DE4108811A1 - Regelverfahren fuer die stromversorgungseinrichtung eines elektrofilters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren für die Stromversor­ gungseinrichtung eines Elektrofilters, die aus einem mit einer Meß- und Steuereinheit ausgestatteten Stromzwischenkreisumrich­ ter mit nachgeschaltetem Hochspannungstransformator besteht.

Stromversorgungseinrichtungen der oben genannten Art sind z. B. aus der DE-OS 35 22 569 bekannt. Ein gravierender Nachteil der bisher bekannten Regelverfahren ist die Notwendigkeit, zur Er­ mittlung sekundärseitiger Zustände den Filterstrom und die Fil­ terspannung sekundärseitig, d. h. auf der Hochspannungsseite des Transformators, zu messen. Meßgeräte zur Messung unter Hochspan­ nung sind teuer und störanfällig. Zudem müssen umfangreiche Ab­ schirmungs- und Isolierungsmaßnahmen getroffen werden, um die Sicherheit für das Betriebspersonal zu gewährleisten. Anderer­ seits ist die Ermittlung sekundärseitiger Zustände unabdingbar, da das Elektrofilter möglichst optimal ausgesteuert werden soll und hierzu eine ständige Anpassung der Sollwerte, z. B. für den Zwischenkreisstrom, nötig ist.

Wegen der vorstehend beschriebenen Hochspannungsprobleme erfolg­ te bisher die Sollwertvorgabe für Werte wie z. B. Zwischenkreis­ strom, Pulswiederholfrequenz oder Pulsdauer dadurch, daß die Fil­ terkennlinie gemessen wurde und mit Hilfe dieser Messung auf­ grund der Erfahrung des Bedienpersonals neue Sollwerte manuell vorgegeben wurden.

Diese Art der Sollwertvorgabe hat Nachteile: Ihre Zuverlässigkeit und Genauigkeit ist von Erfahrung und Aufmerksamkeit des Bedien­ personals abhängig, und sie führt zu hohen Personalkosten.

Insbesondere wegen verschärfter Umweltgesetzt (z. B. TA Luft) ist es nötig, das Elektrofilter optimal zu betreiben. Da sich die Durchschlagsspannung des Filters während des Betriebes än­ dert, müssen für einen optimalen Betrieb die Sollwerte immer wieder neu bestimmt und angepaßt werden. Aufgrund der Schnellig­ keit der Anderung der Durchschlagsspannung ist eine ständige Sollwertanpassung auch für geschultes Personal nicht möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, das sekundärseitige Mes­ sen bei Hochspannung zu vermeiden. Eine weitere Aufgabe der Er­ findung besteht darin, die Sollwertvorgabe zu beschleunigen und zu automatisieren, so daß das Elektrofilter optimal gesteuert und dadurch Umweltschutzauflagen erfüllt werden. Insbesondere soll aus Gründen der Wirtschaftlichkeit die Nachrüstung exi­ stierender Anlagen mit dem erfindungsgemäßen Regelverfahren möglich sein. Ferner sollen durch die Automatisierung Personal­ kosten eingespart werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß von der Meß- und Steuerein­ heit primärseitig Werte, z. B. die Zwischenkreisspannung, gemes­ sen, aus den primärseitig gemessenen Werten automatisch sekundär­ seitige Werte, z. B. die Filterspannung, bestimmt werden und da­ raus sekundärseitige Zustände, z. B. Filterüberschlag, ermittelt werden.

Im Regelfall werden hierbei primärseitig Istwerte, z. B. die Primärspannung, gemessen, es ist u. U. aber auch sinnvoll, Soll­ werte, Istwerte und Sollwerte, Verknüpfungen von Ist- und Soll­ werten oder Kombinationen hiervon zu messen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Regelverfahrens werden aus den primärseitigen Istwerten von Spannung und Strom die sekundärseitigen Istwerte berechnet und hiermit das Elektro­ filter auf Filterdurchschlag und Filterkurzschluß überprüft.

Das Elektrofilter kann hierbei mit Gleichstrom, mit Strom­ pulsen oder mit einer Kombination von beidem betrieben werden. Bei mit Strompulsen betriebenen Elektrofiltern werden in den Pausen zwischen zwei Pulsen mehrere kleine Meßpulse angelegt, um auch in den Pulspausen primärseitig sinnvolle Werte messen zu können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Filterkennlinie aufgenommen, diese Filterkennlinie ausgewer­ tet, und aufgrund der Auswertung der Filterkennlinie neue Soll­ werte, z. B. für den Zwischenkreisstrom, bestimmt. Die Berech­ nung der neuen Sollwerte erfolgt in einer der Meß- und Steuer­ einheit übergeordneten Automatisiereinheit.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit den weiteren Einzelansprüchen.

