DE1663048B1

DE1663048B1 - Control arrangement to achieve an even load on static inverters

Info

Publication number: DE1663048B1
Application number: DE19651663048
Authority: DE
Inventors: Karl Jaeger; Balkow Max Joachim
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1965-04-24
Filing date: 1965-04-24
Publication date: 1969-12-04
Also published as: BE679870A; NL6605252A; GB1138357A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelanord- Durch die Erfindung ist es möglich, sowohl zweiThe invention relates to a Regelanord- By the invention it is possible to have both two

nung zur Erzielung einer gleichmäßigen Belastung als auch mehrere Wechselrichter parallel zu betrei-to achieve an even load and to operate several inverters in parallel.

von selbstgeführten, spannungsgeregelten statischen ben, ohne daß der Betrieb durch Ausgleichströmeof self-commutated, voltage-regulated static ben, without the operation by equalizing currents

Wechselrichtern, die sowohl gleichstromseitig als gefährdet wird.Inverters that are both at risk on the DC side.

auch wechselstromseitig parallel geschaltet und ge- 5 Die Erfindung soll an Hand der Figuren näheralso connected in parallel on the alternating current side and connected in more detail with reference to the figures

meinsam synchronisiert sind, durch Erfassung der erläutert werden.are synchronized together, by capturing the will be explained.

Stromaufteilung und deren Einführung in die Rege- Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild für das paralleleCurrent distribution and its introduction into the regulation Fig. 1 shows a block diagram for the parallel

lung der Wechselrichter. Arbeiten von zwei statischen Wechselrichtern gemäßthe inverter. Working of two static inverters according to

Zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechsel- der Erfindung;For converting direct current into alternating of the invention;

strom sind verschiedene Arten von Wechselrichtern io F i g. 2 zeigt Einzelheiten der Schaltung nachelectricity are different types of inverters io F i g. 2 shows details of the circuit of FIG

bekannt. Insbesondere statische Wechselrichter unter Fig. 1;known. In particular, static inverters shown in FIG. 1;

Verwendung von Halbleiterbauelementen, wie Steuer- Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild für das paralleleUse of semiconductor components such as control Fig. 3 shows a block diagram for the parallel

bare Siliziumgleichrichter, haben besondere Bedeu- Arbeiten von mehreren statischen Wechselrichtern;Bare silicon rectifiers, have special significance- Works of several static inverters;

tung bekommen. Bekanntlich werden bei solchen F i g. 4 zeigt Einzelheiten der Schaltungsanordnungget tung. It is known that in such F i g. 4 shows details of the circuit arrangement

Wechselrichtern die steuerbaren Siliziumgleichrichter 15 nach F i g. 3.Inverters, the controllable silicon rectifier 15 according to FIG. 3.

mit Impulsen von einem Regler gesteuert, der bei- Die beiden Wechselrichter 4 a und Ab bei demcontrolled with pulses from a controller, the two inverters 4 a and Ab with the

spielsweise ein Multivibrator sein kann. Schaltbild nach F i g. 1 sind sowohl gleichstromseitigfor example a multivibrator can be. Circuit diagram according to FIG. 1 are both on the DC side

Beim Parallelbetrieb von zwei oder mehreren als auch wechselstromseitig parallel geschaltet. Die Wechselrichtern entstehen zwischen den einzelnen zugehörigen Regler sind mit 5 a und Sb bezeichnet. Wechselrichtern Ausgleichsströme, die entweder 20 Zur Erzielung einer gleichmäßigen Belastung ist gekapazitiv oder induktiv sind. Diese Ausgleichsströme maß der Erfindung der Hallgenerator 12 vorgesehen, können leicht über den Nennstrom eines Wechsel- Der Erregerkern 13 des Hallgenerators 12 trägt zwei richters ansteigen, so daß, um eine Überlastung zu gleiche Wicklungen,, die von dem Ausgangsstrom je vermeiden, die Wechselrichter abgeschaltet werden eines der beiden Wechselrichter 4 a und 4 b, und müssen. Ein zuverlässiger Betrieb der Anlage mit 25 zwar in entgegengesetztem Sinne, durchflossen wermehreren parallelgeschalteten Wechselrichtern ist den. Auf diese Weise wird der Stromeinfluß auf die daher nicht möglich. Regelung erzielt. Der Spannungseinfluß auf denWhen operating two or more in parallel, as well as being connected in parallel on the AC side. The inverters are created between the individual associated controllers are denoted by 5 a and Sb. Inverters equalizing currents, which are either capacitive or inductive to achieve a uniform load. These equalizing currents measured by the invention of the Hall generator 12 can easily exceed the nominal current of an alternating The exciter core 13 of the Hall generator 12 carries two rectifiers, so that in order to avoid overloading the same windings, the inverters are switched off become one of the two inverters 4 a and 4 b, and must. Reliable operation of the system with 25 inverters connected in parallel, although in the opposite sense, is the. In this way, the influence of the current on the is therefore not possible. Regulation achieved. The influence of tension on the

