DE10239047A1

DE10239047A1 - Verfahren zur Steuerung von wenigstens zwei, einen gemeinsamen Zwischenkreis umfassenden Wechselrichter und Umrichteranordnung

Info

Publication number: DE10239047A1
Application number: DE10239047A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Brunotte; Bernd Dr. Köhler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2004-03-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von wenigstens zwei, einen gemeinsamen Zwischenkreis umfassenden Wechselrichtern (12), wobei ein Austausch von Steuerungs- und/oder Informationssignalen zwischen den Wechselrichtern (12) über eine Zwischenkreisverschienung (14) der Wechselrichter (12) erfolgt. Ferner betrifft die Erfindung eine Umrichteranordnung (10) mit wenigstens zwei, einen gemeinsamen Zwischenkreis umfassenden Wechselrichtern (12), mit einer Zwischenkreisverschiebung (14) und den Wechselrichtern (12) zugeordneten Regelungsbaugruppen (18), wobei die Regelungsbaugruppen (18) über Kommunikationsverbindungen (22) mit der Zwischenkreisverschienung (14) zur Einkopplung beziehungsweise Auskoppelung von Steuerungs- und/oder Informationssignalen gekoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von wenigstens zwei, einen gemeinsamen Zwischenkreis umfassenden Wechselrichtern sowie eine Umrichteranordnung.
Der Einsatz von Umrichtern zur Energieübertragung zwischen verschiedenen Wechselspannungsnetzen ist bekannt. Insbesondere in der Antriebstechnik werden Umrichter zur Änderung der Frequenz einer einspeisenden Spannung in die Frequenz einer verbraucherseitigen Spannung eingesetzt. Beispielsweise bei mehrmotorigen Antriebssystemen ist bekannt, die Zwischenkreise mehrerer Umrichter zu koppeln und eine gemeinsame Netzeinspeisung in die gekoppelten Zwischenkreise vorzusehen. Der Zwischenkreis dient hierbei zum Energieaustausch zwischen dem Einspeisenetz und den Motoren sowie zwischen den Motoren untereinander, beispielsweise bei der Nutzung der Bremsenergie wenigstens eines der Motoren.
Die Steuerung der Wechselrichter, die einen gemeinsamen Zwischenkreis nutzen, muss aufeinander abgestimmt sein. Beispielsweise darf eine Impulsfreigabe eines Wechselrichters (lastseitiger Stromrichter) erst erfolgen, wenn die Vorladung des Zwischenkreises abgeschlossen ist. Ferner darf die Unterstützung des Zwischenkreises durch generatorisches Abbremsen wenigstens eines der angetriebenen Motoren erst erfolgen, wenn die Regelung der Netzeinspeisung nicht aktiv ist. Bekannt ist, diese Ablaufsteuerung, das heißt der Austausch von Steuerungs- und/oder Informationssignalen zwischen den Umrichtern, über parallel zur Zwischenkreisverschienung vorgesehene Systeme zu realisieren. Hier ist beispielsweise die Anordnung jeweils einer Feldbusverbindung zwischen den einzelnen Wechselrichtern und einer Feldbusverbindung zwischen den Wechselrichtern und einer übergeordneten Steuerungseinheit vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Umrichteranordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mittels denen in einfacher Weise eine Steuerung von einen gemeinsamen Zwischenkreis nutzenden Wechselrichtern möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass ein Austausch von Steuerungs- und/oder Informationssignalen zwischen den Wechselrichtern über eine Zwischenkreisverschienung erfolgt, ist vorteilhaft möglich, auf die Anordnung zusätzlicher, parallel zur Zwischenkreisverschienung vorzusehender Verbindungen zu verzichten. Der Austausch der Steuerungs- und/oder Informationssignale erfolgt somit über den ohnehin eine physikalische Verbindung zwischen den Wechselrichtern herstellenden Zwischenkreis. Dieser übernimmt somit zusätzlich zum Energieaustausch auch den Informationsaustausch.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerungs- und/oder Informationssignale auf hochfrequente Trägersignale aufmoduliert werden, die in die Zwischenkreisverschienung eingekoppelt beziehungsweise aus der Zwischenkreisverschienung ausgekoppelt werden. Hierbei ist beispielsweise eine elektromagnetische Ein- beziehungsweise Auskopplung möglich. Somit lassen sich beliebige Steuerungs- und/oder Informationssignale übertragen, die beispielsweise Systemzustände, Fehlermeldungen, Soll-/Istwerte zur Leistungsvorsteuerung oder dergleichen in einfacher Weise übertragen.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerungs- und/oder Informationssignale binär verschlüsselt werden und vorzugsweise mittels eines bi direktionalen seriellen Protokolls übertragen werden. Hierdurch wird in einfacher Weise ein komplexer Informationsaustausch zwischen den beteiligten Wechselrichtern und gegebenenfalls einer den Wechselrichtern übergeordneten zentralen Steuerung möglich.

Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Steuerungs- und/oder Informationssignale von den Wechselrichtern aus einem Pegel und/oder einem zeitlichen Verlauf der Zwischenkreisspannung ausgelesen werden.

