AT509828B1 - Steuerungsverfahren einer stromrichterparallelschaltung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren einer Stromrichterparallelschaltung, zumindest zwei parallel zwischen einen Wechselstrom- bzw. Drehstromanschluss und einen Gleichstromanschluss geschaltete Halbleiterventile (10a, 10b, 10c) umfassend, wobei mittels einer Regelung (11) ein gemeinsamer Zündwinkel (a) vorgegeben und gleichstromseitig ein Iststrom (I-IST) erfasst wird. Dabei wird jeweils ein durch das jeweilige Halbleiterventil (10a bzw. 10b bzw. 10c) fließender Teilstrom (Ia bzw. Ib bzw. Ic) über eine Dauer (T) hinweg erfasst und einer Symmetrieregelung (9) zugeführt. Weiters erfolgt für jeden dieser erfassten Teilströme (Ia, Ib, Ic) eine Mittelwertbildung und aus den resultierenden Mittelwerten, dem Iststrom (I-IST) und dem gemeinsamen Zündwinkel (a) wird für jedes Halbleiterventil (10a bzw. 10b bzw. 10c) eine jeweilige Zündwinkelkorrektur abgleitet, sodass die Belastungen der Halbleiterventile (10a, 10b, 10c) einander angenähert werden.

Description

Beschreibung

STEUERUNGSVERFAHREN EINER STROMRICHTERPARALLELSCHALTUNG

[0001] Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren einer Stromrichterparallelschaltung, zu¬mindest zwei parallel zwischen einen Wechselstrom- bzw. Drehstromanschluss und einenGleichstromanschluss geschaltete Halbleiterventile umfassend, wobei mittels einer Regelungein gemeinsamer Zündwinkel vorgegeben und gleichstromseitig ein Iststrom erfasst wird. DesWeiteren betrifft die Erfindung eine Stromrichterparallelschaltung.

[0002] Durch ständig steigenden Leistungsbedarf ist es erforderlich, Stromrichtergeräte oderauch nur einzelne elektrische Halbleiterventile parallel zu schalten. Ein benötigter Gesamtstromteilt sich dabei auf die einzelnen Geräte bzw. Halbleiterventile auf. Als Halbleiterventile kommenbeispielsweise Thyristoren, IGBTs oder GTOs zum Einsatz. Die Halbleiterbauelemente könneneine positive aber auch eine negative Temperaturcharakteristik aufweisen.

[0003] Beispielsweise werden in Erregerkreisen von Kraftwerksgeneratoren Stromstärkenbenötigt, für welche derzeit keine oder nur besonders teure Halbleiterventile ausgelegt sind.

[0004] Die Stromaufteilung parallel geschalteter Zweige hängt in erster Linie von den Halb¬leiterparametern, den thermischen Verhältnissen sowie parasitären Einflüssen wie den Streuin¬duktivitäten einer Anlage ab. Die Aufteilung unterliegt dabei einer großen Streuung, wobei dieEinflussparameter während einer Anlagenprojektierung zumeist nicht bekannt sind. Bei derAuslegung von Stromrichterparallelschaltungen muss daher von ungünstigen Konstellationen inBezug auf Streuinduktivitäten in den Kommutierungspfaden, Kühlbedingungen sowie den stati¬schen und dynamischen Durchlasseigenschaften der Halbleiterventile ausgegangen werden.

[0005] Eine unsymmetrische Strombelastung der einzelnen Geräte bzw. parallel geschaltetenZweige führt dazu, dass bei der Auslegung eines Betriebspunktes für Stromrichterparallelschal¬tungen eine Stromabminderung in der Höhe von 20% bis 30% in Kauf genommen werdenmuss. Bei mehr als drei parallel geschalteten Zweigen kann eine noch höhere Stromabminde¬rung erforderlich sein, um auch bei ungünstigen Konstellationen sicher zu gehen, dass keinZweig oder Gerät des Parallelverbunds überlastet wird.

[0006] Zudem kommt es durch die negative Temperaturcharakteristik der Durchlassspannungbei Thyristoren (sinkende Durchlassspannung bei steigender Temperatur) im Betrieb zu einemzunehmend instabilen Verhalten. Resultat ist ein „thermisches Davonlaufen” des Stromes durchein Gerät bzw. durch einen Zweig.

[0007] Nach dem Stand der Technik kennt man verschiedene Maßnahmen, um die Schwierig¬keiten einer Stromrichterparallelschaltung in den Griff zu bekommen. So kann beispielsweiseeine Stromsymmetrierungsmaßname die Stromfehlverteilung reduzieren. Die Stromabminde¬rung kann dadurch auf ca. 5% verkleinert werden.

