DE102017105472A1 - Verfahren zur Regelung einer Frequenz einer Ausgangsspannung einer Leistungsversorgungseinrichtung sowie Vorrichtung hierfür - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Frequenz (f) einer Ausgangsspannung (U) einer Leistungsversorgungseinrichtung (1). Die Leistungsversorgungseinrichtung (1) weist mindestens zwei Umrichter (2a, 2b) auf, die auf einen gemeinsamen AC-Bus (20) jeweils elektrische Leistung (Pa, Pb, Qa, Qb) einspeisen. Das Verfahren erlaubt eine Änderung einer aktuellen Frequenz (fakt) der Ausgangsspannung (U) der mindestens zwei Umrichter (2a, 2b) auf einen davon abweichenden Frequenzsollwert (fsoll) mit den Schritten:
• Empfang des Frequenzsollwertes (fsoll) jeweils durch individuelle Kommunikationseinrichtungen (3a, 3b) der mindestens zwei Umrichter (2a, 2b),
• Ermittlung jeweils eines Startzeitpunktes (tstart) zu dem mit der Änderung der aktuellen Frequenz (fakt) der Ausgangsspannung (U) jeweils durch die mindestens zwei Umrichter (2a, 2b) begonnen werden soll,
• Änderung der Frequenz (f) der Ausgangsspannung (U) der Leistungsversorgungseinrichtung (1) von der aktuellen Frequenz (fakt) auf den Frequenzsollwert (fsoll) zu den ermittelten Startzeitpunkten (tstart) mit einer einem Vorgabewert (Δ ḟRamp) entsprechenden Änderungsrate der Frequenz jeweils durch die mindestens zwei Umrichter (2a, 2b).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Frequenz einer Ausgangsspannung einer Leistungsversorgungseinrichtung sowie eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.
  • Bei der Versorgung von Lasten finden häufig Umrichter Verwendung, die elektrische Leistung aus z.B. einem Versorgungsnetz beziehen und Lasten mit einer sowohl in der Höhe als auch der Frequenz angepassten Ausgangsspannung versorgen. In der Regel variiert der Leistungsbedarf der Lasten mit der Zeit. Daneben kann es bei bestimmten Lasten vorteilhaft sein, je nach deren Leistungsbedarf die Frequenz der an ihnen anliegenden Spannung zu ändern. Damit wird es möglich diese Lasten in einem Betriebsmodus zu betreiben, in dem sie effizient arbeiten. Ein Beispiel für solche Lasten stellen beispielsweise Kompressoren von Klimaanlagen dar. Insbesondere bei der Klimatisierung von Zügen finden man in der Regel eine Vielzahl von einzelnen Kompressoren Verwendung, die über einen gemeinsamen Leistungsbus mit elektrischer Leistung versorgt werden.
  • Im Stand der Technik findet man Systeme, bei denen ein Leistungsbus (DC oder AC) über einen einzelnen großen Umrichter mit Leistung z.B. aus der Oberleitung einer Bahntrasse versorgt wird. Auf diese Weise kann man alle daran angeschlossenen Kompressoren mit nur einem Umrichter mit Leistung versorgen und auch auf einfache Weise dessen Ausgangsspannung als auch die Frequenz dieser Spannung an die Erfordernisse der Kompressoren anpassen. Ein Nachteil eines solchen Systems besteht nun auf Grund der fehlenden Redundanz der Leistungsversorgungseinheit darin, dass im Falle eines Ausfalls des Umrichters keine elektrische Leistung mehr in den Leistungsbus eingespeist wird und damit alle an diesen angeschlossenen Lasten (z.B. die bereits erwähnten Kompressoren der Klimaanlagen) nicht mehr mit elektrischer Leistung versorgt werden und daher auch ausfallen.
  • Aus der DE10218258A1 ist eine Energieversorgungseinrichtung zum Betreiben elektrischer Verbraucher eines Reisezugwagens bekannt. Dort sind beispielsweise zwei Klimageräte über frequenzvariable bzw. festfrequente Wechselrichter an eine wageninterne Sammelschiene angeschlossen. Dabei sind die frequenzvariablen bzw. festfrequenten Wechselrichter jeweils in die ihnen zugeordnete Klimaanlage integriert. Das heißt also, dass hier jede Last (also hier jede Klimaanlage) über einen eigenen Wechselrichter verfügt und - sofern er als frequenzvariabler Wechselrichter ausgeführt ist - die Frequenz der Ausgangsspannung dieser Wechselrichter unabhängig voneinander eingestellt werden kann. Bei einem Ausfall eines Wechselrichters fällt damit auch die von ihm versorgte Last aus, d.h. auch hier besteht keine Redundanz bei der Versorgung einzelner Lasten.
