Die Erfindung betrifft Hochspannungsgleichstrom-Leistungsübertragungssysteme, insbesondere eine Wechselrichter-Zündsteuerung für derartige Systeme.

Hochspannungsgleichstrom (HVDC)-Leistungsübertragungssy-Sterne werden normalerweise zur Zusammenschaltung von Hochspannungswechselstrom-Netzwerken oder von einer entfernt gelegenen Stromversorgungsanlage mit einem Wechselstromnetzwerk verwendet. Solche Systeme bestehen üblicherweise aus zwei umrichterstationen, die mittels einer Übertragungsleitung oder eines Kabels zusammengeschaltet sind. An dem Stromerzeugungs- oder Übertragungsende enthält der umrichter einen Gleichrichter zum Gleichrichten der Wechselleistung, um den Strom und die Spannung gleichzurichten, während am Empfangsende der umrichter einen Wechselrichter enthält, welcher die Leistung von der Gleichstrom-Übertragungsleitung zum Wechselstromnetzwerk überträgt.

Ein typisches Hochspannungsgleichstromsystem enthält eine zweipolige Übertragungsleitung zu den umrichtern, wobei jeder Umrichter aus einem Paar von drei in Reihe geschalteten Phasen besteht und doppelgerichtet aus sechs Impulsbrücken, die einen Thyristor oder Quecksilberdampf- Gleichrichter enthalten. Solche Gleichrichterbrücken gestatten die Gleichrichtung von 3-Phasen-Wechselspannung und -strom in Gleichspannung und -strom oder die Wechselrichtung von Gleichspannung und -strom in 3-Phasen Wechselspannung und -strom. Gleichrichter, wie beispielsweise Thyristoren, leiten Strom nur in die Vorwärtsrichtung von der Anode zur Katode und nur, wenn die Vorwärtsspannung Parallel zu dem Gleichrichter positiv ist und der Gleichrichter einen Steuerimpuls erhält. Hat der Gleichrichter zu leiten begonnen, dann wird die Größe des Stroms ausschließlich durch die Hauptstromkreise außerhalb des Gleichrichters bestimmt und nicht durch einen negativen Steuerimpuls beeinflußt. Der Stromfluß durch den Gleichrichter setzt sich solange fort bis er als eine Folge von äußeren Einflüssen abnimmt und negativ zu werden versucht. Ein umgekehrter Stromfluß wird verhindert, weil der Gleichrichter in Sperrichtung betrieben werden würde, so daß der durch den Gleichrichter fließende Strom gelöscht würde. In der Vorwärtsrichtung wird der Gleichrichter den Stromfluß solange sperren, bis ein Steuerimpuls auf die Steuerelektrode gegeben wird. Als Folge dieser Eigenschaften ist der Arbeitszyklus des Gleichrichters in ein vorwärtsgerichtetes Sperrintervall, ein Leitungsintervall und in ein umgekehrtes Sperrintervall unterteilt.

In einem dreiphasigen, doppelt gerichteten 12-Impulssystem ist jede Phase der Übertragungs- und Empfangs-Wechselstromnetzwerke mit den positiven und negativen Stromleitern durch zwei Paar Gleichrichter verbunden, welche in der Vorwärtsrichtung ausgerichtet sind. Die Gleichrichter werden durch ein Zündsteuerungssystem gesteuert, welches den Gleichrichtern Steuersignale in einer vorherbestimmten Zeitfolge liefert, um eine Stromübertragung oder einen Stromübergang von Phase zu Phase zu bewirken.

Wenn die Gleichrichter als Wechselrichter betrieben werden, ist die Gleichspannung in Bezug auf die Stromrichtung negativ. Das bedeutet, daß die Spannung parallel zu den Gleichrichtern in der meisten Zeit positiv ist. Um eine vorwärtsgerichtete Sperrspannung anzulegen, muß die während der Leitungsperiode angelegte Ladung beseitigt werden. Deshalb benötigt der Gleichrichter ein Zeitintervall mit einer negativen Gleichrichterspannung zwischen dem Ende der Leitungsperiode und der Anlegung von positiver Spannung. Der dieser Zeitspanne entsprechende elektrische Winkel wird als der Sicherheitswinkel oder Löschungswinkel bezeichnet.

In einem typischen Wechselrichterbetrieb mit einem leitenden Gleichrichter erfolgt die Zündung des nächstfolgenden Wechselrichters in ausreichender Zeit vor dem nächsten Nulldurchgang, zu welcher Zeit die Phasen-zu- Phasen-Spannung positiv wird. Somit muß der Stromübergang von dem auslaufenden Gleichrichter zu dem anlaufenden Gleichrichter zeitlich abgestimmt sein, um einen ausreichenden Sicherheitswinkel zu gewährleisten. Wenn aus irgendeinem Grund der Stromübergang nicht beendet ist, wenn die Spannung parallel des auslaufenden Gleichrichters positiv wird oder der Sicherheitswinkel so klein ist, daß der Gleichrichter keine Zeit hat, eine ausreichende vorwärtsgerichtete Sperrwirkung zu erlangen, dann liegt eine vorübergehende Störung im Betrieb des Wechselrichters vor, die als Stromübergangsausfall bezeichnet wird.

