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Einrichtung zur Kupplung eines Einphasennetzes über einen Transformator sowie eines Dreiphasennetzes über einen Transformator und einen Umrichter mit einem Einphasenverbrauchernetz Es sind Einrichtungen zur frequenzelastischen Umformung von Wechselstrom einer Frequenz in Wechselstrom einer anderen Frequenz - z. B. Speisung eines mit 162/3 Hz betriebenen Einphasen- Bahnnetzes aus einem mit 50 Hz betriebenen Drehstromnetz - mit Hilfe von gesteuerten Entladungsgefässen (Umrichtern) bekannt. Derartige frequenzelastische Umrichter dienen vornehmlich zur Kupplung zweier leistungsstarker Netze, die in ihrem Frequenzverhalten voneinander unabhängig sind.
Solche Umrichter sind in den meisten Fällen geeignet sowohl zur Wirkungsleistungs- wie auch zur Blind- leisbungsübertragung. Es ist bekannt, dass die von einem frequenzelastischen Umrichter in das Einphasennetz übertragene Blindleistung durch das Verhältnis des Betrages der vom Umirichter gebildeten Einphasenleerlaufspannung zum Betrag der EMK des Einphasennetzes nach Grösse und Richtung bestimmt ist. So bewirkt eine Absenkung der Umrichterspannung unter die EMK des Einphasennetzes eine Blind leistungsentnahme aus dem Einphasennetz und umgekehrt eine Erhöhung der Umrichter- spannurng über die Netz-EMK hinaus eine Blindleistungsabgabe an das Einphasennetz, wobei unter dem Begriff Blindleistung stets induktive Blindleistung verstanden sein soll.
Es ist dabei belanglos, mit welchen Mitteln die Spannungsänderung des Umrichters bewirkt wird; bekannt sind Einrichtungen, die diese mit Hilfe der Gittersteuerung der Entladungsgefässe erreichen, wie auch Einrichtungen, die statt dessen Reguliertransformatoren auf der Einphasen- oder Drehstromseite des Umrichters aufweisen. Ein frequenzelastischer Umrichter hat also natürlicherweise ein Blindleistungsverhalten, das dem eines auf ein leistungsstarkes Netz arbeitenden Gene- rators analog ist, bei dem durch Änderung der Pol raderregung, das heisst durch Änderung der Gene- rator-EMK, die Blindleistungsabgabe gesteuert wird.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kupplung eines Einphasennetzes über einen Transformator sowie eines Drenphasennetzes über einen Transformator und einen Umrichter mit einem Einphasenverbrauchernetz und mit einer Regeleinrichtung zum Erreichen eines transformatoranalogen Blindleistungsverhalterns.
Die Einrichtung soll es ermöglichen, bei frequenzelastischen Umrichtern, die zur Kupplung zweier leistungsstarker Wechselstromnetze eingesetzt sind, ein transformataranaloges Mindleistungsverhalten zu erreichen, so dass die Blindleistungsübertragung zum oder vom Einphasennetz ausschliesslich durch die Verbraucher dieses Netzes bestimmt wird.
Die Einrichtung soll bei der Einspeisung einzelner Umrichter in ein vorhandenes leistungsstarkes Einphasen-Bahnnetz verwendbar sein, wenn die Umrichter zur direkten Fahrdrahtversorgung eingesetzt sind und ein Parallelbetrieb mit Transformatorunterwerken des Ein- phasennetzes vorliegt, wobei die PaxalleIschaltung von Umrichter und Transformator sowohl direkt beim Einsatz im gleichen Unterwerk wie auch in getrenn- ten Unterwerken unter Zwischenschaltung der Fahrdrahtimpedanz erfolgen kann.
Unter transformator- analogem Blirndleilstungsv erhalten wird verstanden, d'ass die Blindleistungsabgabe des Umrichters, wie es beim Transformator natürlicherweise der Fall ist, durch die Bedürfnisse des Bahnbetriebes bestimmt äset. Bei. direktem Parallelbetrieb soll:
dabei die prozentuale Belastung mit Blindleistung von Umrichter und Transformator gleich sein, während beim Einsatz in getrennten Unterwerken die Lastverteilung etwa
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umgekehrt proportional dem Verhältnis der zwischen dem Verbraucher und den Speisepunkten liegenden Fahrdrahtimpedanzen erfolgen soll.
Bei Parallelschaltung von zwei Transformatoren ist dieses Verhalten dann gewährleistet, wenn die Transformatoren gleiche Kurzschlussspannungen besitzen, das heisst, wenn ihr prozentualer Spannungsabfall bei Belastung gleich ist. Bei Parallelbetrieb von einem Umrichter und einem Transformator reicht die Einhaltung dieser Bedingungen noch nicht aus, da jede Spannungsänderung im Drehstromnetz oder im Einphasennetz zwangläufig das normale, das heisst einer prozentual gleichen Blindleistung entsprechende Verhältnis der Leerlaufspannungen von Transformator und Umrichter verschiebt und damit eine ungleiche Verteilung der Blindleistungslieferungbe- wirkt.
