DE102009008048A1 - Method for controlling a self-commutated mains converter of a voltage source inverter - Google Patents

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Bernd Herrmann
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines selbstgeführten Netzstromrichters (2) eines Spannungszwischenkreis-Umrichters (24), wobei diesem Netzstromrichter (2) in jeder Netzphase (R, S, T) eine Drossel vorgeschaltet ist, wobei in Abhängigkeit zweier gemessener Netzphasenströme (i, i), zweier gemessener Netzphasenspannungen (u, u), einer gemessenen Zwischenkreisspannung (U) und eines vorgegebenen Gleichspannungs-Sollwertes (U*) Steuersignale (S) für die abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter (T1...T6) des selbstgeführten Netzstromrichters (2) derart generiert werden, dass die gemessene Zwischenkreisspannung (U) gleich dem Gleichspannungs-Sollwert (U*) ist. Erfindungsgemäß wird der Wert dieses Gleichspannungs-Sollwertes (U*) in Abhängigkeit von Anforderungen einer mit diesem Spannungszwischenkreis-Umrichter (24) gespeisten Last während des Betriebes zeitlich verändert. Somit können die beiden Regelziele minimale Verluste und optimale Performance zeitlich voneinander entkoppelt werden, wodurch zur Einstellung eines jeden Regelziels ein separater Gleichspannungs-Sollwert (U*) generiert wird.The invention relates to a method for controlling a self-commutated mains converter (2) of a voltage source inverter (24), wherein this mains converter (2) in each network phase (R, S, T) is preceded by a throttle, wherein in dependence on two measured network phase currents (i, i), two measured mains phase voltages (u, u), a measured intermediate circuit voltage (U) and a predetermined DC voltage setpoint (U *) control signals (S) for the turn-off power semiconductor switches (T1 ... T6) of the self-commutated power converter ( 2) are generated such that the measured intermediate circuit voltage (U) is equal to the DC voltage setpoint (U *). According to the invention, the value of this DC setpoint value (U *) is changed over time as a function of the requirements of a load supplied by this voltage source converter (24) during operation. Thus, the two control objectives minimum losses and optimal performance can be temporally decoupled from each other, whereby for setting each control target, a separate DC voltage setpoint (U *) is generated.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines selbstgeführten Netzstromrichters eines Spannungszwischenkreis-Umrichters gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a method for controlling a self-guided Mains converter of a voltage source inverter according to the preamble of claim 1.

Die technischen Voraussetzungen für den Einsatz netzfreundlicher Stromrichter sind durch den Vorstoß abschaltbarer Leistungshalbleiter im Bereich hoher Leistung geschaffen worden. Mit abschaltbaren Thyristoren, auch als Gate-Turn-Off-Thyristoren (GTO-Thyristor) bezeichnet, oder Leistungstransistoren, insbesondere Insulated-Gate-Bipolar-Transistor (IGBT), lassen sich Pulsstromrichter ausführen, die niederfrequente Harmonische im Netzstrom vermeiden und keine Grundschwingungs-Blindleistung benötigen. Es ist sogar möglich, mit einem derartigen netzfreundlichen Stromrichter Blindleistung anderer Verbraucher zu kompensieren. Ein derartiger selbstgeführter Netzstromrichter wird mittels Kopplungsdrosseln an ein Versorgungsnetz angeschlossen. Ausgangsseitig steht an den Ausgangsanschlüssen des selbstgeführten Netzstromrichters eine Gleichspannung an, die als Eingangsspannung eines selbstgeführten Laststromrichters verwendet werden kann. Eine derartige Stromrichteranordnung wird als netzfreundlicher Spannungszwischenkreis-Umrichter bezeichnet.The technical requirements for the use of grid-friendly Power converters are by the advance of turn-off power semiconductors created in the field of high performance. With turn-off thyristors, also referred to as gate turn-off thyristors (GTO thyristor), or Power transistors, in particular insulated gate bipolar transistor (IGBT), can be run pulse converter, the low-frequency Avoid harmonics in the line current and no fundamental reactive power need. It is even possible with such a net-friendly Power converter to compensate reactive power of other consumers. Such a self-powered power converter is by means of Coupling reactors connected to a supply network. On the output side is at the output terminals of the self-commutated Mains rectifier to a DC voltage, as the input voltage a self-commutated load converter can be used. Such a converter arrangement is called a grid friendly voltage source inverter designated.