Wie vorstehend beschrieben, müssen zur Herstellung der vorwärtsgerichteten Sperrfähigkeit eines Gleichrichters die während des Leitungsintervalls ausgebildeten Ladungen durch Bereitstellung einer negativen Gleichrichterspannung für eine der Stromübergangszeit entsprechenden Zeitspanne beseitigt werden. Da Gleichrichter normalerweise bei Zündwinkeln von weniger als 90 elektrischen Graden betrieben werden, stellt dies kein Problem für den Gleichrichterbetrieb dar. Jedoch sind derartige Stromübergangsausfälle im Wechselrichterbetrieb von Bedeutung, da der Löschungswinkel so klein wie möglich gehalten werden sollte, um die Leistungsübertragung auf ein Maximum zu bringen. Herkömmliche Wechselrichter-Zündwinkel-Steuerungssysteme versuchen normalerweise Stromübergangsausfälle durch Messung der Zeitdifferenz zwischen dem Ende der Gleichrichterleitung und der Zeit des vorausgegangenen Nulldurchgangs der Spannungswelle zu verhindern. Dies gestattet die kontinuierliche Voraussage des minimalen Löschungswinkels. Jedoch bewirken gewisse Arten von Störungen, wie beispielsweise unausgeglichene Phasen im Wechselstromnetzwerk, Stromübertragungsausfälle, die sich ungefähr 10 msec nach dem Störungsbeginn ereignen. Dies führt zu einer Abänderung der Spannungswelle, so daß die Information bezüglich vorausgehender Nulldurchgänge für die Voraussage des notwendigen Löschungswinkels nicht mehr zutreffend ist, um den Stromübertragungsausfall zu verhindern.

Die Veröffentlichung "IEEE Proccedings, Band 131, Nr. 4, Juli 1984, Seiten 129 bis 139" beschreibt eine Steuerung und ein Steuerungsverfahren für Wechselgleichrichter gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 8. Insbesondere ist darin offenbart, daß ein Stromübergangsausfall durch Vergrößern des Löschungswinkels während der Störung verhindert werden kann. Jedoch stellt diese Schrift keine Lösung bereit, wie die Störung erkannt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues und verbessertes Wechselrichter-Steuerverfahren und eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wechselrichter-Steuerverfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die ein ausreichend schnelles Ansprechen bewirkt, um Stromübertragungsausfälle zu verhindern, die von Störungen in dem Wechselstromnetzwerk herrühren.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wechselrichter-Steuerverfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Fehler in dem Wechselstromnetzwerk wahrnimmt und ein Vergrößern des Wechselrichter-Löschungswinkels vor dem nächst folgenden Nulldurchgang der Gleichrichterspannung bewirkt.

Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der ausführlichen Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich.

Die obigen Aufgaben werden durch eine Steuerung und ein Verfahren erzielt, welche in den unabhängigen Ansprüchen 1 bzw. 8 beschrieben sind. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 7 kennzeichnen weiterhin die Steuerung nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche 9 bis 11 offenbaren dasselbe im Hinblick auf das Verfahren nach Anspruch 8.

Allgemein gesagt umfaßt ein Aspekt der Erfindung eine an einen Wechselrichter mit Gleichrichter-Zündsteuersystem gekoppelte Steuerung und enthält eine an das Wechselstromnetzwerk gekoppelte Meßvorrichtung zur Erkennung eines anormalen Wechselspannungszustandes im Netzwerk und zur Erzeugung eines funktionell abhängigen Abweichungssignals. Eine Vergleichsvorrichtung zum Vergleich des Ablenkungssignals mit einer vorgewählten Größe und zur Erzeugung eines Steuersignals an der Wechselrichter- Zündsteuerung, wenn die Ablenkung eine vorbestimmte Grenze überschreitet7 sind vorhanden. Das Gleichrichter- Zündsteuerungssystem ist so zum Steuersignal ausgerichtet, daß sich der elektrische Zündwinkel bei mindestens einem der Gleichrichter verringert.

Entsprechend einem anderen Aspekt umfaßt die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Wechselrichters, der zur Umrichtung von Gleichspannung und -strom zu Wechselspannung und -strom verwendet wird, wobei der Wechselrichter eine Vielzahl von elektrischen Gleichrichtern enthält, die jeweils bei Anlegen einer positiven vorwärts gerichteten Spannung und dem Empfang eines Steuerimpulses (trigger pulse) so arbeiten, daß sie den Strom in eine einzige Richtung leiten. Das Verfahren umfaßt Schritte zur Erzeugung aufeinanderfolgender Steuerimpulse an die Gleichrichter zur umschaltung des Stroms zwischen den aufeinanderfolgenden Gleichrichtern unter vorbestimmten elektrischen Zündwinkeln, zum Erkennen eines anormalen Spannungszustandes des Wechselspannungs-Netzwerkes, zum Vergleich der Abweichung des erkannten anormalen Spannungszustand vom erwarteten Spannungszustand, zum Erzeugen eines Steuersignals, wenn die Abweichung eine vorgewählte Grenze überschreitet, das Aufspüren des Auftretens des Steuersignals und des Abfallens des elektrischen Zündwinkels von mindestens einem der Gleichrichter beim Auftreten des Steuersignals.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wechselrichter-Steuersystems, welches mit dem Verhinderungssystem für den Stromübertragungsausfall nach der vorliegenden Erfindung ausgerüstet werden kann;

