DE102008009276A1 - Electric circuit operating method for e.g. gas turbine energy generation system, involves disconnecting coupling between stator of asynchronous generator and energy supply network during occurrence of failure in energy supply network - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung insbesondere für einen doppelt gespeisten Asynchrongenerator mit netzgekoppeltem Stator.The The invention relates to an electrical circuit, in particular for a double-fed asynchronous generator with grid-connected stator.
Es ist bekannt, den Stator eines Asynchrongenerators direkt mit einem elektrischen Energieversorgungsnetz zu verbinden, während der Rotor des Asynchrongenerators über einen rotorseitigen Umrichter, einen Zwischenkreis und einen netzseitigen Umrichter an das Energieversorgungsnetz gekoppelt ist. Die beiden Umrichter werden in Abhängigkeit von Strömen und Spannungen, die innerhalb der beschriebenen Schaltung gemessen werden, derart gesteuert, dass die im Stator induzierte Spannung an das Energieversorgungsnetz angepasst und dorthin eingespeist wird.It is known, the stator of an asynchronous generator directly with a to connect electrical power grid during the Rotor of the asynchronous generator via a rotor-side converter, a DC link and a line-side converter is coupled to the power grid. The two inverters become dependent of streams and voltages measured within the described circuit be controlled so that the voltage induced in the stator adapted to the power grid and fed there becomes.
Bei dieser elektrischen Schaltung ist es weiterhin bekannt, zwischen dem Stator und dem Energieversorgungsnetz einen Schalter anzuordnen, mit dem der Stator von dem Energieversorgungsnetz getrennt werden kann. Diese Schalter sind aber üblicherweise nur dazu geeignet, im lastfreien Zustand eine Umschaltung durchzuführen.at This electrical circuit is still known between to arrange a switch for the stator and the power supply network, which disconnects the stator from the power grid can. But these switches are common only suitable for switching over in the no-load state.
Ein Fehler im Energieversorgungsnetz kann zur Folge haben, dass in dem Asynchrongenerator ein Kurzschlussstrom erzeugt wird, der zu einer Aufladung des Zwischenkreises führt. Dies kann zu einer Gefährdung der Bauelemente der beiden Umrichter führen. Als Gegenmaßnahme ist es bekannt, einen rotorseitigen Kurzschließer vorzusehen, mit dem der Rotor des Asynchrongenerators über einen Halbleiterschalter und einen Widerstand kurzgeschlossen werden kann. Ab einer bestimmten Spannung im Zwischenkreis wird der Halbleiterschalter leitend geschaltet, so dass der Widerstand wirksam wird. Übersteigt die Spannung im Zwischenkreis vorgegebene Maximalwerte, dann muss der Betrieb der beiden Umrichter beendet werden, um eine Zerstörung der Bauelemente der Umrichter zu vermeiden. In diesem Fall wird danach der Zwischenkreis wieder auf zulässige Spannungswerte zurückgeführt und der Halbleiterschalter des Kurzschließers wieder gesperrt, um den Betrieb der Umrichter wieder neu zu beginnen.One Errors in the power supply network can result in that Asynchronous generator, a short-circuit current is generated, which leads to a Charging the DC link leads. This can be a hazard lead the components of the two converters. As a countermeasure is it is known to provide a rotor-side short-circuiting device with which the rotor of the asynchronous generator via a semiconductor switch and a resistor are short-circuited can. From a certain voltage in the DC link, the semiconductor switch turned on, so that the resistance is effective. exceeds the voltage in the DC link predetermined maximum values, then must The operation of the two converters will be terminated to destroy the components to avoid the inverter. In this case, then the DC link back to legal Tension values returned and the semiconductor switch of the short circuiter locked again to the Operation of the inverter to start again.
Bei dem erläuterten Vorgehen müssen insbesondere die Bauelemente der beiden Umrichter zumindest in einem gewissen Umfang für erhöhte Spannungen im Zwischenkreis ausgelegt sein. Ebenfalls stellt der Kurzschließer einen erhöhten Bauteileaufwand dar.at explained Have to take action in particular the components of the two converters at least in one certain extent for increased voltages be designed in the DC link. Also, the short-circuiter provides one increased Component cost.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Schaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der ein Fehler des Energieversorgungsnetzes mit geringerem Bauteileaufwand verarbeitet werden kann.task The invention is an electrical circuit of the aforementioned Kind of creating with which a fault of the power supply network can be processed with less component cost.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 und durch eine elektrische Schaltung nach dem Anspruch 5.The Invention solves this object by a method according to claim 1 and by an electrical circuit according to claim 5.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Asynchrongenerator statorseitig mit einem Energieversorgungsnetz gekoppelt. Rotorseitig ist der Asynchrongenerator über einen rotorseitigen Umrichter, einen Zwischenkreis und einen netzseitigen Umrichter mit dem Energieversorgungsnetz verbunden. Bei einem Fehler in dem Energieversorgungsnetz wird die Kopplung zwischen dem Stator des Asynchrongenerators und dem Energieversorgungsnetz durch Sperren eines ein Leistungshalbleiterbauelement aufweisenden Statorschalters unterbrochen.at the method according to the invention is an asynchronous generator stator side with a power grid coupled. Rotor side is the asynchronous generator via a Rotor-side converter, a DC link and a line-side converter connected to the power grid. In case of an error in the Power supply network is the coupling between the stator of the asynchronous generator and the power grid by blocking a power semiconductor device interrupted stator switch interrupted.