Insbesondere ist weiter bevorzugt, wenn die Steuerungsund/oder Informationssignale binär aus dem momentanen Pegel der Zwischenkreisspannung ausgelesen werden. Hierdurch wird in einfacher Weise eine pegelgesteuerte Regelung möglich. Die Zwischenkreisspannung wird hierbei von den Wechselrichtern, insbesondere von den Wechselrichtern zugeordneten Steuergeräten, anhand der Höhe der Zwischenkreisspannung und/oder dem zeitlichen Verlauf, beispielsweise der Vorladung, abgetastet, um hieraus verschiedene Systemzustände zu erkennen. Eine spezielle Ausführungsform hierbei ist, die Zwischenkreisspannung daraufhin abzutasten, ob überhaupt eine Zwischenkreisspannung vorhanden ist oder eben nicht, oder die Zwischenkreisspannung momentan einen bestimmten Pegel, das heißt Wert, besitzt. Alles in allem lassen sich so in einfacher Weise Informationen gewinnen, die darauf zielen, ob beispielsweise eine Netzunterspannung vorliegt, das heißt kein Betrieb möglich ist, eine Vorladung läuft beziehungsweise abgeschlossen ist, eine Regelung der Netzeinspeisung aktiv ist, insbesondere ob ein Sollwert der Netzeinspeisung erreicht ist, das heißt ein Betrieb ist möglich. Ferner kann über Detektion einer zu hohen Netzspannung eine eventuelle Gefährdung der Motorisolation oder anhand einer Netzüberspannung oder eines Netzausfalls erkannt werden, dass kein Betrieb möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe ferner durch eine Umrichteranordnung mit den im Anspruch 7 genannten Merkmalen gelöst.

Dadurch, dass eine Kommunikationsverbindung zwischen Steuergeräten der Wechselrichter direkt über eine Zwischenkreisverschienung besteht, kann in einfacher Weise der Austausch von Steuerungs- und/oder Informationssignalen erfolgen, ohne dass auf die zusätzliche physikalische Anordnung von weiteren Kommunikationsverbindungen zwischen den beteiligten Wechselrichtern zurückgegriffen werden muss.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch eine Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Umrichteranordnung und
2 eine Schaltungsanordnung einer Umrichteranordnung gemäß dem Stand der Technik.
1 zeigt schematisch eine Umrichteranordnung 10, die vier Wechselrichter 12 umfasst. Die Wechselrichter 12 sind über eine Zwischenkreisverschienung 14 miteinander verbunden. Die Zwischenkreiskondensatoren 16 der Wechselrichter 12 werden durch die Zwischenkreisverschienung 14 parallel geschaltet.
Gesteuert werden die Wechselrichter 12 von jeweils einer eigenen Regelungsbaugruppe 18, die über Feldbusverbindungen 20 mit einem übergeordneten Steuergerät 23 verbunden sind. Die Regelungsbaugruppen 18 sind über hier angedeutete Kommunikationsverbindungen 22 ferner mit der Zwischenkreisverschienung 14 gekoppelt. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Kopplung jeweils über eine angedeutete Induktionsschleife 24, über die eine elektromagnetische Ein- beziehungsweise Auskopplung von Steuerungs- und/oder Informationssignalen in die Zwischenkreisverschienung 14 beziehungsweise aus der Zwischenkreisverschienung 14 erfolgen kann. Die Übertragung der Signale erfolgt beispielsweise mittels eines bidirektionalen seriellen Protokolls. Es wird deutlich, dass die Regelungsbaugruppen 18 und somit die Wechselrichter 12 alle benötigten Steuerungs- und/oder Informationssignale direkt über die Zwischenkreisverschienung 14 austauschen.
Die Feldbusverbindung 20 zu dem übergeordneten Steuergerät 23 ist optional vorgesehen und dient beispielsweise der gesamten Ablaufsteuerung der Umrichteranordnung 10, beispielsweise der Steuerung des netzseitigen Stromrichters der Umrichteranordnung 10.
2 zeigt zum Vergleich eine Umrichteranordnung 10 gemäß Stand der Technik. Gleiche Teile wie in 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert.
Hier ist eine Kommunikationsverbindung 26 zwischen den Regelungsbaugruppen 18 der Wechselrichter 12 über jeweils eine Quer-Feldbusverbindung 28 realisiert. Die Kommunikation erfolgt hiermit auf getrennten physikalischen Wegen zu der Energieübertragung mittels der Zwischenkreisverschienung 14.
Anhand dieser vergleichenden Betrachtung zwischen den 1 und 2 wird deutlich, dass gemäß der Erfindung nunmehr die Kommunikation zwischen den Regelungsbaugruppen 18 über die sowieso vorhandene Zwischenkreisverschienung 14 erfolgt. Zusätzliche Querverbindungen sind nicht erforderlich.

Claims

Verfahren zur Steuerung von wenigstens zwei, einen gemeinsamen Zwischenkreis umfassenden Wechselrichtern (12), wobei ein Austausch von Steuerungs- und/oder Informationssignalen zwischen den Wechselrichtern (12) über eine Zwischenkreisverschienung (14) der Wechselrichter (12) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Informationssignale auf hochfrequentierte Trägersignale aufmoduliert werden, die in die Zwischenkreisverschienung (14) eingekoppelt beziehungsweise aus der Zwischenkreisverschienung (14) ausgekoppelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/ oder Informationssignale binär verschlüsselt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/ oder Informationssignale mittels eines bidirektionalen seriellen Protokolls übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Informationssignale von den Wechselrichtern (12) aus dem Pegel und/oder dem zeitlichen Verlauf der Zwischenkreisspannung ausgelesen werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Informationssignale binär aus dem momentanen Pegel der Zwischenkreisspannung ausgelesen werden.
Umrichteranordnung (10) mit wenigstens zwei, einen gemeinsamen Zwischenkreis umfassenden Wechselrichtern (12), mit einer Zwischenkreisverschienung (14) und den Wechselrichtern (12) zugeordneten Regelungsbaugruppen (18), wobei die Regelungsbaugruppen (18) über Kommunikationsverbindungen (22) mit der Zwischenkreisverschienung (14) zur Einkopplung beziehungsweise Auskopplung von Steuerungs- und/oder Informationssignalen gekoppelt sind.