  • In anderen Konzepten wird ein zentraler Leistungsbus mittels mehrerer z.B. zweier Umrichter mit elektrischer Leistung versorgt. Bei solchen Systemen speisen die Umrichter mit einer konstanten Frequenz auf den Leistungsbus ein. Wenn nun die Frequenz der Ausgangsspannung der Umrichter verändert werden soll, z.B. von 45Hz auf 50Hz ist es bei solchen Systemen notwendig die Umrichter zu deaktivieren und dann unter Vorgabe des neuen Frequenzwertes neu zu starten. Das heißt, dass bei solchen Systemen während der Umschaltphase von einer auf eine andere Frequenz Unterbrechungen in der Leistungsversorgung der an den Leistungsbus angeschlossenen Lasten auftreten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung einer Frequenz einer Ausgangsspannung einer Leistungsversorgungseinrichtung, die mindestens zwei Umrichter aufweist, die auf einen gemeinsamen AC-Bus jeweils elektrische Leistung einspeisen, aufzuzeigen, wobei das Verfahren eine Anpassung einer aktuellen Frequenz der Ausgangsspannung der mindestens zwei Umrichter an einen davon abweichenden Frequenzsollwert erlaubt, ohne Unterbrechung der Einspeisung elektrischer Leistung auf den gemeinsamen AC-Bus.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patenansprüche 2 bis 6 sind auf bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet. Der Patentanspruch 7 betrifft eine Leistungsversorgungseinrichtung zur Versorgung von mindestens zwei Lasten, die zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ausgebildet ist.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung einer Frequenz einer Ausgangsspannung einer Leistungsversorgungseinrichtung, weist die Leistungsversorgungseinrichtung mindestens zwei Umrichter, die auf einen gemeinsamen AC-Bus jeweils elektrische Leistung einspeisen, auf. Der AC-Bus kann dabei ein- oder mehrphasig ausgeführt sein. Bei der eingespeisten Leistung kann es sich um Wirk- und/oder Blindleistung handeln. Das Verfahren erlaubt eine Änderung einer aktuellen Frequenz der Ausgangsspannung der mindestens zwei Umrichter auf einen davon abweichenden Frequenzsollwert. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
    • - Empfang des Frequenzsollwertes jeweils durch individuelle Kommunikationseinrichtungen der mindestens zwei Umrichter,
    • - Ermittlung jeweils eines Startzeitpunktes zu dem mit einer Änderung der aktuellen Frequenz der Ausgangsspannung jeweils durch die mindestens zwei Umrichter begonnen werden soll,
  • Änderung der Frequenz der Ausgangsspannung der Leistungsversorgungseinrichtung von der aktuellen Frequenz auf den Frequenzsollwert zu den ermittelten Startzeitpunkten mit einer einem Vorgabewert entsprechenden Änderungsrate der Frequenz jeweils durch die mindestens zwei Umrichter.
  • Der Vorgabewert der Änderungsrate kann ein zeitlich konstanter Wert sein oder die Änderungsrate kann in Form einer Änderungsfunktion, die beispielsweise als Funktion der Zeit variiert, vorgegeben sein. Dabei müssen die Zeitpunkte zu denen die mindestens zwei Umrichter jeweils mit der Frequenzänderung beginnen, nicht exakt identisch sein. Abweichungen bis zu einer halben Periodendauer der aktuellen Frequenz sind akzeptabel.
  • Hierzu kann in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform vorgesehen sein, dass eine übergeordnete Steuereinheit den Frequenzsollwert über eine Kommunikationsverbindung an die Kommunikationseinrichtungen der mindestens zwei Umrichter sendet. Insbesondere kann in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Kommunikationsverbindung echtzeitfähig ist. Kommunikationsverbindungen im Sinne der Erfindung könnten kabellos, z.B. per Funk oder auch kabelgebunden z.B. in Form eines MVB-Buses ausgeführt sein.
