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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrischer-Invertergenerator-System und einen darauf anwendbaren elektrischen Invertergenerator, welche einen Betrieb und eine Verwaltung von einer Vielzahl von parallel verbundenen elektrischen Invertergeneratoren ermöglichen.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Energieversorgungsanlagen müssen sich häufig auf Änderungen bei der Stromnachfrage einstellen. Manche Anlagen verwenden ein skalierbares System, bei welchem ein oder mehrere elektrische Generatoren zusätzlich mit einem primären elektrischen Generator verbindbar sind, und wodurch eine skalierbare einstellbare Leistungsabgabe ermöglicht wird.
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Eine Verwendung von Invertergeneratoren in einem solchen skalierbaren Generatorsystem verursacht manche Probleme, da Phasendifferenzen zwischen PWM-Trägern in den entsprechenden Invertern einen nicht vernachlässigbaren Querstromfluss über die parallele Verbindung zwischen den Invertern verursacht. Solch ein System benötigt daher Maßnahmen zum Blockieren eines Querstroms. Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-134834 beschreibt einen Stand der Technik.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Querstrom-Blockiervorrichtung ist natürlich kostenaufwändig. Falls eine Phasen-Synchronizität zwischen elektrischen Generatoren sichergestellt wäre, könnte die kostenaufwändige Vorrichtung weggelassen oder durch einen weniger kostenaufwändigen Filter ersetzt werden. Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht dieser technischen Aufgabe ausgeführt.
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Entsprechend eines Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst ein Elektrischer-Invertergenerator-System: einen Master- und zumindest einen Slave-Invertergenerator, wobei jeder Invertergenerator eine Kommunikationseinheit umfasst, eine einen PWM-Träger erzeugende Steuereinheit und einen Inverterschaltkreis, welcher durch den PWM-Träger zum Erzeugen eines Wechselstroms mit einer gesteuerten Spannung und einer gesteuerten Frequenz geschaltet wird, wobei die Kommunikationseinheiten wechselseitig verbunden sind, um Kommunikationsdaten auszutauschen, und die Inverterschaltkreise parallel so verbunden sind, dass die Wechselströme als eine elektrische Leistungsabgabe gesammelt und ausgegeben werden, wobei jede der Steuereinheiten zum Synchronisieren eines beliebigen Punktes des PWM-Trägers mit einem beliebigen Bit der durch die Kommunikationseinheit empfangenen Kommunikationsdaten ausgebildet ist, wodurch die PWM-Träger des Master- und des Slave-Invertergenerators gemeinsam synchronisiert werden.
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Entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Invertergenerator mit einem anderen parallel verbundenen Invertergenerator verwendbar. Der Invertergenerator umfasst: eine Kommunikationseinheit, welche zum Austauschen von Kommunikationsdaten mit einer Kommunikationseinheit des anderen Invertergenerators geeignet ist; eine Steuereinheit, welche einen PWM-Träger erzeugt; und einen Inverterschaltkreis, welcher durch den PWM-Träger zum Erzeugen eines Wechselstroms mit einer gesteuerten Spannung und einer gesteuerten Frequenz geschaltet wird, wobei die Steuereinheit zum Synchronisieren eines beliebigen Punktes des PWM-Trägers mit einem beliebigen Punkt der durch die Kommunikationseinheit empfangenen Kommunikationsdaten ausgebildet ist, wodurch der PWM-Träger mit einem PMW-Träger des anderen Invertergenerators synchronisiert wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist ein Blockdiagramm eines Elektrischer-Invertergenerator-Systems entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist ein Blockdiagramm eines auf das Elektrischer-Invertergenerator-System anwendbaren elektrischen Invertergenerators.
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3 ist ein Zeitablaufsdiagramm eines Sendens von Kommunikationsdaten von entsprechenden Steuereinheiten.
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4 ist ein Zeitablaufsdiagramm mit Wellenformen von PMW-Trägern vor und nach einem Synchronisieren.