Die Erfindung besteht darin, dass die Netzspannung des Einphasennetzes und die Eingangsspannung des dem Umrichter zugehörigen Transformators über Wandler einem Differenzspannungsregler zugeführt sind und dass die daraus erhaltene Differenzspannung als Steuerspannung Mitteln zugeführt ist, die bewirken, dasseine Änderung des Betrages der Leerlaufspannung des Umrichters eintritt, derart, dass dessen Leerlaufspannung der Leerlaufspannung des Einphasen-Transformators angepasst bleibt. Zu diesem Zweck ist eine Verbindung zu der Hochspan- nungssammel'schiene des Einphasennetzes (z. B. Primärspannung des parallelgeschalteten Einphasen- Transformators) vorgesehen.
Dadurch wird der Betrag der primären Einphasennetzspannung, der zugleich ein Mass der Transformator-Leerlaufspannung ist, gemessen. Die Einrichtung ermöglicht es, die Messwerte zur Umrichterstation zu übertragen, was z. B. mittels einer in Spannungswandlern gewonnenen und über eine Hilfsleitung herangeführten Steuerwechselspannung erfolgen kann. Diese Messwerte des Einphasennetzes werden, mit den auf genannte Weise aus dem Drehstromnetz gewonnenen Messwerten verglichen und bei Abweichungen vom Normalverhältnis wird derart in die Umrichteranlage eingegriffen, dass das ursprüngliche Verhältnis der Leerlaufspannungen von Transformator und Umrichter wieder hergestellt wird. Dieser Eingriff in die Umrichteranlage kann je nach dem zurAnwendung ggelangenden Umrichterprinzip auf verschiedene Weise erfolgen. So lässt sich z.
B. durch Beeinflussung der Gittersteuerung der Betrag der vom Umrichter gebildeten Einphasenspannung ändern.
In Fig. 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Darin ist 1 der Einphasen-Transformator, da an die Einphasen Hochspannung U1 angeschlossen. Er gibt die Spannung UA an das Verbraucher- Wechselstromnetz ab. Räumlich getrennt davon ist die Umrichterstation mit dem an die Dreiphasen- Hochspannung U2 angeschlossenen Transformator 2, dem Umrichter 3 und dem Differenzspannungsregler 7, welcher als Steuereinrichtung des Umrichters dient. An diesen ist über die Spannungswandler 5 und 6 die Einphasen- und Dreiphasen-Hochspannung angeschlossen.
Deren Ausgangsspannungen wirken bei einem von dem normalen abweichenden Verhältnis auf den Umrichter derart, dass die Leerlaufspannung des Umrichters der Leerlaufspannung des Einphasentransformatons angepasst bleibt.
Eine Herabsetzung der Einphaseinspannung des Umrichters mittels der Gittersteuerung bedingt stets eine Verschlechterung des Leistungsfaktors, unter dem die Leistungsaufnahme aus dem Drehstromnetz erfolgt.
Es isst daher vorteilhaft, die Änderung der Umrichterspannung mittels eines Reguliertransformators zu vollziehen, wobei sich dieser auf der Dreiphasen- oder auf der Einphasenseite befinden kann.
Eine derartige Einrichtung mit einem auf der Dreiphasenseite vorgeschalteten Reguliertransformator stellt Fig. 2 schematisch dar. Die Einrichtung besteht aus dem Haupttransformator 2, dem Umrichter 3 und dem Reguliertransformator 4. Auf den Verstellantrieb des Reguliertransformators wirkt die Steuereinrichtung 8 ein, die ihrerseits von den Ausgangsspannungen, der Wandler 5 und 6 beeinflusst wird.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung bezweckt durch zusätzliche Anwendung einer stromabhängigen Steuerung des Betrages der Umrichterspannung eine genaue Anpassung des Blindleistungsverhaltens des Umrichters an das eines parallelgeschalteten Transformators. Durch diese Massnahme kann dem Umrichter künstlich eine bestimmte Kurzschlussspannung zugeordnet werden, was besonders bei unmittelbarer Parallelschaltung mit einem Transformator von Bedeutung ist.
Eine derartige stromabhängige Steuerung der vom Umrichter gebildeten Einphasenspan- n;ung lässt sich beispielsweise d'adürch erreichen, dass an der Bürde eines in Fig. 2 mit 9 bezeichneten Stromwandlers, der vom Umrichterstrom durchflossen wird, eine diesem proportionale Spannung abgegriffen und der Steuereinrichtung 8 zugeleitet wird, wo sie zu dem Messwert der Dreiphasennetzspannung addiert wird,.
Auf diese Weise wird bei Belastung des Umrichters ein Ansteigen der Dreiphasennetzspannung vorgetäuscht und durch die Steuereinrichtung eine Verminderung der Um@richterspan@nung und damit eine künstliche Erhöhung d'er Kurzschlussspannung herbeigeführt.