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WO1997006589A1 - Thyristorgeschaltete kondensatorbank - Google Patents

Thyristorgeschaltete kondensatorbank Download PDF

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Publication number
WO1997006589A1
WO1997006589A1 PCT/DE1996/001345 DE9601345W WO9706589A1 WO 1997006589 A1 WO1997006589 A1 WO 1997006589A1 DE 9601345 W DE9601345 W DE 9601345W WO 9706589 A1 WO9706589 A1 WO 9706589A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thyristor
capacitor bank
capacitor
voltage
switched
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE1996/001345
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kadry Sadek
Marcos-Antonio Pereira
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
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP96924762A priority Critical patent/EP0842557A1/de
Priority to AU65126/96A priority patent/AU6512696A/en
Publication of WO1997006589A1 publication Critical patent/WO1997006589A1/de
Priority to NO980034A priority patent/NO980034L/no
Priority to US09/018,605 priority patent/US5907234A/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1864—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein the stepless control of reactive power is obtained by at least one reactive element connected in series with a semiconductor switch
    • 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]

Definitions

  • the invention relates to a thyristor-switched capacitor bank with a thyristor switch and a capacitor bank.
  • a static compensator also called a static var compensator (SVC)
  • SVC static var compensator
  • SVC static var compensator
  • the nominal voltage on the secondary side enables you to optimally design the equipment with regard to its current and voltage control.
  • a direct connection can also be economical in medium-voltage networks up to 30 kV.
  • the capacitive power is provided via permanently connected or switched capacitors (capacitor bank), also referred to as a fixed capacitor (FC), or thyristor-switched capacitors, also referred to as a thyristor switched capacitor (TSC).
  • capacitor bank also referred to as a fixed capacitor (FC)
  • thyristor-switched capacitors also referred to as a thyristor switched capacitor (TSC).
  • a thyristor switch is normally used, which consists of several antiparallel thyristors connected in series.
  • the capacitor bank must then be provided with a protective choke in order to limit the inrush current steepness.
  • the use of mechanically switched capacitors is subject to operational restrictions. In order to keep balancing processes as low as possible when switching on and thus to avoid overstressing, the capacitor bank must always be discharged via a circuit breaker when switched on (eg via a discharge resistor or converter).
  • a thyristor as a switch has the advantage that the capacitor bank can be used from any state of charge and as often as required with the lowest possible compensation process can be switched on and off.
  • the "intelligence" of the control required for this is easy to implement in digital technology.
  • the inductive power is provided via choke coils.
  • TSR Thyristor Switched Reactor
  • TCR Thyristor Controlled Reactor
  • TCR Thyristor Switched Reactor
  • TSC Thyristor Switched Capacitor
  • the static compensator can in principle perform various control tasks. When used in transmission networks, this is primarily the task of voltage regulation. In this way, the static compensator can also help to limit operating frequency overvoltages, make a contribution to improving network stability and also dampen power fluctuations between subnetworks.
  • the SVC plant in Kemps Creek, Australia consists of a thyristor-connected choke (TSR) and two thyristor-switched capacitor banks (TSC).
  • TSR thyristor-connected choke
  • TSC thyristor-switched capacitor banks
  • the capacitor bank of the thyristor-connected capacitor bank should always be discharged when it is switched on.
  • the capacitor bank is at zero current crossing, i.e. at the time of maximum mains voltage, separated from the AC mains. If the discharge of the capacitor bank via a discharge circuit is a slow process in comparison to the oscillation period of the AC voltage, then twice the maximum mains voltage occurs at the thyristor switch after half an oscillation period. Relatively expensive thyristors with increased dielectric strength must be used for the thyristor switch, or several thyristor switches must be connected in series. If a misfire of a thyristor would occur at the worst time, the capacitor bank would be recharged to a maximum of three times the mains voltage amplitude.
  • the capacitor bank In order to have to dimension the thyristor switch only for a simple maximum mains voltage, which is of considerable advantage for economic reasons, the capacitor bank must be able to discharge itself quickly enough via a discharge circuit, at the longest during half a period of the alternating voltage.
  • the duration of half a period at a frequency is AC voltage of 50 Hz 10 ms.
  • the capacitor bank usually has a capacitance of the order of a few 100 ⁇ F. So that such a large capacitor bank can discharge at all in 10 ms, the discharge circuit must have a low resistance.
  • a pure ohmic resistance in the discharge circuit should be, for example, only a few ohms, which in practice represents a short circuit with a correspondingly high power loss for the capacitor, which cannot be tolerated when the capacitor bank is connected to the AC voltage network.
  • a reactive power compensator is known from EP 0 116 275 B1, a discharge circuit with at least one inductive reactance resistor being connected in parallel to a thyristor-connected capacitor bank, and a first control unit for the thyristor switch being provided, which comprises current and voltage measurement signals from an AC voltage network to be compensated Ignition signals for the thyristor switch are generated, the discharge circuit being permanently closed and the inductive reactance variable, such that it is larger in the operating state when the thyristor switch is closed and smaller in value when the thyristor switch is open.