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5 ist ein Blockdiagramm einer Berechnungseinheit zum Berechnen eines Zählwerts von gemessenen Phasendifferenzen.
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6 ist ein Flussdiagramm, welches einen Prozess zum Synchronisieren in dem Elektrischer-Invertergenerator-System zeigt.
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7 ist ein Blockdiagramm des Elektrischer-Invertergenerator-Systems, welches einen Daten Kommunikationsfluss zwischen elektrischen Generatoren besonders zeigt.
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8 ist ein Blockdiagramm einer auf jede Steuereinheit anwendbaren Leistungssteuereinheit.
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9 ist ein Blockdiagramm einer auf jede Steuereinheit anwendbaren Phasensteuereinheit.
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10A und 10B sind Blockdiagramme, welche darstellen, dass ein Abwesendsein einer Phasensteuerung einen Querstromfluss erzeugt.
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11A und 11B sind Blockdiagramme, welche darstellen, dass eine Phasensteuerung durch das Elektrischer-Invertergenerator-System verhindert, dass ein Querstromfluss fließt.
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DATEIBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug zu den angefügten Figuren beschrieben werden.
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Hauptsächlich mit Bezug zu 1, umfasst ein Elektrischer-Invertergenerator-System 100 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen primären Invertergenerator als einen Master und zumindest einen zusätzlichen Invertergenerator als einen Slave. Das in 1 dargestellte Beispiel umfasst einen Master-Invertergenerator 101a und drei Slave-Invertergeneratoren 101b, 101c und 101d, wobei die Anzahl der Slave-Invertergeneratoren nicht beschränkend ist und beliebig vergrößert werden kann. Diese Master- und Slave-Invertergeneratoren 101a–101d können im Wesentlichen dieselbe Konstruktion oder unterschiedliche Konstruktionen aufweisen.
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Jeder Invertergenerator 101a–101d umfasst eine Kommunikationseinheit 11a–11d, eine Steuereinheit 14a–14d und einen Inverterschaltkreis 12a–12d, wobei alle davon intern wechselseitig durch eine Verdrahtung verbunden sind. Weiter kann jeder Invertergenerator 101a–101d einen Taktgenerator zum Erzeugen von Taktpulsen aufweisen, welche zur Timingsteuerung von internen logischen Schaltkreisen verwendet werden, wobei allerdings ein externer Taktgenerator stattdessen verfügbar ist.
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Jeder Inverterschaltkreis 12a–12d erzeugt eine Wechselstrom(AC-Alternative Current)-Leistung unter Steuerung durch die Steuereinheit 14a–14d. Die Vielzahl von Inverterschaltkreisen 12a–12d sind parallel so verbunden, um diese AC-Leistung zu sammeln, wodurch diese als eine AC-Leistungsausgabe an einen Verbraucher 13 ausgegeben werden. Während das dargestellte Beispiel ein Drei-Phasen-Drei-Kabel-System ist, ist ein Einzelphasen-Schaltkreissystem natürlich anwendbar.
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Die Kommunikationseinheiten 11a–11d sind wechselseitig über Leitungen L1–L4 verbunden, wodurch ein Austausch von Kommunikationsdaten ermöglicht wird. Die Kommunikationsdaten können eine Anweisung für die Spannung, Daten über Phasen in der Ausgabe und andere Sequenzdaten, welche von dem Master gesendet und beispielsweise zur Steuerung der Slaves verwendet werden, umfassen. Weiter können die Kommunikationsdaten weiter Statusdaten und Leistungsverbrauchsdaten, welche von den Slaves zurückgesendet und beispielsweise für eine Rückkopplungssteuerung verwendet werden, umfassen. Während die Leitungen L1–L4 in dem dargestellten Beispiel die Ringtopologie bilden, ist die Bustopologie, die Sterntopologie oder eine andere Netzwerk-Topologie natürlich darauf anwendbar.