[0008] Eine symmetrische, das heißt gleichmäßige Belastung der parallel geschalteten Gleich¬stromrichter bzw. Zweige wird zum Beispiel mittels einer „weichen” Parallelschaltung (Fig. 1)erreicht. Dabei ist jedem parallelgeschalteten Gleichstromrichter eine Kommutierungsdrosselvorgeschaltet. Alle Kommutierungsdrosseln im Parallelverbund sind gleich und wertmäßig sohoch, dass eine Stromsymmetrie, das heißt eine gleichmäßige Strombelastung, erreicht wird.Die Auswirkung der oben beschriebenen Unterschiede (Parameterstreuung, Kühlung, Streuin¬duktivitäten) wird durch den massiven Einfluss der Kommutierungsdrosseln vernachlässigbar.

[0009] Bei einer „harten” Parallelschaltung (Fig. 2) sind keine Kommutierungsdrosseln vorge¬schaltet. Stattdessen sind sortierte Thyristoren mit möglichst gleichen Parametern im Einsatz.Weiters ist die Anordnung möglichst symmetrisch aufgebaut. Beispielsweise sind Kupferver¬schienungen zu den parallelgeschalteten Geräten in ihrer Geometrie möglichst gleichartig ge¬staltet, um gleiche Streuinduktivitäten in den Kommutierungskreisen zu erhalten.

[0010] Eine weitere bekannte Maßnahme sieht für jedes Stromrichtergerät einen Einzeltrans- formator vor, wobei die Primärwicklungen in Serie geschaltet sind und jedes Gerät aus einereigenen Sekundärwicklung gespeist wird (Fig. 3).

[0011] Im Falle einer weichen Parallelschaltung und einer solchen mit Einzeltransformatorenbesteht der Nachteil, dass teure und großvolumige Wickelgutkomponenten eingebaut werdenmüssen.

[0012] Eine harte Parallelschaltung weist den Nachteil auf, dass Thyristoren nach ihren Para¬metern sortiert verbaut werden müssen, mit allen damit einhergehenden logistischen Problemen(Ersatzteillieferungen, Lieferzeiten, Lagerhaltung etc.). Weiters sind durch die komplexen Ver¬hältnisse die Streuinduktivitäten nur mittels Messungen verlässlich erfassbar. Messungen sindaber oftmals erst kurz vor einer Auslieferung oder bei Inbetriebnahme möglich. Die Projektie¬rung wird dadurch sehr erschwert und bei einer Auslegung der einzelnen Komponenten naheam Limit entsprechend riskant.

[0013] Aus der DE 4 038 869 C1 ist eine Steuerung parallel geschalteter Wechselrichter zurUmwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom bekannt, bei der für eine Symmetrierung proWechselrichter ein momentan ermittelter Zweigstrom herangezogen wird.

[0014] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Steuerungsverfahren der eingangsgenannten Art eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben. Zudem solleine entsprechende Stromrichterparallelschaltung angegeben werden.

[0015] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1und eine Anordnung gemäß Anspruch 10. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran¬sprüchen angegeben.

[0016] Dabei wird jeweils ein durch das jeweilige Halbleiterventil fließender Teilstrom über eineDauer hinweg erfasst und einer Symmetrieregelung zugeführt. Weiters erfolgt für jeden diesererfassten Teilströme eine Mittelwertbildung und aus den resultierenden Mittelwerten, dem Ist-strom und dem gemeinsamen Zündwinkel wird für jedes Halbleiterventil eine jeweilige Zündwin¬kelkorrektur abgleitet, sodass die Belastungen der Halbleiterventile einander angenähert wer¬den. Es liegt somit eine aktive Stromsymmetrierung vor, bei der die Zündimpulse der parallelge¬schalteten Halbleiterventile durch die Art der Ansteuerung zeitlich so verschoben werden, dassjeder Parallelzweig annähernd den gleichen Laststrom führt. Durch das zeitlich versetzte Zün¬den (Zeitversatz im Mikrosekundenbereich) wird also die Stromübernahme der einzelnen Venti¬le so beeinflusst, dass auch ohne Kommutierungsdrosseln und ohne symmetrischer Ver¬schienung oder Parameterselektion die parallelen Zweige gleichmäßig belastet werden. Dieeinleitend genannten Abminderungsfaktoren können damit reduziert werden (<5%). Für denAnwender bedeutet das, dass für den geforderten Laststrom weniger Geräte bzw. Zweige paral¬lelgeschaltet werden müssen und die Anordnung daher billiger wird.