  • An advantage of this embodiment is that the capacitor bank is discharged quickly and continuously after it has been switched off from the AC voltage network, without any expensive switching elements which are susceptible to faults and in the discharge circuit of the capacitor bank.
  • a discharge circuit choke with an iron core is provided as an inductive reactive resistor. The iron core is at least largely unsaturated with the current which flows through the choke when the thyristor switch is closed and is increasingly saturated with larger currents.
  • Their winding resistance is dimensioned so that the discharge of the capacitor bank corresponds to an RC discharge with a priori damping.
  • the discharge circuit choke acts through the saturation properties of its iron core in the discharge circuit as a variable reactance which is greater when the capacitor is connected to the AC network, ie when the thyristor switch is closed, than when the The capacitor bank is separated from the AC voltage network when the thyristor switch is open.
  • the difference between these two states is so considerable that in the first case only a small, unimportant current flows in the discharge case, while in the second case a large one, the capacitor bank, flows in less than half a period of time AC discharge current can flow.
  • the discharge circuit can be permanently closed. An interruption of the charging circuit during the connection of the capacitor bank to the AC network is not necessary. The result is that the valve voltage is relatively low and costs for expensive high-voltage thyristors are saved.
  • the invention is based on the object of specifying a thyristor-connected capacitor bank in which the valve voltage is likewise relatively low, with no special discharge circuit being used.
  • the capacitor bank of a thyristor-connected capacitor bank is divided into at least two capacitor groups connected in series, the capacitor group facing away from a capacitor group at the mains connection being provided with a parallel series circuit having a thyristor switch and a choke coil, a capacitive capacitor is obtained Voltage divider, so that the thyristor switch is loaded with a voltage value proportional to the voltage ratio.
  • the voltage of each thyristor switch corresponds to the voltage of the assigned capacitor group.
  • the thyristor switch can thus be dimensioned for a fraction of the maximum mains voltage.
  • Another advantage of this thyristor-switched capacitor bank according to the invention is that the capacities of an individual capacitor bank can be varied in stages which have a fraction of the total capacitance of the capacitor bank, depending on the combination of the thyristor switches that are switched on and off.
  • FIG. 1 shows a known thyristor-switched capacitor bank
  • FIG. 2 shows the course of the associated thyristor voltage in a diagram over time t
  • FIG. 3 shows the course of the associated thyristor current in a diagram over time t
  • FIG. 4 shows a thyristor-switched capacitor bank according to the invention, the associated thyristor voltage being shown in a diagram over time t in FIG. 5 and the course of the associated thyristor current in a diagram over time t.
  • FIG. 1 denotes a line of an electrical AC voltage network that is fed by a generator 4.
  • a transformer 6 is connected to this line 2, to whose secondary winding a thyristor-connected capacitor bank 10 is connected by means of a mains connection 12.
  • This thyristor-switched capacitor bank 10 consists of a thyristor switch 14 and a capacitor. capacitor bank 16, which are electrically connected in series.
  • the thyristor switch 14 is constructed from anti-parallel thyristors 18 and 20.
  • the ignition electrodes of these thyristors 18 and 20 are connected to a control unit (not shown in more detail) which, from signals in the network in a manner known per se and therefore also not explained in more detail when required for reactive power in the AC network, provides phase-correct pulses for the thyristors 18 and 20 of the thyristor switch 14 ⁇ testifies.
  • the transformer 6 only serves to adapt the mains voltage to the voltage which was chosen for the thyristor-switched capacitor bank 10 for economic reasons.
  • the thyristor-switched capacitor bank 10 can also be connected directly to the network.
  • the capacitor bank 16 can be switched on or off in a very short time by means of the thyristor switch 14. The connection is done in such a way that no compensation processes occur. Since this cannot be achieved under all operating conditions, choke coils which limit the inrush current of the capacitor bank 16 are provided. These choke coils are not shown in this illustration because of the clarity.
  • Capacitor bank 16 at every moment of the mains voltage. If the capacitor bank 16 is separated from the AC voltage network by opening the thyristor switch 14, then the thyristor switch 14 takes over the capacitor voltage at the switching time and subsequently, with the change in the capacitor voltage and the mains voltage, the differential voltage from both. As a rule, the capacitor bank 16 is disconnected from the AC network at zero current crossing, i.e. at the time of maximum mains voltage.
  • the capacitor bank 16 would discharge only very slowly. This would have the consequence that at the time of Minimum of the mains voltage, the valve voltage u ⁇ h would be approximately twice as large as the mains voltage amplitude .
  • the thyristor switch 14 relatively expensive thyristors 18 and 20 with increased dielectric strength would have to be used or a plurality of thyristor switches 14 would have to be connected in series. If a misfire of a thyristor 18 or 20 of the thyristor switch 14 now occurs at the worst time, the capacitor bank 16 would be recharged to a maximum of three times the mains voltage amplitude.
