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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Stromwandlervorrichtung, die
dazu fähig
ist, die Stabilität eines
multiterminalen Gleichstromübertragungssystems,
in dem eine Vielzahl von Spannungs-gekoppelten Stromwandlern mit
einer Gleichstromleitung verbunden sind, zu erhöhen, und die auch dazu fähig ist, den
Betrieb verbleibender Stromwandlervorrichtungen kontinuierlich aufrechtzuerhalten,
selbst wenn ein durch einen Systemfehler oder einen Fehler der Stromwandlervorrichtung
verursachter Terminal-Fehler auftritt.
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Die
9 ist
eine schematische Darstellung, die die Anordnung einer konventionellen
Stromwandlervorrichtung zeigt, die in der Japanischen offengelegten
Anmeldung
JP-A-1-238430 beschrieben
wurde. Die
9 zeigt nur eine einer Vielzahl
von Stromwandlervorrichtungen, die mit einer Gleichstromleitung
verbunden sind. In
9 bezeichnet das Bezugszeichen
300 eine
Stromwandlervorrichtung zur Umwandlung eines Gleichstroms (DC) in
einen Wechselstrom (AC) oder des AC-Stroms in den DC-Strom,
20 bezeichnet
ein AC-System und
30 bezeichnet ein DC-System. Das Bezugszeichen
301 bezeichnet
eine Spannungs-gekoppelte Stromwandlervorrichtung,
302 bezeichnet
eine AC-Drosselspule oder einen Transformator, und
303 bezeichnet
einen Kondensator. Das Bezugszeichen
304 bezeichnet einen
AC-Spannungsanzeiger zur Anzeige der Spannung des AC-Systems
20,
und
305 bezeichnet einen AC-Stromanzeiger zur Anzeige eines
Stromes des AC-Systems
20. Das Bezugszeichen
306 bezeichnet einen
DC-Spannungsanzeiger zur Anzeige der Spannung des DC-Systems
30,
und
307 bezeichnet einen Leistungsmesskreis zur Bestimmung
einer Leistung auf Grundlage der Spannung und des durch den AC-Spannungsanzeiger
304 und
den AC-Stromanzeiger
305 bestimmten Stromes. Das Bezugszeichen
308 bezeichnet
einen Steuerungskreis, und
310 bezeichnet einen DC-Spannungsregelkreis,
und
320 bezeichnet einen Leistungsregelkreis. Die Bezugszeichen
311 und
321 bezeichnen
Subtraktoren,
312 und
322 bezeichnen Kompensatoren,
und
330 bezeichnet einen Selektor.
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Als
nächstes
wird der Betrieb der in 9 dargestellten konventionellen
Stromwandlervorrichtung beschrieben.
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Der
Leistungsmesskreis 307 berechnet eine AC-Wirkleistung P
= Vu*Iu + Vv*Iv + Vw*Iw, auf der Basis jeder der drei AC-Spannungsphasenwerte
Vu, Vv und Vw, bestimmt durch den Spannungsanzeiger 304,
und jeder der AC-Phasenwerte Iu, Iv und Iw, bestimmt durch den Stromanzeiger 305.
Dann gibt der Leistungsmesskreis 307 die berechnete AC-Wirkleistung
ab. Das Zeichen „*” bedeutet
eine Multiplikation.
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Die
AC-Wirkleistung P ist ungefähr
gleich der Leistung, wie die durch die vom Spannungs-gekoppelten
Stromwandler 301 durchgeführte AC-DC-Umwandlung. Die
festgestellte AC-Wirkleistung P wird an den Leistungsregelkreis 320 abgegeben.
Der Subtraktor 321 berechnet dann die Abweichung zwischen
der AC-Wirkleistung P und dem Leistungsbezugswert Pref. Der Kompensator 322 justiert
dann den Strom des Spannungs-gekoppelten Stromwandlers 301 gemäß der berechneten
Leistungsabweichung. D. h., der Kompensator 322 erhöht den Strom des
Spannungs-gekoppelten Stromwandlers 301, wenn die durch
den Leistungsanzeiger 307 bestimmte AC-Wirkleistung P geringer
ist als die des Leistungsbezugswertes Pref. Auf der anderen Seite
erhöht
der Kompensator 322 den Strom des Spannungs-gekoppelten
Stromwandlers 301, wenn die durch den Leistungsanzeiger 307 bestimmte AC-Wirkleistung
P kleiner ist als der Leistungsbezugswert Pref. Der Kompensator 322 kontrolliert
somit, dass die AC-Wirkleistung P in ihrer Stärke dem Leistungsbezugswert
Pref gleich wird.
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Auf
der anderen Seite berechnet der Subtraktor 311 die Abweichung
zwischen der durch den DC-Spannungsanzeiger 306 bestimmten
DC-Spannung Vd und dem DC-Spannungsbezugswert Vdref. Der Kompensator 312 justiert
dann den Strom des Spannungs-gekoppelten Stromwandlers 301 gemäß der berechneten
Spannungsabweichung. Weil der Strom des Spannungs-gekoppelten Stromwandlers 301 in
zwei Richtungen justiert wird, nämlich
erhöht oder
erniedrigt wird, justiert der Kompensator 312 so, dass
der Strom von AC zu DC erhöht
wird, wenn die DC-Spannung verringert wird, um den Kondensator 303 zu
laden. Auf der anderen Seite justiert der Kompensator 312 so,
um den Strom von DC zu AC zu verringern, wenn die DC-Spannung erhöht wird,
um den Kondensator 303 zu entladen. Der Kompensator 312 justiert
somit so, dass der Wert der DC-Spannung Vd gleich ist dem DC-Spannungsbezugswert
Vdref. Beide Kompensatoren 312 und 322 justieren
somit den Strom des Spannungs-gekoppelten Stromwandlers 301.
In der in 9 dargestellten konventionellen Stromwandlervorrichtung
selektiert der Selektor 330 den Minimalwert der Outputs
der Kompensatoren 312 und 322, und dann wirkt
der DC-Spannungsregelkreis 310 oder der Leistungsregelkreis 320 gemäß dem selektierten
Wert.
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Der
Steuerungskreis 308 kontrolliert die Auslösung der
im Spannungs-gekoppelten Stromwandler 308 eingebauten Schaltelemente
gemäß der Wirkleistungs-Instruktion
Pac und der Blindleistunginstruktion Qac.
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10 ist
eine schematische Darstellung, die die Anordnung des mit den AC-Stromquellen
Vi und Vs über
eine AC-Drosselspule X verbundenen Spannungs-gekoppelten Stromwandlers 301 zeigt. Für den Fall,
dass die Spannung der AC-Stromquelle Vs kein Modulationsindex des
Stromwandlers 301 ist, eine Recktanz der AC-Drosselspule
X ist, und die Phasendifferenz zwischen der AC-Spannung des Spannungs-gekoppelten
Stromwandlers 301 und der Spannung der AC-Quelle ϕ ist,
ist es allgemeinbekannt, dass die Wirkleistung und die Blindleistung durch
die folgenden Gleichungen erhalten werden können: P = k*sinϕ*Vs2/X (1) Q = (k*cosϕ – 1)*Vs2/X (2)
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Der
Steuerungskreis entscheidet über
den Zeitpunkt des An- oder Abschaltens der Schaltelemente im Spannungs-gekoppelten
Stromwandler 301 auf der Basis des Modulationsindexes k
und der Phasendifferenz ϕ gemäß den Gleichungen (1) und (2),
und regelt dann die Schaltelemente im Spannungs-gekoppelten Stromwandler 301.
Dadurch wird der Strom vom Spannungs-gekoppelten Stromwandler 301 gemäß den durch
den Selektor 330 selektieren Outputs von den Kompensatoren 312 und 322 justiert.
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11 ist
eine schematische Darstellung, die den Betrieb der in 9 dargestellten
Stromwandlervorrichtung 300 erklärt. In 11 bezeichnet die
horizontale Achse die AC-Wirkleistung
P, wobei die Richtung von links nach rechts eine Leistung anzeigt,
die von AC nach DC gewandelt wird. Die vertikale Achse zeigt die
DC-Spannung Vd des Spannungsgekoppelten Stromwandlers 301 an.
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Die
Charakteristik der geraden Linie, die einen konstanten Wert der
Spannung in einem durch P ≤ Pref
dargestellten Bereich anzeigt, zeigt an, dass der Output des Kompensators 322 gemäß der Amplifikation
des Kompensators 322 größer wird
und dann den Grenzwert erreicht, wenn der durch den Leistungsmesskreis 307 bestimmte
AC-Wirkleistung P kleiner ist als der Leistungsbezugswert Pref.
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Weil
die DC-Spannung Vd in der Nähe
des DC-Spannungsbezugswertes Vdref festgesetzt ist, und der Kompensator 312 den
Wert innerhalb des Output-Grenzwertes ausgibt, wählt der Selektor 330 zur
Auswahl des minimalen Signalwertes den Output aus dem Kompensator 312,
um die DC-Spannungskontrolle zu betreiben, und die DC-Spannung des Spannungs-gekoppelten
Stromwandlers 301 wird so geregelt, dass sie den DC-Spannungsbezugswert Vdref
erreicht.
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Wenn
die AC-Wirkleistung P größer als
der Leistungsbezugswert Pref wird, gibt der Kompensator 322 einen
kleinen Wert aus, und der Kompensator 312 einen großen Wert,
weil die DC-Spannung Vd kleiner ist als der DC-Spannungsbezugswert
Vdref, damit der Selektor 330 den Output des Kompensators 322 wählt, und
dann den Leistungsregelkreis 320 betreibt. In 11 zeigt
die gerade Linie, die einen konstanten Wert Pref im Bereich Vd < Vdref zeigt, diese
Charakteristik an. In der Beziehung zwischen dem Leistung und der
DC-Spannung in der konventionellen Stromwandlervorrichtung wirkt
deshalb der DC-Spannungsregelkreis 310 in
einem Bereich und der Leistungsregelkreis 320 in einem
anderen Bereich.
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12 ist
eine schematische Darstellung, die die Verbindungsanordnung von
drei konventionellen Stromwandlervorrichtungen, die an das DC-System
angeschlossen sind, zeigt. In 12 bezeichnen
die Bezugszeichen 300, 400 und 500 Stromwandlervorrichtungen,
von denen jede die gleiche Anordnung wie die in 9 dargestellte
konventionelle Stromwandlervorrichtung besitzt. D. h., jede der
Stromwandlervorrichtungen 300, 400 und 500 besitzt
die in 9 dargestellte Anordnung.
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In 12 bezeichnen
die Bezugszeichen 201, 211 und 221 AC-Stromquellen, von
denen jede mit jedem der Stromwandlervorrichtungen 300, 400 und 500 über jedes
der AC-Systeme 20, 21 und 22 verbunden
ist.