Fig. 2 zeigt Wellenformen, welche die Wirkungsweise des Wechselrichter-Zündsteuersystems nach Fig. 1 darstellen;

Fig. 3 zeigt die Gleichrichterspannung und den Phasenstrom während des Betriebes eines Umrichters als Wechselrichter;

Fig. 4 zeigt den Betrieb des Verhinderungssystems für den Stromübertragungsausfall in Abhängigkeit von der Stromübertragungsspannung; und

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Verhinderungssystems für den Stromübertragungsausfall nach Maßgabe der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Das Wechselrichter-Stromübertragungsausfall-Verhinderungssystem 10 der vorliegenden Erfindung wird anhand eines Beispiels gezeigt, wie es auf die Zündsteuerung 12 eines 12-Impuls-Wechselrichters angewandt wird. Dem Fachmann ist bekannt, daß solche Wechselrichter aus zwei in Reihe geschalteten 6-Impulsbrücken 13 und 14 bestehen, wobei jede Brücke aus Gleichrichtern V1-V6 bzw. V7-V12 besteht. Jeder der Gleichrichter enthält typischerweise einen Thyristor, der nur in der Vorwärtsrichtung von der Anode zur Katode leitet und nur dann, wenn die Spannung parallel des Gleichrichters positiv ist und der Gleichrichter ein Steuerimpuls empfängt. Die Zündsteuerung 12 ist an sich bekannt und wird deshalb nur in einem für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Umfang beschrieben.

In der dargestellten Ausführungsform ist die wichtigste Funktion der Zündsteuerung l2 die Aufrechterhaltung des Gleichstroms Idi entsprechend einer eingestellten Stromgröße Io, auch wenn Änderungen in der Gleichspannung Udi auftreten. Dies wird durch Vergleichen eines Rückkoppelungsstromsignals Ir mit dem Stromgrößensignal Io erreicht, welches den eingestellten Strom darstellt und welches von einer übergeordneten Befehlssteuerung (nicht dargestellt) empfangen wird. Der Strom Ir wird von dem Gleichstrom mittels eines Gleichstrom-Stromwandlers 15 abgeleitet. Die Signale Ir und Io werden einem Strom- Steuerverstärker IG zugeführt, welcher ein Steuersignal UC erzeugt, das von der Änderung des Stroms Ir gegenüber der Stromgröße Io abhängt. Dieses Signal wird zur Steuerung der Zeitsteuerung des Steuersignals von einem Steuerimpulsgenerator 17 verwendet. Während die Zünd-Steuerung 12 zum Betreiben der Steuerung des Stroms Idi dargestellt ist, ist es bekannt, daß eine Spannungssteuerung ebenfalls verwendet werden kann. Im letzteren Fall wird der Verstärker 16 ein Spannungsbefehlssignal von einer übergeordneten Befehlssteuerung empfangen und ein Rückkoppelungs-Spannungssignal,welches von der Gleichspannung Idi abgeleitet ist.

Das Steuersignal UC ist für einen alpha-Steuerungsblock 18 vorgesehen, der zur Erzeugung eines Ausgangssignals ALPHA ORDER zu einem Zeitsteuerimpuls-Oszillator 20 betrieben wird. Das Signal ALPHA ORDER ist das gleiche wie das Signal UC, wenn nicht der alpha-Steuerungsblock 18 ein übergeordnetes Signal ORD 90, das Signal RETARD oder ein anderes Steuersignal von einer übergeordneten Befehlssteuerung (nicht dargestellt) empfängt. Der Verwendungszweck für diese übergeordneten Signale ist das Ingangsetzen von Gleichrichter-Zündungen bei elektrischen Winkeln unterschiedlich gegenüber denen, die sich als Folge einer Stromsteuerung ereignen würden und auch dann, wenn andere Steuereinflüsse vorliegen. Zum Beispiel würde das Signal ORD 90 bei 90 elektrischen Graden und das Signal RETARD bei ungefähr 150 elektrischen Graden den Betrieb des Gleichrichters bewirken. Für derartige erörterte Verwendungszweck würde das Signal ALPHA ORDER einer Stromsteuerung unterliegen und auf das Steuersignal UC oder auf die Differenz zwischen den Signalen Io und Ir bezogen sein.

Der Zeitsteuerimpuls-Oszillator 20 enthält einen Phasenregelungs-Oszillator 21 und eine Ansteuerungseinheit 22 und dient der Erzeugung einer Impulsfolge CP TRIGG, deren Phase durch das Signal ALPHA ORDER bestimmt wird. Der Ausgang des Zeitsteuerimpuls-Oszillators 20 bestimmt den Zündzeitpunkt für alle 12 Gleichrichter in den Gleichrichterbrücken 13 und 14. Der Steuerimpulsgenerator 17 teilt die eine Eingangssignalfolge CP TRIGG in 12 Ausgangs-Steuerimpulse von geeigneter Länge auf. Die Frequenz dieser Ausgang-Steuersignale im Dauerzustand hat den zwölffachen Wert der Grundfrequenz des Wechselstrom-Netzwerkes.