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Jede Steuereinheit 14a–14d steuert jede Kommunikationseinheit 11a–11d und jeden Inverterschaltkreis 12a–12d. Jede Steuereinheit 14a–14d veranlasst die Kommunikationseinheit 11a–11d die Kommunikationsdaten auszutauschen. Diese Steuerungen können entweder software-basiert oder hardware-basiert sein. Jede Steuereinheit 14a–14d kann eine Speichereinheit, einen Speicher und einen Prozessor zum Ausführen der Software umfassen.
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Jede Steuereinheit 14a–14d kann Signalgeneratoren zum gesteuerten Erzeugen eines PWM-Trägers und eines AC-Referenzsignals umfassen. Der PWM-Träger ist ein Referenzsignal für eine Pulsweitenmodulation (PWM), welches eine in 4 beispielhaft gezeigte Sägezahnwellenform oder eine beliebige angemessene Wellenform wie beispielsweise eine Dreiecks-Wellenform aufweist. Das AC-Referenzsignal ist beispielsweise ein Sinuskurven-Signal, welches als ein anderes Referenzsignal verwendet wird. Während Details später beschrieben werden, verwendet jeder Inverterschaltkreis 12a–12d diese Signale zum Erzeugen von weiten-modulierten Pulsen, welche geglättet werden und dann als eine AC-Leistung ausgegeben werden. Für einen Fall einer Drei-Phasen-AC-Leistungserzeugung kann jede Steuereinheit 14a–14d drei Sätze von PWM-Trägern und AC-Referenzsignalen erzeugen.
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2 ist ein Beispiel eines Diagramms eines Schaltkreises zum Erzeugen einer AC-Leistung auf der Basis der PWM-Träger und der AC-Referenzsignale. In dem Schaltkreis kann, während dies nicht beschränkend ist, die DC-Quelle einen Motor 21 wie beispielsweise einen Diesel- oder einen Benzinmotor, einen Generator 23 wie beispielsweise einen PM-Synchronmotor und einen Konverter(-Schaltkreis) 24 umfassen.
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Eine mechanische Kupplung 22 kann, obwohl diese nicht wesentlich ist, zum Koppeln des Motors 21 mit dem Generator 23 so verwendet werden, dass der Generator 23 durch den Motor 21 zum Erzeugen von Drei-Phasen-Wechselströmen R, S, T betrieben wird. Der Konverter 24 umfasst Gleichrichter-Schaltkreise wie beispielsweise Brückenschaltkreise, wobei diese allerdings nicht darauf beschränkt sind, zum Umwandeln der Drei-Phasen-Wechselströme in Gleichströme P, N, welche durch den Inverter 25 verwendet werden. Der Konverter 24 kann so ausgebildet sein, um die Ausgabespannung im Vergleich zu der durch den Generator 23 erzeugten Spannung zu erhöhen. Zwischen dem Konverter 24 und dem Inverter 25 ist verbindbar ein Kondensator 28, welcher effektiv beim Glätten des Gleichstroms und weiter Einstellen auf eine unmittelbar große Leistungsnachfrage ist.
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Der Inverter 25 kann den Gleichstrom von der zuvor erwähnten DC-Quelle in Drei-Phasen-Wechselströme U, V, W umwandeln, wobei der Inverter 25 stattdessen einen Einzelphasen-Wechselstrom erzeugen kann. Diese Drei-Phasen-Wechselströme U, V, W sind im Grunde nicht synchron mit den Drei-Phasen-Wechselströme R, S, T von dem Generator 23, allerdings sind diese durch die PWM-Träger gesteuert.
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Zum Umwandeln der DC-Leistung in die AC-Leistung ist ein Satz von Schaltvorrichtungen wie beispielsweise Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated-Gate Bipolar Transistors-IGBT) verwendbar, wobei diese allerdings nicht darauf beschränkt sind. Jede Schaltvorrichtung vergleicht das AC-Referenzsignalen und den PWM-Träger und schaltet, basierend darauf, zwischen dem Ein-Zustand und dem Aus-Zustand zum Erzeugen einer Serie von Pulsen um. Die Pulse werden geglättet und dann als die AC-Leistung ausgegeben. Somit kann, durch Ändern des AC-Referenzsignals und des PWM-Trägers unter Steuerung durch die Steuereinheit, der Inverter 25 die AC-Leistung mit einer gesteuerten Spannung und einer gesteuerten Frequenz erzeugen.