Selbstgeführte Netzstromrichter sind in ihrer Eingangsspannung begrenzt. Die maximale Eingangsspannung wird durch Aussteuergrad und die momentane Zwischenkreisspannung vorgegeben. In der Spannungs- bzw. Aussteuergradbegrenzung ist der selbstgeführte Netzstromrichter nicht mehr hochdynamisch. Bei allen Anregungen stellen sich unter Umständen schlecht gedämpfte Schwingungen ein.self-guided Mains converters are limited in their input voltage. The maximal Input voltage is determined by modulation level and the instantaneous DC link voltage specified. In the voltage or Aussteuergradbegrenzung is the self-commutated power converters are no longer highly dynamic. Any suggestions may turn out to be bad damped vibrations.

In der Veröffentlichung ”Hochleistungsantrieb mit fortschrittlichen Leistungsteil und verbesserter digitalen Rege lung” abgedruckt in der Zeitschrift ”IEEE Transactions on Industry Applications”, 1991 , wird eine Umrichteranordnung eines Hochleistungsantriebs vorgestellt. Diese Umrichteranordnung weist als lastseitigen Stromrichter einen Dreipunkt-Wechselrichter und als netzseitigen Stromrichter einen selbstgeführten GTO-Stromrichter auf. Bezogen auf den Netzspannungszeiger kann mit dem selbstgeführten Stromrichter ein Umrichterspannungszeiger vorgegeben werden, der in Amplitude und Phasenlage frei einstellbar ist. Ein resultierender Differenzspannungszeiger treibt dann einen gewünschten Netzstrom durch die Kopplungsdrosseln zum Netz. Demgemäß genügt eine kleine Verstellung der Umrichterspannung, um Wirk- und Blindanteil des Netzstromes in allen vier Quadranten je nach Vorgabe einzustellen. Bei einem Betrieb ohne Blindleistungsbedarf aus dem Netz, also bei einem Leistungsfaktor cosφ = 1, ist der Sollwert für den Wirkanteil des Netzstromes Null. Der Sollwert für den Wirkanteil des Netzstromes wird von einer überlagerten Gleichspannungsregelung der Zwischenkreisspannung des Umrichters vorgegeben. Somit muss der Netzwirkstrom der Wirkleistungsaufnahme oder -abgabe auf der Gleichstromseite angepasst werden.In the publication "High performance drive with advanced power section and improved digital control" printed in the journal "IEEE Transactions on Industry Applications", 1991 , an inverter assembly of a high performance drive is presented. This converter arrangement has as a load-side converter, a three-point inverter and a mains-side converter on a self-commutated GTO power converter. With reference to the mains voltage indicator, the self-commutated converter can be used to specify an inverter voltage indicator which is freely adjustable in amplitude and phase position. A resulting differential voltage pointer then drives a desired mains current through the coupling chokes to the mains. Accordingly, a small adjustment of the converter voltage is sufficient to set active and reactive components of the mains current in all four quadrants depending on the specification. In the case of operation without reactive power demand from the grid, ie with a power factor cosφ = 1, the setpoint for the active component of the mains current is zero. The setpoint for the active component of the line current is specified by a superimposed DC voltage control of the DC link voltage of the inverter. Thus, the net active current must be adapted to the active power input or output on the DC side.

Bei einem derartigen Spannungszwischenkreis-Umrichter mit einem netzseitigen selbstgeführten Netzstromrichter wird die Zwischenkreisspannung derart eingestellt, dass deren Amplitude dem Scheitelwert einer verketteten Netzspannung entspricht. Dieser Wert ist ein Minimalwert der einstellbaren Zwischenkreisspannung. Höhere Werte sind frei wählbar.at Such a voltage source inverter with a network-side self-commutated power converter is the DC link voltage set such that their amplitude is the peak value of a concatenated mains voltage corresponds. This value is a minimum value the adjustable DC link voltage. Higher values are free selectable.

Die im selbstgeführten Netzstromrichter, der auch als Active-Front-End (AFE) bezeichnet wird, und im lastseitigen Pulsstromrichter anfallenden Schaltverluste sind proportional zur Zwischenkreisspannung, deshalb besteht das Bestreben, diese Zwischenkreisspannung möglichst gering zu halten. Damit kann ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden.The in the self-commutated power converter, which also acts as an active front-end (AFE) is called, and incurred in the load-side pulse converter switching losses are proportional to the DC link voltage, that is why it exists Strive to minimize this DC link voltage to keep. Thus, a high efficiency can be achieved.