  • Durch die Ermittlung jeweils eines Startzeitpunktes zu dem mit der Änderung der aktuellen Frequenz der Ausgangsspannung jeweils durch die mindestens zwei Umrichter begonnen werden soll, werden z.B. Laufzeitunterschiede von Kommunikationssignalen, die den Frequenzsollwert enthalten und unterschiedliche Verarbeitungszeiten dieser Signale ausgeglichen, so dass die mindestens zwei Umrichter nahezu zeitgleich mit der Frequenzänderung beginnen. Dadurch kann eine Änderung in der Leistungsaufteilung zwischen den mindestens zwei Umrichter, die jeweils in den gemeinsamen AC-Bus Leistung einspeisen, begrenzt und damit eine Überlastung eines einzelnen Umrichters vermieden werden. In einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren liegen daher die Startzeitpunkte, zu denen die Frequenz der Ausgangsspannung jeweils durch die mindestens zwei Umrichter geändert wird, in einem Zeitfenster kleiner als eine halbe Periodendauer der aktuellen Frequenz.
  • Dabei ist in einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass eine Regelung der mindestens zwei Umrichter jeweils durch eine individuelle Regeleinrichtung erfolgt. Zur Regelung können bekannte Verfahren, wie etwa Droop-Mode-Verfahren zum Einsatz kommen.
  • In weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens speisen die mindestens zwei Umrichter auch während der Änderung der Frequenz der Ausgangsspannungen weiter gemeinsam elektrische Leistung in den gemeinsamen AC-Bus ein. Damit kann die Versorgung von an den AC-Bus angeschlossenen Lasten auch während des Frequenzwechsels aufrechterhalten werden und muss nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt hierfür unterbrochen werden. Darüber hinaus ist das bereits weiter vorn beispielhaft genannte Droop-Mode-Verfahren zur Regelung der Leistung der mindestens zwei Umrichter bei geeigneter Wahl des Vorgabewertes der Änderungsrate der Frequenz auch während des Vorgangs des Frequenzwechsels in der Lage Laständerungen auf dem AC-Bus auszuregeln. Auf diese Weise kann eine lückenlose und angepasste Versorgung der an den AC-Bus angeschlossenen Lasten sichergestellt werden.
  • Eine erfindungsgemäße Leistungsversorgungseinrichtung für einen oder mehrere Lasten weist mindestens zwei Umrichter auf, die zur Abgabe von elektrischer Leistung jeweils ausgangsseitig mit einem gemeinsamen AC-Bus verbunden sind. Bei der elektrischen Leistung kann es sich um Wirk- und/oder Blindleistung handeln. Die Leistungsversorgungseinrichtung ist dazu eingerichtet die mindestens eine oder mehreren Lasten, die an einem gemeinsamen Ort oder an räumlich verschiedenen Orten angeordnet und mit dem AC-Bus verbunden sind, über diesen mit elektrischer Leistung zu versorgen, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildet ist.
  • Eine erfindungsgemäße Leistungsversorgungseinrichtung für einen Zug weist mindestens zwei Umrichter auf, die zur Abgabe von elektrischer Leistung jeweils ausgangsseitig mit einem gemeinsamen AC-Bus verbunden sind. Die Leistungsversorgungseinrichtung ist dazu eingerichtet mindestens zwei Lasten, die in verschiedenen Bereichen des Zuges angeordnet und mit dem AC-Bus verbunden sind, über diesen mit elektrischer Leistung zu versorgen, wobei die Vorrichtung zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
  • Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von „einem Element“ die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Dies gilt auch dann wenn in demselben Zusammenhang neben dem „einen Element“ auch von „mindestens einem anderen Element“ die Rede ist. Die genannten Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
  • Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren dargestellt, von denen
    • 1 Schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Leistungsversorgungseinrichtung
    • 2 Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Leistungsversorgungseinrichtung innerhalb eines Zuges
    • 3 Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens
  • 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Leistungsversorgungseinrichtung 1. In diesem Beispiel verfügt die Leistungsversorgungseinrichtung 1 über zwei Umrichter 2a, 2b, deren rechtsseitige Ausgänge 6a, 6b elektrisch leitend mit einem gemeinsamen AC-Bus 20 verbunden sind. Die Umrichter 2a, 2b verfügen jeweils über einen linksseitigen Eingang 5a, 5b über den sie mit einer hier nicht gezeigten Leistungsquelle, z.B. einer Oberleitung 31 einer Bahntrasse verbunden sind, aus der sie eine elektrische Leistung beziehen können. Dabei können beide Umrichter 2a, 2b mit einer gemeinsamen Leistungsquelle aber auch mit unterschiedlichen Leistungsquellen verbunden sein. Bei der Leistungsquelle oder den Leistungsquellen kann es sich sowohl um solche handeln, die eine Wechselspannung U mit einer der Frequenz fE als auch um solche die eine Gleichspannung liefern. Dementsprechend können die Umrichter 2a,2b, wie in der 1 gezeigt als Frequenzumrichter oder aber als Wechselrichter ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wandeln die Umrichter 2a,2b die Eingangsspannung UE mit der Frequenz fE in eine Ausgangsspannung U mit einer Frequenz fakt um und speisen diese in den gemeinsamen AC-Bus 20 ein. Über diesen AC-Bus 20 werden in diesem Beispiel drei Lasten 21 mit elektrischer Leistung P,Q versorgt. Auch hier sei noch einmal erwähnt, dass es sich bei der elektrischen Leistung P,Q je nach Bedarf sowohl um reine Wirkleistung P aber auch um Wirk- und Blindleistung P,Q handeln kann. Die Umrichter 2a,2b verfügen jeweils über eine Kommunikationseinrichtung 3a, 3b und eine Regeleinrichtung 4a, 4b. Über die Kommunikationsverbindung 10 können Signale zwischen der übergeordneten Steuereinheit 11 und den Kommunikationseinrichtungen 3a, 3b der Umrichter 2a,2b und den Lasten 21 ausgetauscht werden. Die übergeordnete Steuereinheit 11 kann auf diese Weise z.B. die Notwendigkeit einer Frequenzanpassung der Spannung U auf dem AC-Bus 20 erkennen. Ist dies der Fall, sendet sie ein Signal über die Kommunikationsverbindung an die Kommunikationseinrichtungen 3a, 3b der Umrichter 2a, 2b mit der Aufforderung einen bestimmten Frequenzsollwert fsoll einzustellen.
  • 2 zeigt schematisch die räumliche Anordnung der Leistungsversorgungseinrichtung 1 und der zu versorgenden Lasten 21. Dabei können die einzelnen Umrichter 2a, 2b wie hier gezeigt auf zwei Wagons 34 eines Zuges 30 verteilt sein, sie können sich aber auch in einem Wagon 34 befinden und/oder es könnten mehr als zwei Umrichter 2a, 2b Verwendung finden, die wiederum auf beliebige Wagons 34 verteilt sein können. Die Eingänge 5a, 5b der Umrichter 2a, 2b sind hier jeweils über Stromabnehmer 31, 32 mit einer Oberleitung 31 verbunden, der sie elektrische Leistung entnehmen. Dabei wandeln die Umrichter 2a, 2b die Eingangsspannung UE mit der Frequenz fE in eine Ausgangsspannung U mit einer Frequenz fakt um und speisen diese in den gemeinsamen AC-Bus 20 ein. In dem gezeigten Beispiel verfügt jeder Wagon 34 über Lasten 21, in diesem Fall beispielsweise Klimaanlagen. Diese Lasten 21 werden über den AC-Bus 20 von den Umrichtern 2a, 2b mit elektrischer Leistung versorgt.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren einer Leistungsversorgungseinrichtung 1 ist nun vorgesehen die Frequenz f der Ausgangsspannung U der von Umrichtern 2a, 2b in einen gemeinsamen AC-Bus 20 eingespeisten elektrischen Leistung in Abhängigkeit eines Frequenzsollwerts fsoll derart zu ändern, dass eine Versorgung von an diesen AC-Bus 20 angebundenen Lasten 21 auch während eines Frequenzwechsels sichergestellt ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Verfahrens wird im Folgenden im Zusammenhang mit dem in 3 wiedergegebenen Flussdiagramm näher erläutert. Das dargestellte Verfahren kann beispielsweise von der in 1 dargestellten Leistungsversorgungseinrichtung 1 ausgeführt werden, die wiederum, wie in 2 gezeigt, in einem Zug 30 angeordnet sein, und dort Lasten 21, die in verschiedenen Bereichen des Zuges 30, z.B. in verschiedenen Wagons 34 angeordnet sind, mit elektrischer Leistung versorgen kann.
  • In einem ersten Schritt S1 empfangen die Kommunikationseinrichtungen 3a, 3b der Umrichter 2a, 2b jeweils einen Frequenzsollwert fsoll für ihre Ausgangspannung U. Dieser kann z.B. von einer übergeordneten Steuereinrichtung 11 ermittelt und über eine Kommunikationsverbindung 10 gesendet werden. Eine Frequenzänderung kann dann sinnvoll sein, wenn die Effizienz des Betriebs der Lasten 21 in verschiedenen Leistungsbereichen bei unterschiedlichen Frequenzen f verschieden ist. Dabei kann der Frequenzsollwert fsoll z.B. durch die übergeordnete Steuereinrichtung 11 ermittelt werden, z.B. auf Basis von dort hinterlegten Leistungsverläufen der zu versorgenden Lasten 21 oder auf Grund von Steuersignalen von den Lasten 21.