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Der Inverter 25 ist mit dem Verbraucher 13 verbunden, während der Schaltkreis vorzugsweise Filter 26 wie beispielsweise LC-Filter zum Reduzieren von Schaltrauschen und einen zwischengeschalteten Trennschalter 27 dazwischen, wodurch die Drei-Phasen-AC-Leistung an den Verbraucher 13 ausgegeben wird.
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Während der Energieerzeugung tauschen die Steuereinheiten 14a–14d die Kommunikationsdaten über die Kommunikationseinheiten 11a–11d und die Leitungen L1–L4 zum gemeinsamen Besitzen der Steuerdaten und der entsprechenden Statusdaten aus. Mit Bezug zu 3, veranlasst typischerweise die Steuereinheit 14a des Master-Invertergenerators 101a dessen Kommunikationseinheit 11a die Kommunikationsdaten an die Kommunikationseinheit 11b des Slave-Invertergenerators 101b zusenden. Die Steuereinheit 14b empfängt und aktualisiert die Kommunikationsdaten durch Hinzufügen dessen eigener Phasendaten oder Ähnliches und veranlasst als nächstes dessen Kommunikationseinheit 11b die aktualisierten Kommunikationsdaten an die nächste Kommunikationseinheit 11c des Slave-Invertergenerators 101c zusenden. Ähnliche Prozesse werden sequenziell durch die Steuereinheiten 11c und 11d ausgeführt. Weiter werden ähnliche Prozesse vorzugsweise in regulären Intervallen, wie beispielsweise jede 1 Millisekunde, wie in 4 gezeigt, wiederholt.
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Nach den Datenaustausch-Serien empfängt die Steuereinheit 14a des Master-Invertergenerators 101a vollständig aktualisierte alle Statusdaten der Invertergeneratoren 101a–101d umfassende Daten. Die Steuereinheit 14a kann diese Daten zum Steuern der Invertergeneratoren 101a–101d und zum nächsten Senden von Daten zum Ausführen einer Rückkopplungssteuerung verwenden.
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Da die Prozessausführung in den Steuereinheiten 14a–14d relativ schnell ist, sind die Verzögerungszeiten von t0 bis t1, von t1 bis t2 und von t2 bis t3 relativ kurz wie beispielsweise 1 Mikrosekunde (siehe 3). Jedes Zeitintervall zum Wiederholen von Datensendungen ist deutlich länger wie beispielsweise 1 Millisekunde (siehe 4). Die Periode der Welle des PMW-Trägers ist deutlich länger als die vorhergehende, aber kürzer als die letztere, wie beispielsweise 100 Mikrosekunden, wenn dessen Frequenz gleich 10 kHz ist.
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Es kann zwischen den PWM-Trägern in den entsprechenden Inverterschaltkreisen 12a–12d Phasendifferenzen geben, welche Querströme über die parallelen Verbindungen zwischen den Invertergeneratoren 101a–101d verursachen. Die vorliegende Erfindung synchronisiert die Phasen dieser PWM-Träger, um zu verhindern, dass ein Querstrom fließt. Die wiederholt über die Leitungen L bis L ausgetauschten Kommunikationsdaten sind als eine Referenz zur Synchronisation zwischen den PWM-Trägern verfügbar, da die Zeitverzögerung zum Datenaustausch im Wesentlichen wie oben erläutert vernachlässigbar ist.