Der Phasenregelungs-Oszillator 21 enthält eine erste Vergleichs-Schaltungsanordnung 23, die das Signal ALPHA ORDER und ein Signal MEASURED ALPHA von einem alpha-Meßblock 24 empfängt. Der alpha-Meßblock empfängt von einem ersten Rampen-Generator 25 ein erstes Signal, das durch die Zündimpulse CP TRIGG ausgelöst wird, und der Meßblock 24 enthält einen zweiten Rampen-Generator, der ein Teil eines Zeitdauermeßkreises 26 ist, der beim Nulldurchgang der Phasenspannungen ausgelöst wird. Die Zeit zwischen diesen Signalen ist ein Maß des Zündwinkels alpha. Die erste Vergleichsschaltung 23 gibt ein Ausgangssignal DELTA ALPHA an einen Pegel-Detektor 27. Das Ausgangssignal DELTA ALPHA ist funktionell von der Differenz zwischen dem aufgegebenen Zündwinkel ALPHA ORDER und dem gemessenen Zündwinkel ALPHA MEAS abhängig. Der Pegel-Detektor 27 empfängt ebenfalls ein Rampen- Signal UT von dem Rampengenerator 25 und ein Zeitdauersignal vom Zeitdauermeßkreis 26, welches ein von der Wechselspannung abhängiges Dauersignal ist. Wenn die Summe dieser Eingangssignale null ist, wie dies in Fig. 2a dargestellt ist, dann wird ein Ausgangssignal TPO TRIGG erzeugt, wie dies aus Fig. 2b ersichtlich ist.

Die Fig. 2 zeigt, wie das Signal DELTA ALPHA den Zündzeitpunkt beeinflußt. Der Anstieg der Rampenfunktion und die Zeitdauerspannung sind derart, daß, wenn das Signal DELTA ALPHA gleich null ist, was der Fall ist, wenn der Strom Ir gleich dem Strom Io ist, UT den Wert PERIOD TIME genau 30 elektrische Grade nach der vorausgehenden Zündung erreicht, so daß die Signale TPO TRIGG gleichen Abstand voneinander haben. Vorausgesetzt jedoch, daß bei der Zeit t2 eine Erhöhung im Verlauf des Stromes Ir vorliegt, wird das Signal DELTA ALPHA positiv. Unter diesen Voraussetzungen ist die Zündung solange verzögert, bis die Summe dieser Signale gleich null ist, so daß die Zeit bis zum nächsten Signal TPO TRIGG größer als 30 elektrische Grade ist. Dies dauert so lange, bis der Strom Ir wieder gleich dem Strom Io ist, und das Signal DELTA ALPHA null wird und der Abstand der Signale TPO TRIGG auf 30 elektrische Grade zurückgeht.

Bezüglich der Fig. 1 wird das Signal TPO TRIGG an ein ODER-Gatter 28 angelegt, welches außerdem ein Signal A MIN empfängt, dessen Zweck nachfolgend im einzelnen erläutert wird. Der Ausgang vom ODER-Gatter 28 ist für ein UND-Gatter 30 vorgesehen, welches außerdem ein festgesetztes Signal U MIN empfängt. Es ist einleuchtend, daß für einen erfolgreich betriebenen gesteuerten Verstärker die Spannung parallel zum Gleichrichter einen gewissen Wert erreichen muß, bevor der Steuerimpuls zur Erzeugung einer erfolgreichen Zündung angewendet werden kann. Das Signal U MIN verhindert eine Zündung solange, bis die Stromübertragungsspannung eine festgesetzte Bezugsgröße erreicht hat, und ist in erster Linie dann von Bedeutung, wenn die Brücken 13 und 14 als Gleichrichter betrieben werden. Auf jeden Fall ist das Signal CP TRIGG niemals kleiner als das durch das Signal U MIN festgelegte augenblickliche Minimum.

Um die Bedeutung des Signals A MIN einschätzen zu können, wird auf die Figuren 3A und 3B hingewiesen. Hier wird die Spannung parallel zum Gleichrichter V1 und der Strom durch diesen gezeigt, wenn dieser als ein Wechselrichter betrieben wird, wobei der Zündwinkel größer als 90 elektrische Grade gehalten wird. Da die Gleichspannung im Wechselrichterbetrieb negativ in bezug auf die Stromrichtung ist, ist die Spannung parallel zum Gleichrichter die meiste Zeit über positiv. Um die volle Sperrkapazität des Gleichrichters zu erhalten, muß die während der Leitungsperiode erzeugte Ladung entfernt werden. Deshalb erfordert der Gleichrichter ein Zeitintervall mit einem negativen Spannungswert zwischen dem Ende der Leitungsperiode und dem Anlegen einer positiven Spannung. Der diesem Zeitintervall entsprechende Winkel wird als Stromübertragungsabweichung oder als Löschungswinkel bezeichnet und wird als GAMMA gekennzeichnet. Die Stromübertragungsabweichung ist in Figur 4 als der verbleibende Spannungs-Zeitbereich der Stromübertragungsspannung nach der Stromübertragung vom Ende des Überlappungsbereiches bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Spannung parallel zu dem Gleichrichter das Vorzeichen wechselt, also von der Umschalt- zur Sperrspannung. Dies zeigt, daß eine erfolgreiche Stromübertragung eher ein Minimum eines Spannung-Zeitbereiches erfordert als ein feststehendes Zeitintervall.

