisestromrichter 8 als Einspeiseeinrichtung und einen Transformator 10, der auch als Ankoppeltransformator bezeichnet wird, auf. Der Einspeisestromrichter 8 ist wechselspannungsseitig an eine Übertragungsleitung 12 angeschlossen, die ein Versorgungsnetz 14 mit einem unterlagerten Netzteil, beispielsweise einem nichtlinearen Verbraucher 16, verbindet. Gleichspan- nungsseitig ist dieser Einspeisestromrichter 8 elektrisch parallel zum kapazitiven Speicher 6 des Pulsstromrichters 4 geschaltet. Als Einspeiseeinrichtung 8 kann auch ein Pulsstromrichter vorgesehen sein, wodurch diese Einspeiseeinrichtung 8 rückspeisefähig ist. Außerdem kann als Einspeiseeinrichtung 8 ein kapazitiver bzw. ein induktiver Energie- Speicher vorgesehen sein. Der Pulsstromrichter 4 ist wiederum mittels des Transformators 10 seriell in die Übertragungslei¬ tung 12 eingebunden. Mittels des Einspeisestromrichters 8 wird dem kapazitiven Speicher 6 eine Zwischenkreisleistung zugeführt. Die Art des Einspeisestromrichters ergibt sich aus der Wirkleistungstransfer-Anforderung an den Zwischenkreis des Pulsstromrichters 4. Soll nur die Spannung eines passiven Verbrauchers 16 gestützt werden, ist eine Diodenbrücke als Einspeisestromrichter 8 ausreichend, da der Pulsstromrichter 4 nur Wirkleistung abgeben muß. Wird Wirkleistung aus dem Zwischenkreis des Pulsstromrichters 4 an das Netz 14 abgegeben, wird ein rückspeisefähiger Stromrichter als Einspeisestromrichter 8 benötigt.
In der FIG 2 ist der Pulsstromrichter 4 der Kompensationsein- richtung 2 ausführlicher dargestellt. Dieser Pulsstromrichter 4 weist neben der Stromrichterschaltung (Hardware) eine Regel- und Steuereinrichtung 18 (Software) und einen Anpaßfilter 20 auf. Das Anpaßfilter 20 ist hier ersatzweise durch eine Induktivität Lκ dargestellt, wogegen in der eingangs ge- nannten Firmenzeitschrift dieses Anpaßfilter 20 im Detail angegeben ist. Die Regel- und Steuereinrichtung 18 weist eine Regeleinrichtung 22 zur Bestimmung eines Übertragungsverhältnis-Raumzeigers ü und einen Pulsweitenmodulator 24 auf, der
-> durch eine unterbrochene Linie dargestellt ist. Der Übertra- gungsverhältnis-Raumzeiger ü ist die Stellgröße des Puls-
—>
Stromrichters 4, die mittels des Pulsweitenmodulators 24 in Steuersignale Sv für diesen Pulsstromrichter 4 umgewandelt wird. Der Aufbau der Regeleinrichtung 16 ist in der FIG 3 näher dargestellt. Dieser Pulsstromrichter 4 ist mittels des Transformators 10 seriell in der Ubertragungsleitung 12 eingebunden.
Der Regel- und Steuereinrichtung 18 sind ein Netzspannungs- Raumzeiger UN; ein Spannungs-Rau zeiger uL des unterlagerten Netzteils 16, ein Kompensatorstrom-Raumzeiger iκ und eine
->
Zwischenkreisspannung Vdc = 2Ed, die an den beiden kapazitiven
Speichern 6 des Pulsstromrichters 4 abfällt, zugeführt. Diese
Raumzeiger uN, u und iκ werden mittels einer Raumzeiger- ~ —> —> Transformationseinrichtung aus gemessenen Leiterspannungen, Verbraucherspannungen und Kompensatorströmen generiert. Im allgemeinen setzt sich die Netzspannung uN aus dem erwünschten Grundschwingungs-Mitsystemanteil uN,τ+ mit Nenn-
— wertamplitude und den Verzerrungsanteilen uN,v+ zusammen. Um
— verzerrte Netzspannungsanteile uN,v+ von dem Verbraucher 16
-> fernzuhalten, muß die Kompensationseinrichtung 2 diese Anteile uN,v+ seriell mittels des Ankoppeltransformators 10 zwi- sehen Netz 14 und Verbraucher 16 einspeisen. Zu diesem Zweck werden aus dem Netzspannungs-Raumzeiger uN zunächst die zu
—> kompensierenden, nicht idealen Anteile uN,v+ berechnet. Aufga- be der Regeleinrichtung 22 ist es, den zur Erzeugung eines Kompensatorspannungs-Raumzeigers uκ notwendigen Gesamtüber- tragungsverhältnis-Raumzeiger ü zwischen der Zwischenkreis-
—>
Spannung Vdc und dem netzseitigen Kompensatorspannungs- Raumzeiger u κ zu bestimmen. Die Zwischenkreisspannung
—>
Vdc = 2Ed wird durch den Einspeisestromrichter 8 vorgegeben.