  • In einem zweiten Schritt S2 ermitteln die Umrichter 2a, 2b jeweils einen Startzeitpunkt tstart zu dem mit der Änderung der aktuellen Frequenz fakt der Ausgangsspannung U begonnen werden soll. Hierdurch können z.B. Laufzeitunterschiede von Kommunikationssignalen zu den verschiedenen Umrichtern 2a, 2b ausgeglichen werden und sichergestellt werden, dass die Umrichter nahezu zeitgleich mit der Frequenzänderung beginnen. Die Startzeitpunkte zu denen die Umrichter mit der Frequenzänderung jeweils beginnen, sollten dabei bevorzugt in einem Zeitfenster kleiner als eine halbe Periodendauer der aktuellen Frequenz fakt liegen. Auf diese Weise können Änderungen in der Leistungsaufteilung zwischen den auf den gemeinsamen AC-Bus 20 einspeisenden Umrichtern 2a, 2b vermieden werden, die zu Instabilitäten bei der Versorgung der Lasten 21 führen könnten.
  • Mit dem dritten Schritt S3 erfolgt dann zu den zuvor ermittelten Startzeitpunkten tstart eine Änderung der Frequenz f der Ausgangsspannung U der Leistungsversorgungseinrichtung 1 von der aktuellen Frequenz fakt auf den Frequenzsollwert fsoll mit einer einem Vorgabewert Δ ḟRamp entsprechenden Änderungsrate der Frequenz jeweils durch die zwei Umrichter 2a, 2b.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leistungsversorgungseinrichtung
    2, 2a, 2b
    Umrichter
    3, 3a, 3b
    Kommunikationseinrichtung
    4, 4a, 4b
    Regeleinrichtung
    5a, 5b
    Eingang Umrichter
    6a, 6b
    Ausgang Umrichter
    10
    Kommunikationsverbindung
    11
    übergeordnete Steuereinheit
    20
    AC-Bus
    21
    Last
    30
    Zug
    31
    Oberleitung
    32, 33
    Stromabnehmer
    34
    Wagon
    f
    Frequenz
    fakt
    aktuelle Frequenz (Ausgang Umrichter)
    fsoll
    Frequenzsollwert (Ausgang Umrichter)
    Δ ḟRamp
    Vorgabewert Änderungsrate der Frequenz
    fE
    Frequenz (Spannung Eingang Umrichter)
    tstart
    Startzeitpunkt
    U
    Spannung (Ausgang Umrichter)
    P, Pa, Pb
    (elektrische Wirk-) Leistung
    Q, Qa, Qb
    (elektrische Blind-) Leistung
    UE
    Spannung (Eingang Umrichter)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10218258 A1 [0004]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Regelung einer Frequenz (f) einer Ausgangsspannung (U) einer Leistungsversorgungseinrichtung (1), wobei die Leistungsversorgungseinrichtung (1) mindestens zwei Umrichter (2a, 2b), die auf einen gemeinsamen ein- oder mehrphasigen AC-Bus (20) jeweils elektrische Leistung (Pa, Pb, Qa, Qb) einspeisen, aufweist wobei das Verfahren eine Änderung einer aktuellen Frequenz (fakt) der Ausgangsspannung (U) der mindestens zwei Umrichter (2a, 2b) auf einen davon abweichenden Frequenzsollwert (fsoll) erlaubt, mit den Schritten: • Empfang des Frequenzsollwertes (fsoll) jeweils durch individuelle Kommunikationseinrichtungen (3a, 3b) der mindestens zwei Umrichter (2a, 2b), • Ermittlung jeweils eines Startzeitpunktes (tstart) zu dem mit der Änderung der aktuellen Frequenz (fakt) der Ausgangsspannung (U) jeweils durch die mindestens zwei Umrichter (2a, 2b) begonnen werden soll, • Änderung der Frequenz (f) der Ausgangsspannung (U) der Leistungsversorgungseinrichtung (1) von der aktuellen Frequenz (fakt) auf den Frequenzsollwert (fsoll) zu den ermittelten Startzeitpunkten (tstart) mit einer einem Vorgabewert (Δ ḟRamp) entsprechenden Änderungsrate der Frequenz jeweils durch die mindestens zwei Umrichter (2a, 2b).