Die Fig. zeigt schematisch eine Anordnung zur Durchführung des Regelverfahrens und des Führungsverfahrens zur Sollwertvorgabe.

Ein mit einer Meß- und Steuereinheit 1 ausgestatteter Stromzwi­ schenkreisumrichter 2 speist einen Hochspannungstransformator 3, dessen Ausgangsspannung über einen Gleichrichter 4 an ein Elek­ trofilter 5 angelegt ist. Die Meß- und Steuereinheit 1 ist mit einer übergeordneten Automatisiereinheit 6 verbunden. Die über­ geordnete Automatisiereinheit 6 kann z. B. eine speicherprogram­ mierbare Steuerung (Siemens S5) oder ein Personalcomputer sein. Die Meß- und Steuereinheit 1 mißt oder bestimmt kontinuierlich - z. B. jede Millisekunde - primärseitig Zwischenkreisstrom und Primärspannung und bestimmt aus diesen Größen Filterstrom und Filterspannung.

Wenn die Filterspannung von einer Messung bzw. Berechnung auf die andere von einem Wert oberhalb eines vorgegebenen, veränder­ baren Minimalwertes, z. B. 5 kV, auf weniger als einen vorgege­ benen, veränderbaren Prozentsatz, z. B. 25%, absinkt, so wird auf Filterdurchschlag erkannt. Wenn die Filterspannung in einer vorgegebenen, veränderbaren Durchschlag-Wartezeit zwischen 0 und 200 ms, z. B. 100 ms, wieder über diesen Prozentsatz ansteigt, wird in der Meß- und Steuereinheit 1 der Zähler für selbstver­ löschende Durchschläge um eins erhöht. Andernfalls wird der Zäh­ ler für nicht selbstverlöschende Durchschläge um eins erhöht und eine Entionisierungsreaktion eingeleitet. Anschließend wird das Filter 5 wieder aufgeladen.

Wenn die Primärspannung des Hochspannungstransformators 3 unter einen vorgegebenen, veränderbaren Minimalwert im Bereich von 60 bis 100 V, typisch ca. 80 V, absinkt, während einer vorgegebe­ nen, veränderbaren Kurzschluß-Wartezeit von z. B. 250 ms nicht wieder über diesen Wert ansteigt und gleichzeitig ein Filter­ strom fließt, der größer als ein vorgegebener, veränderbarer Mindeststrom, z. B. 10% des Maximalstromes, ist, so wird auf Filterkurzschluß erkannt und die Stromzufuhr in den Zwischen­ kreis des Zwischenkreisumrichters 2 für eine vorgegebene, ver­ änderbare Wartezeit von z. B. 500 ms gesperrt. Ferner wird der Zeitpunkt des Filterkurzschlusses gespeichert. Anschließend wird das Filter 5 wieder aufgeladen. Übersteigt die Zahl der Filter­ kurzschlüsse während einer vorgegebenen, veränderbaren Zeit­ spanne, z. B. eine Minute, eine vorgegebene, veränderbare maxi­ male Anzahl, z. B. 10, so wird auf Dauerkurzschluß erkannt und das Elektrofilter 5 abgeschaltet.

In Intervallen werden von der übergeordneten Automatisiereinheit 6 Kommandos sowie eventuell nötige Parameter an die Meß- und Steuereinheit 1 übertragen. Diese Kommandos können sein:

• - Das Kommando zum Verändern der Betriebsart (Gleichstrombetrieb, Pulsbetrieb, gemischter Betrieb),
• - das Kommando zum Verändern der Betriebsparameter und die neuen Betriebsparameter,
• - das Kommando zur Aufnahme einer Filterkennlinie.

Wenn die Meß- und Steuereinheit 1 das Kommando zur Kennlinien­ aufnahme empfängt, unterbricht die Meß- und Steuereinheit 1 den normalen Betrieb des Elektrofilters 5, nimmt die Filterkennlinie auf und überträgt die Daten an die übergeordnete Automatisier­ einheit 6. Die Automatisiereinheit 6 zeigt die Filterkennlinie auf einem (nicht dargestellten) Monitor an, wertet die über­ mittelten Daten aus und übertragt neue Sollwerte an die Meß- und Steuereinheit 1. Neue Sollwerte können für alle veränderbaren Werte vorgegeben werden. Als Beispiele seien hier genannt:

• - Stellgrößen wie z. B. Zwischenkreisstrom und bei Pulsbetrieb die Pulsdauer,
• - Vergleichsgrößen wie z. B. die kritische Spannung für die Detektion eines Filterkurzschlusses,
• - Zeiten wie z. B. die Durchschlag-Wartezeit.