[0017] Eine einfach umzusetzende Variante sieht vor, dass ein Durchschnittswert aller Mittel¬werte gebildet wird, dass für jeden Halbleiterschalter eine Stromabweichung als Differenz desjeweiligen Mittelwerts und des Durchschnittswerts gebildet wird und dass zur Bildung der jewei¬ligen Zündwinkelkorrektur die jeweilige Stromabweichung sowie der Iststrom und der vorgege¬bene gemeinsame Zündwinkel herangezogen werden.

[0018] Die jeweilige Zündwinkelkorrektur für ein Halbleiterventil wird günstigerweise als Verzö¬gerungszeit vorgegeben. Der von einer Stromregelung vorgegebene gemeinsame Zündwinkelführt dann nicht sofort zu einem Zünden des jeweiligen Halbleiterventils, sondern es wird dieDauer der jeweiligen Verzögerungszeit abgewartet.

[0019] Dabei ist es günstig, wenn die für jeden Stromrichter pro Stromzweig jeweils gebildeteStromabweichung als Differenzsignal einem Integralregler zugeführt wird und wenn eine jeweilsresultierende Stellgröße unter Heranziehung des Iststromes und des Zündwinkels in die jeweili¬ge Verzögerungszeit umgerechnet wird. Dabei wird jedem Integralregler ein Initialwert für eineBasisverzögerung vorgegeben.

[0020] Für eine einfache Erfassung der Ströme ist es von Vorteil, wenn eine Iststromauswer- tung vorgesehen ist, welcher die Ströme durch jeden Stromrichter als Phasenströme zugeführtsind und welche den positive Anteil und den negative Anteil des jeweiligen Phasenstromeserfasst und den jeweiligen Mittelwert jedes dieser Anteile bildet. Pro Stromrichter wird alsosowohl der positive Anteil und als auch der negative Anteil jedes Phasenstromes gesonderteiner Mittelwertbildung zugeführt.

[0021] In einer Ausprägung der Erfindung wird als jeweiliger Mittelwert der arithmetische Mittel¬wert oder der quadratische Mittelwert gebildet. Beim quadratischen Mittelwert werden die höhe¬ren Stromanteile stärker gewichtet, wodurch ungünstige physikalische Gegebenheiten ausge¬glichen werden können.

[0022] Alternativ dazu ist vorgesehen, dass für jedes Halbleiterventil die Verlustleistung be¬stimmt wird und dass als jeweiliger Mittelwert das arithmetische Mittel oder das quadratischeMittel der jeweiligen Verlustleistung gebildet wird. Für jeden erfassten Strom wird also wiederein Mittelwert bestimmt, wobei neben dem durch das jeweilige Halbleiterventil fließenden Stromauch die am leitenden Halbleiterventil abfallende Spannung mit einfließt. Dazu wird beispiels¬weise für jedes Halbleiterventil ein spezifischer Spannungswert in einem Speicher hinterlegt.

[0023] Genauer ist es jedoch, wenn der Symmetrieregelung für jedes leitende Halbleiterventileine an dem jeweiligen Halbleiterventil abfallende Spannung zugeführt wird.

[0024] In einer Weiterentwicklung des Verfahrens wird während eines stromlückenden Betriebsder Stromrichterparallelschaltung die Symmetrieregelung deaktiviert. In einem stromlückendenBetrieb ist eine Symmetrierung nicht erforderlich.

[0025] Eine weitere Möglichkeit zur Mittelwertbildung ist die direkte Erfassung der Kühlkörper¬temperaturen auf denen die Halbleiter montiert sind. Die thermischen Kapazitäten der Kühlkör¬per wirken für die Temperaturmesssignale wie eine zeitliche Mittelwertbildung. Die Regelungerhält anstatt der Stromistwerte der Phasen U, _V, W die Temperaturistwerte der Halbleiterven¬tile jedes Stromrichters beziehungsweise deren Kühlkörper U+, U-, V+, V-, W+ und W-. DieRegelung hat dafür zu Sorgen, dass die Temperaturen der Kühlkörper der parallel liegendenZweige annähernd gleich sind. Dies geschieht durch die im Weiteren beschriebene Regelung.Vorteil dieser Art der (physikalischen) Mittelwertbildung ist der verringerte Berechnungsaufwanddes Regelungsblockes (rechnerische Mittelwertbildung entfällt) sowie die zwangsläufige Erfas¬sung zusätzlicher Einflussfaktoren wie Schaltverluste oder Kühlbedingungen, die eine Stromun¬symmetrie bewirken können.