Es ist also kein Kurzschließer oder dergleichen erforderlich. Dies stellt eine wesentliche Verminderung des Bauteileaufwands dar. Weiterhin ist keine Überdimensionierung der Bauelemente der beiden Umrichter erforderlich. Auch damit wird ein verminderter Aufwand erreicht.It So it's not a short circuiter or the like required. This represents a significant reduction Furthermore, there is no oversizing of the components the two inverters required. Also with this is a diminished Effort reached.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass unmittelbar nach dem Auftreten des Netzfehlers von dem netzseitigen Umrichter ein Blindstrom in das Energieversorgungsnetz eingespeist werden kann. Zusätzlich kann unmittelbar dach dem Sperrend-Schalten des Statorschalters die Erregung des Asynchrongenerators an das fehlerhafte Energieversorgungsnetz angepasst werden. Nach dem Wieder-Leitend-Schalten des Statorschalters kann dann der gesamte benötigte Blindstrom von dem Asynchrongenerator geliefert werden. Damit können von dem Betreiber des Energieversorgungsnetzes vorgegebene Anforderungen für die Einspeisung von Energie im Fehlerfall auf besonders einfache, aber trotzdem schnelle Art und Weise erfüllt werden.One Another essential advantage of the method according to the invention is that immediately after the occurrence of the network error of the network side Inverter fed a reactive current in the power grid can be. additionally can immediately after the Sperrend switching of the stator the excitation of the asynchronous generator to the faulty power grid be adjusted. After re-conducting the stator switch can then all the needed Reactive current can be supplied by the asynchronous generator. This can be done by the operator of the power grid specified requirements for the Feeding energy in case of failure on particularly simple, but nevertheless fast way be fulfilled.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.Further Features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are shown in the drawing. Make up all features described or illustrated alone or in any combination the subject of the invention, regardless of its summary in the claims or their relationship as well as independent of their formulation or presentation in the description or in the drawing.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung.The single figure of the drawing shows a schematic diagram of a embodiment an electrical according to the invention Circuit.
Ein dreiphasiges Energieversorgungsnetz ist mit einem Transformator T verbunden, an den weiterhin ein Statorschalter Es angeschlossen ist, der seinerseits mit dem Stator eines Asynchrongenerators G verbunden ist. Bei dem Schalter Es kann es sich um jegliche Art eines ansteuerbaren elektrischen bzw. elektronischen Schalters handeln, der in der Lage ist, den Strom bzw. die Spannung zwischen dem Transformator T und dem Stator zu unterbrechen. Insbesondere kann es sich bei dem Schalter Es um ein elektrisches bzw. elektronisches Leistungshalbleiterbauelement handeln, beispielsweise einen Thyristor oder einen IGBT (insulated gate bipolar transistor) oder dergleichen.A three-phase power supply network is connected to a transformer T, to which a stator switch Es is still connected nerseits is connected to the stator of an asynchronous generator G. The switch may be any type of controllable electrical or electronic switch capable of breaking the current or voltage between the transformer T and the stator. In particular, the switch Es may be an electrical or electronic power semiconductor component, for example a thyristor or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or the like.
Zur Messung der Netzspannung Un ist auf der Netzseite des Statorschalters Es ein Spannungssensor vorgesehen. Zur Messung der Statorspannung Us ist auf der Statorseite des Statorschalters Es ein weiterer Spannungssensor vorgesehen. Auf dieser Statorseite ist des weiteren ein Stromsensor vorhanden, der den über den Statorschalter Es fließenden Statorstrom Is misst.to Measuring the mains voltage Un is on the mains side of the stator switch It provided a voltage sensor. For measuring the stator voltage Us is on the stator side of the stator switch It another voltage sensor intended. On this stator side is further a current sensor present the over the stator switch It is flowing Stator current Is measures.