Aufgabe der Erfindung ist es, das Auftreten von Hallgenerator wird dadurch erreicht, daß die Er-Ausgleichsströmen durch eine möglichst genaue regerspannung des Hallgenerators 12 über einen Gleichlastregelung bei allen Betriebszuständen zu 30 Anpassungstransformator 14 von der Wechselstromvermeiden. Gelöst wird diese Aufgabe im Prinzip seite entnommen wird. Zwischen dem Anpassungsdurch Heranziehen der Blindleistung als Regelgröße. transformator und dem Hallgenerator ist noch eineThe object of the invention is to prevent the occurrence of Hall generators in that the Er equalizing currents by using the most accurate possible active voltage of the Hall generator 12 via a constant load control in all operating states to avoid 30 matching transformer 14 from the alternating current. This task is solved in principle page is taken. Between the adjustment by Use of reactive power as a controlled variable. transformer and the Hall generator is another one

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, Phasenschieberanordnung eingeschaltet, die in F ig. 1According to the invention, this is achieved by switching on the phase shifter arrangement which is shown in FIG. 1

daß bei Parallelschaltung zweier Wechselrichter ein durch den Kondensator 17 dargestellt ist. Fließt zwi-that when two inverters are connected in parallel, a capacitor 17 is shown. Flows between

Hallgenerator vorgesehen ist, der von der Differenz 35 sehen beiden Wechselrichtern ein Blindstrom, so istHall generator is provided, the two inverters see a reactive current from the difference 35, so is

der beiden Ausgangsströme erregt ist, daß die Aus- der in der Erregerwicklung 13 entstehende Fluß undof the two output currents is excited that the flux arising in the excitation winding 13 and

gangsspannung der Wechselrichter um 90° gegen- damit auch die Induktion um 90° gegen die Wechsel-output voltage of the inverter by 90 ° against - thus also the induction by 90 ° against the alternating

über dem Strom phasenverschoben dem Hallgene- spannung verschoben. Da die vom Hallgenerator ab-phase shifted across the current, the Hall gene voltage shifted. Since the from the Hall generator

rator als Steuerspannung zugeführt ist und daß die gegebene Hallspannung proportional dem Produktrator is supplied as a control voltage and that the given Hall voltage is proportional to the product

Hallspannung über einen richtungsabhängigen Ver- 40 aus Induktion, Steuerstrom und dem Winkel zwischenHall voltage via a direction-dependent distribution of induction, control current and the angle between

stärker die Regler der Wechselrichter steuert. Induktion und Steuerstrom ist, muß der Steuerstromthe controller of the inverter controls more. Induction and control current must be the control current

Es ist bereits bekannt, mehrere statische Wechsel- um 90° gegenüber der Spannung verschoben sein, richter sowohl gleichstromseitig als auch wechsel- damit der Mittelwert der Hallspannung optimal wird, stromseitig parallel zu schalten und gemeinsam zu Im Hallgenerator wird das Produkt von Stromeinfluß synchronisieren. Bei dieser Anordnung wird eine 45 und Spannungseinfluß erzeugt, d.h., die Hallspangleichmäßige Belastung der parallellaufenden nung entspricht der Leistung. Die Hallspannung wird Wechselrichter durch Einführung der Stromaufteilung im richtungsabhängigen Verstärker 11 so verstärkt, in den Regelkreis erreicht (Siemens-Zeitschrift, 1964, daß die Verstärker-Ausgangsspannung, die den Reg-S. 918 bis 923). lern 5a und Sb zugeführt wird, die gleiche PolaritätIt is already known that several static alternations are shifted by 90 ° with respect to the voltage, recter both on the DC side and alternately so that the mean value of the Hall voltage is optimal, to be connected in parallel on the current side and to synchronize together in the Hall generator, the product of the influence of the current. In this arrangement, a voltage influence is generated, that is, the Hall span uniform loading of the parallel running voltage corresponds to the power. The Hall voltage is amplified in the control loop by introducing the current distribution in the direction-dependent amplifier 11 (Siemens-Zeitschrift, 1964, that the amplifier output voltage, the Reg-S. 918 to 923). learn 5a and Sb is supplied, the same polarity