Um die Kompensation der nicht idealen Netzspannungskomponenten uN,v+ nach einzelnen Harmonischen, Grundschwingungsmitsy- stem und Grundschwingungsgegensystem durchführen zu können, weist die Regel- und Steuereinrichtung 10 gemäß FIG 3 für jede Komponente einen getrennten Regler 26,28,30,32,34 und 36 auf, deren Ausgänge mit einer Summationsstelle 38 verknüpft sind. Der Aufbau des Reglers 26 ist in der FIG 5 bzw. der FIG 6 näher dargestellt, wogegen die Regler 28,30,32,34 und 36 durch eine stellvertretende Regelstruktur der FIG 4 näher dargestellt sind. Dem Regler 26 ist der ermittelte Netzspan¬ nungs-Raumzeiger uN und die Parameter Mitsystem-Sollspannung
—> NSOII Zwischenkreisspannung Vdc und der Wert des Transforma- tions-Übersetzungsverhältnisses üTr als Reziprokwert zugeführt. Bei einer besonderes vorteilhaften Ausführungsform ist ebenfalls der Kompensatorstrom-Raumzeiger i κ zugeführt. Den
Reglern 28 bis 36 ist jeweils ein Spannungs-Rau zeiger u des unterlagerten Netzteils 16 zugeführt. Jeder Regler 26 bis 36 berechnet aus seinem Eingangssignal einen Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger üb, üj-, Ü5-, ü7+, un- und üi3+,
—> —» —> —> —> -> aus denen mittels der Summationsstelle 38 ein Gesamtübertra- gungsverhältnis-Raumzeiger ü gebildet wird.
— >
Der Regler 26 berechnet als Teilübertragungsverhältnis- Raumzeiger den Basisübertragungsverhältnis-Raumzeiger üb zur
Kompensation einer Grundschwingungs-Mitsystem-Spannungs- differenz. Der Regler 28 berechnet einen Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger üi- zur Kompensation einer Grundschwin-
—> gungs-Gegensystem-Spannung der Netzspannung u des unterlagerten Netzteils 16, wogegen die Regler 30 bis 36 jeweils einen Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger ü5-, ü7+, ün- und
→ - - üi3+ berechnet zur Kompensation der vier größten Harmonischen — einer Netzspannung uL des unterlagerten Netzteils 16.
Die Regler 28,30,32,34 und 36, die Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger üi-, Ü5-, Ü-7+, ün- und üi3+ generieren, unter- scheiden sich durch die Ordnungszahl v der Oberschwingungen und davon, ob diese im Mit- (+) oder Gegensystem (-) auftre- ten. Deshalb ist stellvertretend für diese Regler 28, ..., 36 eine verallgemeinerte Regelstruktur in der FIG 4 näher darge¬ stellt.
Diese Regelstruktur weist eingangsseitig eine Einrichtung 40 zur Bildung eines komplexen Fourierkoeffizienten Cv+ bzw. Cv- auf, der ein PI-Regler 42 nachgeschaltet ist. Ausgangsseitig ist dieser PI-Regler 42 mit einer Einrichtung 44 zur Bildung eines Teilübertragungsverhältnis-Raumzeigers üv+ bzw. üv-
-> → verknüpft. Die Einrichtung 40 weist einen komplexen Multipli- zierer 46 mit nachgeschaltetem Mittelwertbildner 48 auf, wobei ein Eingang dieses komplexen Multiplizierers 46 mit einem Ausgang eines Einheits-Raumzeigers-Bildners 50 verbunden ist. Am zweiten Eingang dieses komplexen Multiplizierers 46 steht ein Netzspannungs-Raumzeiger u des unterlagerten Netzteils
—> 16 an. Aus dem am Ausgang des komplexen Multiplizierers 46 anstehenden Produkt y(t) wird mittels des Mittelwertbildners 48 bezüglich einer Netzperiode ein komplexer Fourierkoeffizi- ent Cv+ bzw. Cv_, wobei v die Ordnungszahl der kompensierenden Oberschwingung und "+" bzw."-" das Mitsystem bzw. Gegensystem kennzeichnen, ermittelt. Der konjugiert komplexe Einheits-Raumzeiger e * rotiert im Mitsystem mit einer Drehfrequenz —>
+vω und im Gegensystem mit einer Drehfrequenz -vω, wobei ω die Drehfrequenz des Netzspannungsgrundschwingungs- Raumzeigers ist. Durch die Mittelwertbildung über die Netzpe- riode wird aus dem Produkt y(t) von Netzspannungs-Raumzeiger u des unterlagerten Netzteils 16 und konjugiert komplexen
—
Einheits-Raumzeiger e* der komplexe Fourierkoeffizient
Cv+ bzw. Cv- des entsprechenden Netzspannungsanteils . Das Ausgangssignal des I-Reglers 42 wird mittels eines weiteren komplexen Multiplizierers 52 mit dem Einheits-Raumzeiger e
—> multipliziert. Der Einheits-Raumzeiger e wird von einem wei- teren Einheits-Raumzeiger-Bildner 54 gebildet. Das Produkt dieser Multiplikation ist ein Teilübertragungsverhältnis- Raumzeiger üv, oder üv-. Der I-Regler 42 verändert den Betrag
→ → und den Winkel des Teilübertragungsverhältnis-Raumzeigers üv+
—> oder üv- dann so lange, bis eine entsprechende Harmonische v-
-> ter-Ordnungszahl des Mit- oder Gegensystems in der Netzspan¬ nung u des unterlagerten Netzteils 16 eliminiert ist.