[0026] Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Stromrichterparallelschaltung, welche an eingemeinsames Versorgungssystem zur Erzeugung eines Erregerstromes in einem Kraftwerks¬generator angeschlossen ist, wobei eine Steuerung vorgesehen ist, welche zur Durchführungeines der zuvor genannten Steuerungsverfahren eingerichtet ist.

[0027] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die bei¬gefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung: [0028] Fig. 1 Weiche Parallelschaltung [0029] Fig. 2 Harte Parallelschaltung [0030] Fig. 3 Transformator-Parallelschaltung [0031] Fig. 4 Schaltungsaufbau mit drei Parallelzweigen [0032] Fig. 5 Detailschaltungsaufbau mit drei Parallelzweigen [0033] Fig. 6 Stromdiagramm ohne erfindungsgemäße Maßnahmen [0034] Fig. 7 Stromdiagramm mit erfindungsgemäßen Maßnahmen [0035] Fig. 8 Schaltungsaufbau mit Steuerung [0036] Fig. 9 Struktur der Symmetrieregelung [0037] Fig. 10 Struktur der Iststromauswertung [0038] Fig. 11 Symmetrieregelung für einen Parallelzweig [0039] Fig. 12 Zündimpulsverschiebung für einen Stromzweig [0040] Die Figuren 1 bis 3 beziehen sich auf bekannte Lösungen. Bei einer sogenannten wei¬chen Parallelschaltung (Fig. 1) werden für eine symmetrische Stromaufteilung von beispielswei¬se drei Stromrichtern 1a, 1b, 1c Kommutierungsdrosseln 6a, 6b, 6c verwendet, welche dieStromänderungen (di/dt-Werte) der parallelgeschalteten Zweige im Zeitintervall der Stromkom¬mutierung begrenzen.

[0041] Im Gegensatz dazu werden bei einer sogenannten harten Parallelschaltung (Fig. 2)keine Kommutierungsdrosseln eingesetzt. Um eine symmetrische Stromaufteilung in den paral¬lelen Zweigen zu gewährleisten, müssen einerseits Streuinduktivitäten in den Verschienungen7, 8 des Kommutierungskreises und andererseits Anschlussimpedanzen der Einzelgeräte 1a,1b, 1c gleich sein.

[0042] In Fig. 3 ist eine bekannte Parallelanordnung dargestellt, bei der jedem Stromrichter 1a,1b, 1c ein Einzeltransformator 4a, 4b, 4c vorgeschaltet ist. Die Primärwicklungen sind in Seriegeschaltet und jeder Stromrichter 1a, 1b, 1c wird aus einer eigenen Sekundärwicklung gespeist.

[0043] Eine erfindungsgemäße Stromrichterparallelschaltung ist in Fig. 4 dargestellt. Zur Ver¬sorgung einer Last 2 sind an ein Versorgungsnetz 3 über eine Netzanschaltung 5 und einenTransformator 4 zum Beispiel drei Stromrichter 1a, 1b, 1c angeschlossen. Die Verschienungen7a, 7b, 7c, 8a, 8b, 8c des Kommutierungskreises weisen dabei für die einzelnen Geräte 1a, 1b,1c unterschiedliche Anschlussparameter auf, sind also nicht gezielt symmetrisch aufgebaut.Mittels einer Symmetrieregelung 9 werden den Halbleiterventilen in den Stromrichtern 1a, 1b,1c unterschiedliche Zündzeitpunkte vorgegeben, um die ungleichen Parameter der einzelnenParallelzweige auszugleichen.

[0044] Ein Kommutierungskreis mit drei parallelgeschalteten Stromrichtern 1a, 1b, 1c ist inFig. 5 dargestellt. Gleichstromseitig ist mit den Stromrichtern 1a, 11b, 1c eine Last 2 verbunden,beispielsweise ein Erregerkreis eines Generators. Wechselstromseitig sind die Stromrichter 1 a,1b, 1c an drei Phasen U, V, W angeschlossen. Demnach umfasst jeder Stromrichter 1a, 1b, 1csechs Halbleiterventile.

[0045] Die Abläufe werden anhand der drei Halbleiterventile 10a, 10b, 10c erläutert, welchewährend einer positiven Spannung der ersten Phase U zünden, das heißt welche im positivenStromzweig U+ der ersten Phase U angeordnet sind. Durch jedes dieser Halbleiterventile 10a,10b, 10c fließt dabei ein Teilstrom la, Ib, Ic. Der Verlauf dieser Teilströme la, Ib, Ic über der Zeitt ist in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Fig. 6 zeigt den Verlauf ohne die erfindungsgemäßenMaßnahmen. Die drei Halbleiterventile 10a, 10b, 10c werden zum gleichen Zeitpunkt Z gezün¬det. Dies führt dazu, dass die Strombelastung der einzelnen Stromrichter 1a, 1b, 1c unter¬schiedlich groß ist. Ersichtlich ist dies aus den unterschiedlichen Flächeninhalten der von denVerläufen der Teilströme la, Ib, Ic aufgespannten Flächen.