Wenn das Elektrofilter 5 mit Gleichstrom betrieben wird, wird die Filterkennlinie als Funktion der Filterspannung in Abhäng­ igkeit vom Filterstrom dargestellt. Wenn das Elektrofilter mit Strompulsen betrieben wird, wird als Filterkennlinie die Filter­ spannung als Funktion der Zeit dargestellt. Um während der Pau­ se zwischen zwei Pulsen die Filterwerte primärseitig messen zu können, werden während der Pulspause periodisch, z. B. mit einer Frequenz zwischen 100 und 1000 Hz, kleine Meßpulse an das Elek­ trofilter 5 angelegt. Dies ist im Pulsbetrieb nicht nur während der Kennlinienaufnahme, sondern immer nötig, da sonst während der Pulspausen das Elektrofilter 5 durch den Gleichrichter 4 vom Hochspannungstransformator 3 abgekoppelt ist.

Im Vorangegangenen wurde neben einem Regelverfahren für die Stromversorgungseinrichtung eines Elektrofilters 5 durch eine Meß- und Steuereinheit 1 die Führung der Meß- und Steuerein­ heit 1 einer Stromversorgungseinrichtung für ein Elektrofilter 5 durch eine übergeordnete Automatisiereinheit 6 geschildert. Selbstverständlich ist es ebenso möglich, mit einer derartigen Automatisiereinheit 6 mehrere Elektrofilter 5 zu führen. Die Betriebsarten der Elektrofilter sind hierbei völlig unabhängig voneinander.

Claims (13)

1. Regelverfahren für die Stromversorgungseinrichtung eines Elektrofilters, die aus einem mit einer Meß- und Steuereinheit ausgestatteten Stromzwischenkreisumrichter mit nachgeschaltetem Hochspannungstransformator besteht, dadurch ge­ kennzeichnet, daß von der Meß- und Steuereinheit (1) primärseitig Werte, z. B. die Zwischenkreisspannung, gemessen werden, aus den primärseitig gemessenen Werten automatisch sekun­ därseitige Werte, z. B. die Filterspannung, bestimmt werden und daraus sekundärseitige Zustände, z. B. Filterüberschlag, ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Elektrofilter (5) mit Gleichstrom betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Elektrofilter (5) mit Strompulsen betrieben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Elektrofilter (5) mit Gleich­ strom betrieben wird, dem Strompulse überlagert sind.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von der Meß- und Steuereinheit (1) Strom und Spannung des Hochspannungs­ transformators (3) primärseitig gemessen und hieraus Filterstrom und Filterspannung berechnet werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mit Strompulsen betriebenen Elektrofilter (5) während der Pause zwischen zwei Strompulsen in kurzen Zeitabständen Meßpulse an das Elektrofilter (5) angelegt werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fil­ terdurchschlag dadurch detektiert wird, daß die Filterspannung in kurzer Zeit, z. B. 1-10 ms, von einem hohen Wert, z. B. größer 5 kV, auf einen niedrigen Wert, z. B. weniger als 25% der vorherigen Spannung, absinkt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Detektion eines Filterdurchschlages ein Zähler in der Meß- und Steuereinheit (1) inkrementiert wird, nach einer vorgegebenen, veränderbaren Durchschlag-Wartezeit erneut geprüft wird, ob ein Filterdurchschlag stattfindet,und bei Vorliegen eines Filterdurchschlages eine Entionisierungs- Reaktion eingeleitet wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fil­ terkurzschluß dadurch detektiert wird, daß bei kleiner Primär­ spannung, z. B. 60 bis 100 V, des Hochspannungstransformators (3) ein hoher Filterstrom, z. B. mehr als 10% des Maximal­ stroms, fließt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Detektion eines Filterkurzschlusses für eine vorgegebene, veränderbare Wartezeit der externen Strom­ versorgung kein Strom mehr entnommen wird, der Zeitpunkt des Auftretens des Filterkurzschlusses gespeichert wird und der Zwi­ schenkreisumrichter (2) abgeschaltet wird, wenn die Zahl der Filterkurzschlüsse innerhalb einer vorgegebenen, veränderbaren Zeitspanne eine vorgegebene, veränderbare Grenze übersteigt.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Inter­ vallen eine Filterkennlinie aufgenommen wird, aus der neue Sollwerte für die Steuerung des Zwischenkreisumrichters (2) berechnet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als neue Sollwerte Stellgrößen wie z. B. der Zwischenkreisstrom, Vergleichsgrößen wie z. B. der Minimal­ wert zur Detektion eines Filterkurzschlusses und Zeiten wie z. B. die Durchschlag-Wartezeit vorgebbar sind.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kennlinien von der Meß- und Steuereinheit (1) an eine übergeordnete Automatisiereinheit (6) übertragen werden, von dieser ausgewertet werden und die neuen Sollwerte an die Meß- und Steuereinheit (1) übertragen werden.