Für jede zu kompensierende Oberschwingung muß ein Regler 28, ..., 36 vorgesehen werden. Zur Kompensation der Grundschwin- gungsunsymmetrie muß ein Gegensystemregler mit der Ordnungszahl v = 1 vorgesehen sein (Regler 28) .
Die FIG 5 zeigt eine erste Regelstruktur des Reglers 26, an dessen Ausgang ein Basisübertragungsverhältnis-Raumzeiger üb
—> ansteht. Dieser Regler 26 weist eingangsseitig einen Mit- und Gegensystem-Kanal 56 und 58 auf, die ausgangsseitig mit einer Recheneinheit 60 verknüpft sind. Der Mitsystem-Kanal 56 weist eingangsseitig eine Einrichtung 62 zur diskreten Fourier- transformation auf, der eine Einrichtung 64 zur inversen diskreten Fouriertransformation nachgeschaltet ist. Der Aufbau dieser Einrichtung 62 entspricht dem Aufbau der Einrichtung 40 zur Bildung eines komplexen Fourierkoeffizienten der
FIG 4, wobei anstelle des Netzspannungs-Raumzeigers uL des
—> unterlagerten Netzteils 16 hier ein Netzspannungs-Raumzeiger uN verwendet wird. Die Einrichtung 64 entspricht der Einrichtung 44 der FIG 4. Am Ausgang der Einrichtung 64 steht dann ein Grundschwingungs-Mitsystem-Istraumzeiger uN,ι+ an.
Der Ausgang der Einrichtung 64 ist einerseits mit einem in- vertierenden Eingang eines Vergleichers 66 und andererseits über eine Einrichtung 68 zur Bildung eines Grundschwingungs- Mitsystem-Sollraumzeigers uN,ι+soiι mit einem nichtinvertieren- den Eingang dieses Vergleichers 66 verbunden.
Die Einrichtung 68 zur Bildung eines Grundschwingungs- Mitsystem-Sollraumzeigers UN,I+SOII weist einen Betragsbildner
70, einen Reziprokbildner 72 und zwei Multiplizierer 74 und 76 auf. Der Betragsbildner 70 ist eingangsseitig dieser Einrichtung 68 angeordnet und eingangsseitig mit einem Ausgang der Einrichtung 64 verknüpft. Ausgangsseitig ist dieser Be- tragsbildner 70 mit dem Reziprokbildner 72 verbunden, der ausgangsseitig mit einem ersten Eingang des Multiplizierers 74 verknüpft ist. Der zweite Eingang dieses Multiplizierers 74 ist mit dem Ausgang der Einrichtung 64 verknüpft. Ausgangsseitig ist dieser Multiplizierer 74 mit einem ersten Eingang des zweiten Multiplizierers 76 verknüpft, wogegen an seinem zweiten Eingang eine vorbestimmte Mitsystem-Sollspannung UNSOII ansteht. Am Ausgang dieses zweiten Multiplizierers 76 steht der gebildete Grundschwingungs-Mitsystem-
Sollraumzeiger uN,ι+Soiι an.