An den Verbindungspunkt des Transformators T und des Statorschalters Es ist ein Netz-Umrichter Npr angeschlossen, der über einen Zwischenkreis Cd mit einem Motor-Umrichter Mpr verbunden ist. Der Motor-Umrichter Mpr ist weiterhin mit dem Rotor des Asynchrongenerators G verbunden. Der Netz-Umrichter Npr und der Motor-Umrichter Mpr können beliebig aufgebaut sein, insbesondere kann es sich dabei um Schaltungen handeln, die eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen aufweisen, beispielsweise Dioden oder Transistoren oder dergleichen. Der Zwischenkreis Cd ist zur Speicherung einer Gleichspannung vorgesehen und weist insbesondere einen oder mehrere Kondensatoren auf.At the connection point of the transformer T and the stator switch It is connected to a mains inverter Npr, which has one DC link Cd is connected to a motor inverter Mpr. Of the Motor inverter Mpr is still with the rotor of the asynchronous generator G connected. The power converter Npr and the motor inverter Mpr can be arbitrary be constructed, in particular, these may be circuits, having a plurality of semiconductor devices, for example Diodes or transistors or the like. The intermediate circuit Cd is intended for storing a DC voltage and has in particular one or more capacitors.
Zur Messung des über den Netz-Umrichter Npr fließenden Stroms Inp ist auf der Netzseite des Netz-Umrichters Npr ein Stromsensor vorgesehen. Zur Messung des über den Motor-Umrichter Mpr fließenden Rotorstroms Ir ist auf der Maschinenseite des Motor-Umrichters Mpr ein weiterer Stromsensor vorhanden. Zwischen dem Motor-Umrichter Mpr und dem Zwischenkreis Cd ist ein Spannungssensor vorgesehen, mit dem die Zwischenkreisspannung Ud gemessen werden kann.to Measurement of over the mains inverter Npr flowing Current Inp is a current sensor on the grid side of the grid inverter Npr intended. To measure the over the motor inverter Mpr flowing Rotor current Ir is on the machine side of the motor inverter Mpr another current sensor is available. Between the motor inverter Mpr and the intermediate circuit Cd, a voltage sensor is provided, with which the intermediate circuit voltage Ud can be measured.
Die Messsignale der Netzspannung Un, der Statorspannung Us, der Zwischenkreisspannung Ud, des über den Netzumrichter Npr fließenden Stroms Inp, des Statorstroms Is und des Rotorstroms Ir sind einer Steuerung ST als Eingangssignale zugeführt. Diese Steuerung ST erzeugt mehrere Ausgangssignale ZES, ZNpr, ZMpr, mit denen der Statorschalter Es, der Netz-Umrichter Npr und der Motor-Umrichter Mpr angesteuert werden können.The Measuring signals of the mains voltage Un, the stator voltage Us, the intermediate circuit voltage Ud, about the power converter Npr flowing Current Inp, the stator current Is and the rotor current Ir are one Control ST supplied as input signals. This control generates ST a plurality of output signals ZES, ZNpr, ZMpr, with which the stator switch Es, the grid inverter Npr and the motor inverter Mpr are controlled can.
Bei der beschriebenen Schaltung handelt es sich um einen sogenannten doppelt gespeisten Asynchrongenerator mit netzgekoppeltem Stator. Diese Schaltung kommt insbesondere in Energieerzeugungsanlagen zum Einsatz, beispielsweise in Windkraft- oder Wasserkraft- oder Gasturbinen-Energieerzeugungsanlagen.at the circuit described is a so-called double-fed asynchronous generator with grid-connected stator. These Circuit is used in particular in power generation plants, For example, in wind power or hydropower or gas turbine power generation plants.
Im Normalbetrieb dieser Schaltung ist der Statorschalter Es leitend geschaltet. Wird der Rotor durch eine äußere Kraft, beispielsweise durch Wind oder Wasser, in eine Drehbewegung versetzt, so wird im Stator eine Spannung induziert, die über den Statorschalter Es in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird. Die Anpassung, insbesondere die Synchronisierung der in den Stator induzierten Spannung an die Netzspannung Un des Energieversorgungsnetzes wird von der Steuerung ST durch eine entsprechende Ansteuerung des Netz-Umrichters Npr und des Motor-Umrichters Mpr erreicht.in the Normal operation of this circuit is the stator switch It conductive connected. If the rotor by an external force, for example by wind or water, in a rotary motion, so is in the Stator induced a voltage across the stator switch Es in the power grid is fed. The adaptation, in particular the synchronization of the induced voltage in the stator to the Mains voltage Un of the power supply network is provided by the controller ST by a corresponding control of the power converter Npr and the motor inverter Mpr achieved.