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine übergeordnete Steuereinheit (11) den Frequenzsollwert (fsoll) über eine Kommunikationsverbindung (10) an die Kommunikationseinrichtungen (3a, 3b) der mindestens zwei Umrichter (2a, 2b) sendet.
  3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsverbindung (10) echtzeitfähig ist.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Startzeitpunkte (tstart), zu denen die Frequenz (fakt) der Ausgangsspannung (U) jeweils durch die mindestens zwei Umrichter(2a, 2b) geändert wird, in einem Zeitfenster kleiner als eine halbe Periodendauer der aktuellen Frequenz (fakt) liegen.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung der mindestens zwei Umrichter (2a, 2b) jeweils durch eine individuelle Regeleinrichtung (4a, 4b) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Umrichter (2a, 2b) auch während der Änderung der Frequenz (fakt) der Ausgangsspannungen (U) weiter gemeinsam elektrische Leistung (Pa, Pb, Qa, Qb) in den gemeinsamen AC-Bus (20) einspeisen.
  7. Leistungsversorgungseinrichtung (1) für einen oder mehrere Lasten (21) mindestens zwei Umrichter (2a, 2b) aufweisend, die zur Abgabe von elektrischer Leistung (Pa, Pb, Qa, Qb) jeweils ausgangsseitig mit einem gemeinsamen AC-Bus (20) verbunden sind, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung (1) dazu eingerichtet ist die mindestens eine oder mehreren Lasten (21), die an einem gemeinsamen Ort oder an räumlich verschiedenen Orten angeordnet und mit dem AC-Bus (20) verbunden sind, über diesen mit elektrischer Leistung (P,Q) zu versorgen, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsversorgungseinrichtung (1) zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildet ist.
  8. Leistungsversorgungseinrichtung (1) nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsversorgungseinrichtung (1) und die durch sie versorgte/n eine oder mehrere Lasten (21) in einem Zug (30) angeordnet sind.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10218258A1 (de) 2002-04-24 2003-11-13 Dwa Deutsche Waggonbau Gmbh Energieversorgungseinrichtung für Reisezugwagen und/oder Triebwagen
EP2927044A1 (de) * 2014-03-31 2015-10-07 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben paralleler Hilfsbetriebeumrichter in einem Schienenfahrzeug
US20160036368A1 (en) * 2014-07-29 2016-02-04 Innovus Power, Inc. System and method of controlling parallel inverter power supply system

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101719720B (zh) * 2009-12-18 2012-05-30 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 一种船用变频器的电力电子模块
CN102315768A (zh) * 2011-04-08 2012-01-11 安伏（苏州）电子有限公司 高压宽输出直流变换装置
BRPI1101525A2 (pt) * 2011-04-20 2014-02-11 Termopernambuco S A Conversor cc-ca monofásico com ação de tensão série
US20140091720A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 Power Systems Technologies, Ltd. Controller for Use with a Power Converter and Method of Operating the Same
US20140265560A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Levant Power Corporation System and method for using voltage bus levels to signal system conditions
US20140265945A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Infineon Technologies Austria Ag Electric Drive System
EP2930815B1 (de) * 2014-04-10 2018-11-14 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Stromverteilungssysteme
CN104617605A (zh) * 2015-02-12 2015-05-13 珠海格力电器股份有限公司 微网控制系统和方法
EP3086432B1 (de) * 2015-04-23 2018-07-18 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Stromverteilungssysteme
EP3116089B1 (de) * 2015-07-07 2020-02-26 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Windturbinenbetrieb basierend auf der frequenz eines von einem umrichter für die windturbine bereitgestellten wechselstromausgangsspannungssignals
CN106026208B (zh) * 2016-07-19 2019-03-19 许继集团有限公司 一种交直流混合微电网接口变换器的控制方法及系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10218258A1 (de) 2002-04-24 2003-11-13 Dwa Deutsche Waggonbau Gmbh Energieversorgungseinrichtung für Reisezugwagen und/oder Triebwagen
EP2927044A1 (de) * 2014-03-31 2015-10-07 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben paralleler Hilfsbetriebeumrichter in einem Schienenfahrzeug
US20160036368A1 (en) * 2014-07-29 2016-02-04 Innovus Power, Inc. System and method of controlling parallel inverter power supply system

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