->
Der Gegensystem-Kanal 58 weist nur die Einrichtung 62 und 64 und einen Vergleicher 78 auf. Diese beiden Einrichtungen 62 und 64 sind ebenfalls elektrisch in Reihe geschaltet. Ausgangsseitig ist die Einrichtung 64 mit dem nichtinvertieren- den Eingang dieses Vergleichers 78 verbunden, wobei am invertierenden Eingang ein Grundschwingungs-Gegensystem-Sollraum- zeiger uN,ι-soiι ansteht. Der Wert dieses Sollraumzeigers
—>
— u N, l-soii ist hier gleich Null . Deshalb kann auf diesen Ver- gleicher 78 verzichtet werden.
An den Ausgängen des Mit- und Gegensystem-Kanals 56 und 58 stehen eine Mit- und Gegensystem-Abweichung uD,ι+ und uD,ι-
-> → an, die mittels eines eingangsseitigen Addierers 80 der Re- cheneinheit 60 aufsummiert werden. Der Ausgang dieses Addie¬ rers 80 ist mit einem ersten Eingang eines Multiplizierers 82 verbunden, an dessen zweiten Eingang der reziproke Wert des Transformator-Übersetzungsverhältnisses üTr ansteht. Aus- gangsseitig ist dieser Multiplizierer 82 mit einem ersten Eingang eines zweiten Multiplizierers 84 verknüpft, dessen zweiter Eingang mit einem Ausgang eines zweiten Reziprokbild¬ ners 86 verbunden ist. Am Eingang dieses Reziprokbildners 86 steht der Wert 2Ed der Zwischenkreisspannung Vdc an. Mittels dieser Recheneinheit 60 werden aus den ermittelten Abweichungen u →D,ι+ und -u>D,ι- eine Gesamtabweichung →uD,ι gebildet, die auf Stromrichterseite des Ankopplungstransformators 10 umgerechnet und als Basisubertragungsverhältnis-Raumzeiger ub der Summationsstelle 38 zugeführt wird.
Mittels diesem Grundschwingungs-Regler 26 wird das Grund- schwingungs-Mitsystem der Netzspannung uN zunächst identifiziert. Dieser identifizierte Raumzeiger uN,ι+ wird durch sei-
— nen Betrag geteilt und mit diesem identifizierten Raumzeiger uN,ι+ multipliziert. Das Ergebnis ist ein Grundschwingungs- ->
Mitsystem-Einheitsraumzeiger eN,ι+, der in die Richtung des
-
Grundschwingungs-Mitsystem-Raumzeigers u N, ι+ zeigt und den
-
Betrag Eins hat. Dieser Einheits-Raumzeiger eN,ι+ wird mit
—» dem Sollwert der Mitsystemspannung uNsoιι gewichtet. Die Dif- ferenz zwischen dem gewichteten Einheits-Raumzeiger - uNsoιι • eN,ι+ und dem identifizierten Anteil uN,ι+ ergibt die vom Kompensator zu erzeugende Grundschwingungs-
Mitsystem-Spannung uκ, ι+.
Da bei dieser ersten Ausführungsform des Grundschwingungs- Reglers 26 der Grundschwingungs-Gegensystem-Istraumzeiger uN,ι- ebenfalls mittels einer diskreten Fouriertransformation
—> aus dem Netzspannungs-Raumzeiger uN identifiziert wird
(analog zum Grundschwingungs-Mitsystem-Istraumzeiger uN,ι+) ,
—> erhält man den Grundschwingungs-Gegensystem-Istraumzeiger uN/ι- ohne irgendwelche Oberschwingungen. Da jedoch der
—>
Grundschwingungs-Gegensystem-Istraumzeiger uN,ι- ebenfalls
—> mittels einer diskreten Fouriertransformation berechnet wird, ist die Dynamik dieser ersten Ausführungsform des Grund- schwingungs-Reglers 26 nicht sehr hoch.
In der FIG 6 ist eine vorteilhafte Ausführungsform des Grund- schwingungs-Reglers 26 näher dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß FIG 5 dadurch, daß der Gegensystem-Kanal 58 keine Einrichtungen 62 und 64 mehr aufweisen. An deren Stelle ist bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ein Vergleicher 88 vorgesehen. Am nichtinvertierenden Eingang dieses Vergleichers 88 steht ein Netzspannungs-Raumzeiger uN und am invertierenden Eingang dieses Vergleichers 88 der identifizierte Grundschwingungs- Mitsystem-Istraumzeiger uN,ι+ an. Der Ausgang dieses Verglei-
—> chers 88 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Vergleichers 78 verbunden. Am Ausgang dieses Vergleichers 88 steht nun ein Raumzeiger uN,ι- an, der nicht nur das Grundschwin-
—> gungs-Gegensystem enthält, sondern auch eventuell vorhandene Oberschwingungen der Netzspannung uN. In der Praxis sind das vor allem ein Gegensystem der 5. Oberschwingung und ein Mitsystem der 7. Oberschwingung.