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Erneut mit Bezug zu 4, die anstehende Steuereinheit misst einen Zeitunterschied zwischen einem beliebigen Punkt in den Kommunikationsdaten und einem beliebigen Punkt des PWM-Trägers. Während die Kommunikationsdaten aus einer Serie von Datenbits gebildet sind, kann ein oder mehrere davon beliebig ausgewählte Bits die Steuereinheit zum Beginnen des Messens anweisen. Das erste Bit davon ist als der Referenzpunkt verfügbar, allerdings ist ein beliebiges nachfolgendes Bit stattdessen verfügbar. Mit Bezug zu dem PWM-Träger, kann eine abfallende Flanke der Trägerwelle beispielsweise sofort verfügbar sein. Die folgende Beschreibung betrifft ein Beispiel, welches einen Zeitunterschied p1 von dem Startbit in den Kommunikationsdaten zu einem der abfallenden Flanke der Trägerwelle (nachfolgend als „Synchronisierungspunkt“ bezeichnet) misst, dies ist allerdings nicht beschränkend.
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Die Steuereinheit beginnt zu einem Empfangs- oder Sendezeitpunkt dieses genannten Bits ein Zählen von Taktpulsen, bis der Synchronisierungspunkt erkannt wird. Die Steuereinheit misst somit eine Anzahl von Taktpulsen nach dem genannten Bit bis zu dem Synchronisierungspunkt. Die Steuereinheit kann die gemessene Anzahl zu den Kommunikationsdaten bei dem Datenaktualisierungsprozess hinzufügen.
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Die Steuereinheit erzeugt als Nächstes Korrekturdaten zum Beseitigen des Zeitunterschieds p1. Eine Berechnung des Korrekturwerts wird durch Hinzufügen oder Subtrahieren eines angemessenen Werts α, typischerweise eins, zu oder von der gemessenen Anzahl C1 ausgeführt, um somit die Anzahl zu beseitigen, es sei denn C1 wird gleich Null (es gibt keinen Phasenunterschied). Die Steuereinheit verwendet die Korrekturdaten dann zum Verschieben des PWM-Trägers um die hinzugefügte oder subtrahierte Anzahl von Taktpulsen.
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Die Schleife von Messen und Verschieben wird wiederholt, bis der Phasenunterschied verschwunden ist. Natürlich kann diese Schleife nach einer Synchronisation weiter wiederholt werden. Alle Steuereinheiten 14a–14d führen denselben Prozess individuell aus. Dann kann eine Synchronisation der PWM-Träger durch das System hindurch eingerichtet werden. Wobei sehr kleine Unterschiede zwischen diesen PWM-Trägern verbleiben können, da es sehr kurze Zeitverzögerungen beim Datenaustausch gibt, diese Unterschiede können vernachlässigbar sein, da die Zeitverzögerungen deutlich kürzer als die Perioden der Wellen der PMW-Träger sind, wie oben erläutert. Oder, da die Unterschiede ausreichend klein sind, können einfache Filterschaltkreise die resultierenden Querströme beheben. In einer weiteren Alternative können, da die Zeitverzögerungen vorab festgelegt sind, die entsprechenden Steuereinheiten diese Verzögerungen zum Synchronisieren der PWM-Träger berücksichtigen.
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Manche Modifikationen können diesen Synchronisationsprozess beschleunigen. Beispielsweise kann die gemessene Anzahl C1 in drei Fälle eingeordnet werden:
C1 = 0 (synchronisiert),
0 < C1 ≤ Cref/2 (der anstehende Synchronisierungspunkt ist näher an dem genannten Bit, als ein vorangehender Synchronisierungspunkt ist), und
Cref/2 < C1 < Cref (der vorangehende Synchronisierungspunkt ist näher an dem genannten Bit), wobei Cref die Frequenz des Taktes, geteilt durch die Frequenz des PWM-Trägers, ist.
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Mit Bezug zu 5, bestimmt die Steuereinheit, in welchen Fall die gemessene Anzahl C1 fällt, und fügt dann, falls „0 < C1 ≤ Cref/2“ ist, einen negativen Wert α, typischerweise minus eins, zu der gemessenen Anzahl C1 hinzu (um die Phase des PWM-Trägers um minus α Taktpulse zu verschieben) und fügt, falls „Cref/2 < C1 < Cref“ ist, einen positiven Wert α, typischerweise eins, zu der gemessenen Anzahl C1 hinzu (um die Phase des PWM-Trägers um α Taktpulse zu verschieben). Dieses Schema zum Verschieben ist ein Schnellverfahren zum Erreichen einer Synchronizität. Daher kann, wenn die Schleife von Messen und Verschieben wiederholt wird, eine Synchronizität der PWM-Träger beschleunigt werden.