  • FIGS. 2 and 3 each show the time profiles of the thyristor voltage u ⁇ h and the thyristor current i ⁇ h for this thyristor-switched capacitor bank 10 in a diagram over time t. It can be seen from these representations that the thyristor switch 14 is non-conductive during the period tl-to, since the thyristor current i ⁇ h is zero and the thyristor voltage u ⁇ h follows the AC voltage at the mains connection 12. At time t1, the thyristor switch 14 becomes conductive so that the thyristor voltage u ⁇ h becomes approximately zero. Since the thyristor switch 14 has an impedance, a residual voltage is shown in the illustration in FIG.
  • This residual voltage and the thyristor current i ⁇ h are subject to harmonics. These harmonics are related to the settling process of the thyristor-switched capacitor bank 10.
  • the thyristor switch 14 again becomes non-conductive. Regardless of when the switch-off command arrives, the thyristors 18 and 20 can only interrupt the current at their next zero crossing.
  • the capacitor bank 16 is charged with the peak value of the mains voltage, which now remains in the form of a direct voltage at the capacitor bank 16. The difference between the mains and capacitor voltage reflects the amount of voltage at the thyristor switch 14 in the switched-off state.
  • the voltage at the thyristor switch 14 therefore remains offset from the peak value of the mains voltage from the time t3 until the capacitor bank 16 has discharged. This turns the thyristor switch 14 increased stress (highest instantaneous value of the thyristor voltage u ⁇ h equal to twice the peak value of the mains voltage).
  • FIG. 4 shows an embodiment of a thyristor-switched capacitor bank 10 in accordance with the invention.
  • the capacitor bank 16 is divided into, for example, three capacitor groups 22, 24 and 26 connected in series.
  • a series circuit 28 of a thyristor switch 14 and a choke coil 30 are electrically connected in parallel to the capacitor groups 24 and 26.
  • the capacitor group 22, which is directly assigned to the mains connection 12 of the thyristor-switched capacitor bank 10 has the largest capacitance value of the capacitor groups 22, 24, 26.
  • These capacitor groups 22, 24, 26 form a capacitive voltage divider.
  • the maximum voltage load of the thyristors 18 and 20 of the thyristor switches 14 can be predetermined by the choice of the capacitance values of the individual capacitor groups 24 and 26.
  • FIG. 5 and 6 each show in a diagram over time the time profiles of the thyristor voltage u ⁇ h and the thyristor current i ⁇ h for the embodiment of a thyristor-switched capacitor bank 10 according to FIG. 4. It can be seen from these representations that the thyristor switch 14 is non-conductive during the period t1-tO, since the thyristor current i ⁇ h is zero and the thyristor voltage u ⁇ h follows the AC voltage at the mains connection 12. At time t1, the thyristor switch 14 becomes conductive, so that the thyristor voltage u ⁇ h becomes zero.
  • the thyristor switch carries the thyristor current i ⁇ h , which is subject to harmonics as a result of the settling process.
  • the thyristor switch 14 becomes non-conductive again.
  • the voltage at the capacitor bank 16 starts from zero and builds up, as a result of which a shift in its course is caused.
  • the peak value of the voltage u ⁇ h therefore reaches twice the nominal value of the voltage at the mains connection 12 in the first half period.
  • the capacitor bank 16 is immediately discharged by the targeted ignition of the thyristor switches 14 by means of several current pulses. As a result, the voltage shift at the thyristor switch 14 is immediately canceled.
  • a) The capacitance of a thyristor-connected capacitor bank 10 can be varied in stages which have a fraction of the total capacitance of this capacitor bank, depending on the combination of thyristor switches 14 that are switched on and off.
  • the thyristor switches 14 do not have to be designed for the voltage of the entire capacitor bank of the thyristor-connected capacitor bank 10, but rather according to the voltage of the assigned capacitor group 24 or 26.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine thyristorgesteuerte Kondensatorbank (10) mit einem Thyristorschalter (14) und einer Kondensatorbank (16). Erfindungsgemäß ist diese Kondensatorbank (16) in wenigstens zwei in Reihe geschaltete Kondensatorgruppen (22, 24, 26) geteilt und ist zu der einer Kondensatorgruppe (22) am Netzanschluß (12) abgewandten Kondensatorgruppe (24, 26) eine Reihenschaltung eines Thyristorschalters (14) und einer Drosselspule (30) parallelgeschaltet. Somit erhält man eine thyristorgeschaltete Kondensatorbank (10), deren Thyristorschalter (14) nur noch auf einen Bruchteil der einfachen Netzspannung bemessen werden muß, was aus wirtschaftlichen Gründen von erheblichem Vorteil ist.

Description

Beschreibung
Thyristorgeschaltete Kondensatorbank
Die Erfindung bezieht sich auf eine thyristorgeschaltete Kon¬ densatorbank mit einem Thyristorschalter und einer Kondensa- torbank.