[0046] Dem gegenüber ist in Fig. 7 die Wirkung der vorliegenden Erfindung erkennbar. Die dreiHalbleiterventile 10a, 10b, 10c werden zu unterschiedlichen Zeitpunkten Za, Zb, Zc gezündet.Durch die zeitversetzten Zündungen ergeben sich für die Stromrichter 1a, 1b, 1c annäherndgleich große Belastungen. Die von Verläufen der Teilströme la, Ib, Ic aufgespannten Flächenhaben in etwa den gleichen Flächeninhalt. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßenStromsymmetrierung werden die Teilströme la, Ib, Ic der Halbleiterventile 10a, 10b, 10c gezieltausbalanciert.

[0047] Eine beispielhafte Schaltung zur Verwirklichung dieser Stromsymmetrierung ist in Fig. 8dargestellt. An den wechselstromseitigen Phasen U, V, W liegt eine Spannungserfassung 12an, welche Spannungswerte der drei Phasen U, V, W an eine Regelung 11 liefert. Diese Rege¬lung 11 regelt beispielsweise einen ausgangsseitigen Strom oder eine Drehzahl einer ange¬schlossenen Maschine 2. Folglich werden der Regelung 11 entsprechende Sollwerte SOLLvorgegeben (z.B. Soll-Strom, Soll-Drehzahl etc). Diese Regelung 11 liefert die grundlegenden

Ansteuersignale S für die parallelgeschalteten Stromrichter 1a, 1b ... 1n. Den für die vorliegen¬de Erfindung wesentlichen Teil bildet der Symmetrieregelungsblock 9, welcher mit der Regelung11 verbunden ist. Einerseits werden die grundlegenden Ansteuersignale S dem Symmetrierege¬lungsblock 9 zugeführt und andererseits liefert der Symmetrieregelungsblock 9 Ist-ProzesswerteIST für die Regelung 11. Als Prozesswerte sind dem Symmetrieregelungsblock 9 zum Beispielfür jeden Stromrichter 1a, 1b ... 1n die aktuellen Ist-Stromwerte der einzelnen Phasen U, V, Wmittels jeweiliger Iststromerfassung lEa, lEb ... lEn zugeführt.

[0048] Aus den grundlegenden Ansteuerungssignalen S der Regelung 11 und den Prozesswer¬ten werden mittels Symmetrieregelungsblock 9 die modifizierten Ansteuerungssignale Sa, Sb ...Sn für die parallelgeschalteten Stromrichter 1a, 1b ... 1n generiert.

[0049] Die Struktur der Symmetrieregelung ist in Fig. 9 für zum Beispiel fünf parallelgeschalteteStromrichter dargestellt. Eingangsseitig sind einem Iststromerfassungsblock IE die Iststromsig-nale la, Ib, Ic, Ic, le der jeweils drei Phasen U, V, W zugeführt. Für die Regelung 11 werdendaraus die Summenstromsignale ΣΙ für die drei Phasen U, V, W gebildet. Ausgabegrößen desIststromerfassungsblocks IE sind die Stromunsymmetriewerte ΔΙΙΙ+, ΔΙΙΙ-, Δΐν+, AIV-, A\\N+,ΔΙW-, gebündelt für jeden Stromrichterzweig. Im vorliegenden Beispiel sind pro Stromzweig fünfStromunsymmetriewerte gebündelt dargestellt, angedeutet durch einen Schrägstrich und dieZahl 5. Demnach werden beispielsweise als Stromunsymmetriewerte Δΐυ+ des positivenStromzweigs U+ der ersten Phase U die gemittelten Strommesswerte der fünf Stromrichterdieses Stromzweigs U+ dem entsprechenden Stromzweig-Symmetrieregelungsblock 9U+ zuge¬führt.

[0050] Aus den Stromunsymmetriewerten ΔΙΙΙ+, ΔΙΙΙ-, Δΐν+, AIV-,AIW+, AlW- werden mittelsder Stromzweig-Symmetrieregelungsblöcke 9U+, 9U-, 9V+, 9V-, 9W+, 9W- pro Stromzweiggebündelte Zündimpulsverzögerungen VU+, VU-, VV+, VV-, VW+, VW- bestimmt. Pro Strom¬zweig liegen wiederum fünf Zündimpulsverzögerungen vor, eine für jeden Stromrichter.