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13 ist
eine schematische Darstellung, die den Betrieb der Stromwandlervorrichtungen
mit der in 12 dargestellten Anordnung erläutert. In 13 bezeichnet
die durchgezogene Linie „a” die Stromwandlervorrichtung 300,
die gestrichelte Linie die Stromwandlervorrichtung 400,
und die strichpunktierte Linie die Stromwandlervorrichtung 500.
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In
dem in 13 dargestellten Fall sind die DC-Spannungsbezugswerte
Vdref1, Vdref2 und Vdref3 der Stromwandlervorrichtungen 300, 400 und 500 so
festgesetzt, dass die Beziehung gilt Vdref1 > Vdref2 > Vdref3,
und die Leistungsbezugswerte Pref1, Pref2 und Pref3 sind so festgesetzt,
dass die Beziehung gilt . Pref1 < Pref2 < Pref3.
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Weil
die drei Stromwandlervorrichtungen 300, 400 und 500,
wie in 12 dargestellt, über das DC-System 30 miteinander
verbunden sind, ist es erforderlich, dass sie so wirken, dass die
Summe ihrer Ströme
0 wird. Wenn z. B. die DC-Spannung in der Nähe des DC-Spannungsbezugswertes
Vdref liegt, wirken die beiden Stromwandlervorrichtungen 400 und 500 so,
dass der Strom von AC nach DC klein wird, um die Spannung zu verringern.
Dadurch wird die DC-Spannung verringert und der Spannungsregelkreis 320 in
der Stromwandlervorrichtung 300 ist in Betrieb.
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Wenn
die DC-Spannung in der Nähe
des DC-Spannungsbezugswertes Vdref2 liegt, wirkt auf ähnliche
Weise die Stromwandlervorrichtung 500 so, dass der Strom
von AC nach DC verringert wird, um die DC-Spannung zu verringern,
und die Stromwandlervorrichtung 400 wirkt unter der Steuerung
des Leistungsregelkreises 320.
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Wenn
deshalb die drei Stromwandlervorrichtungen mit der in 12 dargestellten
Anordnung die in 13 dargestellte Charakteristik
besitzen, wirkt die Stromwandlervorrichtung 500 so, dass
die DC-Spannung den DC-Spannungsbezugswert Vdref3 besitzt, und der
Leistungsregelkreis 320 wirkt so, dass die anderen Leistungswandlervorrichtungen 300 und 400 die
Leistungsbezugswerte Pref1 und Pref2 besitzen. Beide Stromwandlervorrichtungen 300 und 400 konvertieren
deshalb den AC-Strom zum DC-Strom, und die Stromwandlervorrichtung 500 konvertiert
den DC-Strom, der der Summe der Leistungen (Pref1 + Pref2) der Stromwandlervorrichtungen 300 und 400 entspricht,
in den AC-Strom. Die Bezugszeichen a', b' und
c' bezeichnen die
Betriebspunkte der Stromwandlervorrichtungen 300, 400 bzw. 500.
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Es
wird nun der Fall in Betracht gezogen, bei dem die Stromwandlervorrichtungen
mit der in 12 dargestellten Anordnung die
in 13 gezeigte Charakteristik besitzen. Weil es z.
B. schwierig ist, den DC-Strom zum AC-Strom zu konvertieren, wenn
der Betrieb der Stromwandlervorrichtung 500 endet, wird
die DC-Spannung erhöht
und die Stromwandlervorrichtung 400 wirkt so, dass die
DC-Spannung gleich wird dem DC-Spannungsbezugswert Vref2. Zu diesem
Zeitpunkt zeigen die Bezugszeichen „a” und „b” die Betriebspunkte der Stromwandlervorrichtungen 300 bzw. 400 an.
Der Leistungsregelkreis 320 in der Stromwandlervorrichtung 300 wirkt
so und der DC-Spannungsregelkreis 310 in
der Stromwandlervorrichtung 400 wirkt so, dass der DC-Strom,
der dem Strom des Leistungsbezugswertes Pref1 der Stromwandlervorrichtung 300 gleich
ist, in den AC-Strom konvertiert wird.
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Wenn
eine Vielzahl konventioneller Stromwandlervorrichtungen an das DC-System 30 angeschlossen
ist, ist, wie vorstehend beschrieben, der DC-Spannungsregelkreis 310 in
einer der Strom wandlervorrichtungen in Betrieb, und die Leistungsregelkreise 320 in
den verbleibenden Stromwandlervorrichtungen ebenfalls.
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Es
wird nun der Fall in Betracht gezogen, bei dem der Leistungsregelkreis 320 in
der Stromwandlervorrichtung zur Konvertierung des DC-Stroms in den
AC-Strom in Betrieb ist. Wenn die Spannung des DC-Systems 30 verringert
wird, fließt
ein Strom so, dass die DC-Spannung verringert wird, um den Strom
bei einem konstanten Wert zu erhalten. Wenn im Gegensatz dazu die
Spannung des DC-Systems 30 erhöht wird, wirkt der Leistungsregelkreis
so, dass die DC-Spannung weiter erhöht wird.
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14 ist
eine schematische Darstellung einer Schaltung, um den vorstehenden
Betrieb der konventionellen Stromwandlervorrichtung zu erläutern. In 14 ist
die Anordnung jeder Stromwandlervorrichtung die gleiche wie die
der Stromwandlervorrichtung der 9.
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In 14 wirkt
in der Stromwandlervorrichtung B der Stromwandlervorrichtungen A,
B und C der DC-Spannungsregelkreis 310 als Spannungsquelle,
und die Leistungsregelkreise 320 in jeder der Stromwandlervorrichtungen
A und C wirken nur als Leistungsquelle.
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Wenn
die AC-Wirkleistung P < 0
der Stromwandlervorrichtung A ein konstanter Wert ist, wird der DC-Strom
P/Vd. Wenn die Spannung Ed des DC-Systems 30 z. B. aufgrund
einer Betriebsstörung verringert
wird, endet der Betrieb des Strömwandlers C,
und die Stromwandlervorrichtung B justiert den Strom, um die Spannung
auf einem konstanten Wert zu halten. Die Stromwandlervorrichtung
A wirkt jedoch so, dass der Kondensator Ca entladen wird (von DC
nach AC, weil P < 0),
was einem Abfall der DC-Spannung entspricht. Dadurch muss die Stromwandlervorrichtung
B einen Ladungsstrom für
den Kondensator Ca liefern. Wenn aber die Länge des DC-Systems groß ist, justiert
die Stromwandlervorrichtung B den Strom, indem sie die Spannung
verwendet, die von der Spannung des Kondensators in der Stromwandlervorrichtung
A verschieden ist. In einigen Fällen
tritt deshalb eine Verschlechterung der Kontrollfunktion der DC-Spannung
auf. Weil oft durch Resonanz einer Induktivitätskomponente im DC-System und
dem Kondensator jeder Stromwandlervorrichtung eine Erhöhung der
Phasenverschiebung verursacht wird, wird eine unterkritisch gedämpfte Spannungscharakteristik
verursacht. Wenn der Abstand des DC-Systems groß ist, wird die Stabilität des Systems,
das die Stromwandlervorrichtungen umfasst, schlecht, weil die Differenz
zwischen der Spannung des eine Ladung erfordernden Kondensators
und der durch den DC-Spannungsregelkreis 310 justierten
Spannung groß wird.
Wenn die Kapazität des
Kondensators C kleiner ist, wird zusätzlich die Zeitspanne der Entladung
kurz, und der DC-Spannungsregelkreis muss den Ladungsstrom an den Kondensator
C liefern. Weil die Differenz zwischen der Spannung des eine Ladung
erfordernden Kondensators und der durch den DC-Spannungsregelkreis 310 justierten
Spannung ferner größer ist,
wird die Regelcharakteristik des DC-Spannungsregelkreises 310 jedoch
unerwünscht,
und der Stabilitätsgrad des
Systems wird verringert.
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Weil
die konventionelle Stromwandlervorrichtung die vorstehend beschriebene
Anordnung besitzt, kontrolliert deshalb eine einer Vielzahl von Stromwandlervorrichtungen
die DC-Spannung und jede der anderen Stromwandlervorrichtungen kontrolliert
jeden Strom. Dadurch kontrolliert die Stromwandlervorrichtung zur
Konvertierung des DC-Stromes des DC-Systems 30 zum AC-Strom
des AC-Systems 20 so, dass der Strom außerdem so fließt, dass
er die DC-Spannung
verringert, wenn die DC-Spannung des DC-Systems 30 verringert
wird, und auf der anderen Seite die DC-Spannung weiter verringert
wird, wenn die DC-Spannung des DC-Systems 30 erhöht wird.
Als Ergebnis wird die DC-Spannungskontrollcharakte ristik gemäß der Erhöhung des Abstandes
des DC-Systems 30 und der Verringerung der Kapazität des Kondensators
instabil. Die konventionelle Stromwandlervorrichtung besitzt deshalb
insofern einen Nachteil, weil die Verschlechterung des DC-Spannungsregelkreises
die Fähigkeit
des AC-Systems beeinträchtigt,
weil es schwierig ist, eine Veränderung
der durch die Resonanz im DC-System 30 verursachten
Veränderung
angemessen zu unterdrucken.
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Eine
weitere Stromwandlervorrichtung ist aus der
US 5,010,467 A bekannt, in
welcher Leistungsumformer durch einen Gleichstromanschluss oder
eine Gleichstromleitung gekoppelt sind, um Wirkleistung zwischen
den Umformern auszutauschen, so dass selbst wenn ein Umformer seinen
Betrieb abrupt beendet, die übrigen
Umformer einen stabilen Betrieb fortsetzen können. Hierzu ist vorgesehen,
dass die Stromwandlervorrichtung einen automatischen Wirkleistungsregler
zum Regeln von Wirkleistung aufweist, die zwischen den Umformern und
dem Wechselstromsystem ausgetauscht wird, so dass sie einem vorbestimmten
Wirkleistungsbezugswert gleich ist, und einen automatischen Gleichstromspannungsregler
zum Regeln einer Gleichstromspannung einer Gleichstromschaltung
aufweist, so dass sie einem vorbestimmten Gleichstromspannungsbezugswert
gleich ist, aufweist.
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Aufgabenstellung
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, unter Berücksichtigung
der Nachteile der konventionellen Stromwandlervorrichtung, eine
Stromwandlervorrichtung bereitzustellen, die dazu fähig ist,
die Charakteristik eines Stromsystems, in dem eine Vielzahl der
Stromwandlervorrichtungen verbunden sind, so zu verbessern, dass
es dazu fähig
ist, eine Resonanz in einem DC-System wirkungsvoll zu unterdrücken, und
somit dazu fähig ist,
einen konstanten und stabilen Strom zu liefern.
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Wünschenswert
wäre es
weiterhin, eine Stromwandlervorrichtung bereitzustellen, die dazu fähig ist,
ihren Betrieb auch dann kontinuierlich durchzuführen, wenn der Betrieb einer
oder mehrerer der anderen Stromwandlervorrichtungen endet.