In dieser Ausführungsform sind die Ausgänge des Mit- und Ge- gensystem-Kanals 56 und 58 jeweils mit einem Multiplizierer 90 und 92 versehen, an deren zweiten Eingängen jeweils ein
Drehwinkel elδ und e~jδ ansteht, mit dem die Totzeit der dis- kreten Rechnung kompensiert wird. Da der Drehwinkel e~3 nur für das Grundschwingungs-Gegensystem korrekt ist, werden die Oberschwingungen im mittels des Gegensystem-Kanals 58 ermit¬ telten Raumzeiger uN,ι- nicht kompensiert, sondern verändern
— diese Oberschwingungen in der Netzspannung uN.
Da jedoch das Grundschwingungs-Gegensystem aus der Differenz des Netzspannungs-Raumzeigers uN und des identifizierten
Grundschwingungs-Mitsystem-Istraumzeigers uN,ι+ berechnet wird, erhält man den Grundschwingungs-Gegensystem-Raumzeiger uN,ι- unmittelbar ohne Zeitverzögerung. Dadurch weist diese
Ausführungsform des Grundschwingungs-Reglers 26 eine sehr hohe Dynamik auf.
Gegenüber der Ausführungsform gemäß FIG 5 weist der Mitsystem-Kanal 56 außerdem eine Einrichtung 94 zur Ermittlung eines Korrekturwerte uNor auf. Diese Einrichtung 94 weist ein¬ gangsseitig eine Einrichtung 96 zur Bestimmung einer Grund- schwingungsverschiebungsblindleistung QL und ausgangsseitig zwei Multiplizierer 98 und 100 auf. Die Einrichtung 96 zur Bestimmung einer Grundschwingungsverschiebungsblindleistung QL weist eine Recheneinrichtung 102 zur Bestimmung einer Augenblicksleistung qL, auch als Transversalblindleistung bezeichnet, und einen nachgeschalteten Mittelwertbildner 104 auf. Dieser Mittelwertbildner 104 bildet einen Mittelwert der Transversalblindleistung qL über eine Netzperiode. Die Transversalblindleistung qL wird mittels der Recheneinrichtung 102 aus dem identifzierten Grundschwingungs-Mitsystem-Istraum- zeiger uN,ι+ und einem konjugiert komplexen Kompensatorstrom- Raumzeiger i κ* berechnet. Die am Ausgang des Mittelwertbild-
—> ners 104 anstehende Grundschwingungsverschiebungsblindlei- stung QL wird dem ersten Multiplizierer 98 zugeführt. Der zweite Eingang dieses Multiplizierers 98 ist mit einem Aus- gang des zweiten Multiplizierers 100 verbunden. Der erste Eingang ist mit dem Ausgang des Reziprokbildners 72 der Ein¬ richtung 68 zur Bildung eines Grundschwingungs-Mitsyste -
Sollrau zeigers uN,ι+soiι verbunden, wobei am zweiten Eingang
- der Wert ω • Lκ der Impedanz der Kompensatorinduktivität an¬ steht. Am Ausgang des ersten Multiplizierers 98 steht ein Korrekturwert uNko- an, mittels der die vorbestimmte Mitsy- stem-Sollspannung uNson korrigiert wird. Mittels dieser Ein¬ richtung 94 werden die Spannungsabfälle des Grundschwingungs- Mitsystems am Ankoppeltransformator 10 und am Anpaßfilter 20 kompensiert .
Die FIG 7 zeigt die Regelstruktur einer weiteren Regeleinrichtung 106, mit dem ein Teilübertragungsverhältnis- Raumzeiger üw,v+ für einen Wirkleistungstransfer erzeugt wird.
—>
Diese Regeleinrichtung 106 weist eine Einrichtung 62 zur diskreten Fouriertransformation, eine Einrichtung 64 zur inver- sen diskreten Fouriertransformation, einen Zwischenkreisspan- nungs-Regelkreis 108 und zwei Multiplizierer 110 und 112 auf. Die beiden Einrichtungen 62 und 64 sind elektrisch in Reihe geschaltet und eingangsseitig dieser Regeleinrichtung 106 angeordnet. Ausgangsseitig ist die Einrichtung 64 mittels des Multiplizierers 110 mit einem Eingang des ausgangsseitig angeordneten Multiplizierers 112 verbunden. Der zweite Eingang des Multiplizierers 110 ist mit dem Ausgang des Zwischen- kreisspannungs-Regelkreis 108 verknüpft. Am zweiten Eingang des ausgangsseitigen Multiplizierers 112 steht ein Drehwinkel ej zur Totzeitkompensation an. Der Zwischenkreisspannungs- Regelkreis weist einen Vergleicher 114 und einen Spannungs- regier 116 auf. Am nichtinvertierenden Eingang dieses Vergleichers 114 steht ein Zwischenkreisspannungs-Sollwert Vdcsoll und am invertierenden Eingang dieses Vergleichers 114 ein Zwischenkreisspannungs-Istwert Vdc an. Die gebildete Spannungsdifferenz ΔVdc wird mittels des Spannungsreglers 116 ausgeregelt. Als Spannungsregler 116 ist ein I-Regler vorge¬ sehen.
