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Geregelte Blindstrom- und Oberwellenkompensation

IP.com Disclosure Number: IPCOM000204515D
Original Publication Date: 2011-Mar-01
Included in the Prior Art Database: 2011-Mar-01
Document File: 2 page(s) / 202K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Der beim Auf- und Abbau eines magnetischen bzw. elektrischen Feldes fließende Strom in elektrischen Maschinen, wie beispielsweise Motoren oder Transformatoren, wird als Blindstrom bezeichnet. Dieser ist der Spannung um 90° phasenverschoben und dessen Energieanteil wird nicht in Wirkleistung umgesetzt. Zur Senkung der Blindstromkosten sowie zur Entlastung der elektrischen Betriebsmittel ist es sinnvoll, Blindströme zu kompensieren. Derzeit wird der Blindstrom von Maschinen bzw. Verbrauchern in sogenannten Kompensationsanlagen üblicherweise mithilfe von Kondensatoren kompensiert. Alternativ werden auch aktive Filter mit Strommessung, Oberwellenanalyse, Kompensationsstromsynthese und geregelter Kompensation für die Grund- und Oberwellenblindleistung eingesetzt. Weiterhin findet auch eine Blindstrom- /Blindleistungsregelung mittels eines gepulsten Netzstromrichters Anwendung. Dabei erfolgt neben der Kompensation des Filterblindstroms eine zusätzliche Blindstrom- /Blindleistungskompensation durch die Vorgabe eines festen oder dynamischen Sollwerts. Der dynamische Sollwert ist jedoch in der Regel nicht exakt bekannt. In Abhängigkeit von beispielsweise des Betriebszustandes der Maschine, den aktuell aktiven Nebenaggregaten sowie den jeweiligen Betriebspunkten der Aggregate schwankt der Blindstromverbrauch. Eine dynamische Steuerung des Sollwerts der Kompensation ist daher nicht exakt möglich, so dass die Kompensation nicht immer optimal erfolgt. Auch die Amplituden der Oberwellenschwingung schwanken im dynamischen Betrieb, so dass eine dynamische Steuerung des Sollwerts der Kompensation ebenfalls nicht möglich ist. Somit ist auch die Kompensation der Oberwellenschwingungen in ihrer Wirkung begrenzt.

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Geregelte Blindstrom- und Oberwellenkompensation

Idee: Hartmut Vogt, DE-Erlangen; Dr. Guido Stöppler, DE-Erlangen; Dr. Jochen Bretschneider, DE- Erlangen; Karl-Heinz Smolka, DE-Chemnitz; Frank Viering, DE-Erlangen

Der beim Auf- und Abbau eines magnetischen bzw. elektrischen Feldes fließende Strom in elektrischen Maschinen, wie beispielsweise Motoren oder Transformatoren, wird als Blindstrom bezeichnet. Dieser ist der Spannung um 90° phasenverschoben und dessen Energieanteil wird nicht in Wirkleistung umgesetzt. Zur Senkung der Blindstromkosten sowie zur Entlastung der elektrischen Betriebsmittel ist es sinnvoll, Blindströme zu kompensieren. Derzeit wird der Blindstrom von Maschinen bzw. Verbrauchern in sogenannten Kompensationsanlagen üblicherweise mithilfe von Kondensatoren kompensiert. Alternativ werden auch aktive Filter mit Strommessung, Oberwellenanalyse, Kompensationsstromsynthese und geregelter Kompensation für die Grund- und Oberwellenblindleistung eingesetzt. Weiterhin findet auch eine Blindstrom- /Blindleistungsregelung mittels eines gepulsten Netzstromrichters Anwendung. Dabei erfolgt neben der Kompensation des Filterblindstroms eine zusätzliche Blindstrom- /Blindleistungskompensation durch die Vorgabe eines festen oder dynamischen Sollwerts. Der dynamische Sollwert ist jedoch in der Regel nicht exakt bekannt. In Abhängigkeit von beispielsweise des Betriebszustandes der Maschine, den aktuell aktiven Nebenaggregaten sowie den jeweiligen Betriebspunkten der Aggregate schwankt der Blindstromverbrauch. Eine dynamische Steuerung des Sollwerts der Kompensation ist daher nicht exakt möglich, so dass die Kompensation nicht immer optimal erfolgt. Auch die Amplituden der Oberwellenschwingung schwanken im dynamischen Betrieb, so dass eine dynamische Steuerung des Sollwerts der Kompensation ebenfalls nicht möglich ist. Somit ist auch die Kompensation der Oberwellenschwingungen in ihrer Wirkung begrenzt.

Zur Lösung der beschriebenen Probleme wird im Folgenden eine Regelung der Blindstrom- /Blindleistungs-Ist-Werte vorgeschlagen. Die Regelung erfolgt dabei beispielsweise auf die Zielgrößen cos(φ)=1 bzw. den Leistungsfaktor λ=1 oder bei Bedarf auf entsprechend andere Vorgaben cos(φ)=x und λ=y. Vorschlagsgemäß wird eine Rückführung eines Ist-Wertes von der Stelle vorgeschlagen, an der die geregelte Kompensation erfolgen soll. Dabei wird die bereits vorhandene aktive Netzeinspeisung als auch die bereits vorhandene Regelungseinheit des Antriebsverbands zur Regelung und Erzeugung des gewünschten Blindstrombedarfs verwendet. Für die Koordination auch mehrerer Antriebsverbände zur gezielten Blindstrombeeinflussung in einem Netzknoten kann entweder eine externe Steuerung oder auch die bereits vorhandene Maschinensteuerung verwendet werden. Für die Messwerterfassung an dem ausgewählten Netzknoten kann e...