[0051] Dies geschieht unter Heranziehung der Vorgaben der Regelung 11, insbesondere desIststroms l-IST, eines Indikators L für lückenden Betrieb und eines vorgegebenen gemeinsamenZündwinkels a.

[0052] In einer weiteren Stufe werden pro Stromzweig in einem jeweiligen Zündimpulsverschie¬bungsblock ΔΖΙΙ+, AZU-, AZV+, AZV-, AZW+, AZW- zeitversetzte Zündimpulse für die einzelnenStromrichter generiert. Dies geschieht unter Heranziehung der für alle Stromrichter mittelsRegelung 11 pro Stromzweig generierten Zündimpulse ZU+, ZU-, ZV+, ZV-, ZW+, ZW-. Dabeiwird ebenso der erforderliche Zündwinkel α berücksichtigt.

[0053] Der Zündimpulsverschiebungsblock AZU+ des positiven Stromzweigs U+ der erstenPhase U liefert also die Zündimpulse für die Halbleiterventile dieses Stromzweigs U+ für die fünfparallelgeschalteten Stromrichter. In gleicher Weise werden die Zündimpulse der anderenStromzweige gebildet. Im Falle einer dreiphasigen Versorgung werden also pro Stromrichterjeweils sechs gebündelte Zündimpulse Z'a bzw. Z'b bzw. Z'c bzw. Z'd bzw. Z'e ausgegeben.

[0054] Ein Iststromerfassungsblock IE ist in Fig. 10 für eine unbestimmte Anzahl n an Strom¬richtern im Detail dargestellt. Die Ströme laU, laV, laW, IbU, IbV, IbW ... InU, InV, InW dereinzelnen Phasen U, V, W werden pro Stromrichter jeweils einer ersten Stufe 13a bzw. 13b ...13n zugeführt. Erläutert wird die Funktionsweise anhand des Stromes laU durch die erste Pha¬se U des ersten Stromrichters. Da die positiven und die negativen Stromhalbwellen in unter¬schiedlichen Halbleiterventilen fließen, erfolgt mittels einer positiven Erfassung aU+ und einernegativen Erfassung aU- eine Aufteilung in einen positiven Stromanteil und in einen negativenStromanteil. In einem weiteren Schritt MaU+ wird für den positiven Stromanteil ein MittelwertlaU+ gebildet. Die Art der Mittelwertbildung kann unterschiedlich vorgenommen werden. Diephysikalischen Gegebenheiten bestimmen die jeweils günstigste Variante. Beispielsweise kön¬nen der arithmetische Mittelwert 1/TI i(t)dt oder der quadratische Mittelwert1/T J i2(t) dt für die Berechnung eines Stromhalbwellenmittelwerts sinnvoll sein. Die Integration erfolgt dabeiüber eine Halbwellendauer T. Auch der Mittelwert einer Verlustleistung des jeweiligen Halb¬leiterventils ist für das weitere Verfahren heranziehbar: 1/T J i(t)-u(t) dt [0055] Dabei wird der Verlauf des Stromes durch ein Halbleiterventil und der Verlauf der andem leitenden Halbleiterventil abfallenden Spannung als jeweilige Funktion i(t) bzw. u(t) überder Zeit t erfasst und als Produkt über eine Halbwellendauer T integriert.

[0056] Eine derartige Mittelwertbildung erfolgt für alle positiven Ströme und alle negativenStröme pro Stromrichter und pro Phase U bzw. V bzw. W. Es stehen dann bei einem Dreh¬stromnetz pro Stromrichter sechs Mittelwerte zur Verfügung, für jedes Halbleiterventil einKennwert laU+ bzw. laU- ... laW- ... InW-. Entsprechendes gilt für andere Topologien in Paral¬lelschaltung.

[0057] Die Mittelwerte der parallelgeschalteten Halbleiterventile, welche alle im selben Zeitin¬tervall Strom führen, werden jeweils einem gemeinsamen Abweichungsermittlungsblock 14U+bzw. 14U-... 14W- zugeführt.

[0058] Erläutert wird die Abweichungsermittlung anhand der Mittelwerte der positiven Strömeder ersten Phase U. Zunächst wird mittels erneuter Mittelwertbildung 15 ein DurchschnittswertΪΙΙ+ (arithmetischer Gesamtmittelwert) aller zugeführten Mittelwerte laU-ι-, lbU+ ... lnU+ gebildet.Über Differenzglieder ergibt sich durch Differenzbildung mit dem jeweiligen Mittelwert laU+ bzw.lbU+ ... lnU+ für jedes Halbleiterventil die jeweilige Stromabweichung AlaU+, AlbU+ ... AlnU+von diesem Durchschnittswert IU+. In gleicher Weise erfolgt die Ermittlung der übrigen Strom¬abweichungen Alall-, AlbU- ... ΔΙηΙΙ- ... AlaW-, AlbW- ... AlnW-. Pro Stromzweig U+, U-, V+, V-,W+, W- ergibt sich also pro Stromrichter eine Stromabweichung, oben auch als Stromunsym¬metriewert bezeichnet.