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Weiterhin
wünschenswert
wäre es,
eine Stromwandlervorrichtung bereitzustellen, in der die Stromversorgungsrate
unter einer Vielzahl von Stromwandlervorrichtungen in jeder Stromwandlervorrichtung
eingestellt werden kann, wenn der Betrieb einer oder mehrerer der
Stromwandlervorrichtungen endet, und verbleibende Stromwandlervorrichtungen
im Betrieb sind.
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Zudem
wäre es
auch wünschenswert,
eine Stromwandlervorrichtung bereitzustellen, die dazu fähig ist,
eine Veränderung
des Stromes sofort nach Beendigung des Betriebes einer oder mehrerer Stromwandlervorrichtungen
zu verringern.
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Weiterhin
wäre es
wünschenswert,
eine Stromwandlervorrichtung bereitzustellen, in der eine Übergangsstromversorgungsrate
und eine Vielzahl von Stromwandlervorrichtungen in jeder Stromwandlervorrichtung
sofort nach Beendigung des Betriebes einer oder mehrerer der Stromwandlervorrichtungen eingestellt
werden kann.
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Wünschenswert
wäre es
ebenso, eine Stromwandlervorrichtung bereitzustellen, bei der die Stromversorgungsrate
und eine Vielzahl von Stromwandlervorrichtungen in jeder Stromwandlervorrichtung
entsprechend der Fähigkeit
jedes mit jeder Stromwandlervorrichtung verbundenen AC-Systems sofort
nach Beendigung des Betriebes einer oder mehrerer der Vorrichtungen
eingestellt werden kann.
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Fernerhin
wünschenswert
wäre es,
eine Stromwandlervorrichtung bereitzustellen, bei der eine Übergangsstromversorgungsrate
und eine Vielzahl von Stromwandlervorrichtungen in jeder Stromwandlervorrichtung
entsprechend der Fähigkeit
jedes mit jeder Stromwandlervorrichtung verbundenen AC-Systems sofort
nach Beendigung des Betriebes einer oder mehrerer der Vorrichtungen
eingestellt werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
umfasst eine Stromwandlervorrichtung eine Vielzahl von Stromwandlervorrichtungen,
die ein Stromsystem bilden, wobei jede Stromwandlervorrichtung folgendes
aufweist: einen Spannungs-gekoppelten Stromwandler zur Konvertierung
eines DC-Stromes
in einen AC-Strom oder eines AC-Stromes in einen DC-Strom, wobei der
Spannungs-gekoppelte Stromwandler mit DC-Leitungen verbunden ist; einen Gleichstrom-Spannungsanzeiger
zur Anzeige der DC-Spannung jedes Spannungs-gekoppelten Stromwandlers;
einen Leistungsanzeiger zur Bestimmung der Wirkleistung auf der AC-Seite;
einen Leistungsregler zur Ausgabe eines ersten Wirkleistungs-Bezugssignals
für den
Spannungs-gekoppelten Stromwandler auf der Basis eines Leistungsbezugswertes
und eines durch den Leistungsanzeiger angezeigten Wertes; einen Gleichstrom-Spannungsregler
zur Ausgabe eines zweiten Wirkleistungs-Bezugssignals für den Spannungs-gekoppelten
Stromwandler auf der Basis eines Gleichstrom-Spannungsbezugswertes
und eines durch den Gleichstromspannungsanzeiger angezeigten Wertes;
und eine Steuerungseinrichtung zur Auslösung von Schaltelementen, die
in dem Spannungs-gekoppelten Stromwandler eingebaut sind, auf der
Basis des ersten Wirkleistungs-Bezugssignals und des zweiten Wirkleistungs-Bezugssignals, wobei
der Leistungsregler einen den Leistungsbezugswert und den durch
den Leistungsanzeiger angezeigten Wert empfangenden Subtraktor und
einen Kompensator umfasst, welcher einen Output vom Subtraktor empfängt, und
das erste Wirkleistungs-Bezugssignal abgibt, und wobei der Gleichstrom-Spannungsregler
einen den Gleichstrom-Spannungsbezugswert
und einen durch den Gleichstromspannungsanzeiger angezeigten Gleichstromspannungswert
empfangenden Subtraktor und einen Kompensator umfasst, der einen
Output vom Subtraktor empfängt,
und das zweite Wirkleistungs-Bezugssignal abgibt, wobei der Gleichstrom-Spannungsregler
die Gleichstrom-Spannung auf einen konstanten Spannungswert regelt,
indem ein Änderungswert
der Gleichstrom-Spannung des DC-Stromes mittels einer Rückkopplungs-Stromschleife
rückgekoppelt
wird, um den in der Rückkopplungs-Stromschleife
auftretenden Strom direkt zu kompensieren.
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Hierbei
kann weder die aus dem Stande der Technik bekannte
JP-A-1-238430 noch
die
US 5,010,467 A einen
Hinweis auf das vorliegend verwirklichte Regelungskonzept geben,
das mittels einer positiven Rückkopplungs-Stromschleife
den in der positiven Rückkopplungs-Stromschleife
auftretenden Strom, welcher dafür
verantwortlich ist, dass die Gleichstrom-Spannung instabil ist,
bzw. einen änderungswert
aufweist, direkt kompensiert.
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In
der Stromwandlervorrichtung einer anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird in den Leistungsregeleinrichtungen ein Grenzwert zur Begrenzung
der Größe des ersten Wirkleistungsbezugssignals
eingestellt, und die Größe des ersten
Bezugssignal-Outputs von der Leistungsregeleinrichtung wird auf
der Basis des Grenzwertes limitiert.
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In
der Stromwandlervorrichtung einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird in jeder Leistungsregeleinrichtung für jeden Spannungs-gekoppelten
Stromwandler in jeder Stromwandlervorrichtung ein verschiedener
Output-Grenzwert eingestellt.
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In
der Stromwandlervorrichtung einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
umfasst die Gleichstromspan nungsregeleinrichtung in jeder Stromwandlervorrichtung
außerdem eine
Einrichtung zur Unterdrückung
einer Veränderung,
um eine Änderung
eines von der Gleichstromspannungsanzeigeeinrichtung übertragenen
Output-Signals pro Zeiteinheit zu unterdrücken.
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In
der Stromwandlervorrichtung einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird in der Einrichtung zur Unterdrückung einer Veränderung
in jeder Stromwandlervorrichtung ein verschiedener Wert eingestellt.
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In
der Stromwandlervorrichtung einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird der in der Leistungsregelungseinrichtung einzustellende verschiedene
Output-Grenzwert gemäß der Fähigkeit
der Stromversorgung eines Wechselstromsystems, das mit jedem Spannungs-gekoppelten
Stromwandler in jeder Stromwandlervorrichtung verbunden ist, eingestellt.
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In
der Stromwandlervorrichtung einer anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird der in der Veränderungsregelungseinrichtung
einzustellende verschiedene Grenzwert gemäß der Fähigkeit der Stromversorgung
eines Wechselstromsystems, das mit jedem Spannungs-gekoppelten Stromwandler
in jeder Stromwandlervorrichtung verbunden ist, eingestellt.
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In
der Stromwandlervorrichtung einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird in die Gleichstromspannungsregeleinrichtung in jeder Stromwandlervorrichtung
eine Gleichstromverstärkung
eingestellt.
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In
der Stromwandlervorrichtung einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird eine maximale Änderungsrate,
die einer zulässigen
Stromzuführung
der mit jedem Spannungs-gekoppelten Stromwandler verbundenen AC-Quelle
in der Veränderungsratenunterdrückungseinrichtung
entspricht, eingestellt.
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Diese
Aufgabenstellung weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
in Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen deutlicher, in denen
bedeuten:
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1 eine
schematische Darstellung, die die Anordnung einer Stromwandlervorrichtung
einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt;
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2 ist
eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Betriebes
des Spannungs-gekoppelten Stromwandlers in der Stromwandlervorrichtung
der ersten Ausführungsform;
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3A bis 3D sind
schematische Darstellungen, die analoge Blockdiagramme des in 2 dargestellten
Spannungs-abhängigen
Stromwandlers zeigen;
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4 ist
eine schematische Darstellung, die eine Anordnung einer Stromwandlervorrichtung zweiter
und dritter erfindungsgemäßer Ausführungsformen
zeigt;
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5 ist
eine schematische Darstellung, die eine Anordnung einer Stromwandlervorrichtung
einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt;
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6A und 6B sind
schematische Darstellungen, die ein Beispiel einer Charakteristik
der Änderungsratenunterdrückungsschaltung
der vierten Ausführungsform
zeigt;
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7 ist
eine schematische Darstellung, die die Anordnung einer Stromwandlervorrichtung
einer sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
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8 ist
eine schematische Darstellung, die die Anordnung einer Stromwandlervorrichtung
eines siebten erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt;
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9 ist
eine schematische Darstellung, die die Anordnung einer konventionellen
Stromwandlervorrichtung aus dem Stand der Technik zeigt;
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10 ist
eine schematische Darstellung, die eine aus dem Stand der Technik
bekannte Anordnung eines mit AC-Stromquellen Vi und Vs über einen
AC-Reaktor verbundenen Spannungsgekoppelten Stromwandlers zeigt;
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11 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
der Charakteristik einer konventionellen Stromwandlervorrichtung
aus dem Stand der Technik;
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12 ist
eine schematische Darstellung, die eine Anordnung von drei mit DC-Systemen
verbundenen konventionellen Stromwandlervorrichtungen aus dem Stand
der Technik zeigt;
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13 ist
ein Diagramm, das die Charakteristik der konventionellen Stromwandlervorrichtung aus
dem Stand der Technik zeigt; und
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14 ist
eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Betriebes der konventionellen Stromwandlervorrichtungen
aus dem Stand der Technik.
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Andere
erfindungsgemäße Merkmale
werden durch die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
ersichtlich, die nur zur Veranschaulichung der Erfindung angegeben
werden, ohne sie darauf zu beschränken.
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Es
werden nun bevorzugte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Stromwandlervorrichtung
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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In
den folgenden bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden verschiedene Fälle beschrieben,
in denen der Stromwandlervorrichtungs-Regelkreis unter Verwendung
eines Regelkreises realisiert wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch
nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt,
sondern die Stromwandlervorrichtung kann z. B. auch unter Verwendung
eines Mikroprozessors und Software verwirklicht werden.
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1 ist
eine schematische Darstellung, die die Anordnung der Stromwandlervorrichtung
der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt. 1 zeigt nur eine Stromwandlervorrichtung als erste
Ausführungsform,
d. h. eine einer Vielzahl von Stromwandlervorrichtungen, die mit
Gleichstrom (DC)-Leitungen in einem DC-System verbunden sind.
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 10 eine Stromwandlervorrichtung, um einen
DC-Strom in einen AC-Strom zu konvertieren. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet
ein AC-System (einschließlich AC-Leitungen),
und 30 bezeichnet ein DC-System (einschließlich DC-Leitungen).