In den vorhandenen Wechselrichtersteuerungen wird die Stromübertragungsabweichung beibehalten, um Übertragungsfehler, welche durch den Spannungs-Zeitbereichrechenblock 32 verursacht werden, zu verhindern. Der Spannungszeitbereichrechenblock 32 ist gekoppelt, um Signale zu empfangen, die funktionell vom Gleichstrom Ir und der Wechselspannung abhängig sind. Ein dritter Eingang zu dem Spannungs-Zeitbereich-Rechenblock 32 ist für das Signal PRED ZC (t2) vorhanden, das von einem anderen Rechenblock kommend empfangen wird, welcher nicht als Teil der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist und welcher in bekannten Systemen vorliegt. Zum Verständnis der Erfindung genügt es zu wissen, daß die Voraussage auf der Zeit des letzten Nullduchganges und der Spannungscharakteristik basiert.

Die Stromübertragungsabweichung ist in Figur 4 als waagerecht schraffierter Abweichungsbereich dargestellt und wird durch den Spannungs-Zeitbereich-Rechenblocks 32 mittels des folgenden Ausdrucks berechnet:

A PRED=K1[U1(t2)]PRED ZC(t2)-K2ID; hierbei ist:

K1 eine Konstante gleich 0,5;

U1(t2) ist die Stromübertragungsspannung bei der Zeit t2;

PRED ZC(t2) ist gleich der verbleibenden Zeit zu dem nächsten Nulldurchgang und

K2ID ist eine Konstante, die den Gleichstrom bestimmt.

Die Konstante K2 ist eine Abgleichungskonstante, die durch Systemvariable bestimmt wird. Der Ausdruck PRED ZC(t2) wird als die Differenz zwischen der gemessenen Halbperiodenzeit T/2, erhalten aus einer Periodenzeit- Messungsunterfunktion und der verflossenen Zeit seit dem vorherigen Nulldurchgang der Spannungs-Wellenform erhalten. Der vorherberechnete Bereich ist die Summe des Überlappungsbereiches und des Abweichungsbereiches, dargestellt in Figur 4, und zwar mit dem Überlappungsbereich, der den Überschuß des für eine erfolgreiche Stromübertragung erforderlichen Minimums darstellt.

Das vorherberechnete Bereichssignal A PRED, erhalten aus dem Spannungs-Zeitbereich-Rechnungsblock 32, ist an einem Eingang eines Pegeldetektors 34 angelegt, dessen anderer Eingang der Ausgang eines Summierknotenpunkts 36 ist. Die Eingangssignale des Summierknotenpunkts 36 umfassen das Ausgangssignal A MIN CFP des Wechselrichter-Stromübertragungs-Verhinderungsstromkreises 10, das Ausgangssignal DELTA A MIN des Stromübertragungsausfall-Schutzstromkreises 38 und ein Bezugsssignal A MIN REF.

Der Stromübertragungsausfall-Schutzstromkreis 38 ist im Stand der Technik bei Gleichrichter-Zündsteuerungssystemen vorhanden, und es ist deshalb nicht erforderlich, diesen in allen Einzelheiten aus Gründen der Kürze zu beschreiben. Zum Verständnis der Erfindung genügt es zu wissen, daß der Block 38 Signale empfängt, die funktionell von der Größe des Gleichstroms Idi und des Wechselstroms abhängig sind. Jede Abweichung des Wechselstroms im Vergleich mit dem Gleichstrom zeigt das Vorhandensein eines Stromübertragungsausfalls an. In diesem Fall liefert der Stromübertragungsausfall-Schutzstromkreis ein Ausgangssignal DELTA A MIN.

Das dritte Signal A MIN REF ist ein voreingestelltes Bezugssignal, welches mit dem minimalen Zündwinkel übereinstimmt, welcher eine erfolgreiche Stromübertragung erlaubt. Bei Abwesenheit eines Stromübertragungsausfalls oder einer Störung in dem Wechselstromsystem ist der Ausgang des Summierknotenpunktes 36 das Signal A MIN REF. Ein Ausgangssignal A MIN wird von dem Pegeldetektor 34 erzeugt, wenn das Signal des Summierknotenpunktes 36 größer ist als das Signal des Spannungs-Zeitbereich- Berechnungs-Stromkreises 32.