Auf der anderen Seite können mit einer erhöhten Zwischenkreisspannung die dynamischen Eigenschaften des Antriebs, be stehend aus dem Spannungszwischenkreis-Umrichter mit netzseitigen selbstgeführten Netzstromrichter und einem elektrischen Motor, der eine Last antreibt, beispielsweise bei einem Beschleunigungsvorgang verbessert werden. Für die Erhöhung der dynamischen Eigenschaften wird eine erhöhte Zwischenkreispannung benötigt. Die maximal erreichbare Zwischenkreisspannung wird von den verwendeten abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern des netz- und lastseitigen Stromrichters dieses Spannungszwischenkreis-Umrichters bestimmt.On the other side can with an increased DC link voltage the dynamic characteristics of the drive, consisting of the voltage source inverter with mains-side self-commutated power converter and a electric motor that drives a load, for example, at a Acceleration process can be improved. For the increase the dynamic properties is increased DC link voltage needed. The maximum achievable intermediate circuit voltage is determined by the turn-off power semiconductor switches used the line-side and load-side converter of this voltage source inverter certainly.

Bei einem gattungsgemäßen Spannungszwischenkreis-Umrichter wird für die einstellbare Zwischenkreisspannung ein Wert gewählt, der zwischen beiden genannten Zielen, nämlich hoher Wirkungsgrad und hohe Dynamik, einen Kompromiss darstellt. Deshalb kann kein Ziel optimal erreicht werden.at a generic voltage source inverter becomes a value for the adjustable intermediate circuit voltage chosen between the two objectives, namely high efficiency and high dynamics, represents a compromise. Therefore, no goal can be optimally achieved.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Regelung eines selbstgeführten Netzstromrichters eines Spannungszwischenkreis-Umrichters derart zu verbessern, dass beide Regelziele getrennt optimiert werden können.Of the The invention is based on the object, the known method for controlling a self-commutated mains converter of a To improve the voltage source inverter such that both Control targets can be optimized separately.

Diese Aufgabe wird mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.These The object is achieved with the characterizing feature of claim 1 according to the invention.

Dadurch, dass erfindungsgemäß die Höhe der Zwischenkreisspannung nicht mehr als konstanter Wert, sondern als zeitlich veränderliche Größe vorgegeben wird, wobei der Sollwert der Zwischenkreisspannung von Anforderungen eines Antriebs während des Betriebes verändert wird, werden die beiden Regelziele ”minimale Verluste” und ”optimale Performance” zeitlich voneinander entkoppelt. Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren kann mit dem Antrieb trotz hoher Performance in großen Zeitbereichen eine Reduzierung der Verluste erreicht werden, wodurch Energie eingespart wird.Characterized in that according to the invention, the height of the DC link voltage no longer as a constant value, but as time variable variable is specified, wherein the setpoint of the intermediate circuit voltage of requirements of a drive during operation is changed, the two control objectives "minimum losses" and "optimal performance" are temporally decoupled from each other. With this method according to the invention can be achieved with the drive despite high performance in large time ranges, a reduction of losses, whereby energy is saved.

In vielen Anwendungsfällen ist eine Beschleunigungsanforderung, die zu einem Anforderungszeitpunkt erforderlich ist, bereits eine vorbestimmte Zeitspanne vor dem Anforderungszeitpunkt bekannt. Bei einem vorteilhaften Verfahren wird der Wert des Gleichspannungs-Sollwertes eine vorbestimmte Zeitspanne vor einem Anforderungszeitpunkt erhöht. Somit weist die Zwischenkreisspannung bereits zum Anforderungszeitpunkt einen gewünschten höheren Wert auf, so dass eine maximale Dynamik erreicht wird.In many applications, an acceleration request, which is required at a request time, already one predetermined period of time before the request time known. at an advantageous method is the value of the DC voltage setpoint increases a predetermined period of time before a request time. Thus, the DC link voltage already at the request time point a desired higher value, so that a maximum dynamics is achieved.

Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Vorrichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch veranschaulicht ist.to Further explanation is made to the drawing, in a device of the invention Method is illustrated schematically.

1 zeigt eine Schaltungsanordnung eines bekannten selbstgeführten Netzstromrichters an einem speisenden Netz, wobei die 1 shows a circuit arrangement of a known self-commutated power converter on a feeding network, wherein the

2 ein Blockschaltbild einer bekannten Regeleinrichtung eines selbstgeführten Netzstromrichters nach 1 näher darstellt, und wobei in der 2 a block diagram of a known control device of a self-commutated power converter according to 1 represents closer, and where in the

3 ein Blockschaltbild eines Sollwertbildners schematisch dargestellt ist. 3 a block diagram of a setpoint generator is shown schematically.

Die Schaltung eines bekannten selbstgeführten Netzstromrichters 2 ist aus der Veröffentlichung ”Selbstgeführter Netzstromrichter mit Spannungsausgang und geringer Netzrückwirkung” von Michael Braun, veröffentlicht in Siemens Forschungs- und Entwicklungs-Berichte, Bd. 16, 1987, Nr. 2, Seiten 55 bis 59 , bekannt und weist nach 1 drei Phasenbausteine 4, 6 und 8 mit jeweils zwei in Reihe geschalteten Leistungshalbleiterschaltern T1, T2 bzw. T3, T4 bzw. T5, T6 auf. Jedem Leistungshalbleiterschalter T1 bis T6 ist eine Diode D1 bis D6 invers elektrisch parallel geschaltet. Dieser selbstgeführte Netzstromrichter 2 ist wechselstromseitig mittels einer mehrphasigen Kopplungsdrossel 10 mit einem mehrphasigen Netz 12 und gleichspannungsseitig mit einem Kondensator 14 elektrisch leitend verbunden. Dieser Kondensator 14 ist elektrisch parallel zu den Anschlüssen 16 und 18 eines Gleichspannungsausgangs des selbstgeführten Netzstromes 2 geschaltet.The circuit of a known self-commutated power converter 2 is from the publication "Self-Guided AC Power Converter with Voltage Output and Low Network Response" by Michael Braun, published in Siemens Research and Development Reports, Vol. 16, 1987, No. 2, pages 55-59 , known and shows 1 three phase blocks 4 . 6 and 8th with two series-connected power semiconductor switches T1, T2 and T3, T4 and T5, T6, respectively. Each power semiconductor switch T1 to T6, a diode D1 to D6 inversely electrically connected in parallel. This self-commutated power converter 2 is on the AC side by means of a polyphase coupling choke 10 with a multi-phase network 12 and DC side with a capacitor 14 electrically connected. This capacitor 14 is electrically parallel to the terminals 16 and 18 a DC voltage output of the self-commutated mains current 2 connected.

Als Leistungshalbleiterschalter T1 bis T6 sind jeweils abschaltbare Leistungshalbleiterschalter vorgesehen, damit der Netzstromrichter 2 selbstgeführt werden kann. Als abschaltbare Leistungshalbleiterschalter T1 bis T6 werden in dieser Ausführungsform Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT) verwendet. Eine Ausführungsform mit GTO-Thyristoren ist in der eingangs genannten Veröffentlichung veranschaulicht. Der selbstgeführte Netzstromrichter 2 wird gemäß der Veröffentlichung von Michael Braun als netzseitiger Stromrichter eines Spannungszwischenkreis-Umrichters eingesetzt. Mittels dieses selbstgeführten Netzstromrichters 2 wird an den Anschlüssen 16 und 18 seines Gleichspannungsausgangs eine Gleichspannung UZ erzeugt. Dabei werden seine Klemmen U, V und W gemäß einem Pulsmuster mit einem positiven und einem negativen Pol des Gleichspannungsausgangs verbunden. Das Pulsmuster wird so erzeugt, dass die Eingangsspannung des selbstgeführten Netzstromrichters 2 eine netzfrequente Grundschwingung hat, die in der Amplitude- und Phasenlage einstellbar ist.As a power semiconductor switch T1 to T6 each disconnectable power semiconductor switches are provided so that the power converter 2 can be self-guided. Insulated gate bipolar transistors (IGBT) are used as turn-off power semiconductor switches T1 to T6 in this embodiment. An embodiment with GTO thyristors is illustrated in the publication mentioned above. The self-commutated power converter 2 is used according to the publication by Michael Braun as a line-side converter of a voltage source converter. By means of this self-commutated mains converter 2 will be at the connections 16 and 18 its DC output produces a DC voltage U Z. In this case, its terminals U, V and W are connected according to a pulse pattern with a positive and a negative pole of the DC voltage output. The pulse pattern is generated so that the input voltage of the self-commutated power converter 2 has a mains frequency fundamental, which is adjustable in the amplitude and phase.