Das Bezugszeichen 101 bezeichnet einen Spannungs-gekoppelten Stromwandler, 102 bezeichnet
einen AC-Reaktor oder einen Transformator. Das Bezugszeichen 103 bezeichnen
einen Kondensator. Das Bezugszeichen 104 bezeichnet einen
AC-Spannungsdetektor zur Bestimmung der Spannung des AC-System 20,
und 105 bezeichnet einen AC-Stromdetektor zur Anzeige eines
Stromes des AC-Systems 20. Das Bezugszeichen 106 bezeichnet
einen DC-Spannungsdetektor zur Anzeige der Spannung des DC-Systems 30,
und 107 bezeichnet einen Leistungsanzeiger zur Anzeige einer
Leistung auf der Basis der durch den AC-Spannungsdetektor 104 und den
AC-Stromdetektor 105 angezeigten Spannung bzw. des Stromes.
Das Bezugszeichen 108 bezeichnet einen Steuerungskreis. Das
Bezugszeichen 110 bezeichnet einen DC-Spannungsregelkreis
für den
Output eines zweiten Wirkleistungsbezugssignals für den Spannungs-gekoppelten
Stromwandler 101 auf der Basis des DC-Spannungsbezugswertes
Vdref und des durch den DC-Spannungsdetektor 106 angezeigten
Wertes. Das Bezugszeichen 120 bezeichnet einen Leistungsregelkreis
zum Output eines ersten Wirkleistungsbezugssignales für den Spannungs-gekoppelten
Stromwandler 101 auf der Basis des Leistungsbezugswertes
Pref und des durch den Leistungsanzeiger 107 angezeigten
Wertes. Die Bezugszeichen 111 und 121 bezeichnen
Subtrakter, 112 und 122 bezeichnen Kompensatoren
und 131 bezeichnet ein Addierwerk.
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Als
nächstes
wird der Betrieb der Stromwandlervorrichtung der ersten in 1 dargestellten Ausführungsform
beschrieben.
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Der
Leistungsanzeiger 107 in der Stromwandlervorrichtung 10 berechnet
eine AC-Wirkleistung P = Vu*Iu + Vv*Iv + Vw*Iw, auf der Basis jeder der
drei AC-Spannungsphasenwerte Vu, Vv und Vw, die durch den Spannungsdetektor 104 angezeigt werden,
und jeder der drei AC-Phasen Iu, Iv und Iw, die durch den Stromdetektor 105 angezeigt
werden. Dann gibt der Leistungsanzeiger 107 die berechnete AC-Wirkleistung
aus. Das Bezugszeichen „*” bezeichnet
eine Multiplikation. Die AC-Wirkleistung
P ist ungefähr
gleich der Leistung, durch die durch den Spannungs-gekoppelten Stromwandler 101 durchgeführten AC-DC-Umwandlung
konvertiert wird. Die angezeigte AC-Wirkleistung P wird dem Leistungsregelkreis 120 zugeführt. Der
Subtraktor 121 berechnet dann die Differenz der Abweichung
zwischen der AC-Wirkleistung P und dem Leistungsbezugswert Pref.
Der Leistungsregelkreis 120 verstärkt die Stromdifferenz und
gibt dann den Instruktionwert für die
Wirkleistung (ein erstes Wirkleistungsbezugssignal) Pac aus. Dadurch
wird bewirkt, dass die AC-Wirkleistung P gleich wird dem Leistungsbezugswert
Pref.
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Als
nächstes
wird der Betrieb der durch den Spannungs-gekoppelten Stromwandler 101 durchgeführten Einstellung
der DC-Spannung erläutert.
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Weil
die AC-Wirkleistung P des Spannungs-gekoppelten Stromwandlers 101 ungefähr gleich
ist der Leistung des DC-Stroms
(im allgemeinen ist diese Annahme richtig, weil der Stromwandler einen
geringen Verlust besitzt), wird der vom Spannungs-gekoppelten Stromwandler 101 zum
Kondensator 103 fließende
Strom Pac/Vd (worin Vd die DC-Spannung des DC-Systems bedeutet).
Es fließt deshalb
ein Ladungsstrom zum Kondensator 103, und die Spannung
wird erhöht,
wenn die Größe des Wirkleistungs-Instruktionswertes
Pac in positiver Richtung erhöht
wird. Auf der anderen Seite fließt ein Entladungsstrom vom
Kondensator 103 und die Spannung wird verringert, wenn
die Größe des Wirkleistungs-Instruktionswertes
Pac in negativer Richtung erhöht
wird. Der Kompensator 112 gibt ein zweites effektives Bezugssignal
aus, wodurch die DC-Spannung Vd gleich wird dem DC-Spannungsbezugswert
Vdref, d. h. der Kompensator 112 arbeitet so, dass der
Wirkleistungs-Instruktionswert Pac für den Spannungs-gekoppelten
Stromwandler 101 erhöht
wird, wenn die durch den DC-Spannungsdetektor 106 angezeigte
DC-Spannung Vd geringer ist als der DC-Spannungsinstruktionswert
Vdref, und auf der anderen Seite wird der Wirkleistungs-Instruktionswert
Pac für
den Spannungs-gekoppelten Stromwandler 101 verringert,
wenn die durch den DC-Spannungsdetektor 106 angezeigte
DC-Spannung Vd größer ist
als der DC-Spannungs-Instruktionswert Vdref.
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2 ist
eine schematische Darstellung, die eine Schaltung zur Veranschaulichung
des Betriebes des Spannungs-gekoppelten Stromwandlers 101 in der
Stromwandlervorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt.
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Die 3A bis 3D sind
schematische Darstellungen, die analoge Blockdiagramme des in 2 dargestellten
Spannungs-gekoppelten Stromwandlers 101 zeigen. Die 3A zeigt
ein analoges Blockdiagramm des Wirkleistungs-Instruktionswertes Pac
zum Strom Id in der DC-Leitung im Spannungs-gekoppelten Stromwandler 101.
Der Wirkleistungs-Instruktionswert Pac ist die Eingabeleistung des
AC-Systems des Spannungs-gekoppelten Stromwandlers 101,
und deren Strom hat einen positiven Wert, wenn der AC-Strom zum
DC-Strom (durch eine Gleichrichterwirkung) konvertiert wird, und
deren Strom hat einen negativen Wert, wenn der DC-Strom zum AC-Strom
(mit einem Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter) konvertiert wird.
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Weil
sowohl der AC- als auch der DC-Strom im Spannungs-gekoppelten Stromwandler 101 gleich sind,
wenn ein Verlust des Spannungs-gekoppelten Stromwandlers 101 vernachlässigt wird,
besitzt der DC-Strom Ic im Spannungs-gekoppelten Stromwandler 101 die
folgende Beziehung: Ic = Pac/Vd (siehe das Bezugszeichen „÷„ in dem
in 3A dargestellten Divisionsblock.
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Der
in 3A dargestellte 1/Cs-Block zeigt an, dass der
Kondensator 103 durch die Differenz zwischen dem Strom
Ic des Spannungsgekoppelten Stromwandlers 101 und dem Strom
Id des Ic-Systems 30 geladen
und entladen wird, und dann die Spannung Vd des Kondensators 103 geändert wird. Der
folgende 1/Lds-Block und Rd-Block zeigen an, dass die Differenz
zwischen der Spannung Vd des Kondensators 103 und der Spannung
Ed eines anderen Terminals (einer anderen Stromwandlervorrichtung,
die mit dem DC-System 30 verbunden ist) an einem induktiven
Blindwiderstand und einem Widerstand des DC-Systems 30 angelegt
wird, und dann der DC-Strom Id fließt. Um das in 3A dargestellte
analoge Blockdiagramm auszuwerten, wird eine Taylorsche Reihenentwicklung
der Division durchgeführt,
und das Ergebnis einer Linearisierung davon ist nahe an einem in 3B dargestellten
Betriebspunkt. Wenn die Betriebspunkte (ΔVd0, Ic0, Id0, Ed0, Pac0) sind,
sind die Infinitesimalveränderungen (ΔVd, ΔIc, ΔId, ΔEd, ΔPac), Vd
= Vd0 + ΔVd,
Ic = Ic0 + ΔIc,
Id = Id0 + ΔId,
Ed = Ed0 + ΔEd,
und Pac = Pac0 + ΔPac.
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Im
analogen Blockdiagramm der 3B ist klar
dargestellt, dass es eine Leitungsschleife mit dem Koeffizienten
Ic0/Vd0 von der Spannung ΔVd zum
Strom (als Eingaben zum Block 1/Cs) im Kondensator 103 gibt.
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Die
Bedingung, bei der der Verlust des Spannungs-gekoppelten Stromwandlers 101 vernachlässigt wird,
besitzt die Beziehung Ic0/Vd0 = Pac0/(Vd0*Vd0), weil Ic0 = Pac0/Vdc0.
Das Zeichen des Koeffizienten Ic0/Vd0 wird deshalb gemäß der Richtung
(AC zu DC oder DC zu AC) der durch den Spannungs-gekoppelten Stromwandler 101 durchgeführten Stromumwandlung
geändert.
D. h., der Koeffizient wird beim Gleichrichten ein positiver Wert
und beim Gleichstrom-Wechselstrom-Konvertieren ein negativer Wert.
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Wenn
der Spannungs-gekoppelte Stromwandler 101 in der nach rückwärts gerichteten
Umwandlungsrichtung wirkt und die DC-Spannung Vd0 > 0 ist, wird die Beziehung (Ic0/Vd0) < 0 erfüllt. Weil der
Veränderungswert
ein negativer Wert wird, d. h. Vd0 < 0, wenn die DC-Spannung (die der Spannung des
Kondensators gleich ist) des Spannungs-gekoppelten Stromwandlers 101 verringert
wird, wird die Bedingung (Ic0/Vd0)*ΔVd > 0 erfüllt.
Als Ergebnis wird der durch den Kondensator fließende Strom verringert und
die Spannung des Kondensators ebenfalls verringert.
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Wenn
auf der anderen Seite die DC-Spannung des Spannungs-gekoppelten
Stromwandlers 101 verringert wird, d. h. ΔVd > 0, und (Ic0/Vd0)*ΔVd < 0 ist, wird der
durch den Kondensator fließende Strom
erhöht,
und die Spannung des Spannungs-gekoppelten Stromwandlers 101 wird
weiter erhöht.
D. h., es gibt ein positives Feedback im System, wenn der Spannungs-gekoppelte
Stromwandler 101 als Gleichrichter wirkt. Die Stabilität des Systems
wird deshalb durch Kontrolle des positiven Feedbacks bestimmt.
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Während des
Betriebes des Leistungsregelkreis 120 entspricht die in 9 dargestellte
konventionelle Stromwandlervorrichtung dem analogen Blockdiagramm
der 3C, in dem der Kompensator Gp(s) angefügt ist.