Wie vorstehend ausgeführt wurde, sind die Eingänge am ODER-Gatter 28 die Signale A MIN des Pegeldetektors 34 und das Signal TPO TRIGG des Phasen-Steuerungsoszillators 21. Im normalen Stromsteuerungsbetrieb wird ein Abweichungsbereich vorhanden sein, wie dies in Figur 4 dargestellt ist, so daß das Eingangssignal CP TRIG des Steuerimpuls-Generators 17 durch die Ausgangssignale TPO TRIG des Zeitimpuls-Oszillators 20 ausgelöst werden. Sollte jedoch der Zündwinkel zur Aufrechterhaltung eines ausreichenden Spannungszeitbereiches ungenügend sein, dann wird das Zündungssignal A MIN auftreten oder mit anderen Worten, der Zündwinkel wird verringert, so daß die Spannungs zeit zwischen der Zündung und dem Nulldurchgang ansteigt. Dennoch können Störungen in dem Wechselstrom-Netzwerk zu einer augenblicklichen Abschwächung der Wechselspannung führen und somit entsprechend auch zu einer Verringerung des Spannungs-Zeit-Bereichs zu werten, die kleiner sind als für eine erfolgreiche Stromübertragung erforderlich. Phasenverschiebungen der Stromübertragungsspannung, welche von diesen Störungen herrühren, können ebenfalls vorzeitige Nulldurchgänge bewirken, welches ferner den Spannungs-Zeitbereich verringert. Konventionell vorausberechnende Abweichungssysteme können nicht schnell genug auf plötzliche Änderungen der Stromübertragungsspannung reagieren, so daß Störungen üblicherweise zu Stromübertragungsfehlern in herkömmlichen Systemen führen. Die Aufgabe des Stromübertragungsausfall-Verhinderungssystems 10 ist es daher, schnell auf diese Fehler des Wechselstromsystems zu reagieren durch weitere Verringerung des Zündwinkels, wodurch der Spannungs-Zeitbereich ansteigt.

Das Stromübertragungsausfall-Verhinderungssystem 10 ist in Figur 5 dargestellt und enthält ein Nullfolgesegment 42, ein Negativfolgesegment 43 und ein Positivfolgesegment 44. Das Nullfolgesegment 42 enthält einen Nullfolgefilter 50, der an das Wechselstrom-Netzwerk ABC und an einen Zweiweggleichrichter 52 gekoppelt ist. Der Ausgangsanschluß des Zweiweggleichrichters 52 liefert ein Signal Vo, das funktionell von der Nullfolgespannung abhängig ist. Das Signal Vo ist für den Vergleicher 53 vorgesehen, der das Nullfolgesignal Vo mit dem voreingestellten Signal V REV vergleicht. Liegt dort eine Nullfolgespannung mit mindestens einer vorbestimmten Größe vor, so daß das Eingangssignal Vo das Referenzsignal überschreitet, dann wird ein Ausgangssignal zu einem Abfall-Zeitgeber 57 geliefert. Die am Vergleicher 53 eingestellte Referenz ist 0.1 der Einheit der Nullfolge-Spannung. Der Abfall-Zeitgeber 57 ist vorzugsweise derart ausgebildet und angeordnet, daß nach dem Empfang eines Eingangssignals dieser einen Ausgangs-Impuls erzeugt, dessen Dauer länger als eine Periodendauer des Wechselstrom-Netzwerk ist oder eine Dauer von etwa 20 msec aufweist. Als ein Ergebnis stellt sich während der Störungen der Wechselspannung an einem Wahlschalter 59 ein Dauerausgangssignal ein. Beim Auftreten eines Ausgangssignals aus dem Abfall-Zeitgeber 57 wird der Wahlschalter 59 von einem Null- zu einem voreingestellten Ausgangswert umschalten.

Das Nullfolgesegment 42 enthält ferner einen Amplituden-Meßstromkreis, dem eine Spitzenpegel-Berechnungsvorrichtung 62 angeschaltet ist, um die gleichgerichtete Nullfolgespannung zu empfangen, und welche ein Ausgangssignal vorsieht, das funktionell von dessen Spitzengröße abhängig ist. Dieses Signal wird an einen Multiplier 63 gelegt, der das Signal mit der Konstanten Ko multipliziert, wobei das Produkt als Eingang an einen zweiten Wahlschalter 65 angelegt wird, der von einem Nullwert zu einem voreingestellten Eingangssignal A MINOC umschaltet, wenn dort ein Ausgang- oder ein Logik-"1"-Signal aus dem Abfall-Zeitgeber 57 vorliegt. Die Ausgänge der Wahlschalter 59 und 65 sind mit einem Maximum-Spitzenwahlschalter 67 gekoppelt, der das größere der beiden Signale auswählt.

Es ist vorteilhaft, daß keine Nullfolgespannungen auftreten, wenn die Phasenspannungen in dem Wechselstromsystem im Gleichgewicht sind. Unter diesen Umständen wird der Ausgang der Wahlschalter 59 und 65 jeweils gleich null sein, so daß ebenfalls am Maximum-Spitzenwahlschalter 67 ein Ausgang gleich Null anliegt. Beim Auftreten einer Unsymmetrie im Wechselstromkreis, tritt am Ausgang des Nullfolgefilters 50 ein Spannungssignal auf. Wenn dieses Signal das Referenzsignal Vo REF überschreitet, wird ein vorgewähltes Ausgangssignal A MINOL am Maximum-Spitzenwahlschalter 67 erzeugt. Zusätzlich wird ein zweites Signal A MINOC am Maximum-Spitzenwahlschalter 67 erzeugt, welches funktionell von der Spitzengröße der Null folgespannung abhängig ist. Das Ausgangssignal des Maximum- Spitzenwahlschalter 67 ist dann ein Signal A MIN OCFP, welches das größere der beiden Eingangssignale ist.