Tritt in dem Energieversorgungsnetz ein Fehler auf und wird dieser Fehler von der Steuerung ST erkannt, so wird der Statorschalter Es von der Steuerung ST sperrend geschaltet. Der Statorschalter Es ist dabei in der Lage, auch unter Last und insbesondere auch bei einem Fehler im Energieversorgungsnetz eine Umschaltung von seinem leitenden in den gesperrten Zustand durchzuführen. Die Umschaltung in den gesperrten Zustand wird dabei bei Erreichen einer vorgegebenen Zwischenkreisspannung Ud oder bei Erreichen eines vorgegebenen Statorstroms Is oder bei Erreichen eines sonstigen Schwellwerts, beispielsweise der Unterschreitung der Netzspannung Un unter einen vorgegebenen Grenzwert, durch die Steuerung ST ausgelöst.kick in the power grid an error and this error detected by the controller ST, the stator switch Es from switched off the control ST blocking. The stator switch It is able to do so even under load and especially in one Fault in the power supply network, a switch from its manager to to perform the locked state. Switching to the locked state is achieved when it is reached a predetermined intermediate circuit voltage Ud or upon reaching a given stator current Is or upon reaching another threshold, for example, the falling below the mains voltage Un below a predetermined limit, triggered by the controller ST.
Dies hat zur Folge, dass der Stator des Asynchrongenerators G von dem Transformator T und damit von dem Energieversorgungsnetz abgetrennt ist. Es fließt damit kein Statorstrom Is mehr. Eine weitergehende Aufladung des Zwischenkreises Cd über den Stator und den Rotor ist damit nicht mehr möglich. Die Bauelemente der beiden Umrichter Mpr, Npr sind damit nicht gefährdet und es ist auch nicht notwendig, den Betrieb der beiden Umrichter Mpr, Npr zu beenden.This has the consequence that the stator of the asynchronous generator G of the Transformer T and thus separated from the power grid is. It flows so that no stator current Is more. A further charge of the DC bus Cd over the Stator and the rotor is no longer possible. The components of the both converters Mpr, Npr are not endangered and it is not necessary to stop the operation of the two inverters Mpr, Npr.
Mit dem Erkennen eines Fehler in dem Energieversorgungsnetz wird der netzseitige Umrichter Npr derart von der Steuerung ST angesteuert, dass er einen Blindstrom in das Energieversorgungsnetz einspeist. Weiterhin werden die beiden Umrichter Mpr, Npr derart von der Steuerung ST angesteuert, dass ein erwünschter Wirkstrom erzeugt wird, der zur Aufrechterhaltung der Zwischenkreisspannung Ud erforderlich ist.With the detection of a fault in the power grid is the mains-side converter Npr controlled by the control ST, that it feeds a reactive current into the power grid. Furthermore, the two inverters Mpr, Npr are so controlled by the controller ST driven that a desirable Active current is generated, which is used to maintain the DC link voltage Ud is required.
Nach der Unterbrechung des Statorstroms Is durch den Statorschalter Es wird der rotorseitige Stromrichter Mpr derart von der Steuerung ST angesteuert, dass der magnetische Fluss zu dem fehlerhaften Energieversorgungsnetz schnellstmöglich synchronisiert wird. Dabei überwacht die Steuerung die Netzspannung Un und die Statorspannung Us. Wird die Differenz dieser beiden Spannungen zu Null, was gleichbedeutend damit ist, dass die an dem Statorschalter Es anliegende Spannung zu Null wird, so wird der Statorschalter Es von der Steuerung ST wieder leitend geschaltet. Danach kann der Statorstrom Is von der Steuerung ST mit Hilfe des rotorseitigen Umrichters Mpr derart gesteuert werden, dass von dem Betreiber des Energieversorgungsnetzes vorgegebene Anforderungen für die Einspeisung von Energie im Fehlerfall erfüllt werden.After the interruption of the stator current Is by the stator switch, the rotor-side converter Mpr is controlled by the controller ST in such a way that the magnetic flux to the faulty power supply system is as fast as possible is synchronized. The controller monitors the mains voltage Un and the stator voltage Us. If the difference between these two voltages becomes zero, which is equivalent to the voltage applied to the stator switch Es becoming zero, then the stator switch Es is again turned on by the control ST. Thereafter, the stator current Is controlled by the controller ST by means of the rotor-side inverter Mpr such that predetermined by the operator of the power grid requirements for the supply of energy in case of failure are met.
Ist der Fehler in dem Energieversorgungsnetz wieder beseitigt, so läuft das beschriebene Verfahren in entsprechender Weise erneut ab. Der Statorschalter Es wird also sperrend geschaltet, um dann den magnetischen Fluss mit dem nunmehr intakten Energieversorgungsnetz zu synchronisieren. Sobald dann die an dem Statorschalter Es anliegende Spannung zu Null wird, wird der Statorschalter Es wieder leitend geschaltet, so dass Energie von dem Asynchrongenerator G wieder in das Energieversorgungsnetz eingespeist werden kann.is the error in the power grid eliminated again, it works described method in a corresponding manner again. The stator switch So it is switched off, then the magnetic flux to synchronize with the now intact power grid. As soon as then the voltage applied to the stator switch Es becomes zero, the stator switch It is turned on again so that energy from the asynchronous generator G back into the power grid can be fed.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |