CS213904B1

CS213904B1 - Wiring for frequency and phase control of inverters

Info

Publication number: CS213904B1
Application number: CS666179A
Authority: CS
Inventors: Vratislav Stepar; Jan Uhlir
Original assignee: Vratislav Stepar; Jan Uhlir
Priority date: 1979-10-02
Filing date: 1979-10-02
Publication date: 1982-04-09

Abstract

Zapojení pro řízení frekvence a fáze střídačů ae zálohováním. Trojice bloků řízení frekvence je ve vzájemném kruhovém zapojení. Každý blok řízení má zdroj třífázové pulsní soustavy, jehož výstupní signály jsou vedeny do přepínacího obvodu. Jeden blok je řídící a pracuje v režimu A, ostatní v režimu B. Jsou-li všechny zdroje synchronizovány jedním synchronizačním signálem, frekvenčně a fázově shodným, je možno zajistit přechod režimu A na režim B a naopak. Tímto zapojením se dosáhne vysoký stupeň spolehlivosti. Systémy pro nepřetržité napájení jsou využívány pro napájení provozně významných spotřebičů.Connection for frequency and phase control of inverters and backup. The three frequency control blocks are connected in a circular connection. Each control block has a three-phase pulse system source, the output signals of which are fed to the switching circuit. One block is the control block and operates in mode A, the others in mode B. If all sources are synchronized by one synchronization signal, identical in frequency and phase, it is possible to ensure the transition from mode A to mode B and vice versa. This connection achieves a high degree of reliability. Uninterruptible power supply systems are used to supply operationally important appliances.

Description

Vynález se týká zapojení pro řízení frekvence a fáze střídačů se zálohováním.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to a circuit for controlling the frequency and phase of inverters with backup.

V současné době je pro řízení frekvence střídačů v redundantních napájecích systémech využívá několika typů zapojení bloku řízení frekvence. Nej jednodušší zapojení se společným blokem řízení frekvence pro více střídačovýoh jednotek je v daném případě nepoužitelné, neboť nesplňuje základní požadavky redundance. Jiné zapojení, které požadavky redundance splňuje je zapojení několika astabilníoh klopných obvodů v řetězci, přičemž každý následující klopný obvod je nastaven na nižší vlastní frekvenci než klopný obvod předchozí a je jím synchronizován. Tento způsob jen velmi obtížně umožňuje vytvoření třífázové pulsní soustavy pro třífázový napájecí systém a také provedení klopných obvodů z velmi přesně a pevně nastavitelnými pracovními frekvencemi je velmi náročné. Kromě toho je přenos řídící funkce provázen skokovými změnami frekvence, které při provozu střídačovýoh jednotek způsobují dynamické odchylky výstupního napětí. Další zapojení se vzájemně synchronizovanými třífázovými oscilátory je nevýhodné tím, že veškeré přechodové děje v synchronizovaných osciláto- ; rech mají za následek nesymetrii řídících signálů pro střídače a následný vznik sudých har-_;monických ve filtrovaném výstupním napětí střídače.Currently, it uses several types of frequency control block wiring to control the frequency of inverters in redundant power systems. The simplest connection with a common frequency control block for multiple inverter units is not applicable in the present case as it does not meet the basic redundancy requirements. Another circuit that meets the redundancy requirements is the connection of several astable flip-flops in the chain, each subsequent flip-flop being set at a lower natural frequency than the previous flip-flop and being synchronized by it. This method makes it very difficult to create a three-phase pulse system for a three-phase power system, and also to realize flip-flops with very precise and tightly adjustable operating frequencies is very difficult. In addition, the transfer of the control function is accompanied by a step change in frequency which causes dynamic deviations of the output voltage during operation of the inverter units. Another connection with mutually synchronized three-phase oscillators is disadvantageous in that all transient events in synchronized oscillators; rech results in an asymmetry of the control signals for the inverters and the consequent occurrence of even signals _; monic in the filtered output voltage of the inverter.

Uvedené nevýhody v podstatě odstraňuje zapojení pro řízení frekvence a fáze střídačů, které spočívá v tom, že první zdroj třífázově pulsní soustavy je zapojen na první přepínací obvod, jehož výstup je zapojen jednak na druhý zdroj třífázové pulsní soustavy a druhý přepínací obvod druhého bloku řízení a jednak na regulátor střídače pivního bloku řízení. Vzájemné propojení dalších bloků řízení je cyklického charakteru. Výstupy prvního, druhého a třetího regulátoru střídače jsou připojeny na první, druhý a třetí výkonový obvod střídače.Essentially, the inverter frequency and phase control circuitry is based on the fact that the first power supply of the three-phase pulse system is connected to a first switching circuit whose output is connected both to the second power supply of the three-phase pulse system and a second switching circuit of the second control block; on the other hand, the controller of the beer block inverter control. The interconnection of other control blocks is of a cyclical nature. The outputs of the first, second and third inverter regulators are connected to the first, second and third power circuits of the inverter.