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Jede Steuereinheit 14a–14d kann die Prozesse zum Messen der Anzahl, Berechnen des Korrekturwerts und Verschieben des PWM-Trägers individuell ausführen. Allerdings kann eine beliebige der Steuereinheiten 14a–14d, typischerweise die Master-Steuereinheit 14a, den Kommunikationsdatenaustausch verwenden, um manche der Prozesse, wie beispielsweise den Berechnungsprozess, von den anderen Steuereinheiten zu übernehmen. Ergebnisse der Berechnung werden in den Kommunikationsdaten umfasst und dann an die anstehenden Steuereinheiten gesendet und dort zur Synchronisation verwendet.
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Eine Steuerung des Elektrischer-Invertergenerator-Systems 100 wird mit Bezug zu 6 beschrieben werden.
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In dem Schritt S11 wird ein Master aus den Invertergeneratoren in dem System ausgewählt und die anderen werden als Slaves eingestellt. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist der Invertergenerator 101a der Master und die Invertergeneratoren 101b–101d sind die Slaves.
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In dem Schritt S12 stellt die Steuereinheit 14a des Master-Invertergenerators 101a eine Ausgabespannung und eine Frequenz wie beispielsweise 200 V und 50 Hz ein. Die Schritte S11 und S12 können durch eine Bedienung einer beliebigen Person ausgeführt werden.
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In dem Schritt S13 veranlasst die Steuereinheit 14a des Masters die Kommunikationseinheit 11a dazu eine Kommunikation mit den Kommunikationseinheiten 11b–11d der Slaves über die Leitungen L1–L4 zu beginnen. Die Steuereinheiten 14a–14d empfangen die Kommunikationsdaten, aktualisieren die Kommunikationsdaten durch Hinzufügen der Phasendaten und Ähnlichem dazu und senden die aktualisierten Kommunikationsdaten in Abfolge. Die Steuereinheiten 14a–14d verwenden die Kommunikationsdaten im Wesentlichen gleichzeitig zum Synchronisieren der Synchronisierungspunkte (oder von beliebigen beliebig ausgewählten Punkten) der PWM-Träger mit dem Startbit (oder einem beliebigen anderen zu verbrauchenden Bit) der Kommunikationsdaten, wodurch die PWM-Träger gemeinsam synchronisiert werden, auf die oben beschriebene Weise. Eine Synchronisation wird wiederholt ausgeführt, um den synchronisierten Zustand anzunehmen.
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In dem Schritt S14 bestimmen die entsprechenden Steuereinheiten, ob eine Synchronisation der PWM-Träger eingerichtet ist. Falls JA, geht der Prozess zu Schritt S15, wobei die Master-Steuereinheit 14a Anweisungen für Leistungs- und Phasenverschiebungen über die entsprechenden Phasen U, V, W an die entsprechenden Slave-Steuereinheiten 14b–14d sendet.
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In dem Schritt S16 steuert jede Steuereinheit 14a–14d deren Inverterschaltkreis 12a–12d zum Ausgeben einer elektrischen Leistung mit einer gesteuerten Spannung, einer gesteuerten Frequenz und einem gesteuerten Phasenwinkel unter Steuerung der Kommunikationsdaten. Dann wird, da es keinen Phasenunterschied zwischen den PWM-Trägern gibt, verhindert, dass ein Querstrom fließt.
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Details der in Schritt S15 gesendeten Anweisungen werden mit Bezug zu 7 beschrieben werden. Die Master-Steuereinheit 14a stellt einen Anweisungswert für die Spannung der entsprechenden Invertergeneratoren 12a–12d wie beispielsweise 200 V, einen Anweisungswert für die Frequenz wie beispielsweise 50 Hz und einen Anweisungswert für den elektrischen Winkel des Master-Invertergenerators 12a wie beispielsweise 200 Grad ein.