Der Leistungsregelkreis 120 wirkt so, dass die Spannung
Ed jedes mit dem DC-System 30 verbundenen anderen Terminals
ein konstanter Wert wird. In der konventionellen Stromwandlervorrichtung
bewirkt, weil der Leistungsregelkreis 120 unabhängig von
der Stromschleife so konstruiert ist, dass er ein positives Feedback
ergibt, beeinflusst der Leistungsregelkreis 120 die Stabilität des Systems
nicht. Der DC-Leistungsregelkreis 120 im anderen Terminal
zeigt deshalb die Spannung (mit dem in 3C dargestellten
Bezugszeichen Ed bezeichnet) an, und justiert die angezeigte Spannung. Aus
diesem Grunde ist es erforderlich, so zu verfahren, dass der DC-Spannungsregelkreis 110 so
wirkt, dass die Veränderung ΔVd den Strom ΔId in der DC-Leitung
verändert,
und die Veränderung ΔId kontrolliert
wird, nachdem die Spannungen der anderen Terminals als die anderen
mit dem DC-System 30 verbundenen Stromwandlervorrichtungen
geändert wurden.
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Selbst
wenn der Kondensator 103 unter der Kontrolle des DC-Spannungsregelkreises 110 in
der anderen Stromwandlervorrichtung als anderer Terminal geladen
oder entladen wird, wird eine Verzögerung verursacht, weil der
Wert ΔVd
verändert
wird, nachdem der Strom in der DC-Leitung verändert wird. Wenn die Länge der
Leitungen im DC-System groß ist
und der induktive Blindwiderstand Ld des DC-System groß wird,
wird die Verzögerung
erhöht, und
der Effekt des induktiven Blindwiderstandes Ld ist merkbar. In der
konventionellen Stromwandlervorrichtung ist es deshalb schwierig,
die Stabilität
aufrechtzuerhalten, weil die Kompensation der positiven Feedback-Stromschleife
indirekt durchgeführt
wird.
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Im
Gegensatz dazu zeigt 3D das Blockdiagramm der Stromwandlervorrichtung
der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform. In der Stromwandlervorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
wird als Terminal zur Einstellung eines Stromes mit einem konstanten
Wert der DC-Spannungsregelkreis 110 einge baut, und kann
so wirken, dass die Spannung Vd gleich einem Bezugswert wird.
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Weil
der Spannungs-Instruktionswert Vd* im stationären Zustand ein konstanter
Wert ist, wird der Wert ΔVd*
0, nämlich ΔVd* = 0.
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Zu
diesem Zeitpunkt verstärkt,
wenn die Spannung Vd verringert wird, weil ΔVd < 0, ΔVd* – ΔVd > 0, der Kompensator
Gv(s) die Spannung Vd um einen Strom von ΔIc > 0 fließen zu lassen, damit der Kondensator 103 geladen
wird. Beim Gleichrichterbetrieb ist es dadurch möglich, den Strom in der positiven
Feedback-Stromschleife
direkt zu kompensieren, um den Kondensator 103 über den
Block Ic0/Vd0 während
der rückwärts gerichteten
Konvertierung, wie in 3C dargestellt, von der Spannung ΔVd zu entladen.
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Wenn
die Spannung Vd erhöht
wird, fließt der
Strom ΔIc,
weil die Bedingung ΔVd* – ΔVd < 0 erfüllt wird,
vom Kondensator 103 bei der Entladung. Dadurch kann der
Strom in der positiven Feedback-Stromschleife direkt kompensiert
werden. In der Stromwandlervorrichtung mit der in 1 dargestellten
Anordnung wird deshalb die positive Feedback-Stromschleife direkt
kompensiert, und es ist dadurch möglich, die Stabilität des Systems,
das die Stromwandlervorrichtungen umfasst, aufrechtzuerhalten.
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Wie
vorstehend beschrieben kontrolliert gemäß der Stromwandlervorrichtung
der ersten Ausführungsform
der in jeder der mit dem DC-System 30 verbundenen Stromwandlervorrichtungen
eingebaute DC-Spannungsregelkreis 110 die DC-Spannung, um
sie bei einem konstanten Spannungswert zu halten. Es ist deshalb
möglich,
bei der Gleichstrom-Wechselstrom-Konvertierung einen instabilen Zustand
zu unterdrücken.
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Zweite Ausführungsform
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4 ist
eine schematische Darstellung, die die Anordnung der Stromwandlervorrichtung
der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt. Wie in 4 dargestellt, werden im Kompensator 122 im
Leistungsregelkreis 120 Output-Grenzwerte, wie ein oberer
Grenzwert und ein unterer Grenzwert, eingestellt. Der obere Grenzwert
wird mit Pmax bezeichnet, und der untere Grenzwert mit Pmin.
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Die
anderen Komponenten der Stromwandlervorrichtung der zweiten Ausführungsform
sind die gleichen wie die der Stromwandlervorrichtung der ersten
Ausführungsform,
und zur Verkürzung
wird deshalb ihre Erläuterung
weggelassen.
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Als
nächstes
wird nun der Betrieb der Stromwandlervorrichtung der zweiten Ausführungsform
beschrieben.
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In
der Stromwandlervorrichtung der in 4 dargestellten
zweiten Ausführungsform
wird, weil der Kompensator 122 im Leistungsregelkreis 120 die Output-Grenzwerte
Pmax und Pmin besitzt, wenn eine Abweichung zwischen dem Leistungsbezugswert
Pref und der AC-Wirkleistung P auftritt, die Abweichung der AC-Wirkleistung innerhalb
dieser Grenzwerte justiert. Wenn der Kompensator 122 das Bezugssignal
ausgibt, das die Ausgabe des Stromes der Leistung, die niedriger
oder höher
als der Leistungsgrenzwert ist, anzeigt, wird das Kontrollsignal mit
dem oberen Grenzwert Pmax oder dem unteren Grenzwert Pmin verglichen.
Als Ergebnis wird der Output des Kompensators 122 limitiert.
Dann kann vorzugsweise der DC-Spannungsregelkreis 110 wirken,
wodurch eine Abweichung zwischen dem Leistungsbezugswert Pref und
der AC-Wirkleistung P auftritt. Insbesondere wenn Pmin = Pmax, gibt
die Stromwandlervorrichtung 10 einen Strom mit einem konstanten
Wert aus.
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Als
nächstes
wird der Fall der Stromwandlervorrichtung der zweiten Ausführungsform
in Betracht gezogen, wenn eine Vielzahl von Terminals als Stromwandlervorrichtungen
mit dem DC-System verbunden sind, und ein Terminal durch eine Betriebsstörung oder
einen Fehler abgetrennt ist.
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In
dem Fall, bei dem n-Terminals mit dem DC-System verbunden sind,
und jede Wirkleistung Pi ist, gibt es keine andere Stromversorgung
als den Strom von den Terminals, und deshalb wird die folgende Beziehung
erfüllt: ΣPi
= 0
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Wenn
beim n-ten Terminal ein Fehler auftritt, d. h., dass er vom DC-System
getrennt wird, tritt eine Abweichung der DC-Spannung und eine Abweichung
des Stromes auf.
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Die
Abweichung der DC-Spannung ist, bevor bei einem Terminal ein Fehler
auftritt, d. h., dass er vom DC-System abgetrennt wird, 0, und der
Strom wird auf einen konstanten Wert eingestellt. Die Abweichung
der DC-Spannung ist, nachdem bei einem Terminal ein Fehler auftritt, ΔVd, und die
Abweichung zum Output Pi des Leistungsregelkreis 120 ist,
bevor ein Terminal vom DC-System abgetrennt wird, ΔPi. Die Wirkleistung
Pi' wird, nachdem
der eine Terminal abgetrennt wird, der folgende Wert in einem stationären Zustand: Pi' =
(Pi + ΔPi)
+ Kvi*ΔVi (4)worin Kvi
eine DC-Zunahme des Kompensators 112 im DC-Spannungsregelkreis 110 ist,
und Kvi*ΔVd
ist ein Output des DC-Spannungsregelkreises 110.
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Weil
es erforderlich ist, den Strom abzugleichen, nachdem ein Terminal
abgetrennt ist, wird die Summe von Pi der verbleibenden Terminals
0, nämlich: ΣPi' = –Pn + ΣΔPi + ΔVd*ΣKvi = 0 (5)
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Dann
wird ΔVd
erhalten, und das erhaltene ΔVd
wird in die Gleichung (4) eingegeben, wodurch das folgende Ergebnis
erhalten wird: Pi' = Pi + ΔPi + Kvi*(Pn – ΣΔPk)/(ΣKvk) (6)
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Die
Grenzwerte in jedem Kompensator 112 werden z. B. so eingestellt,
dass die DC-Zunahme des Kompensators 112 im DC-Spannungsregelkreis 110 in
jeder Stromwandlervorrichtung als Terminal gleich ist, nämlich Kvi*Kv,
und Output-Abweichungen des Kompensators 112 in dem DC-Spannungsregelkreis 110 sowohl
in der ansteigenden Richtung als auch in der absteigenden Richtung
gleich sind, wenn mit dem Wert verglichen wird, bevor bei einem
Terminal ein Fehler auftritt, nämlich ΔPimax = +ΔPmax.
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Spezifischerweise
sind die Grenzwerte des Leistungsregelkreis 120 in der
in 1 dargestellten Stromwandlervorrichtung Pmax =
Pi + ΔPmax
und Pmin = Pi – ΔPmax.
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Wenn
ein Gleichrichterterminal (als Stromwandlervorrichtung zur Konvertierung
des DC-Stroms in AC-Strom) vom DC-System abgetrennt wird, und die
DC-Spannung dann verringert wird, wenn mit der DC-Spannung vor der
Abtrennung vom DC-System verglichen wird, erhöht der DC-Spannungsregelkreis 110 den
Strom in positiver Richtung (Gleichrichterbetrieb) in Proportion
zur Abweichung ΔVd.
Außerdem
wirkt der DC-Spannungsregelkreis 110 so, dass der Strom
umgekehrt verringert wird. Dieser Betrieb ist jedoch durch die Grenzwerte
im Kompensator 122 so begrenzt, dass ΔPi = –ΔPmax.
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Wenn
auf der anderen Seite ein Gleichstrom-Wechselstrom-Konvertierungsterminal
(als Stromwandlervorrichtung zur Überführung des AC-Stroms in den
DC-Strom) vom DC-System abgetrennt wird, und die DC-Spannung dann
erhöht
wird, wenn mit der DC-Spannung vor der Abtrennung vom DC-System
verglichen wird, verringert der DC-Spannungsregelkreis 110 den
Strom. Dieser Betrieb ist jedoch durch die Grenzwerte im Kompensator 122 so begrenzt,
dass ΔPi
= +ΔPmax.