Ein statischer Kompensator, auch als Static Var Compensator (SVC) bezeichnet, besteht aus einem oder mehreren parallelge¬ schalteten induktiven und kapazitiven Zweigen, die über einen eigenen Transformator oder auch über die Tertiärwicklung ei¬ nes Netztransformators an das Hochspannungsnetz angeschlossen werden. Der Einsatz eines eigenen Transformators bietet durch die Festlegung der Nennspannung auf der Sekundärseite die Möglichkeit, die Betriebsmittel optimal bezüglich ihrer Strom- und Spannungsansteuerung auszulegen. In Mittelspan¬ nungsnetzen bis 30 kV kann auch ein direkter Anschluß wirt¬ schaftlich sein.
Die kapazitive Leistung wird über fest angeschlossene oder geschaltete Kondensatoren (Kondensatorbank) , auch als Fixed Capacitor (FC) bezeichnet, oder thyristorgeschaltete Konden¬ satoren, auch als Thyristor Switched Capacitor (TSC) bezeich- net, erbracht. In dieser Anwendung wird normalerweise hierzu ein Thyristorschalter verwendet, der aus mehreren in Reihe geschalteten, antiparallelen Thyristoren besteht. Die Kon- dens-atorbank muß dann mit einer Schutzdrossel versehen wer¬ den, um die Einschaltstromsteilheit zu begrenzen. Der Einsatz mechanisch geschalteter Kondensatoren unterliegt betriebli¬ chen Einschränkungen. Um AusgleichsVorgänge beim Einschalten so gering wie möglich zu halten und damit Überbeanspruchungen auszuschließen, muß die Kondensatorbank beim Einschalten über einen Leistungsschalter stets entladen sein (z.B. über Entladewiderstand oder -wandler) . Demgegenüber bietet ein Thyristor als Schalter den Vorteil, daß die Kondensatorbank aus jedem Ladezustand und beliebig oft mit dem geringstmög- liehen Ausgleichsvorgang zu- und abgeschaltet werden kann. Die hierzu erforderliche "Intelligenz" der Steuerung ist in der Digitaltechnik leicht realisierbar.
Die induktive Leistung wird über Drosselspulen erbracht.
Diese können entweder geschaltet (Thyristor Switched Reactor (TSR) ) oder mit einer entsprechenden Steuerung in der Grund- schwingungs-Blindleistung auch geregelt (Thyristor Controlled Reactor (TCR)) werden. Hierzu kann die gesamte, an das Netz abgegebene Blindleistung des statischen Kompensators stufen¬ los im Rahmen der am Netzknotenpunkt erforderlichen kapazi¬ tiven oder induktiven Blindleistung verstellt werden.
Die kontinuierliche Regelung eines TCR-Zweiges ist immer mit einer Erzeugung von harmonischen Strömen verbunden, die durch den Einsatz von Filtern am Anschlußpunkt des TCR vom Übertra¬ gungsnetz ferngehalten werden müssen. Die Erzeugung von Ober¬ schwingungen kann nur dadurch völlig ausgeschlossen werden, daß der induktive Zweig gleich wie der kapazitive Zweig ge- schaltet betrieben wird (Thyristor Switched Reactor (TSR) ) . Die installierte induktive Blindleistung wird dann wie bei einer thyristorgeschalteten Kondensatorbank (Thyristor Switched Capacitor (TSC)) nur zu- oder abgeschaltet.
Der statische Kompensator kann grundsätzlich verschiedene Re¬ gelaufgaben erfüllen. Beim Einsatz in Übertragungsnetzen ist dies primär die Aufgabe der Spannungsregelung . Damit kann der statische Kompensator auch zur Begrenzung von betriebsfre- quenten Überspannungen beitragen, einen Beitrag zur Verbesse- rung der Netzstabilität liefern und auch Leistungspendelungen zwischen Teilnetzen bedampfen.
Im Aufsatz "Statische Kompensatoren und ihre Komponenten", abgedruckt in der DE-Zeitschrift "etz", Band 112 (1991), Heft 17, Seiten 926 bis 930, werden Schaltungsarten, Anwendung und Auslegungskriterien der verwendeten Komponenten von stati¬ schen Kompensatoren in der Thyristortechnik diskutiert. Die dargestellten realisierten statischen Kompensatoren bestehen jeweils aus mehreren Blindleistungsstellern, die mittels ei¬ nes Transformators an ein Hochspannungsnetz angeschlossen sind. Die Auswahl und die Kombination der verschiedenen Blindleistungssteller hängt im wesentlichen von den Anforde¬ rungen des Netzes ab. Dabei sind u. a. die folgenden Ge¬ sichtspunkte zu berücksichtigen: Gesamtkosten des Kompensa- tors, Verlustbewertung, Zuverlässigkeit, Wartungsaufwendungen und Erweiterungsmöglichkeiten des Kompensators. Beispiels- weise besteht die SVC-Anlage Kemps Creek/Australien aus einer thyristorgeschalteten Drossel (TSR) und zwei thyristorge¬ schalteten Kondensatorbänken (TSC) . Die drei Phasen jedes dieser Blindleistungssteiler sind elektrisch in Dreieck ge¬ schaltet und sind identisch aufgebaut.