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Weiter stellt die Master-Steuereinheit 14a Anweisungswerte von zu verbrauchenden elektrischen Leistungen für die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase ein. Beispielsweise bei einem Belastungsausgleich wird der Anweisungswert der zu verbrauchenden elektrischen Leistung für die U-Phase einem Durchschnittswert der verbrauchten Leistungen der U-Phase in den entsprechenden Invertergeneratoren angeglichen. Der Anweisungswert der zu verbrauchenden elektrischen Leistung für die V-Phase wird einem Durchschnittswert der verbrauchten Leistungen der V-Phase in den entsprechenden Invertergeneratoren angeglichen. Weiter sendet die Master-Steuereinheit 14a Informationen über die Anweisungen für die Spannung, die Frequenz, die Phase und die zu verbrauchenden elektrischen Leistungen an die entsprechenden Slave-Invertergeneratoren 101b–101d. Weiter sendet die Steuereinheit Informationen über Befehle. Die entsprechenden Slave-Invertergeneratoren 101b–101d senden Daten der entsprechenden verbrauchten Leistungen der U-, V-, W-Phasen und deren Status an den Master-Invertergenerator 101a.
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Jede Steuereinheit 14a–14d umfasst eine Leistungssteuereinheit und eine Phasensteuereinheit.
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Mit Bezug zu 8 umfasst jede Leistungssteuereinheit eine Subtraktionseinheit 41 eine Bestimmungseinheit 42 zum Bestimmen von Vorzeichen, eine Multiplikationseinheit 43, eine Integrationseinheit 44, und eine Additionseinheit 45. In die Subtraktionseingabebedienungseinheit 41 werden, als ein Minuend, der durch die Master-Steuereinheit 14a angewiesene Anweisungswert der elektrischen Leistung und, als ein Subtrahend, ein Messwert der verbrauchten Leistung an dem fraglichen Invertergenerator eingegeben. Dessen Ausgang wird in die Bestimmungseinheit 42 eingegeben und dessen Vorzeichen „–1“ oder „1“ wird in Abhängigkeit davon, ob dieses als negativ oder positiv bestimmt wird, an die Multiplikationseinheit 43 ausgegeben. Die Multiplikationseinheit 43 multipliziert die Eingabe mit einem Koeffizienten „K“. Die Integrationseinheit 44 integriert die Ausgabe der Multiplikationseinheit 43 und gibt das Ergebnis an die Additionseinheit 45 aus. Die Additionseinheit addiert diese Eingabe zu dem durch die Master-Steuereinheit 14a angewiesenen Anweisungswert der Spannung. Die fragliche Steuereinheit betreibt, basierend auf dieser Ausgabe, die entsprechenden Schaltvorrichtungen. Die Leistungssteuereinheit führt dadurch eine Rückkopplungssteuerung der Ausgabeleistung aus, um somit den durch die Master-Steuereinheit 14a angewiesenen Anweisungswert der elektrischen Leistung zu erfüllen.
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Die Master-Steuereinheit 14a kann den Teil einer jeden Steuereinheit 14a–14d in der Gesamtausgabeleistung steuern. Beispielsweise steuert die Master-Steuereinheit 14a die Steuereinheiten 14a–14d so, dass der Invertergenerator 101b 100 % von dessen Kapazität, der Generator 101c 70 % und der Generator 101d 50 % ausgibt, wodurch die Gesamtleistungsnachfrage erfüllt wird.
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Mit Bezug zu 9 umfasst jede Phasensteuereinheit eine Zuwachsberechnungseinheit 51, eine Additionseinheit 52, eine Verzögerungseinheit 53 und eine Elektrische-Winkel-Zurücksetzungseinheit 54. Die Master-Steuereinheit 14a führt dadurch eine Rückkopplungssteuerung aus und berechnet den elektrischen Winkel, wenn ein Frequenzsteuersignal und ein Phasenanweisungssignal gegeben sind.