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Dadurch
ergibt sich Pi' wie
folgt: Pi' = Pi + Pn/(n – 1) (7)
-
Selbst
wenn also bei einem Terminal ein Fehler auftritt, ist es deshalb
möglich,
den Betrieb kontinuierlich weiterzuführen, indem man einen Strombetriebspunkt
zu einem neuen Betriebspunkt verschiebt, indem man den Strom unter
den Terminals bereitstellt. Obgleich die vorstehende Beschreibung
zur Verkürzung
den Fall erklärt
hat, bei dem Kvi gleich ΔPi
ist, ist es möglich,
auch für
einen Fall, bei dem Kvi nicht gleich ΔPi ist, zu einem neuen Betriebspunkt
zu verschieben. Selbst wenn bei einer Vielzahl von Terminals (als
Stromwandlervorrichtung) ein Fehler auftritt, ist es möglich, zu
einem neuen Betriebspunkt zu verschieben.
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Wie
vorstehend beschrieben, ist es, weil die Output-Grenzwerte des Leistungsregelkreis 120 eingestellt
werden, gemäß der Stromwandlervorrichtung der
zweiten Ausführungsform
sogar dann, wenn bei einer Stromwandlervorrichtung als mit dem DC-System
verbundener Terminal ein Fehler auftritt, möglich, einen Strombetriebspunkt
zu einem Betriebspunkt zu verschieben, indem man den Betrieb der verbleibenden
mit dem DC-System verbundenen Stromwandlervorrichtungen durchführt.
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Dritte Ausführungsform
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In
der Stromwandlervorrichtung der dritten Ausführungsform wird ein verschiedener
Grenzwert in den im Leistungsregelkreis 120 jeder Stromwandlervorrichtung 10 als
Terminal eingebauten Kompensator 122 eingestellt. Der Betrieb
zur Aufrechterhaltung der Stabilität des durch die Stromwandlervorrichtung
der dritten Ausführungsform
bereitgestellten DC-Stromes ist der gleiche wie der der Stromwandlervorrichtung
der ersten und der zweiten Ausführungsformen.
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Andere
Komponenten der Stromwandlervorrichtung der dritten Ausführungsform
sind die gleichen wie die der Stromwandlervorrichtung der ersten und
der zweiten Ausführungsformen,
und zur Verkürzung
wird deshalb ihre Erläuterung
weggelassen.
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Nachfolgend
wird eine Beschreibung des Betriebes für den Fall angegeben, bei dem
bei einem oder mehreren mit dem DC-System verbundene Terminals ein
Fehler auftritt, und sie von diesem DC-System abgetrennt werden.
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Obwohl
der Leistungsregelkreis 120 so wirkt, dass die AC-Wirkleistung P gleich
wird dem Leistungsbezugswert Pref, ist die Fähigkeit dieses Leistungsregelkreises 120 durch
die Grenzwert Pmin und Pmax limitiert.
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Dadurch
wird die Fähigkeit
des Leistungsregelkreises 120 im Terminal (nämlich in
der Stromwandlervorrichtung) mit einem hohen Grenzwert hoch. In
diesem Fall wird die Abweichung zwischen der AC-Wirkleistung P und
dem Leistungsbezugswert Pref im Vergleich zur Abweichung eines Terminals
als Stromwandlervorrichtung mit kleineren Grenzwerten ein kleiner
Wert.
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Im
Terminal mit den größeren Grenzwerten ist
es deshalb möglich,
den Einfluss des AC-Systems 20 zu verringern, weil die
Veränderung
der Ströme nachdem
und bevor der Terminal vom DC-System abgetrennt
wird, ein kleiner Wert wird.
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In
Gleichung (6) ist z. B., wenn die DC-Zunahme Kvk in jedem Terminal
(als jede mit dem DC-System verbundene Stromwandlervorrichtung) der
gleiche Wert ist, weil ΣKvk = (n – 1)Kv, Kvi = Kv,und es
wird die folgende Gleichung erhalten: Pi' = Pi + ΔPi + (Pn – ΣΔPk)*1/(n – 1).
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Wenn
der Mittelwert von ΔP ΔPav = ΣΔPk/(n – 1), ist ΔPi definiert,
nämlich ΔPi = ΔPav + ΔPdi, wodurch Pi' =
Pi + (ΔPav
+ ΔPdi)
+ Pn/(n – 1) – ΔPav = Pi
+ ΔPdi +
Pn/(n – 1) (8)
-
Wenn
ein Gleichstrom-Wechselstrom-Konvertierungsterminal vom DC-System
abgetrennt wird, wird Pn < 0.
Weil die DC-Spannung erhöht
wird, verringert der DC-Spannungsregelkreis 110 den Strom, und
der Stromregelkreis erhöht
den Strom, und ΔPi wird
ein positiver Wert.
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Deshalb
wird der Grenzwert im Stromregelkreis wie folgt eingestellt: ΔPdi > –Pn/(n – 1) (9)
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Der
Leistungsregelkreis 120 sättigt nicht, und der Strom
des Terminals, der diesen Leistungsregelkreis 120 enthält, wird
so kontrolliert, dass dieser Strom gleich wird dem Strom, bevor
der Terminal abgetrennt wird.
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Selbst
wenn der Output des Leistungsregelkreises 120 gesättigt ist
und der Output begrenzt ist, stellt ein Terminal mit einem größeren oberen
Grenzwert des Leistungsregelkreises 120 und einem größeren ΔPdi einen
kleineren zusätzlich
zu liefernden Strom ein. Der Betrieb des Terminals mit dem kleineren
oberen Grenzwert des Leistungsregelkreises 120 wird an
einen Betriebspunkt verschoben, bei dem der zusätzlich zu liefernde Strom größer ist.
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Wenn
ein Gleichrichterterminal vom DC-System abgetrennt wird, ist Pn > 0. In diesem Fall
wirkt, weil die DC-Spannung verringert wird, der DC-Spannungsregelkreis
so, dass der Strom erhöht
wird und der Leistungsregelkreis 120 wirkt so, dass der
Strom verringert wird. ΔPi
ist ein negativer Wert. Wenn deshalb ein Grenzwert des Leistungsregelkreises 120 in jedem
Terminal wie folgt eingestellt wird: ΔPdi < –Pn/(n – 1) (10)sättigt der
Leistungsregelkreis 120 nicht, und der Strom wird bei dem
Strom gehalten, bevor der Terminal abgetrennt wird. Selbst wenn
der Leistungsregelkreis 120 gesättigt ist, wird ein Terminal
mit dem niedrigeren Grenzwert eines kleinen Wertes (nämlich einem
größeren absoluten
Wert in negativer Richtung) zu einem Betriebspunkt verschoben, der
eine geringere Stromveränderung
ergibt, und ein Terminal mit dem niedrigeren Grenzwert eines großen Wertes (nämlich einem
kleineren absoluten Wert innegativer Richtung) wird zu einem Betriebspunkt
verschoben, der eine größere Stromveränderung
ergibt.
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Wie
vorstehend beschrieben, wird, weil der Grenzwert für einen
Output des Leistungsregelkreises 120 in jeder Stromwandlervorrichtung 10 auf
einen verschiedenen Wert eingestellt wird, gemäß der Stromwandlervorrichtung
der dritten Ausführungsform
sogar dann, wenn eine Vielzahl von Stromwandlervorrichtungen beendet
oder vom DC-System abgetrennt wird, und die verbleibenden Stromwandlervorrichtungen
ihren Betrieb kontinuierlich fortsetzen, es möglich, die Stromwandlervorrichtungen
so einzustellen, dass sie dazu fähig
sind, unabhängig
größere Ströme und kleiner
Ströme
zu liefern.
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Vierte Ausführungsform
-
5 ist
eine schematische Darstellung, die eine Anordnung der Stromwandlervorrichtung
der vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt. In 5 bedeutet das Bezugszeichen 113 eine
Veränderungsraten-Unterdrückungsschaltung,
die im DC-Spannungsregelkreis 110 eingebaut ist, um die Veränderungsrate
des vom Kompensator 112 pro Zeiteinheit übertragenen
Eingabesignals zu unterdrücken
oder zu steuern. Andere Komponenten der Stromwandlervorrichtung
der vierten Ausführungsform
sind die gleichen wie die der Stromwandlervorrichtung der ersten
und zweiten Ausführungsformen, und
deshalb wird zur Verkürzung
ihre Erläuterung hier
weggelassen.
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Als
nächstes
wird der Betrieb der Stromwandlervorrichtung der vierten Ausführungsform
beschrieben.
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In
der Stromwandlervorrichtung der vierten Ausführungsform ist der DC-Spannungsregelkreis 110 zur
Unterdrückung
der durch die Resonanz im DC-System verursachten Änderung
so ausgestaltet, dass er auf eine abrupte Änderung der z. B. durch Abschalten
eines Terminals vom DC-System verursachten abrupten Änderung
der DC-Spannung ansprechen kann.
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Der
Kompensator 112 des DC-Spannungsregelkreises 110 verstärkt die
Abweichung der DC-Spannung Vd vom DC-Spannungsbezugswert Vdref.
Zusätzlich
zu dieser Wirkung wird auch der Output des Kompensators 112 gemäß der abrupten Änderung
der DC-Spannung Vd verändert.
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Die
Veränderungsraten-Unterdrückungsschaltung 113 wirkt
so, dass die Veränderungsrate des
Outputs des Kompensators 112 innerhalb der maximalen Änderungsrate
unterdrückt
wird, wenn die Änderungsrate
größer ist
als die maximale Änderungsrate
des Outputs des Kompensators 112, die vorher im Kompensator 112 eingestellt
wurde.
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Wenn
die Änderungsrate
des Outputs vom Kompensator 112 kleiner ist als die maximale Änderungsrate,
die im Kompensator 112 eingestellt wurde, gibt der Kompensator 112 die
Veränderungsrate
der DC-Spannung ohne irgendeine Unterdrückung aus, wodurch der Output
des Kompensators 112 das Wirkleistungsbezugssignal ohne
irgendeine Veränderung
wird. Dadurch ist es im Dauerzustand möglich, eine vorübergehende Änderung
der DC-Spannung ohne Verringerung der durch den DC-Spannungsregelkreis 110 erhaltenen
Wirkung der DC-Spannungskontrolle zu steuern.
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Wenn
andererseit im Kompensator 112 ein Filter eingebaut ist,
um die vorübergehende Änderung
der DC-Spannung zu unterdrücken,
besteht die Möglichkeit,
den stationären
Zustand der Kontrolle des DC-Systems zu stören.
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Die 6A und 6B sind
Diagramme, die ein Beispiel der Charakteristik der Änderungsraten-Unterdrückungsschaltung 113 der
vierten Ausführungsform
zeigen. Die horizontale Achse bezieht sich auf die Zeit und die
vertikale Achse auf die Amplitude des Signals. Spezifisch zeigt 6A ein
Beispiel, bei dem das Eingabesignal, dargestellt durch die durchgezogene
Linie, über
der maximalen Veränderungsrate
liegt, und die Veränderungsrate des
Outputs (gestrichelte Linie) unterdrückt wird. 6B zeigt
ein Beispiel, bei dem die Änderungsrate
des Eingabesignals, dargestellt durch die durchgezogene Linie, kleiner
ist als die maximale Änderungsrate.