Wie bereits erwähnt, sollte die Kondensatorbank der thyri¬ storgeschalteten Kondensatorbank (TSC) stets beim Einschalten entladen sein. In der Regel wird die Kondensatorbank im Stromnulldurchgang, d.h. zum Zeitpunkt maximaler Netzspan- nung, vom Wechselspannungsnetz getrennt. Ist die Entladung der Kondensatorbank über einen Entladekreis im Vergleich zur Schwingungsdauer der WechselSpannung ein langsamer Vorgang, so tritt am Thyristorschalter nach einer halben Schwingungs¬ dauer praktisch die doppelte maximale Netzspannung auf. Für den Thyristorschalter müssen relativ teuere Thyristoren mit erhöhter Spannungsfestigkeit verwendet oder es müssen mehrere Thyristorschalter hintereinandergeschaltet werden. Würde nun im ungünstigsten Zeitpunkt eine Fehlzündung eines Thyristors eintreten, so würde eine Umladung der Kondensatorbank maximal auf die dreifache Netzspannungsamplitude erfolgen.
Um den Thyristorschalter nur für eine einfache maximale Netz¬ spannung bemessen zu müssen, was aus wirtschaftlichen Gründen von erheblichem Vorteil iεt, muß sich die Kondensatorbank über einen Entladekreis schnell genug, längstens während ei¬ ner halben Periode der WechselSpannung, entladen können. Die Dauer einer halben Periode beträgt bei einer Frequenz der Wechselspannung von 50 Hz 10 ms. Die Kondensatorbank weist üblicherweise eine Kapazität in der Größenordnung von einigen 100 μF auf. Damit sich eine so große Kondensatorbank in 10 ms überhaupt entladen kann, muß der Entladekreis niederohmig sein. Ein reiner ohmscher Widerstand im Entladekreis dürfte z.B. nur wenige Ohm betragen, was für den Kondensator praktisch einen Kurzschluß mit entsprechend hoher Verlust¬ leistung darstellt, welche bei Zuschaltung der Kondensa¬ torbank zum Wechselspannungsnetz nicht tolerierbar ist.
Aus der EP 0 116 275 Bl ist ein Blindleistungskompensator be¬ kannt, wobei einer thyristorgeschalteten Kondensatorbank ein Entladekreis mit mindestens einem induktiven Blindwiderstand parallelgeschaltet ist und wobei eine erste Steuereinheit für den Thyristorschalter vorgesehen ist, welche aus Strom- und Spannungsmeßsignalen eines zu kompensierenden Wechselspan¬ nungsnetzes Zündsignale für den Thyristorschalter erzeugt, wobei der Entladekreis dauernd geschlossen ist und der in¬ duktive Blindwiderstand variabel ist, derart, daß er im Be- triebszustand bei geschlossenem Thyristorschalter größer und bei geöffnetem Thyristorschalter kleiner in seinem Wert ist. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß eine schnelle und kontinuierliche Entladung der Kondensatorbank, nach deren Abschalten vom Wechselspannungsnetz, ohne irgend- welche störungsanfällige und teuere Schaltelemente im Entla¬ dekreis der Kondensatorbank erfolgt. Als induktiver Blindwi¬ derstand ist eine Entladekreis-Drossel mit Eisenkern vorge¬ sehen. Der Eisenkern ist bei demjenigen Strom, welcher die Drossel bei geschlossenem Thyristorschalter durchfließt, wenigstens weitgehend ungesättigt und bei größeren Strömen zunehmend gesättigt. Ihr Wicklungswiderstand ist so bemessen, daß die Entladung der Kondensatorbank einer RC-Entladung mit apriorischer Dämpfung entspricht. Somit wirkt die Entlade¬ kreis-Drossel durch die Sättigungseigenschaften ihres Eisen- kerns im Entladekreis als variabler Blindwiderstand, der bei Zuschalten des Kondensators zum Wechselspannungsnetz, d.h. bei geschlossenem Thyristorschalter, größer ist, als wenn die Kondensatorbank bei geöffnetem Thyristorschalter vom Wech¬ selspannungsnetz getrennt ist. Der Unterschied zwischen diesen beiden Zuständen ist dabei so erheblich, daß im erst¬ genannten Fall im Entladefall nur ein kleiner, nicht ins Ge- wicht fallender Strom fließt, während im zweiten Fall ein großer, die Kondensatorbank in weniger als einer halben Peri¬ ode der Wechselspannung entladender Strom fließen kann. Außerdem kann der Entladekreis dauernd geschlossen sein. Eine Unterbrechung des Ladekreises während der Zuschaltung der Kondensatorbank zum Wechselspannungsnetz ist nicht erforder¬ lich. Damit wird erreicht, daß die VentilSpannung relativ niedrig ist und somit Kosten für teuere Hochspannungsthyri- storen eingespart werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine thyristor¬ geschaltete Kondensatorbank anzugeben, bei der die Ventil- Spannung ebenfalls relativ niedrig ist, wobei kein spezieller Entladekreis verwendet wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An¬ spruchs 1 gelöst.