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Weiter insbesondere wird eine Erhöhung oder eine Erniedrigung in der gemessenen Anzahl in die Zuwachsberechnungseinheit 51 eingegeben. Beispielsweise ist, falls die Ausgabefrequenz gleich 50 Hz ist und der Steuerzyklus gleich 100 µs ist, da ein Zyklus entsprechend 200 Divisionen ist, eine Erhöhung der Pulse gleich 10 Pulse, wobei eine elektrische Winkelrotation gleich 2000 Pulse ist. Weiter können auf der Basis der Daten für die Phasenanweisung von der Master-Steuereinheit 14a, durch Zurücksetzen des elektrischen Winkels auf 0 Grad, sehr kleine Abweichungen wie beispielsweise Unterschied in Taktung zurückgesetzt werden, wodurch der elektrische Winkel auf einen elektrischen Winkel der Master-Steuereinheit 14a eingestellt wird.
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Durch die vorliegende Ausführungsform erzeugte Ergebnisse werden nachfolgend mit Bezug zu den 10A, 10B, 11A und 11B beschrieben werden. In dem in diesen Figuren dargestellten Beispiel sind zwei Invertergeneratoren 62a, 62b parallel verbundenen, jeder Halbleiterschalter q1, q3 in dem oberen Arm ist in Serie mit einem jeden Halbleiterschalter q2, q4 in dem unteren Arm verbunden und Ausgabeleistungen von entsprechenden Zentren werden an den Verbraucher 61 über Filter ausgegeben, wobei jeder davon im Allgemeinen einen ACL (Inaktivität) und einen geerdeten Kondensator umfasst.
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Die Filter verhindern effektiv, dass bloße Pulse in den Verbraucher 61 fließen. Die Pulse könnten allerdings von einem Inverter zu einem anderen Inverter beachtlich fließen, da nur die ACLs zwischen den Invertergeneratoren eingreifen. Der Querstrom (Rippelstrom) ist daher nicht vernachlässigbar.
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Ein Synchronizitätsverlust zwischen den Invertergeneratoren 62a, 62b verursacht zeitweise und häufig einen solchen Querstromfluss, wie in den 10A und 10B gezeigt. Wenn die Schalter q1, q4 EIN sind und die Schalter q2, q3 AUS sind, wie in 10A gezeigt, dann fließt der Querstrom von dem Invertergenerator 62a zu dem Invertergenerator 62b. Wenn die Schalter q2, q3 EIN sind und die Schalter q1, q4 AUS sind, wie in 10B gezeigt, dann fließt der Querstrom von dem Invertergenerator 62b zu dem Invertergenerator 62a.
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Im Gegensatz dazu werden, falls Synchronizität stabil eingerichtet ist, die Schalter q1, q3 synchron EIN und AUS-geschaltet und die Schalter q2, q4 machen dasselbe, wie in 11A und 11B gezeigt. Dann fließt kein Querstrom.
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Weiter insbesondere verhindert die vorliegende Ausführungsform effektiv, dass Querstrom durch die parallelen Leitungen fließt, ohne Hinzufügen von kostenaufwändigen Vorrichtungen. Darüber hinaus realisiert die vorliegende Ausführungsform, da ein Leistungsverlust durch den Querstrom verhindert werden kann, effektivere Steuerbarkeit der Ausgabeleistung und Energieeffizienz.
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Wie aus der obigen Beschreibung verstanden werden wird, werden in der vorliegenden Ausführungsform die PWM-Träger nicht direkt verglichen, sondern stattdessen richten die durch die Invertergeneratoren individuell ausgeführten Prozesse eine Synchronisation zwischen den PWM-Trägern ein. Es ist daher nicht notwendig einen PWM-Träger aus dem Master zu extrahieren und diesen mit anderen PWM-Trägern in dem Slave zu vergleichen. Die vorliegende Ausführungsform kann aufwendige Arbeit wie beispielsweise ein Neuverdrahten für einen solchen Signalvergleich weglassen, wenn das System vergrößert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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