In der 2 ist ein Blockschaltbild einer bekannten Regeleinrichtung 20 eines selbstgeführten Netzstromrichters 2 näher dargestellt. Dieser selbstgeführte Netzstromrichter 2 ist wie bei der Stromrichteranordnung des selbstgeführten Netzstromrichters 2 der beiden genannten Veröffentlichungen mit einem lastseitigen selbstgeführten Stromrichter 22 zu einem Spannungszwischenkreis-Umrichter 24 verschaltet. Dazu ist der lastseitige Stromrichter 22 gleichspannungsseitig elektrisch zum Kondensator 14 parallel geschaltet, der auch als Zwischenkreiskondensator bezeichnet wird. Die Regeleinrichtung 20 weist eine Spannungserfassung 26, eine Phasenstromerfassung 28, einen Gleichspannungsregler 30, einen Wirkstrom und einen Blindstromregler 32 und 34, zwei Transformationseinrichtungen 36 und 38 und einen Phasengeber 40 auf. Die Spannungserfassung 26 ermittelt die am Zwischenkreiskondensator 14 abfallende Gleichspannung UZ, auch als Zwischenkreisspannung bezeichnet, die als Istwert einem invertierenden Eingang eines Vergleichers 42 zugeführt wird, an dessen nicht invertierenden Eingang ein Gleichspannungs-Sollwert U * / Z ansteht.In the 2 is a block diagram of a known control device 20 a self-commutated mains converter 2 shown in more detail. This self-commutated power converter 2 is like the converter arrangement of the self-commutated mains converter 2 the two cited publications with a load-side self-commutated power converter 22 to a voltage source inverter 24 connected. This is the load-side converter 22 DC voltage side to the electric capacitor 14 connected in parallel, which is also referred to as a DC link capacitor. The control device 20 has a voltage detection 26 , a phase current detection 28 , a DC regulator 30 , an active current and a reactive current controller 32 and 34 , two transformation facilities 36 and 38 and a phase encoder 40 on. The voltage detection 26 determines the on the DC link capacitor 14 decreasing DC voltage U Z , also referred to as intermediate circuit voltage, which is the actual value of an inverting input of a comparator 42 is supplied to the non-inverting input a DC voltage setpoint U * / Z is pending.

Ausgangsseitig ist dieser Vergleicher 42 mittels des Gleichspannungs-Reglers 30 mit einem nicht invertierenden Eingang eines weiteren Vergleichers 44 verknüpft, dessen Ausgang mit einem Eingang des Wirkstromreglers 32 verbunden ist. Dem Blindstromregler 34 ist ebenfalls ein Vergleicher 36 vorgeschaltet, an dessen nicht invertierendem Eingang ein Sollwert i * / q für den Blindstromanteil des Netzstromes ansteht. Der Phasengeber 40 ist eingangsseitig mit zwei Netzphasen R und S und ausgangsseitig jedes mit einem Phasenwinkel-Eingang der beiden Transformationseinrichtungen 36 und 38 verbunden. Mittels dieses Phasengebers 40 wird laufend der Netzwinkel Φ des umlaufenden Netzspannungszeigers ermittelt. Die primärseitigen Anschlüsse des Phasengebers 40 und die primärseitigen Anschlüsse der Phasenstromerfassung 28 können dabei an beliebigen Seiten der Drossel 10 angeordnet sein.On the output side is this comparator 42 by means of the DC voltage regulator 30 with a non-inverting input of another comparator 44 whose output is connected to an input of the active current controller 32 connected is. The reactive current controller 34 is also a comparator 36 upstream, at whose non-inverting input a setpoint i * / q is present for the reactive current component of the mains current. The phase encoder 40 is the input side with two network phases R and S and the output side each with a phase angle input of the two transformation facilities 36 and 38 connected. By means of this phase encoder 40 is continuously the network angle Φ of the circulating mains voltage indicator determined. The primary-side connections of the phase encoder 40 and the primary side terminals of the phase current detection 28 can do this on any side of the throttle 10 be arranged.

Da im quasistationären Zustand alle Spannungen und Ströme Grundschwingungen mit der Frequenz des speisenden Netzes 12 aufweisen, ist es vorteilhaft, die Stromregelung 42 in einem mit der Netzfrequenz umlaufenden Koordinatensystem vorzunehmen. Als Bezugssystem wird das Mitsystem der Netzspannung gewählt, so dass die mit der Transformatoreinrichtung 36 ermittelten Stromkomponenten id, iq direkt den Wirk- und Blindstromanteil des Netzstromes darstellen. Diese beiden Stromkomponenten id, iq werden als Istwerte jeweils einem invertierenden Eingang des Vergleichers 44 und 46 zugeführt. Der Wirk- und Blindstromregler 32 und 34 sind ausgangsseitig mit der zweiten Transformationseinrichtung 38 verknüpft, mit der die an den Stromreglern 32 und 34 anstehenden Spannungskomponenten u * / d, u * / q in ein raumfestes Koordinatensystem transformiert werden.Since in the quasi-stationary state, all voltages and currents fundamental oscillations with the frequency of the feeding network 12 have, it is advantageous to control the current 42 in a co-ordinate with the network frequency coordinate system. As a reference system, the Mitsystem the mains voltage is selected, so that with the transformer device 36 determined current components i d , i q represent directly the active and reactive current portion of the mains current. These two current components i d , i q are each an actual input to an inverting input of the comparator 44 and 46 fed. The active and reactive current controller 32 and 34 are the output side with the second transformation device 38 linked to the on the current regulators 32 and 34 pending voltage components u * / d, u * / q are transformed into a spatially fixed coordinate system.