Dadurch, daß die Kondensatorbank einer thyristorgeschalteten Kondensatorbank (TSC) in wenigstens zwei in Reihe geschaltete Kondensatorgruppen unterteilt ist, wobei die einer Kon¬ densatorgruppe am Netzanschluß abgewandte Kondensatorgruppe mit einer parallelen Reihenschaltung versehen ist, die einen Thyristorschalter und eine Drosselspule aufweist, erhält man einen kapazitiven Spannungsteiler, so daß der Thyristor- Schalter mit einem dem Spannungsverhältnis proportionalen Spannungswert belastet wird. Durch die Aufteilung der Kondensatorbank in mehrere Kondensatorgruppen, deren Kapazitätswerte frei gewählt werden können, entspricht die Spannung eines jeden Thyristorschalters der Spannung der zugeordneten Kondensatorgruppe. Somit kann der Thyristorschalter für einen Bruchteil der ma¬ ximalen Netzspannung bemessen werden. Ein weiterer Vorteil dieser erfindungsgemäßen thyristorgeschalteten Kondensator¬ bank besteht darin, daß die Kapazitäten einer einzelnen Kon- densatorbank in Stufen, die einen Bruchteil der gesamten Ka¬ pazität der Kondensatorbank aufweisen, je nach Kombination von zu- und ausgeschalteten Thyristorschaltern variiert wer¬ den kann.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen thyristorgeschalteten Kondensatorbank schema¬ tisch veranschaulicht ist.
Figur l zeigt eine bekannte thyristorgeschaltete Kondensator¬ bank, in der Figur 2 ist in einem Diagramm über der Zeit t der Verlauf der zugehörigen Thyristorspannung dargestellt, wogegen in Figur 3 in einem Diagramm über der Zeit t der Verlauf des zu- gehörigen Thyristorstromes dargestellt ist,
Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße thyristorgeschaltete Kon¬ densatorbank, wobei in Figur 5 in einem Diagramm über der Zeit t die zugehörige Thy¬ ristorspannung und in Figur 6 in einem Diagramm über der Zeit t der Verlauf des zu¬ gehörigen Thyristorstromes dargestellt sind.
In den Figuren sind übereinstimmende Teile und Größen mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
In der Figur 1 ist mit 2 eine Leitung eines elektrischen Wechselspannungsnetzes bezeichnet, das von einem Generator 4 gespeist wird. An dieser Leitung 2 ist ein Transformator 6 angeschlossen, an dessen Sekundärwicklung eine thyristorge- schaltete Kondensatorbank 10 mittels eines Netzanschlusses 12 angeschlossen ist. Diese thyristorgeschaltete Kondensatorbank 10 besteht aus einem Thyristorschalter 14 und einer Kon- densatorbank 16, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Der Thyristorschalter 14 ist aus antiparallelen Thyristoren 18 und 20 aufgebaut. Die Zündelektroden dieser Thyristoren 18 und 20 sind mit einer nicht näher dargestellten Steuereinheit verbunden, die aus Signalen des Netzes in an sich bekannter und deshalb auch nicht näher erläuterter Weise bei Bedarf an Blindleistung im Wechselspannungsnetz phasenrichtige Impulse für die Thyristoren 18 und 20 des Thyristorschalters 14 er¬ zeugt. Der Transformator 6 dient lediglich zur Anpassung der Netzspannung an die Spannung, die aus wirtschaftlichen Grün¬ den für die thyristorgeschaltete Kondensatorbank 10 gewählt wurde. Die thyristorgeschaltete Kondensatorbank 10 kann auch direkt an das Netz angeschlossen werden. Mittels des Thyris¬ torschalters 14 kann in kürzester Zeit die Kondensatorbank 16 zu- oder abgeschaltet werden. Das Zuschalten geschieht so, daß dabei möglichst keine Ausgleichsvorgänge entstehen. Da dies nicht unter allen Betriebsbedingungen erreicht werden kann, werden Drosselspulen, die den Einschaltström der Kon¬ densatorbank 16 begrenzen, vorgesehen. Diese Drosselspulen sind wegen der Übersichtlichkeit in dieser Darstellung nicht näher dargestellt.
Ist der Thyristorschalter 14 geschlossen, also elektrisch leitend, und damit die Kondensatorbank 16 dem Wechselspan- nungsnetz zugeschaltet, so entspricht die Spannung an der
Kondensatorbank 16 in jedem Augenblick der Netzspannung. Wird die Kondensatorbank 16 durch Öffnen des Thyristorschalters 14 vom Wechselspannungsnetz getrennt, so übernimmt der Thyris¬ torschalter 14 zum Schaltzeitpunkt die Kondensatorspannung und in der Folge, mit der Veränderung der Kondenatorspannung und der Netzspannung, jeweils die Differenzspannung aus bei¬ den. In der Regel wird die Kondensatorbank 16 im Stromnull- durchgang, d.h., zum Zeitpunkt maximaler Netzspannung, vom Wechselspannungsnetz getrennt.