Je to systém řízení frekvence a fáze střídačů v redundantním napájecím systému. Vzájemnou vazbou řídících obvodů střídačů je možno vytvořit z jednofázových střídačů třífázový napájecí systém. Protože systémy pro nepřetržité napájení jsou využívány pro napájení provozně významných spotřebičů, je u nich požadován vysoký stupeň spolehlivosti, který lze : dosáhnout pouze redundantním zapojením střídačovýoh jednotek v paralelním provozu. To však vyžaduje řízení střídačovýoh jednotek frekvenčně i fázově shodným signálem. Blok řízení frekvence z fáze střídačů , který zajišťuje vytváření takového signálu při splnění všech podmínek redundance, tj. zálohování tohoto bloku a úplná autonomie střídačové jednotky, je předmětem předloženého vynálezu. , \It is a frequency and phase control system for inverters in a redundant power system. By interconnecting the control circuits of the inverters, it is possible to create a three-phase supply system from single-phase inverters. Since the systems for uninterruptible power supply are used to supply operationally important consumers, they require a high degree of reliability which can only be achieved by redundantly connecting the inverter units in parallel operation. However, this requires the control of the inverter units with the same frequency and phase signal. The inverter phase control block, which ensures the generation of such a signal while fulfilling all the redundancy conditions, i.e., backing up this block and the complete autonomy of the inverter unit, is an object of the present invention. , \

Na připojených výkresech je na obr. 1 příklad blokového schéma zapojení řízení frekvence a fáze pro tři vzájemně zálohované jednotky, na obr. 2 příklad bloku řízení a na obr.? 3 signály třífázové pulsní soustavy.In the accompanying drawings, FIG. 1 is an example of a block diagram of frequency and phase control for three back-up units, FIG. 2 is an example of a control block, and FIG. 3 signals of three-phase pulse system.

Výchozí zapojení sestavy bloků řízení frekvence střídačů je na obr. 1. Obrázek představuje trojici bloků 10 řízení frekvence ve vzájemném kruhovém-zapojení.The initial configuration of the inverter frequency control block assembly is shown in FIG. 1. The figure shows the three frequency control blocks 10 in a circular-wiring relationship.

První zdroj 1 třífázové pulsní soustavy je zapojen na první přepínací obvod 2. Jeho výstup je zapojen jednak na druhý zdroj 1 třífázové pulsní soustavy a druhý přepínací obvod 2 druhého bloku 10 řízení a jednak na první regulátor 2. střídače prvního bloku 10 řízení. Vzájemné propojení dalších bloků 10 řízení je cyklického charakteru a výstupy první- ;The first source 1 of the three-phase pulse system is connected to the first switching circuit 2. Its output is connected both to the second source 1 of the three-phase pulse system and the second switching circuit 2 of the second control block 10 and to the first inverter controller 2 of the first control block 10. The interconnection of the other control blocks 10 is of cyclical nature and the outputs of the first one;

ho, druhého a třetího regulátoru 2. jeou připojeny na první, druhý a třetí výkonový obvod gIt is connected to the first, second and third power circuits g

213 904 střídače. Umístíme-li každý z bloků W řízení do skříně jedné střídačové jednotky, splníme kromě požadavku redundance i požadavek autonomie a přitom je zajištěna přítomnost řídícího frekvenčního signálu v každé jednotce střídače. Funkce takto propojených bloků 10 řízení frekvence je následující. Každý blok 10 řízení frekvence je vybaven zdrojem 2 třífázové půlení soustavy, jehož výstupní signály jsou vedeny do přepínacího obvodu 2. Přepínač umož ňuje buň přenos těchto signálů vpravo do následujícího bloku řízení frekvence a současně i jejich využití pro vlastní regulátor 2 střídače nebo přenos obdobných signálů přiváděných vedením zleva. Pro zajištění frekvenční i fázové shody všech signálů používaných pro řízení jednotlivých střídaěů je nutno zvolit jeden z těohto bloků jako řídící. Označíme u každého bloku jako režim zdroje χ třífázové pulsní soustavy, jako režim B označíme stav, kdy je přepínač nastaven tak, že signál je přenášen zleva doprava. Je zřejmé, že právě jeden blok musí být nastaven do režimu A, ostatní pak jsou v režimu B. Dojde-li v bloku, který je v režimu A k poruše, je možno pomocí rozhodovacích logických obvodů, které jsou součástí zdroje χ třífázové pulsní soustavy zajistit automatický přechod řídící úlohy, tj. režimu na některý sousední blok.213 904 inverters. By placing each of the control blocks W in the enclosure of one inverter unit, in addition to the redundancy requirement, we also meet the requirement of autonomy while ensuring the presence of a control frequency signal in each inverter unit. The function of such interconnected frequency control blocks 10 is as follows. Each frequency control block 10 is equipped with a three-phase half-source power supply 2 whose output signals are routed to the switching circuit 2. The switch allows the cell to transmit these signals to the right to the next frequency control block and also use them for the inverter controller 2 or similar from the left. To ensure frequency and phase matching of all signals used to control individual inverters, one of these blocks must be selected as control. We mark for each block as the source mode χ of the three-phase pulse system, as mode B we indicate the state where the switch is set so that the signal is transmitted from left to right. Obviously, just one block must be set to mode A, while the others must be set to mode B. If a block in Mode A fails, it is possible to use decision logic circuits that are part of the χ source of the three-phase pulse system. ensure the automatic transition of the control task, ie the mode, to an adjacent block.

Předpokládáme, že každý blok je vybaven indikátorem poruchy, který automaticky v okam žiku závady změní v poškozeném bloku režim A na režim B a zavede v sousedním bloku režim A Tento přenos řídící úlohy se bude odehrávat směrem vpravo tak dlouho, až signál indikující předání řízení narazí na blok schopný přejít z režimu B do režimu A. Zavedení režimu A je možno provést manuálně, v okamžiku uvádění systému do provozu nebo automaticky tehdy, kdy je řízení předáváno v důsledku poruchy. Není nikterak vyloučeno zavedení režimu A ve více blocích soustavy. Potom snadno nahlédneme, že tak budou vytvořeny nezávislé soustavy oddělené směrem vpravo vždy polohou bloku, v němž je režim A zaveden. Vzájemné zabezpečení pro případ poruchy přitom nadále funguje.We assume that each block is equipped with a fault indicator that automatically changes mode A to mode B in the damaged block at the moment of the fault and enters mode A in the adjacent block. This control task transmission will occur to the right until the handover signal reaches to a block capable of switching from Mode B to Mode A. The introduction of Mode A can be done manually, at the time of system start-up, or automatically when control is transferred due to a fault. The introduction of Mode A in multiple system blocks is by no means excluded. It is then easy to see that this will create independent systems separated to the right by the position of the block in which mode A is introduced. Mutual security in the event of failure continues to work.

Synchronizmus a pevný vztah fází v třífázové soustavě je zabezpečen volbou režimu A v jediném bloku systému. Avšak při poruše a následujícím předání řízení je třeba zabezpečit spojitý přechod na nový zdroj χ třífázové pulsní soustavy. Je to možné pouze tehdy, bu dou-li všechny zdroje χ třífázové pulsní soustavy synchronizovány jedním synchronizačním signálem. Blok zdroje χ třífázové pulsní soustavy tedy musí být vybaven synchronizátorem s velmi dokonalým systémem automatické fázové synchronizace - fázovým závěsem. Předpokládejme nejprve, že máme k dispozici synchronizační signál o kmitočtu 50 Hz pro všechny bloky systému. Takový signál bude nej častěji představovat 3ííové napětí z vnější elektrovodné sí tě. Potom stačí všechny zdroje χ třífázové pulsní soustavy synchronizovat na tento signál bez ohledu na to, zda je blok 10 řízení v režimu A nebo v režimu B a při přepnutí z režimu B do A bude přechod spojitý, pokud bude fázový závěs v ustáleném stavu. Poněkud složitější je situace, kdy není k dispozici společný synchronizační signál. Tehdy přechází zdroj χ třífázové pulsní soustavy na kmitočet interního stabilního generátoru 50 Hz. Synchronizmus těchto interních zdrojů v jednotlivých blocích nelze zabezpečit, takže jednotlivé zdroje χ třífázové pulsní soustavy by v systému pracovaly s odlišnými fázemi a přepínání by nebylo spojité. Proto je logickými obvody volby synchronizačního signálu zabezpečeno, že na kmito čet interního generátoru přechází zdroj χ třífázové pulsní soustavy pouze v bloku, který jSynchronism and fixed phase relationship in a three-phase system is ensured by selecting mode A in a single system block. However, in the event of a failure and the subsequent transfer of control, it is necessary to ensure a continuous transition to the new source χ of the three-phase pulse system. This is only possible if all sources χ of the three-phase pulse system are synchronized by a single synchronization signal. The χ block of the three-phase pulse system must therefore be equipped with a synchronizer with a very perfect system of automatic phase synchronization - phase lock. Let's assume first that we have a 50 Hz synchronization signal for all system blocks. Such a signal will most often represent a 3 volt voltage from the external electrical network. Then it is sufficient to synchronize all sources χ of the three-phase pulse system to this signal regardless of whether control block 10 is in mode A or mode B, and when switching from mode B to A the transition will be continuous if the phase lock is steady state. Somewhat more complicated is the situation when there is no common synchronization signal. At that time, the source χ of the three-phase pulse system is switched to the frequency of the internal stable generator 50 Hz. The synchronization of these internal sources in individual blocks cannot be ensured, so that individual sources χ of a three-phase pulse system would work in the system with different phases and switching would not be continuous. Therefore, the logic circuits of the selection of the synchronization signal ensure that the frequency of the internal generator passes the source χ of the three-phase pulse system only in the block that is