Als raumfestes Koordinatensystem ist ein Polarkoordinatensystem vorgesehen, so dass die beiden Komponenten des Umrichterspannungszeigers der Aussteuergrad m und der laufende Phasenwinkel φUmr ist. Aus diesen beiden Sollkomponenten m, φUmr des Umrichterspannungszeigers werden mittels eines Modulators 48 Steuersignale Sv für die abschaltbaren Leistungshalbleiter schalter T1 bis T6 des selbstgeführten Netzstromrichters 2 generiert.As a spatially fixed coordinate system, a polar coordinate system is provided, so that the two components of the inverter voltage vector of the Aussteuergrad m and the current phase angle φ Umr . From these two desired components m, φ Umr the inverter voltage indicator are by means of a modulator 48 Control signals S v for the turn-off power semiconductor switches T1 to T6 of the self-commutated power converter 2 generated.

Der Sollwert i * / q für den Netzblindstrom kann innerhalb der Leistungsgrenzen des Umrichters 24 frei eingestellt werden. Wegen des Leistungsfaktors cosφ = 1 ist dieser Sollwert i * / q Null. Der Sollwert i * / d für den Wirkanteil des Netzstromes wird die Wirkleistungsaufnahme oder -abgabe am Gleichspannungsausgang des selbstgeführten Netzstromrichters 2 angepasst.The setpoint i * / q for the reactive blind current can be within the power limits of the inverter 24 be set freely. Because of the power factor cosφ = 1, this setpoint i * / q is zero. The setpoint i * / d for the active component of the mains current is the active power input or output at the DC output of the self-commutated mains converter 2 customized.

In der 3 ist ein Blockschaltbild eines Sollwertbildners 50 näher dargestellt. Dieser Sollwertbildner 50 ist zweikanalig ausgebildet. Der erste Kanal weist eingangsseitig eine Einrichtung 52 zur Ermittlung einer verketteten Netzspannung uRS und ausgangsseitig eine Einrichtung 54 zur Bestimmung eines Scheitelwertes der ermittelten verketteten Netzspannung uRS auf. An den beiden Eingängen der Einrichtung 52 steht jeweils eine gemessene Netzphasenspannung uR und uS an. Ausgangsseitig ist diese Einrichtung 52 mit einem Eingang der Einrichtung 54 zur Bestimmung eines Scheitelwertes der verketteten Netzspannung uRS verknüpft. Der ermittelte Scheitelwert wird ausgangsseitig als minimaler Gleichspannungs-Sollwert U * / Z min einem Eingang einer Auswahleinrichtung 56 zugeführt.In the 3 is a block diagram of a setpoint generator 50 shown in more detail. This setpoint generator 50 is designed with two channels. The first channel has a device on the input side 52 for determining a concatenated mains voltage u RS and the output side means 54 for determining a peak value of the ascertained concatenated network voltage u RS . At the two entrances of the institution 52 in each case there is a measured mains phase voltage u R and u S. On the output side is this device 52 with an entrance of the facility 54 for determining a peak value of the chained mains voltage u RS . The determined peak value is the output side as minimum DC voltage setpoint U * / Z min an input of a selection device 56 fed.

Der zweite Kanal dieses Sollwertbildners 50 weist eingangsseitig eine Einrichtung 58 auf, mit der eine Beschleunigungsanforderung Δa ermittelt wird. Ausgangsseitig weist dieser zweite Kanal eine Einrichtung 60 auf, mit der ein maximaler Gleichspannungs-Sollwert U * / Z max ausgegeben wird. Dazu weist diese Einrichtung 60 eine Tabelle mit unterschiedlichen Gleichspannungs-Sollwerten auf, die nach unterschiedlichen maximalen Sperrspannungen der verwendeten abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter T1, ..., T6 des selbstgeführten Netzstromrichters 2 und des lastseitigen selbstgeführten Stromrichters 22 gestaffelt sind. Eingangsseitig ist diese Einrichtung 60 mit einem Ausgang der Einrichtung 58 zur Ermitt lung einer Beschleunigungsanforderung Δa verknüpft. Am Eingang dieser Einrichtung 58 zur Ermittlung einer Beschleunigungsanforderung Δa steht ein Drehmoment-Sollwert m* an, der beispielsweise mittels einer überlagerten Drehzahlregelung bestimmt ist. Am Ausgang der Einrichtung 60 steht ein ausgewählter maximaler Gleichspannungs-Sollwert U * / Z max an, der einem zweiten Eingang der Auswahleinrichtung 56 zugeführt ist.The second channel of this setpoint generator 50 has a device on the input side 58 on, with an acceleration request .DELTA.a is determined. On the output side, this second channel has a device 60 on, with a maximum DC voltage setpoint U * / Z max is output. This is indicated by this device 60 a table with different DC voltage setpoints, the different maximum blocking voltages of the turn-off power semiconductor switches used T1, ..., T6 of the self-commutated power converter 2 and the load-side self-commutated power converter 22 staggered. On the input side is this device 60 with an output of the device 58 linked to the determination of an acceleration request Δa. At the entrance of this institution 58 to determine an acceleration request Δa is a torque setpoint m *, which is determined for example by means of a superimposed speed control. At the exit of the institution 60 is a selected maximum DC voltage setpoint U * / Z max, the second input of the selector 56 is supplied.

Dieser Auswahleinrichtung 56 ist außerdem eine ermittelte Beschleunigungsanforderung Δa zugeführt. In Abhängigkeit des Wertes dieser Beschleunigungsanforderung Δa wird entweder der minimale Gleichspannungs-Sollwert U * / Z min oder der maximale Gleichspannungs-Sollwert U * / Z max als Gleichspannungs-Sollwert U * / Z ausgegeben wird. Ist der Wert der Beschleunigungsanforderung Δa verschieden von Null, so wird der maximale Gleichspannungs-Sollwert U * / Z max als Sollwert U * / Z ausgegeben. Ist der Wert dieser Beschleunigungsanforderung Δa gleich Null, so wird der minimale Gleichspannungs-Sollwert U * / Z min als Gleichspannungs-Sollwert U * / Z ausgegeben.This selection device 56 In addition, a determined acceleration request Δa is supplied. Depending on the value of this acceleration request Δa, either the minimum DC voltage setpoint U * / Z min or the maximum DC voltage setpoint U * / Z max is output as the DC voltage setpoint U * / Z. If the value of the acceleration request Δa is different from zero, then the maximum DC voltage setpoint value U * / Z max is output as setpoint value U * / Z. If the value of this acceleration request Δa equals zero, then the minimum DC voltage setpoint U * / Z min is output as the DC voltage setpoint U * / Z.

In vielen Anwendungsfällen ist der Zeitpunkt tan, an dem eine Beschleunigungsanforderung Δa erforderlich ist, bekannt (Prozesseigenschaft). In diesen Fällen wird zu einem Zeitpunkt tAZ, der eine vorbestimmte Zeitspanne Δt vor dem Zeitpunkt tan liegt, ein maximaler Gleichspannungs-Sollwert U * / Z max als Gleichspannungs-Sollwert U * / Z ausgegeben. Dadurch wird erreicht, dass in dieser vorbestimmten Zeitspanne Δt die Zwischenkreisspannung UZ auf den ausgegebenen Gleichspannungs-Sollwert U * / Z angehoben wird. Dadurch ist zum Zeitpunkt tan einer Beschleunigungsanforderung Δa die Zwischenkreisspannung UZ bereits auf einen für eine Beschleunigungsanforderung Δa passenden Wert angehoben. Dadurch sind die dynamischen Eigenschaften des Antriebs wesentlich verbessert worden.In many applications, the time t an , at which an acceleration request Δa is required, is known (process property). In these cases, at a time t AZ , which is a predetermined period of time .DELTA.t before the time t on , a maximum DC voltage setpoint U * / Z max output as a DC voltage setpoint U * / Z. Characterized in that the intermediate circuit voltage U Z on the output DC voltage desired value U * / Z is raised in this predetermined period of time .DELTA.t is achieved. As a result, at the instant t at an acceleration request Δa, the intermediate circuit voltage U Z is already raised to a value suitable for an acceleration request Δa. As a result, the dynamic properties of the drive have been significantly improved.

Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren und der zweikanaligen Ausbildung eines Sollwertbildners 50 für einen Gleichspannungs-Sollwert U * / Z eines Spannungszwischenkreis-Umrichters 24 mit einem selbstgeführten Netzstromrichters 2 sind die beiden Regelziele ”minimale Verluste” und ”optimale Performance” zeitlich voneinander entkoppelt. Dadurch kann mit einem Antrieb trotz hoher Performance in großen Zeitbereichen eine Reduzierung der Verluste erreicht werden. Dadurch wird nicht nur Energie eingespart, sondern ebenfalls der Wirkungsgrad dieses Antriebs erhöht.By this method according to the invention and the two-channel design of a setpoint generator 50 for a DC setpoint U * / Z of a voltage source inverter 24 with a self-commutated mains converter 2 are the two Control objectives "minimum losses" and "optimal performance" temporally decoupled from each other. As a result, with a drive despite high performance in large time ranges, a reduction of the losses can be achieved. This not only saves energy, but also increases the efficiency of this drive.

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  • - ”Selbstgeführter Netzstromrichter mit Spannungsausgang und geringer Netzrückwirkung” von Michael Braun, veröffentlicht in Siemens Forschungs- und Entwicklungs-Berichte, Bd. 16, 1987, Nr. 2, Seiten 55 bis 59 [0017] - "Selbstgeführter mains converter with voltage output and low network feedback" by Michael Braun, published in Siemens Research and Development Reports, Vol. 16, 1987, No. 2, pages 55 to 59 [0017]

Claims (5)

Verfahren zur Regelung eines selbstgeführten Netzstromrichters (2) eines Spannungszwischenkreis-Umrichters (24), wobei diesem Netzstromrichter (2) in jeder Netzphase (R, S, T) eine Drossel vorgeschaltet ist, wobei in Abhängig zweier gemessener Netzphasenströme (iR, iS), zweier gemessener Netzphasenspannungen (uR, uS), einer gemessenen Zwischenkreisspannung (UZ) und eines vorgegebenen Gleichspannungs-Sollwertes (U * / Z) Steuersignale (Sv) für die abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter (T1 ... T6) des selbstgeführten Netzstromrichters (2) derart generiert werden, dass die gemessene Zwischenkreisspannung (UZ) gleich dem Gleichspannungs-Sollwert (U * / Z) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert dieses Gleichspannungs-Sollwertes (U * / Z) in Abhängigkeit von Anforderungen einer mit diesen Spannungszwischenkreis-Umrichters (24) gespeisten Last während des Betriebes zeitlich verändert wird.Method for controlling a self-commutated mains converter ( 2 ) of a voltage source inverter ( 24 ), this power converter ( 2 ) in each network phase (R, S, T) is preceded by a throttle, wherein in response to two measured network phase currents (i R , i S ), two measured mains phase voltages (u R , u S ), a measured intermediate circuit voltage (U Z ) and a predetermined DC voltage setpoint (U * / Z) control signals (S v ) for the turn-off power semiconductor switches (T1 ... T6) of the self-commutated mains converter ( 2 ) are generated such that the measured intermediate circuit voltage (U Z ) is equal to the DC voltage setpoint (U * / Z), characterized in that the value of this DC voltage setpoint (U * / Z) in response to requirements of one with this voltage link Converter ( 24 ) is timed during operation. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Betriebes ohne Beschleunigungsanforderung (Δa) der Wert des Gleichspannungs-Sollwertes (U * / Z) gleich einem minimalen Gleichspannungs-Sollwert (U * / Z min) ist.Method according to claim 1, characterized in that that during operation without acceleration request (Δa) the value of the DC voltage setpoint (U * / Z) is the same a minimum DC voltage setpoint (U * / Z min). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Betriebes mit Beschleunigungsanforderung (Δa) der Wert des Gleichspannungs-Sollwertes (U * / Z) gleich einem maximalen Gleichspannungs-Sollwert (U * / Z max) gesetzt wird.Method according to claim 1, characterized in that that during operation with acceleration request (Δa) the value of the DC voltage setpoint (U * / Z) is the same a maximum DC voltage setpoint (U * / Z max) is set. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Gleichspannungs-Sollwertes (U * / Z) wenigstens gleich dem Scheitelwert einer ermittelten verketteten Netzspannung (uRS) ist.A method according to claim 2, characterized in that the value of the DC voltage setpoint (U * / Z) is at least equal to the peak value of a determined interlinked mains voltage (u RS ). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Gleichspannungs-Soll wertes (U * / Z) eine vorbestimmte Zeitspanne (Δt) vor einem Anforderungszeitpunkt (tan) erhöht wird.A method according to claim 3, characterized in that the value of the DC desired value (U * / Z) is increased a predetermined period of time (At) before a request time (t an ).
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