Der Negativfolge-Stromkreis 43 ist identisch dem Nullfolge-Stromkreis 42 und umfaßt einen Negativfolge-Filter 70, einen Zweiweg-Gleichrichter 72, einen Vergleicher 73, einen Abfall-Zeitgeber 77, einen ersten Wahlschalter 79, einen Pegeldetektor 82, einen Multiplier 83, einen zweiten Pegeldetektor 85 und einen Maximum-Signalwahlschalter 87. Beim Auftreten eines Negativfolge-Signals, welches das voreingestellte Maß V2REF überschreitet, wird ein Signal A MIN2 am Maximum Signal-Wahlschalter 87 angelegt. Wenn die Spitze des Negativfolge-Signals ein voreingestelltes Maß überschreitet, wird ein zweites Signal A MIN2C ebenfalls am Maximumsignal-Wahlschalter 87 angelegt. Das größere dieser Signale wird dann als ein Ausgangssignal A MINlCFP am Maximum-Wahlschalter 68 angelegt.

Das Positivfolge-Meßsystem 44 umfaßt einen Positivfolge- Filter 90, der an das Wechselstrom-Netzwerk gekoppelt ist und einen Zweiweggleichrichter 92 zur Erzeugung eines Signals Vp das funktionell von der Positivfolgespannung abhängig ist. Das Signal Vp ist für eine Pegel-Berechnungsvorrichtung 93 vorgesehen, deren Ausgang mit einem Summierknotenpunkt 94 verbunden ist, um das berechnete Positivfolge-Signal POSV von einem Signal zu subtrahieren, das gleich einer Einheit der Positivfolge- Spannung ist. Die Differenz zwischen diesen Signalen wird an einen Multiplier 96 angelegt, der den verbleibenden Rest mit einer Konstanten K1 multipliziert. Dieses Produkt, das Signal A MIN1CFP, wird an einen Pegel-Detektor 97 angelegt, der dieses Signal mit einem voreingestellten Signal V1REF vergleicht. Wenn das Produkt das Referenzsignal V1REF überschreitet, dann wird ein Ausgangssignal am Wahlschalter 99 erzeugt. Das Produkt des Multipiers 96 wird ebenfalls als ein Logik-"1"-Eingangssignal am Wahlschalter 99 angelegt. Beim Auftreten eines Ausgangssignals vom Pegeldetektor 97 wird der Wahlschalter 99 ein Ausgangssignal A MIN1CFP am Maximumsignal-Wahlschalter 68 erzeugen.

Es ist vorteilhaft, daß dann keine Nullfolge- oder Negativfolge-Spannungen auftreten, wenn das Wechselstromsystem ABC im Gleichgewicht ist. Nur beim Auftreten einer unsymmetrischen Störung wird zu einem Ansteigen des Pegels von mindestens einem dieser Signale führen. Auf der anderen Seite ist während des Gleichgewichtszustandes eine Positivfolge-Spannung im Wechselstrom-Netzwerk vorhanden. Dieses Spannungssignal wird von einer Einheit des Signals im Summierungsknotenpunkt 94 subtrahiert. Das letztere Signal ist für normale Spannungszustände, wie beispielsweise 230 KV festgesetzt. Unter normalen Bedingungen ist daher der Ausgang am Summierknotenpunkt gleich null, wenn die Positivfolge-Spannung ebenfalls als normaler Pegel oder als eine Pegeleinheit vorliegt. Jedoch wird bei einer 3-Phasenstörung, wobei in diesem Fall keine Null- oder Negativefolge-Spannungen auftreten, die Positivfolge-Spannung abnehmen und zu einem Ausgangssignal am Summierknotenpunkt 94 führen. Wenn der Wert dieser Differenz multipliziert mit der Konstanten K1 den voreingestellten Wert von VlREF am Pegeldetektor 91 übersteigt, schaltet der Wahlschalter 99 vom Zustand "0" in den Zustand "1" und erzeugt ein Ausgangssignal A MIN2CFP am Maximum-Wahlschalter 68.