Gilt für eine bestimmte Konfiguration (geringer Wirklei- stungstransfer im Vergleich zur Kompensatornennleistung not¬ wendig) , z.B. im Falle reiner Oberschwingungskompensation, so kann ein im Netzstrom iL des unterlagerten Netzteils 16 vor-
—> handenes Frequenzsystem (z.B. Grundschwingungs-Mitsystem) zum Wirkleistungstransfer benutzt werden. Diese Aufgabe übernimmt die Regeleinrichtung 106 gemäß FIG 7. Aus dem ermittelten
Kompensatorstrom-Raumzeiger iκ wird mittels einer diskreten
Fouriertransformation (Einrichtung 62) und der inversen Operation (Einrichtung 64) der Anteil v eines Frequenzsystems "+" bzw. "-" identifiziert. Anschließend wird der identifi- zierte Stromraumzeiger iκ,v+ mit einem Phasenkorrekturfaktor
— —
Vdcy multipliziert, der am Ausgang des Spannungsreglers 116 ansteht. Die Amplitude des am Ausgang des Multiplizierers 110 anstehenden Raumzeigers ist die Ausgangsgröße Vdcy des Spannungsreglers 116, dessen Eingangsgröße ΔVdc die Differenz zwischen der Soll-Zwischenkreisspannung Vdcson und der gemessenen Zwischenkreisspannung Vdc ist. Der ermittelte Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger üW/V+, der am Ausgang des Multi-
—> — plizierers 112 ansteht, wird an den Pulsweitenmodulator 24 der Regel- und Steuereinrichtung 18 des Pulsstromrichters 4 weitergegeben und bewirkt einen Wirkleistungsaustausch und damit eine Regelung der Zwischenkreisspannung Vdc auf den Sollwert Vdcson.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Kompensati- onseinrichtung 2 mit serieller Ankopplung, wobei diese Kompensationseinrichtung einen Pulsstromrichter 4 mit wenigstens einem kapazitiven Speicher 6 aufweist, die Spannungsqualität eines unterlagerten Netzteils 16, das mehrere Lasten aufwei- sen kann, verbessern. Dabei können mehrere Maßnahmen zur Ver¬ besserung der Spannungsqualität dieses unterlagerten Netz¬ teils 16 einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander gleichzeitig durchgeführt werden. Zu diesen Maßnahmen gehören die aktive Filterung von Netzspannungs-Oberschwingungen, die dynamische und stationäre Kompensation von Spannungseinbrüchen und -Schwankungen und das Abblocken eines Rundsteuersignals .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verbesserung der Spannungsqualität eines un¬ terlagerten Netzteils (16) mittels einer Kompensationsein- richtung (2), die einen Pulsstromrichter (4) mit wenigstens einem kapazitiven Speicher (6), einen Anpaßfilter (20), eine Regel- und Steuereinrichtung (18) und eine Einspeiseeinrich¬ tung (8) aufweist, wobei diese Kompensationseinrichtung (2) mittels eines Ankoppeltransformators (10) seriell ans Netz (14) gekoppelt ist, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Ermittlung einer Grundschwingungs-Mitsystem-Abweichung
(uD,ι+) eines ermittelten Netzspannungs-Raumzeigers (uN) → → in Abhängigkeit einer vorbestimmten Mitsystem-Sollspanung
(UNsoll) / b) Ermittlung einer Grundschwingungs-Gegensystem-Abweichung
(uD,ι-) des ermittelten Netzspannungs-Raumzeigers (uN) in — —>