213 904 v režimu A. Všechny bloky, které jsou v režimu B, jsou synchronizovány fází X propojené soustavy. Prakticky je to zabezpečeno využitím fáze X, která přichází z bloku vlevo. I v tomto případě je zabezpečen synchronizační běh všech zdrojů třífázové pulsní soustavy a tudíž i přechod v případě poruchy je spojitý. Nyní však v okamžiku přepnutí dojde k plynulému přechodu na fázi interního generátoru toho bloku, který právě přešel do režimu A. V systému fázové synchronizace se po přepnutí vyhledá nový ustálený stav.213 904 in mode A. All blocks that are in mode B are synchronized by phase X of the interconnected system. Practically this is ensured by using phase X, which comes from the block on the left. Even in this case, the synchronization of all sources of the three-phase pulse system is ensured and therefore the transition in case of failure is continuous. Now, at the moment of switching, there will be a smooth transition to the internal generator phase of the block that has just entered mode A. A new steady state is found in the phase synchronization system after switching.

Strukturu bloku 10 řízení frekvence střídaóe ukazuje obr. 2. Tento obrázek odpovídá situaci, kdy třífázová funkční soustava je tvořena signály podle obr. 3. Na obr. 2 je ve zdroji 2 třífázové pulsní soustavy na první vstup 100 a druhý vstup 101 obvodu 11 zapojen přepínací obvod 2« Na čtvrtý vstup 130 obvodu 11 je připojen generátor 13 frekvence, který je zapojen na třetí vstup 143 indikátoru 14 poruchy, jehož druhý vstup 142 je zapojen na výstup obvodu 11 a první vstup 141 na výstup synchronizovaného zdroje 12. Na jeho vstup 120 je zapojen výstup obvodu 11. jehož třetí vstup 110 je zapojen na vnější zdroj synchronizačního signálu. Vstupy 111 - 116 přepínacího obvodu 2 jsou vedeny ze synchronizovaného zdroje 12 a výstup 144 indikátoru 14 poruchy je připojen taktéž na přepínací obvod 2,. Blok řízení střídače vytváří ovládací signály pro výkonový obvod 2. střidače, přičemž v tomto bloku 10 řízení představuje regulátor 2 střídače ty regulační obvody střídače, které nesouvisejí s řízením frekvence střídače. V souladu s obr. 1 představuje přepínací obvod 2_ aktivní jednotku, přenos signálů ze stanovených vstupních svorek. Vstupy 101 - 106 přivádějí signály třífázové pulsní soustavy ze sousedního bloku 10 řízení frekvence, výstupy 121 - 126 přepínacího obvodu 2 přenášejí výslednou třífázovou pulsní soustavu do následního bloku 10 řízení frekvence, vstupy 111 - 116 přepínacího obvodu 2 pak přivádějí do přepínacího obvodu 2 třífázovou pulsní soustavu generovanou zdrojem χ. Přenos povelu po převzetí řídící funkce v důsledku poruchy ve střídači vlevo zajišťuje vstup pátý 107. obdobný signál pro střídač vpravo je při poruše přenášen výstupem 127. Ve zdroji 2 třífázové pulsní soustavy představuje obvod 11 obvod pro přepínáni synchronizačního signálu. Do tohoto obvodu vstupuje druhým vstupem 101 synchronizační signál z třífázové pulsní soustavy třetím vstupem 110 synchronizační signál odvozený z fázového napětí elektrovodná sítě a signál vlastního generátoru frekvence 13 vstupem 130. Podle předem určeného systému priorit pro_ pustí obvod 11 právě jeden ze svých vstupních signálů výstupem 120 do synchronizovaného zdroje 12 třífázové pulsní soustavy, tzn. signál výstupu 120 je synchronizačním signálem pro třífázovou pulsní soustavu vytvářenou ve zdroji 2· Výstupní signály obvodu 11 pro přepínání synchronizačního signálu, synchronizovaného zdroje 12 a generátor 13 frekvence jsou vstupy 141, 142, 143 přiváděny do indikátoru 14 poruchy, který je vyhodnocuje a v případě poruchy vysílá výstupem 144 signál, který převádí přepínací obvod 2 do režimu B, což je doprovázeno vysláním povelu pro přechod následujícího bloku 10 řízení frekvence, a ve střídači vpravo, do režimu A výstupem 127. Prvním vstupem 100 je přenášen signál o stavu přepínacího obvodu 2 do obvodu 11 pro přepínání synchronizačního signálu, kde jsou určovány priority jednotlivých synchronizačních signálů.The structure of the inverter frequency control block 10 is shown in FIG. 2. This figure corresponds to a situation where the three-phase functional system is formed by the signals of FIG. 3. In FIG. 2, the power supply 2 of the three-phase pulse system is connected to first input 100 and second input 101 of circuit 11. A circuit generator 13 is connected to the fourth input 130 of the circuit 11, which is connected to the third input 143 of the fault indicator 14, the second input 142 of which is connected to the output of the circuit 11 and the first input 141 to the output of the synchronized source. 