Ohne Entladekreis würde sich die Kondensatorbank 16 nur sehr langsam entladen. Dies hätte zur Folge, daß im Zeitpunkt des Minimums der Netzspannung die VentilSpannung uτh etwa doppelt so groß wie die Netzspannungsamplitude wäre. Für den Thyri¬ storschalter 14 müßten relativ teuere Thyristoren 18 und 20 mit erhöhter Spannungsfestigkeit verwendet oder mehrere Thy¬ ristorschalter 14 hintereinandergeschaltet werden. Würde nun im ungünstigsten Zeitpunkt eine Fehlzündung eines Thyristors 18 bzw. 20 des Thyristorschalters 14 eintreten, so würde eine Umladung der Kondensatorbank 16 maximal auf die dreifache Netzspannungsamplitude erfolgen.
In den Figuren 2 und 3 sind jeweils in einem Diagramm über der Zeit t die zeitlichen Verläufe der Thyristorspannung uτh und des Thyristorstromes iτh für diese thyristorgeschaltete Kondensatorbank 10 dargestellt. Diesen Darstellungen ist zu entnehmen, daß während des Zeitraums tl-to der Thyristor¬ schalter 14 nichtleitend iεt, da der Thyristorstrom iτh gleich Null ist und die Thyristorspannung uτh der Wechsel- Spannung am Netzanschluß 12 folgt. Zum Zeitpunkt tl wird der Thyristorschalter 14 leitend, so daß die Thyristorspannung uτh annähernd Null wird. Da der Thyristorschalter 14 eine Im¬ pedanz aufweist, ist in der Darstellung gemäß FIG 2 eine Restspannung dargestellt. Diese Restspannung und der Thyris- torεtrom iτh sind oberschwingungsbehaftet. Diese Oberschwin¬ gungen hängen mit dem Einschwingungsvorgang der thyristor- geschalteten Kondensatorbank 10 zusammen. Zum Zeitpunkt t3 wird der Thyriεtorschalter 14 wieder nichtleitend. Unabhängig davon, wann der Ausschaltbefehl eintrifft, können die Thyris¬ toren 18 und 20 den Strom erst bei ihrem nächsten Nulldurch¬ gang unterbrechen. In diesem Moment ist die Kondensatorbank 16 mit dem Scheitelwert der Netzspannung aufgeladen, der nun in Form einer Gleichspannung an der Kondensatorbank 16 erhal¬ ten bleibt. Die Differenz zwischen der Netz- und Kondensator¬ spannung gibt den Betrag der Spannung am Thyristorschalter 14 im ausgeschalteten Zustand wieder. Deshalb bleibt die Spannung am Thyristorschalter 14 ab dem Zeitpunkt t3 um den Scheitelwert der Netzspannung versetzt, bis sich die Konden- εatorbank 16 entladen hat. Dadurch wird der Thyristorschalter 14 erhöht beansprucht (höchster Momentanwert der Thyristor¬ spannung uτh gleich doppelter Scheitelwert der Netzspannung) .
Die Figur 4 zeigt eine Ausführungεform einer erfindungsge- mäßen thyristorgeschalteten Kondensatorbank 10. Bei dieser thyristorgeschalteten Kondensatorbank 10 ist die Konden¬ satorbank 16 in beispielsweise drei in Reihe geschaltete Kondensatorgruppen 22, 24 und 26 aufgeteilt. Den Kondensator¬ gruppen 24 und 26 sind jeweils eine Reihenschaltung 28 eines Thyristorschalters 14 und einer Drosselspule 30 elektrisch parallel geschaltet. Die Kondensatorgruppe 22, die dem Netz¬ anschluß 12 der thyristorgeschalteten Kondensatorbank 10 direkt zugeordnet ist, weist von den Kondenatorgruppen 22, 24, 26 den größten Kapazitätswert auf. Diese Kondensator- gruppen 22, 24, 26 bilden einen kapazitiven Spannungsteiler. Durch die Wahl der Kapazitätswerte der einzelnen Kondensator¬ gruppen 24 und 26 kann die maximale Spannungsbelastung der Thyristoren 18 und 20 der Thyristorschalter 14 vorbestimmt werden.