Abhängigkeit eines vorbestimmten Grundschwingungs- Gegensystem-Sollraumzeigers (uN,ι-soiι) , c) Ermittlung eines Basisübertragungsverhältnis-Raumzeigers (üb) in Abhängigkeit der ermittelten Grundschwingungs-
—>
Mit- und Gegensystem-Abweichungen (uD,ι+, uD,ι-), eines
→ →
Transformations-Übersetzungsverhältnisses (üTr) des Ankoppeltransformators (10) und eines Wertes einer Zwischenkreisspannung (Vdc) des Pulsstromrichters (4) und d) Generierung von Steuersignalen (Sv) für den Pulsstromrichter (4) der Kompensationseinrichtung (2) in Abhängigkeit dieses ermittelten Basisübertragungsverhältnis-Raumzeigers (üb) der Zwischenkreisspannung (Vdc) des Pulsstromrichters
2 . Verfahren nach Anspruch 1 , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h e) Ermittlung wenigstens eines komplexen Fourier- Koeffizienten (Cv+ bzw. Cv-) des Mit- und/oder Gegensy¬ stems aus dem Produkt (y(t)) eines Netzspannungs- Raumzeigers (u ) des unterlagerten Netzteils (16) und ei-
— nes konjugiert komplexen Einheits-Raumzeigers ( e * ) ,
—> f) Bestimmung eines Teilübertragungsverhältnis-Raumzeigers
(üv+), in Abhängigkeit des ermittelten komplexen Fourier- - koeffizienten, (Cv+) und eines Einheits-Raumzeigers (e)
— und g) vektorielle Addition des Basisübertragungsverhältnis- Raumzeigers (üb) und des Teilübertragungsverhältnis-
→
Raumzeigers (üv±) zu einem Gesamtübertragungsverhältnis- —>
Raumzeiger ( ü ) .
3. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h h) Ermittlung eines Stromanteils (iκ,v+) eines ermittelten
Kompensatorstrom-Raumzeigers (iκ) , i) Ermittlung eines Phasenkorrekturfaktors (Vdcy) in Abhängig- keit eines Zwischenkreisspannungs-Istwertes (Vdc) und eines Zwischenkreisspannungs-Sollwertes (Vdcsoιι) und j) Berechnung eines Übertragungsverhältnis-Raumzeigers (ü„,v+)
—> — durch Multiplikation des identifizierten Stromanteils (iκ,v+) mit dem ermittelten Phasenkorrekturfaktor (Vdcy) .
4. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h k) Ermittlung eines Grundschwingungs-Mitsystem-Istraumzeigers (uN,ι+) des ermittelten Spannungs-Raumzeigers (uN), 1) Berechnung eines Grundschwingungs-Mitsystem-Einheits- Raumzeigers (eN,ι+) dieses identifizierten Grundschwin- gungs-Mitsystems-Istraumzeigers (uN,ι+) , m) Ermittlung eines Grundschwingungs-Mitsystem-Sollrau - zeigers (uN, ι+soiι) in Abhängigkeit dieses Grundschwingungs-
Mitsystem-Einheitsraumzeigers (eN,ι+) und eines Wertes ei-
— ner Mitsystem-Sollspannung (uNsoιι) und n) Ermittlung der Grundschwingungs-Mitsystem-Abweichung
(uD,ι+) durch Vergleich des Grundschwingungs-Mitsystem- - Istraumzeigers ( →uN,ι+) mit dem Grundschwingungs-Mitsystem-
Sollraumzeiger (uN,ιl+soll ,
5. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h o) Ermittlung eines Grundschwingungs-Gegensystem-
Istraumzeigers (uN/1_) und
- p) Ermittlung der Grundschwingungs-Gegensystem-Abweichung
(uD,ι-) durch Vergleich des Grundschwingungs-Gegensystem-
→
Istraumzeigers ( →uN,ι-) mit einem vorbestimmten Grund- schwingungs-Gegensyste -Sollraumzeiger (uN,ι-soiι).