In dem in 6B dargestellten Fall ist das
Output-Signal gleich dem Eingabesignal in der Veränderungsraten-Unterdrückungsschaltung 113.
Dadurch ist es möglich,
eine abrupte Änderung
der Wirkleistung zu kontrollieren, wodurch es möglich wird, die durch die abrupte Änderung
der DC-Spannung im DC-System verursachte Stromabweichung im AC-System 20 zu verringern.
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Weil
der Betrieb des Leistungsregelkreises 120 keinen Einfluß auf die
Stabilität
des DC-Spannungsregelungssystems besitzt, ist es möglich, in den
Kompensator 122 ein Filter einzubauen, wodurch der Kompensator 122 eine
Filterfunktion besitzt.
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Wie
vorstehend beschrieben kann gemäß der Stromwandlervorrichtung
der vierten Ausführungsform
die im DC-Spannungsregelkreis 110 eingebaute Änderungsraten-Unterdrückungsschaltung 113 eine
vorübergehende Änderung
der Wirkleistung effizient steuern.
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Fünfte Ausführungsform
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Die
Stromwandlervorrichtung der fünften Ausführungsform
hat die folgenden Merkmale:
In jeder Veränderungsraten-Unterdrückungsschaltung 113 im
DC-Spannungsregelkreis 110 in
jeder Stromwandlervorrichtung als Terminal ist ein verschiedener
Sollwert eingestellt. Andere Komponenten der Stromwandlervorrichtung
der fünften
Ausführungsform
sind die gleichen wie die der Stromwandlervorrichtung der vierten
Ausführungsform,
weshalb zur Verkürzung
ihre Erläuterung
hier weggelassen wird.
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Wenn
ein Terminal vom DC-System abgetrennt wird, wodurch die Größe der DC-Spannung abrupt
verändert
wird, wirkt die Stromwandlervorrichtung 10 der fünften Ausführungsform,
die einen Maximalwert in den maximalen Veränderungsraten in einer Vielzahl
von mit dem DC-System 30 verbundenen Terminals besitzt,
vorzugsweise, um eine abrupte Änderung
der DC-Spannung zu unterdrücken.
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Im
Gegensatz dazu wird in der Stromwandlervorrichtung als anderer Terminal,
die eine maximale Änderungsrate
mit einem geringeren Wert besitzt, das Ansprechen auf eine vorübergehende Änderung der
DC-Spannung unterdrückt,
wodurch die Größe der vorübergehenden
Stromzufuhr, die verwendet werden soll, um eine stabile DC-Spannung
aufrechtzuerhalten, klein wird, und es möglich wird, einen geringen
Einfluss auf das AC-System zu erhalten.
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Wie
vorstehend beschrieben wird gemäß der Stromwandlervorrichtung
der fünften
Ausführungsform
in der Änderungsraten-Unterdrückungsschaltung 113 im
DC-Spannungsregelkreis 110, der in jeder Stromwandlervorrichtung
als Terminal eingebaut ist, ein verschiedener Sollwert eingestellt.
Es ist deshalb möglich,
einen Terminal einzustellen, um vorzugsweise die abrupte Änderung
der DC-Spannung zu unterdrücken,
wenn ein oder mehrere Terminals vom DC-System abgetrennt werden.
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Sechste Ausführungsform
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7 ist
eine schematische Darstellung, die die Anordnung der Verbindung
der Stromwandlervorrichtungen der sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt. In 7 bezeichnet jedes Bezugszeichen 10, 11 und 12 die
Stromwandlervorrichtung. Jede der Stromwandlervorrichtungen 10, 11 und 12 besitzt
eine Anordnung wie z. B. die in 4 dargestellte
zweite Ausführungsform.
Die Bezugszeichen 20, 21 und 22 bezeichnen
AC-Sy steme, 40 bezeichnet eine Grenzwert-Einstellschaltung,
um den Grenzwert des Kompensators 122 in dem Leistungsregelkreis 120 in
jeder Stromwandlervorrichtung 10, 11 und 12 einzustellen.
Jedes der Bezugszeichen 201, 211 und 221 bezeichnet
die AC-Stromquelle.
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Als
nächstes
wird eine Beschreibung der Stromwandlervorrichtung der sechsten
Ausführungsform
gegeben.
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Im
Kompensator 122 in dem in 4 dargestellten
Leistungsregelkreis 120 wurde der Output-Grenzwert eingestellt.
Die Grenzwert-Einstellschaltung 40 in der Anordnung der
Stromwandlervorrichtungen des sechsten Ausführungsform empfängt Strombereiche,
die durch die Werte PACmax und PACmin angezeigt sind, und die einen
akzeptierbaren Strombereich für
jedes der AC-Systeme 20, 21 und 22, die
mit jeder der Stromwandlervorrichtungen 10, 11 und 12 verbunden
sind, anzeigt, und dann die Grenzwerte Pmax und Pmin, die für den Kompensator 122 in
der Leistungsregelschaltung 120 in jeder der Stromwandlervorrichtungen 10, 11 und 12 verwendet
werden sollen, ausgibt.
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In
der Stromwandlervorrichtung der in 4 dargestellten
zweiten Ausführungsform
wird der Betrieb des Leistungsregelkreises 120, der den
Kompensator 122 mit einem kleineren Output-Grenzwert enthält, limitiert
und die Stromwandlervorrichtung liefert den Strom um die DC-Spannung
aufrechtzuerhalten. Deshalb stellt die Grenzwert-Einstellschaltung 40 die Grenzwerte
Pmax und Pmin für
jede der Stromwandlervorrichtungen 10, 11 und 12 so
ein, dass ein kleinerer Grenzwert für die Stromwandlervorrichtung
mit einem größeren Leistungszulässigkeitsbereich
von PACmax und PACmin eingestellt wird, um den Strom leicht abzugeben,
wenn eine oder mehrere Stromwandlervorrichtungen ihren Betrieb beenden.
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Im
Gegensatz dazu stellt die Grenzwert-Einstellschaltung 40 die
Grenzwerte Pmax und Pmin für jede
Stromwandlervorrichtung 10, 11 und 12 so
ein, dass ein größerer Grenzwert
für die
Stromwandlervorrichtung mit kleinerem Leistungszulässigkeitsbereich
von PACmax und PACmin eingestellt wird, um den Leistungsregelkreis 120 zu
betreiben. Dadurch wird die AC-Wirkleistung P gleich dem Leistungsbezugswert
Pref und die Menge der zusätzlichen Stromversorgung
wird verringert.
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Wie
vorstehend beschrieben, ist es gemäß den Stromwandlervorrichtungen
mit der Anordnung der in 7 dargestellten sechsten Ausführungsform möglich, die
Menge der zusätzlichen
Stromversorgung für
jede Stromwandlervorrichtung so einzustellen, dass sie der Fähigkeit
jedes AC-Systems entspricht, wenn eine oder mehrere der Stromwandlervorrichtungen
ihren Betrieb einstellen. Dadurch ist es möglich, den schlechten Einfluss
auf jedes AC-System so gering wie möglich zu halten.
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Obwohl 7 die
Schaltungsanordnung der sechsten Ausführungsform zeigt, in der drei
Stromwandlervorrichtungen 10, 11 und 12 mit
dem DC-System 30 verbunden sind, ist die vorliegende Erfindung
nicht darauf beschränkt.
D. h., die vorliegende Erfindung zeigt den gleichen Effekt, wenn
zwei oder mehrere Stromwandlervorrichtungen mit dem DC-System 30 verbunden
sind.
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Siebte Ausführungsform
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8 ist
eine schematische Darstellung, die die Schaltungsanordnung der Stromwandlervorrichtungen
als siebte erfindungsgemäße Ausführungsform
zeigt. In 8 bedeutet das Bezugszeichen 50 eine
maximale Änderungsraten-Einstellschaltung, um
eine maximale Änderungsrate
des DC-Spannungsregelkreises 110 einzustellen. Andere Komponenten
der Stromwandlervorrichtung der siebten Ausführungsform sind die gleichen
wie in der Anord nung der Stromwandlervorrichtung der sechsten Ausführungsform,
weshalb ihre Erklärung
hier zur Verkürzung
weggelassen wird.
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Als
nächstes
wird eine Beschreibung des Betriebes der Schaltungsanordnung, die
die drei Stromwandlervorrichtungen 10, 11 und 12 und
die maximale Änderungsraten-Einstellschaltung 50 umfasst,
gegeben.
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Jede
der Stromwandlervorrichtungen 10, 11 und 12 in
der Schaltungsanordnung der siebten Ausführungsform ist z. B. die gleiche
wie die der Stromwandlervorrichtung der in 5 dargestellten
vierten Ausführungsform.
Die Stromwandlervorrichtung der in 5 dargestellten
vierten Ausführungsform
enthält
die Änderungsraten-Unterdrückungsschaltung 113.
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Die
maximale Änderungsraten-Einstellschaltung 50 empfängt den
zulässigen
Leistungsbereich von PACmax und PACmin jeder der mit jeder der Stromwandlervorrichtungen 10, 11 und 12 verbundenen
AC-Systeme 20, 21 und 22, und gibt die
maximale Änderungsrate
für den
DC-Spannungsregelkreis 110 in jeder der Stromwandlervorrichtungen 10, 11 und 12 aus.
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In
der Anordnung der Stromwandlervorrichtung der in 5 dargestellten
vierten Ausführungsform
wird eine durch die Stromwandlervorrichtung mit einem kleinen Wert
der maximalen Veränderungsrate gelieferte
vorübergehende
Stromversorgung unterdrückt,
und eine durch die Stromwandlervorrichtung mit einem hohen Wert
der maximalen Änderungsrate gelieferte
vorübergehende
Stromversorgung wird erhöht.
Die maximale Änderungsrate
DPDT der Stromwandlervorrichtung wird deshalb in Proportion zum zulässigen Leistungsbereich
von PACmax und PACmin des mit der Stromwandlervorrichtung verbundenen
AC-Systems eingestellt, um einen vorübergehenden Strom effizient
zu liefern, wenn eine oder mehrere der Stromwandlervorrichtungen
ihren Betrieb beenden. D. h., wenn die Stromwandlervorrichtung einen
großen
Wert des zulässigen
Leistungsbereiches besitzt, wird ihre maximale Änderungsrate groß, um eine
vorübergehende
Stromversorgung durchzuführen.
Wenn andererseits die Stromwandlervorrichtung einen kleinen Wert
des zulässigen Leistungsbereiches
besitzt, wird ihre maximale Änderungsrate
klein, um eine vorübergehende
Stromversorgung zu unterdrücken.