Unter normalen Gleichgewichtsbedingungen im Wechselstrom- Netzwerk würden die Ausgangssignale des Nullfolge-Segments 42, des Negativfolgesegment 43 und des Positivfolge-Segments 44 alle den Wert "0" haben, so daß das Ausgangssignal MINCFP am Signal-Wahlschalter 68 auch den Wert "0" hat. Würde beispielsweise ein Phasen-Massen-Schluß im Wechselstrom-Netzwerk eintreten, dann treten sowohl Null- als auch Negativfolge-Spannungen auf. Außerdem ist eine geringe Abschwächung in der Positivfolge-Spannung anzutreffen. Dies führt zu Ausgangssignalen A MINOCFP und A MIN1CFP an den Nullfolge-Segment- und den Negativfolge- Segmentstrornkreisen 42 und 43. Jedoch gibt es kein Ausgangssignal von dem Positivsegmentstromkreis 43, da die Abschwächung und die Positivfolgespannung geringer ist als der vorgewählte Wert V1REF. Im anderen Falle, wenn eine Abschwächung in dem Spannungspegel aller drei Phasen auftritt, wie beim Auftreten einer 3-Phasenstörung, fallen keine Null-oder Negativfolge-Spannungen an. Andererseits ist im Hinblick auf den letzten Zustand eine ausreichende Abschwächung der Positivfolge-Spannung anzutreffen, so daß ein Ausgangssignal A MIN2CFP am Positivfolge-Segment 44 auftritt.

Wie vorstehend ausgeführt wurde, ist der waagrecht schraffierte Bereich in Figur 4 der Minimum-Abweichungsbereich, der in der Stromübertragung unter normalen Zuständen anfällt. Dieser Winkel wird GAMMA MIN genannt. Um sicherzustellen, daß eine erfolgreiche Gleichrichter-Stromübertragung eintritt, muß der Zündsteuerimpuls bei einem Zündwinkel von 180 Grad minus GAMMA MIN minus dem Überlappungswinkel oder weniger, auf den Gleichrichter übertragen werden. Das Signal A MINREF am Summierknotenpunkt 36 in Figur 1 stellt diesen GAMMA MIN-Zustand dar. Es ist ebenfalls daran zu erinnern, daß der Rechenblock 32 des Spannungs-Zeitbereiches den aktuellen Spannungs-Zeitbereich vorherbestimmt, der in Figur 4 die Summe des Abweichungsbereichs und des Überlappungsbereichs ist. Solange wie das Signal A PRED das Signal aus dem Summierknotenpunkt 36 übersteigt, wird das Signal A MIN null und die Zündung der Gleichrichter unterliegt der Steuerung durch das Signal TPO TRIG.

Der Stromübertragungsausfall-Verhinderungsstrornkreis ist für die Zustände vorgesehen, wenn die Wechselspannung verzerrt ist, so daß der Rechenblock 32 für den Spannungs-Zeitbereich nicht imstande ist, den auf früheren Zündungen basierenden Spannungs-Zeitbereich angemessen vorherzubestimmen. Da beispielsweise der Spannungs-Zeitbereichs-Rechenblock 32 den Nulldurchgang basierend auf dem letzten Nulldurchgang vorherberechnet, reagiert er nicht auf Ereignisse, welche zwischen den Nulldurchgängen auftreten. Im Hinblick auf das Auftreten einer Spannungsunsymmetrie im Wechselstrom-Netzwerk, fügt der Stromübertragungsausfall-Verhinderungs-Stromkreis dem Signal A MIN REF einen Korrekturfaktor DELTA A MIN zu, um so den Überlappungsbereich zu vergrößern. Andererseits funktioniert das Stromübertragungsausfall- Verhinderungssystem zur Verstärkung des Abweichungssignals A MIN nur dann, wenn zuvor Stromübertragungsausfall eingetreten ist.

Es ist somit vorteilhaft, daß der Wechselrichter-Stromübertragungsausfall-Verhinderungsstromkreis 10 ein ausreichend schnelles Ansprechen zur Verhinderung von Stromübertragungsausfällen aufweist, die von Störungen im Wechselstrom-Netzwerk herrühren, während andere Sicherungssysteme kein rechtzeitiges Ansprechen gewährleisten. Eine Analyse von simulierten Prüfoszillogrammen von Stromübertragungs-Ausfällen, verursacht durch Unsymmetrien der Einzelphasen im Wechselstrom-Netzwerk, zeigt beispielsweise, daß die Stromübertragungsausfälle ungefähr 10 msec nach dem Beginn der Störung auftreten. Dies ist eine ausreichende Zeit für den Wechselrichter-Verhinderungsstromkreis 10, um Schutzmaßnahmen vorzunehmen. Die Nullfolge-, die Negativfolge- und die Positivfolge-Komponenten der 3-Phasen-Stromübertragungsspannung stellen ein augenblickliches Ansprechen auf Spannungsunsymmetrien und Wellenform- verzerrungen dar, um somit Stromübertragungs-Ausfälle zu verhindern. Das Ausgangssignal A MINCFP des Wechselrichter-Stromübertragungs-Verhinderungsstrornkreis 10 ist das Maximum der Folgespannungen, die am Maximumpegel-Wahlschalter 68 angelegt sind und führt zu einer Erhöhung des Gleichrichter-Zündwinkels. Die Einstellungen von Vo REF und V2REF werden von den System-Parametern bestimmt.

Die Zeichnungen stellen die Erfindung als gesonderte Schaltungskomponenten dar, wobei der Fachmann erkennt, daß eine oder mehrere derartige Komponenten die Form eines vorprogrammierten Computers annehmen können. Obwohl nur eine einzige Ausführungsform der Erfindung abgebildet und beschrieben ist, wird die Erfindung nur durch den Umfang der angefügten Ansprüche beschränkt.