->
6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der vorbestimmten Mitsystem-Sollspannung (uNsoιι) ein Korrekturwert (uNkor) aufaddiert wird, der durch Multiplikation einer aus dem ermittelten Grundschwingungs-Mitsystem-Istraumzeiger
(uN,ι+) und einem ermittelten Kompensatorstrom-Raumzeiger -
(iκ) bestimmten Grundschwingungsverschiebungs-Blindleistung ->
(Q ) mit einer Konstanten bestimmt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 für eine Kompensationseinrichtung (2), die einen Pulsstro - richter (4) mit wenigstens einem kapazitiven Speicher (6), einen Anpaßfilter (20), eine Regel- und Steuereinrichtung (18) und einen Einspeiseeinrichtung (8) aufweist, wobei diese Regel- und Steuereinrichtung (18) eine Regeleinrichtung (22) zur Bestimmung eines Übertragungsverhältnis-Raumzeigers (ü)und einen Pulsweitenmodulator (24), an dessen Ausgängen
—» die Steuersignale (Sv) für den Pulsstromrichter (4) anstehen, aufweist, wobei die Kompensatoreinrichtung (2) mittels eines Ankoppeltransformators (10) seriell ans Versorgungsnetz (14) gekoppelt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Regeleinrichtung (22) einen Regler (26) zur Ermittlung eines Basisübertragungsverhältnis-Raumzeigers (üb) aufweist, der
—> eingangsseitig einen Mit- und Gegensystem-Kanal (56, 58) aufweist, die ausgangsseitig mit Eingängen einer ausgangsseiti- gen Recheneinrichtung (60) verknüpft sind, an deren Ausgang der Basisübertragungsverhältnis-Raumzeiger (üb) ansteht, daß
~> den Mit- und Gegensystem-Kanälen (56, 58) jeweils ein ermittelter Netzspannungs-Raumzeiger (uN) zugeführt ist, an deren
Ausgängen jeweils eine Grundschwingungs-Mit- und Gegensystem-
Abweichung (uD,ι+, uD,ι-) anstehen, und daß an der Rechenein- -> —> richtung (60) ein Wert der Zwischenkreisspannung (Vdc) des kapazitiven Speichers (6) des Pulsstromrichters (4) und ein
Wert des Transformator-Übersetzungsverhältnisses (üTr) des
Ankoppeltransformators (10) anstehen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Regeleinrichtung (22) n weitere Regler (28, ..., 36) zur Bestimmung von n Teilübertragungsverhältnis-Raumzeigern (üv+) auf-
— — weist, die jeweils eine Einrichtung (40) zur Bildung eines komplexen Fourierkoeffizienten, (Cv+) einen I-Regler (42) und eine Einrichtung (44) zur Bildung eines Teilübertragungsver¬ hältnis-Raumzeigers (üv±) aufweisen, und daß die Ausgänge
-> dieser n weiteren Regler (28, ..., 36) mit einer Summations- stelle (38) verknüpft sind, deren erster Eingang mit dem Aus¬ gang des Reglers (26) zur Ermittlung eines Basisübertragungs- verhältnis-Raumzeigers (üb) verbunden ist.
→
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mitsystem-Kanal (56) eingangsseitig eine Einrichtung (62) zur diskreten Fourier-Transformation aufweist, der eine Einrichtung (64) zur inversen diskreten Fourier-Transformation nachgeschaltet ist, deren Ausgang einerseits mit einem invertie- renden Eingang eines Vergleichers (66) und andererseits über eine Einrichtung (68) zur Bildung eines Grundschwingungs- Mitsystem-Sollraumzeigers (uN,ι+soiι) mit einem nichtinvertie¬ renden Eingang dieses Vergleichers (66) verknüpft ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gegensystem-Kanal (58) eingangsseitig eine Einrichtung (62) zur diskreten Fourier-Transformation aufweist, der eine Einrichtung (64) zur inversen diskreten Fourier-Transformation nach- geschaltet ist, deren Ausgang mit einem nichtinvertierenden Eingang eines Vergleichers (78) verknüpft ist, an dessen invertierenden Eingang ein Grundschwingungs-Gegensystem-
Sollraumzeiger (uN,ι-Soiι) ansteht.
→
11. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gegensystem-Kanal (58) eingangsseitig einen Vergleicher (88) aufweist, dessen invertierenden Eingang mit dem Ausgang der Einrichtung (64) zur inversen diskreten Fourier-Transforma¬ tion, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Eingang des Gegensystem-Kanals (58) und dessen Ausgang mit einem nichtin¬ vertierenden Eingang eines weiteren Vergleichers (78) ver- knüpft sind, an dessen invertierenden Eingang ein Grund- schwingungs-Gegensystem-Sollraumzeiger (uN,ι-soiι) ansteht.
->
12. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rege- leinrichtung (22) zur Bestimmung eines Übertragungsverhältnis-Raumzeigers (ü) eine Einrichtung (106) zur Ermittlung
-> eines Teilübertragungsverhältnis-Raumzeigers (üw,v+) für einen
— ~
Wirkleistungstransfer aufweist, die eingangsseitig einerseits eine Einrichtung (62) zur diskreten Fourier-Transformation mit einer nachgeschalteten Einrichtung (64) zur inversen diskreten Fourier-Transformation und andererseits einen Zwi- schenkreisspannungs-Regelkreis (108) und ausgangsseitig einen Multiplizierer (110) aufweist, deren beide Eingänge einerseits mit einem Ausgang des Regelkreises (108) und anderer- seits mit einem Ausgang der Einrichtung (64) verknüpft sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Signalprozessor für die Regeleinrichtung (22) vorgesehen ist.
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