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Wie
vorstehend beschrieben, ist es gemäß den Stromwandlervorrichtungen
mit der Anordnung der siebten Ausführungsform möglich, eine
vorübergehende
Stromversorgung durch jede Stromwandlervorrichtung in Proportion
zur Fähigkeit
jedes AC-Systems einzustellen, wenn der Betrieb einer oder mehrerer
Stromwandlervorrichtungen endet. Es ist deshalb möglich, die
Stromabweichung in den AC-Systemen so gering wie möglich zu
machen.
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Obwohl 8 die
Schaltungsanordnung der siebten Ausführungsform zeigt, in der drei
Stromwandlervorrichtungen 10, 11 und 12 mit
dem DC-System 30 verbunden sind, ist die vorliegende Erfindung
nicht darauf beschränkt.
D. h., die vorliegende Erfindung zeigt die gleiche Wirkung, wenn zwei
oder mehrere Stromwandlervorrichtungen mit dem DC-System 30 verbunden
sind.
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Achte Ausführungsform
-
In
der Schaltungsanordnung der Stromwandlervorrichtungen der achten
Ausführungsform wird
im Kompensator 112 im DC-Spannungsregelkreis 110 jeder
Stromwandlervorrichtung (nämlich
in jedem Terminal) mit der in 4 dargestellten
Anordnung eine verschiedene DC-Zunahme Kvi eingestellt. Die Schaltungsanordnung
der Stromwandlervorrichtungen der achten Ausführungsform besitzt deshalb
die gleiche Anordnung wie die siebte Ausführungsform, weshalb eine Erklärung der
Anordnung hier zur Verkürzung
weggelassen wird.
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In
der nachfolgenden Beschreibung wird zur Verkürzung angenommen, dass in jedem
Terminal der gleiche Wert ΔPi
für den
DC-Spannungsregelkreis 110 eingestellt
wird.
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Wenn
definiert wird, dass der mittlere Werte der DC-Zunahme der Terminals
Kvav ist, Kvav = ΣKvk/(n – 1), Kvi
= Lvav*Kvdi, ergeben sich die folgenden Gleichungen: Pi' =
Pi + ΔPi
+ Kvav*Kvdi*(Pn – (n – 1)ΔPi)/(n – 1)Kvav
= Pi + (1 – Kvd)ΔPi + Kvdi*Pn/(n – 1) (11)
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Wenn
ein Gleichrichter-Terminal vom DC-System 30 abgetrennt
wird, nämlich
Pn > 0 ist, kann die
Beziehung ΔPi < 0 gefüllt werden.
Danach liefert eine Stromwandlervorrichtung mehr Strom, wenn die
DC-Zunahme, die im Kompensator 112 in dieser Stromwandlervorrichtung
eingestellt ist, größer als
der Mittelwert ist. Im Gegensatz dazu verschiebt sich der Betrieb
der Stromwandlervorrichtung zu einem Betriebspunkt, in dem die Stromversorgung unterdrückt wird,
wenn die DC-Zunahme, die im Kompensator 112 in dieser Stromwandlervorrichtung eingestellt
ist, kleiner als der Mittelwert ist, nämlich Kvdi < 1. Wenn ein Gleichstrom-Wechselstrom-Konvertierterminal
vom DC-System 30 abgetrennt wird, nämlich Pn < 0 ist, kann die Beziehung ΔPi < 0 erfüllt werden.
In diesem Fall wird auch der gleiche Betrieb, wie er vorstehend
beschrieben wurde, durchgeführt.
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Wie
vorstehend beschrieben, wird gemäß der Anordnung
der Stromwandlervorrichtungen der achten Ausführungsform eine verschiedene
DC-Zunahme Kvi im Kompensator 112 im DC-Spannungsregelkreis 110 jeder
Stromwandlervorrichtung eingestellt. Dadurch wird es, selbst wenn
eine oder mehrere Stromwandlervorrichtungen ihren Betrieb einstellen,
und die verbleibenden mit dem DC-System 30 verbundenen
Stromwandlervorrichtungen in Betrieb sind, möglich, die Stromwandlervorrichtungen
unabhängig
von einander auf eine große
Stromversorgung und eine kleine Stromversorgung einzustellen. In
der vorstehenden Beschreibung der achten Ausführungsform besitzt jeder Terminal
den gleichen Wert ΔPi
des DC-Spannungsregelkreises 110, aber die vorliegende
Erfindung ist nicht darauf beschränkt, sondern es ist z. B. möglich, die
gleiche Wirkung zu erhalten, wenn für jeden Terminal ein verschiedener Wert ΔPi eingestellt
wird.
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Wie
vorstehend angegeben, ist es, weil der DC-Spannungsregelkreis immer
im Betrieb ist, erfindungsgemäß möglich, die
Veränderung
der DC-Spannung jeder Stromwandlervorrichtung zu unterdrücken, um
eine konstante DC-Spannung aufrechtzuerhalten. Es ist deshalb möglich, zwischen den
Stromwandlervorrichtungen einen stabilen Strom auch dann zu übermitteln,
wenn die DC-Leitungen des DC-Systems lang werden, und die Kapazität des Kondensators
verringert wird.
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Weil
der Output-Grenzwert im Stromregelkreis eingestellt wird, ist es
erfindungsgemäß möglich, den
Betriebspunkt automatisch zu verschieben und den Betrieb der verbleibenden
Stromwandlervorrichtungen auch dann fortzusetzen, wenn der Betrieb einer
oder mehrerer Stromwandlervorrichtungen endet.
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Weil
im Stromregelkreis jeder Stromwandlervorrichtung ein verschiedener
Output-Grenzwert eingestellt wird, ist es erfindungsgemäß möglich, die Rate
der Stromversorgung jeder verbleibenden Stromwandlervorrichtung
unabhängig
einzustellen, wenn der Betriebspunkt verschoben wird, um den Betrieb
der verbleibenden Stromwandlervorrichtungen auch dann fortzusetzen,
wenn der Betrieb einer oder mehrerer Stromwandlervorrichtungen endet.
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Weil
die Änderungsraten-Unterdrückungsschaltung
im DC-Spannungsregelkreis jeder Stromwandlervorrichtung eingebaut
ist, ist es erfindungsgemäß möglich, eine
Veränderung
des AC-Stromes jeder verbleibenden Stromwandlervorrichtung zu unterdrücken, auch
wenn der Betrieb einer oder mehrerer Stromwandlervorrichtungen endet.
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Weil
ein verschiedener Sollwert in der Änderungsraten-Unterdrückungsschaltung
im DC-Spannungsregelkreis jeder Stromwandlervorrichtung eingestellt
wird, ist es erfindungsgemäß möglich, die Rate
einer vorübergehenden
Stromversorgung in jeder Stromwandlervorrichtung sofort nachdem
der Betrieb einer oder mehrerer Stromwandlervorrichtungen endet,
einzustellen.
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Weil
der Output-Grenzwert im Stromregelkreis jeder Stromwandlervorrichtung
gemäß der Fähigkeit
der Stromversorgung jedes AC-Systems eingestellt wird, ist es erfindungsgemäß möglich, eine Stromabweichung
in jedem AC-System während
einer sofort nach Beendigung des Betriebs einer oder mehrerer Stromwandlervorrichtungen
verursachten vorübergehenden
Stromversorgung zu unterdrücken.
-
Weil
gemäß der Fähigkeit
der Stromversorgung jedes AC-Systems ein Sollwert der maximalen Änderungsrate
im DC-Spannungsregelkreis in jeder Stromwandlervorrichtung eingestellt
wird, ist es erfindungsgemäß möglich, in
jedem AC-System während der
sofort nach Beendigung des Betriebes einer oder mehrerer Stromwandlervorrichtungen
verursachten vorübergehenden
Stromversorgung eine Stromabweichung in jedem AC-System zu unterdrücken.
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Weil
für den
DC-Spannungsregelkreis jeder Stromwandlervorrichtung ein verschiedener
Wert für die
DC-Zunahme eingestellt wird, ist es erfindungsgemäß möglich, die
Rate der Stromversorgung jeder verbleibenden Stromwandlervorrichtung
unabhängig einzustellen,
wenn der Betriebspunkt verschoben wird, um den Betrieb der verbleibenden
Stromwandlervorrichtungen auch dann, wenn der Betrieb einer oder
mehrerer Stromwandlervorrichtungen endet, fortzuführen.
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Obwohl
vorstehend eine ausführliche
Beschreibung der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen gegeben wurde,
sind verschiedene Modifikationen, geänderte Konstruktionen und Äquivalente
möglich,
ohne den erfindungsgemäßen Rahmen
zu verlassen. Die vorstehende Beschreibung und Veranschaulichung
beschränkt
deshalb den durch die anliegenden Ansprüche definierten erfindungsgemäßen Rahmen
nicht.
-
- 10
- STROMWANDLERVORRICHTUNG
- 11
- STROMWANDLERVORRICHTUNG
- 12
- STROMWANDLERVORRICHTUNG
- 20
- AC-SYSTEM
- 21
- AC-SYSTEM
- 22
- AC-SYSTEM
- 30
- DC-SYSTEM
- 40
- GRENZWERTEINSTELLSCHALTUNG
- 50
- EINSTELLSCHALTUNG
FÜR MAXIMALE ÄNDERUNGSRATE
- 101
- SPANNUNGS-GEKOPPELTER
STROMWANDLER
- 102
- AC-REAKTOR,
TRANSFORMATOR
- 103
- KONDENSATOR
- 104
- AC-SPANNUNGSDETEKTOR
- 105
- AC-STROMDETEKTOR
- 106
- GLEICHSTROMSPANNUNGSANZEIGER
- 107
- STROMMESSKREIS
- 108
- STEUERUNGSKREIS
- 110
- DC-SPANNUNGSREGELKREIS
- 111
- SUBTRAKTOR
- 112
- KOMPENSATOR
- 113
- ÄNDERUNGSRATEN-UNTERDRÜCKUNGSSCHALTUNG
- 120
- LEISTUNGSREGELKREIS
- 121
- SUBTRAKTOR
- 122
- KOMPENSATOR
- 131
- ADDIERWERK
- 201
- AC-STROMQUELLE
- 211
- AC-STROMQUELLE
- 221
- AC-STROMQUELLE
- 300
- STROMWANDLERVORRICHTUNG
- 301
- SPANNUNGS-GEKOPPELTER
STROMWANDLER
- 302
- AC-DROSSELSPULE,
TRANSFORMATOR
- 303
- KONDENSATOR
- 304
- AC-SPANNUNGSANZEIGER
- 305
- AC-STROMANZEIGER
- 306
- GLEICHSTROMSPANNUNGSANZEIGER
- 307
- STROMMESSKREIS
- 308
- STEUERUNGSKREIS
- 310
- DC-SPANNUNGSREGELKREIS
- 311
- SUBTRAKTOR
- 312
- KOMPENSATOR
- 320
- LEISTUNGREGELKREIS
- 321
- SUBTRAKTOR
- 322
- KOMPENSATOR
- 330
- SELEKTOR
- 400
- STROMWANDLERVORRICHTUNG
- 500
- STROMWANDLERVORRICHTUNG