In den FIG 5 und 6 sind jeweils in einem Diagramm über der Zeit die zeitlichen Verläufe der Thyristorspannung uτh und des Thyristorstromes iτh für die erfindungsgemäße Ausfüh- rungsform einer thyristorgeschalteten Kondensatorbank 10 ge- maß FIG 4 dargestellt. Diesen Darstellungen ist zu entnehmen, daß während des Zeitraums tl-tO der Thyristorschalter 14 nichtleitend ist, da der Thyristorstrom iτh gleich Null ist und die Thyristorspannung uτh der WechselSpannung am Netzan¬ schluß 12 folgt. Zum Zeitpunkt tl wird der Thyristorschalter 14 leitend, so daß die ThyristorSpannung uτh Null wird. In diesem Zustand führt der Thyristorschalter den Thyristorstrom iτh, der infolge des Einεchwingvorganges oberschwingungsbe- haftet ist. Zum Zeitpunkt t4 wird der Thyristorεchalter 14 wieder nichtleitend. Beim Erreichen deε Nullwertes des Stro- mes iτh im Thyristorschalter 14 wird dieser ausgeschaltet. Die Spannung an der Kondensatorbank 16 startet von Null und baut sich auf, wodurch eine Verschiebung ihreε Verlaufeε ver- ursacht wird. Daher erreicht der Scheitelwert der Spannung uτh in der ersten Halbperiode das Doppelte des Nennwertes der Spannung am Netzanschluß 12. Gleich danach erfolgt die sofor¬ tige Entladung der Kondensatorbank 16 durch die gezielte Zündung der Thyristorschalter 14 mittels mehrerer Stromim¬ pulse. Dadurch wird die SpannungsverSchiebung am Thyristor¬ schalter 14 umgehend aufgehoben.
Durch diese erfindungsgemäße Ausgeεtaltung der thyriεtor- geεchalteten Kondenεatorbank 10 werden folgende Vorteile erzielt:
a) Die Kapazität einer thyristorgeschalteten Kondensatorbank 10 kann in Stufen, die einen Bruchteil der gesamten Kapazität dieser Kondensatorbank aufweisen, je nach Kom¬ bination von zu- und ausgeschalteten Thyristorschaltern 14 variiert werden. b) Die Thyristorschalter 14 müssen nicht für die Spannung der ganzen Kondensatorbank der thyriεtorgeschalteten Kon- densatorbank 10, sondern entsprechend der Spannung der zugeordneten Kondensatorgruppe 24 bzw. 26, ausgelegt wer¬ den. c) Im Falle eines Zündfehlerε eines Thyristorεchalterε 14 kann dieεer nun durch eine geεteuerte Zuschaltung ge- schützt werden. Das ist jetzt angesichts des Netzbetrie¬ bes akzeptabel, da die resultierende Änderung der Kapazi¬ tät der Kondensatorbank der thyriεtorgeεchalteten Kondensatorbank 10 auf die Wirkung einer einzigen Kon¬ densatorgruppe 22 beschränkt ist. Durch den gesteuerten Abbau der Spannungεverlagerung in wenigen Perioden nach jedem Auεεchalten deε Thyristorschalters 14 (Figuren 5 und 6) wird demnach eine Schutzzündung nur notwendig, falls ein Zündfehler innerhalb dieser kurzen Zeit pas¬ siert. Damit müssen die Thyristoren 18 und 20 nicht mehr für daε Dreifache der normalen Betriebεεpannung auεgelegt werden. Gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik können die Thyriεtoren 18 und 20 jedeε Thyriεtorεchalterε 14 ohne einen Entladekreis für einen Bruchteil der einfachen Netzspannung bemesεen werden, was aus wirtschaftlichen Gründen von erheb- lichem Vorteil ist.

Claims

Patentansprüche
1. Thyristorgeschaltete Kondensatorbank (10) mit einem Thyristorschalter (14) und einer Kondensatorbank (16), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß diese Kondensatorbank (16) in wenigstens zwei in Reihe geschaltete Kondensatorgruppen (22,24,26) geteilt ist, und daß zu der einer Kondensatorgruppe (22) am Netzanschluß (12) abgewandten Kondensatorgruppe (24,26) eine Reihenschaltung eines Thyristorεchalters (14) und einer Drosεelspule (30) parallel¬ geschaltet ist.
2. Thyristorgeεchaltete Kondensatorbank (10) 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 von den Kondensatorgruppen (22,24,26) die dem Netzan¬ schluß (12) direkt zugeordnete Kondensatorgruppe (22) den größten Kapazitätswert aufweist.
3. Thyristorgeschaltete Kondensatorbank (10) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kapazitätswerte der der Kondensatorgruppe (22) am Netzanschluß (12) abgewandten Kondensatorgruppen (24,26) je¬ weils in Abhängigkeit der zulässigen Sperrspannung des zuge¬ hörigen Thyristorεchalters (14) wählbar sind.
4. Thyristorgeschaltete Kondensatorbank (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t, daß die Anzahl der der Kondensatorgruppe (22) am Netzanschluß (12) abgewandten Kondensatorgruppen (24,26) gleich zwei ist.
5. Thyristorgeεchaltete Kondenεatorbank (10) nach einem der
Anεprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß der Thyristorschalter (14) aus antiparallelen Thyristoren (18, 20) aufgebaut iεt.
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