[0059] Die Stromabweichungen Alall-, Albll- ... AlnU- ... AlaW-, AlbW- ... AlnW- bilden Ein¬gangsgrößen für die eigentliche Symmetrieregelung, dargestellt in Fig. 11 für die AbweichungenAlaU+, Alall- ... AlaW- der Ströme durch den ersten Stromrichter 1a der Parallelschaltung. Diejeweilige Stromabweichung AlaU+ bzw. Alall- ... AlaW- wird beispielsweise einem jeweiligenIntegralregler 17all+ bzw. 17all- ... 17aW- zugeführt. Zur Erlangung einer Zündwinkelkorrekturwird die jeweilige resultierende Stellgröße in einem jeweiligen nachfolgenden Block 18aU+ bzw.18all- ... 18aW- in eine Verzögerungszeit Vall+ bzw. Vall- ... VaW- umgerechnet. Dabei wer¬den der gemeinsame Zündwinkel α sowie der Iststromwert I- IST mitberücksichtigt. Für jedenIntegralregler 17aU+ bzw. 17aU- ... 17aW- lässt sich ein Initialwert BVaU+ bzw. BVaU- ...BVaW- für eine jeweilige Basisverzögerung einstellen. Schaltglieder 16 vor jedem Integralregler17all+ bzw. 17all-... 17aW- und nach jedem Verzögerungsermittlungsblock 18aU+ bzw. 18aU-... 18aW- ermöglichen die Deaktivierung der Regelung bei stromlückenden Betrieb. Zu diesemZweck wird den Schaltgliedern 16 ein Indikators Lfür lückenden Betrieb zugeführt.

[0060] In gleicher Weise werden die Verzögerungszeiten für die übrigen parallelgeschaltetenStromrichter ermittelt.

[0061] Schließlich erfolgt in den Zündimpulsverschiebungsblöcken eine Umwandlung der be¬rechneten Verzögerungszeitwerte in tatsächliche Zeitverzögerungen. In Fig. 12 ist der Zündim¬pulsverschiebungsblock AZU+ für den positiven Stromzweig U+ der ersten Phase U dargestellt.Jeder Zündimpulsverschiebungsblock umfasst beispielsweise mehrere variable Totzeitglieder19a, 19b, 19c, 19d ... 19n.

[0062] Allen Totzeitgliedern 19a, 19b, 19c, 19d ... 19n ist der von der Regelung 11 (vgl. Fig. 8)für alle Stromrichter vorgegebene Zündimpuls ZU+ zugeführt. Ausgehend von diesem Zündim¬puls ZU+ wird mittels des jeweiligen Totzeitglieds 19a bzw. 19b bzw. 19c bzw. 19d ... 19n unterVerwendung der jeweiligen Verzögerungszeit VaU+ bzw. VbU+ bzw. VcU+ bzw. VdU+ ... VnU+ der jeweilige zeitverzögerte Zündimpuls Z'aU+ bzw. Z'bU+ bzw. Z'cU+ bzw. Z'dU+ ... Z'nU+ fürden jeweiligen Stromrichter bereitgestellt. Für jeden Stromzweig U+, U-, V+, V-, W+, W- wirdpro Stromrichter mittels eines jeweiligen Totzeitglieds eine derartige Zündimpulsverschiebungdurchgeführt.

[0063] Abschließend wird festgehalten, dass die Bezeichnung Stromrichterparallelschaltungsowohl Parallelschaltungen mehrerer Stromrichtergeräte als auch Parallelschaltungen mehrererHalbleiterventile in einem Stromrichtergerät umfasst. Im letzteren Fall bezieht sich die in derBeschreibung benutzte Bezeichnung Stromrichter nur auf die Halbleiterventile eines Parallel¬zweigs und deren unmittelbare Ansteuerung.

[0064] Verwendet wird eine erfindungsgemäße Stromrichterparallelschaltung vorteilhaftenweisezur Erzeugung eines Erregerstromes in einem Generator, insbesondere eines Kraftwerksgene¬rators, welcher mit einer Turbine gekoppelt ist.