120, the output of circuit 11 is connected, the third input 110 of which is connected to an external synchronization signal source. The inputs 111 - 116 of the switching circuit 2 are led from a synchronized source 12 and the output 144 of the fault indicator 14 is also connected to the switching circuit 2 ,. The inverter control block generates control signals for the power circuit of the inverter 2. In this control block 10, the inverter controller 2 represents those inverter control circuits that are not related to the inverter frequency control. In accordance with FIG. 1, the switching circuit 2 represents an active unit, transmitting signals from specified input terminals. The inputs 101-106 supply the three-phase pulse system signals from the adjacent frequency control block 10, the outputs 121-126 of the switching circuit 2 transmit the resulting three-phase pulse system to the subsequent frequency control block 10, the inputs 111-116 of the switching circuit 2 system generated by source χ. The transmission of the command after taking over the control function due to a fault in the inverter on the left provides input fifth 107. A similar signal for the inverter on the right is transmitted by the output 127. In the source 2 of the three-phase pulse system. Into this circuit, through the second input 101, the synchronization signal from the three-phase pulse system enters through the third input 110, the synchronization signal derived from the phase voltage of the mains and the frequency generator signal 13 through input 130. According to a predetermined priority system. to the synchronized power supply 12 of the three-phase pulse system, i. the output signal 120 is a synchronization signal for the three-phase pulse system generated in the source 2. The output signals of the synchronization signal switching circuit 11, the synchronized source 12 and the frequency generator 13 are inputted to the fault indicator 14 to evaluate them and the fault output 144 sends a signal that converts the switching circuit 2 to mode B, accompanied by a command to pass the next frequency control block 10, and in the inverter to the right, to mode A via output 127. The first input 100 transmits the status of the switching circuit 2 to the synchronization signal switching circuit 11, where the priorities of the individual synchronization signals are determined.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Wiring for frequency and phase control of backup inverters, comprising at least two control blocks, characterized in that the first source (1) of the three-phase pulse system is connected to a first switching circuit (2), the output of which is connected to the second source (1) ) a three-phase pulse system and a second switching circuit (2) of the second control block (10) and a first controller (3) of the inverter of the first control block (10), the interconnection of the other control blocks (10) being cyclical and outputs The second and third regulators (3) are connected to the first, second and third power circuits (5) of the inverter.

Wiring according to claim 1, characterized in that a switching circuit (2) is connected to a first input (100) and a second input (101) of the synchronization signal switching circuit (11) from a three-phase pulse system source (1), to a fourth input ( 130) a frequency generator (13) is connected to the synchronization signal switching circuit (11), which is connected to a third input (143) of the fault indicator (14), the second input (142) of which is connected to the circuit output (11) and the first input (141) the fault indicator (14) is connected to the output of the synchronized source (* S 3), to whose input (120) the output of the synchronization signal switching circuit (11) is connected, the third input (110) of which is connected to an external synchronization signal source wherein the inputs (111-116) of the switching circuit (2) are provided from a synchronized source (12) and the output (144) of the fault indicator (14) is connected to the switching circuit (2).