Claims (9)

1. Patentansprüche 1. Steuerungsverfahren einer Stromrichterparallelschaltung, zumindest zwei parallel zwischeneinen Wechselstrom- bzw. Drehstromanschluss und einen Gleichstromanschluss geschal¬tete Halbleiterventile (10a, 10b, 10c) umfassend, wobei mittels einer Regelung (11) eingemeinsamer Zündwinkel (a) vorgegeben und gleichstromseitig ein Iststrom (l-IST) erfasstwird, dadurch gekennzeichnet, dass ein eingangsseitiger Wechselstrom oder Drehstromin einen ausgangsseitigen Gleichstrom umgewandelt wird, dass jeweils ein durch das je¬weilige Halbleiterventil (10a bzw. 10b bzw. 10c) fließender Teilstrom (la bzw. Ib bzw. Ic)über eine Dauer (T) hinweg erfasst wird und einer Symmetrieregelung (9) zugeführt wird,dass für jeden dieser erfassten Teilströme (la, Ib, je) eine Mittelwertbildung erfolgt, dassaus den resultierenden Mittelwerten (iaU+, lbU+ ... lnU+) ein Durchschnittswert (IU+) allerMittelwerte (iaU+, lbU+ ... lnU+) gebildet wird, dass für jeden Halbleiterschalter eineStromabweichung (AlaU+ bzw. AlbU+ ... ΔΙηΙΙ+) als Differenz des jeweiligen Mittelwerts(iaU+, ibU+ ... inU+) und des Durchschnittswerts (ΪΙΙ+) gebildet wird und aus der jeweiligenStromabweichung (AlaU+ bzw. AlbU+ ... ΔΙηΙΙ+), dem Iststrom (l-IST) und dem gemeinsa¬men Zündwinkel (a) für jedes Halbleiterventil (10a bzw. 10b bzw. 10c) eine jeweilige Zünd¬winkelkorrektur abgleitet wird, sodass die Belastungen der Halbleiterventile (10a, 10b, 10c)einander angenähert werden.
2. 2. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Halb¬leiterventil die jeweilige Zündwinkelkorrektur als Verzögerungszeit (VaU+ bzw. VaU- ...VaW-) vorgegeben wird.
3. 3. Steuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die für jedenStromrichter (1a, 1b . 1 n) pro Stromzweig (U+, U-, V+, V-, W+, W-) jeweils gebildeteStromabweichung (Alall- bzw. Albll-... ΔΙηΙΙ-... AlaW- bzw. AlbW-... AlnW-) als Differenz¬signal einem Integralregler (17aU+ bzw. 17aU- bzw. 17aW-) zugeführt wird und dass eineresultierende Stellgröße unter Heranziehung des Iststromes (l-IST) und des Zündwinkels(a) in die jeweilige Verzögerungszeit (VaU+ bzw. VaU-... VaW-) umgerechnet wird.
4. 4. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dasseine Iststromauswertung (IE, bzw. lEa, lEb, lEc) vorgesehen ist, welcher die Ströme durchjeden Stromrichter (1a, 1b ... 1 n) als Phasenströme zugeführt sind und welche den positi¬ven Anteil und den negativen Anteil des jeweiligen Phasenstromes, die auf einen positivenbzw. einen negativen Anteil des eingangsseitigen Wechselstromes zurückzuführen sind,erfasst, und den jeweiligen Mittelwert (laU+ bzw. laU- ... laW-... lnW-)jedes dieser Anteilebildet.
5. 5. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dassals jeweiliger Mittelwert (laU+ bzw. laU- ... laW- ... InW-) der arithmetische Mittelwert oderder quadratische Mittelwert gebildet wird.
6. 6. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dassfür jedes Halbleiterventi] die Verlustleistung bestimmt wird und dass als jeweiliger Mittel¬wert (laU+ bzw. laU-... laW-... InW-) das arithmetische Mittel oder das quadratische Mittelder jeweiligen Verlustleistung gebildet wird.
7. 7. Steuerungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Symmetriere¬gelung (9) für jedes leitende Halbleiterventil eine an dem jeweiligen Halbleiterventil abfal¬lende Spannung zugeführt wird.
8. 8. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dasswährend eines strömlückenden Betriebs der Stromrichterparallelschaltung die Symmetrie¬regelung (9) deaktiviert wird.
9. 9. Gleichstromrichterparallelschaltung, welche an ein gemeinsames Versorgungssystem (3)zur Erzeugung eines Erregerstromes in einem Kraftwerksgenerator angeschlossen ist,dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, welche zur Durchführungeines Steuerungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist. Hierzu 8 Blatt Zeichnungen