Weiter ist bekannt, beim Parallelbetrieb von zwei 50 hat wie die Hallspannung. Die Regler werden da-It is also known that when two 50 are operated in parallel, we have the Hall voltage. The controllers are

Synchrongeneratoren zur Erzielung einer gleichen durch so beeinflußt, daß der eine Regler die Aus-Synchronous generators to achieve the same are influenced by so that one controller controls the

Blindlastverteilung die Lastströme der beiden Gene- gangsspannung des zugehörigen WechselrichtersReactive load distribution the load currents of the two reverse voltages of the associated inverter

ratoren magnetisch miteinander zu vergleichen und höher regelt und der andere Regler die Ausgangs-comparators magnetically with each other and regulate higher and the other controller regulates the output

mit der so gewonnenen Differenzgröße die Erregung spannung des zugehörigen Wechselrichters erniedrigt,the excitation voltage of the associated inverter is reduced with the difference value obtained in this way,

der beiden Generatoren richtungsabhängig zu beein- 55 Der Gleichlauf der beiden Wechselrichter 4 a undof the two generators depending on the direction. 55 The synchronism of the two inverters 4 a and

flüssen (deutsche Auslegeschrift 1044252). Bei dieser 4 b wird dadurch erzielt, daß die Frequenzgeber derrivers (German interpretation 1044252). In this 4 b is achieved that the frequency generator of the

bekannten Schaltungsanordnung wird aber nur die Wechselrichter in den Reglern 5 α und 5 & jeweils eineknown circuit arrangement is only the inverter in the controllers 5 α and 5 & each one

Differenz der Ströme zur Nachregelung verwendet. zusätzliche Wicklung aufweisen und diese Wick-The difference between the currents is used for readjustment. have additional winding and this winding

Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung lungen über einen Zwischentransformator im Synwird zur Gleichlastregelung von statischen Wechsel- 60 chronisierungsglied 28 miteinander verbunden sind, richtern der Einfluß sowohl des Stromes als auch Dieser Zwischentransformator wird vorzugsweise der Spannung zur Beeinflussung der Regler verwendet noch mit der Netzfrequenz gespeist, so daß außer- und hierbei das Produkt von Strom und Spannung dem eine Synchronisierung der Wechselrichter mit in an sich bekannter Weise mittels Hallgeneratoren dem Wechselstromnetz möglich ist. Es werden auf erzeugt. Durch die zusätzliche Heranziehung des 65 diese Weise Schwebungen zwischen dem Wechsel-Spannungseinflusses wird erreicht, daß die Regel- richternetz und dem öffentlichen Netz vermieden. Wirkung im ganzen Bereich der Kennlinie der Der Verbraucher ist in F i g. 1 mit 15 bezeichnet.
Wechselrichter gleichmäßig ist. Fig. 2 zeigt die Schaltungsanordnung des rieh-In the circuit arrangement according to the invention, an intermediate transformer in the syn is connected to each other for uniform load control of static alternating elements 28, the influence of both the current and this intermediate transformer is preferably used to influence the regulator, nor is it fed with the mains frequency, so that in addition to this, the product of current and voltage can be synchronized with the AC network in a manner known per se by means of Hall generators. There are generated on. The additional use of fluctuations between the alternating voltage influence in this way ensures that the regulator network and the public network are avoided. Effect over the entire range of the characteristic curve of the consumer is shown in FIG. 1 denoted by 15.
Inverter is uniform. Fig. 2 shows the circuit arrangement of the rieh-

tungsabhängigen Verstärkers 11 im einzelnen und seine Zusammenschaltung mit den beiden Reglern Sa und 56 der Wechselrichter. Der richtungsabhängige Verstärkern ist ein gleichstromgespeister Gegentaktverstärker mit der Gleichstromquelle 21 und den beiden komplementären Transistoren 22 und 23. Der Transistor 23 ist z. B. von npn-Typ und der Transistor 22 vom pnp-Typ. Dem Basis-Emitter-Kreis der beiden Transistoren wird die Hallspannung des Hallgenerators 12 zugeführt.dependent amplifier 11 in detail and its interconnection with the two controllers Sa and 56 of the inverter. The directional amplifier is a direct current fed push-pull amplifier with the direct current source 21 and the two complementary transistors 22 and 23. The transistor 23 is z. B. of npn type and transistor 22 of pnp type. The Hall voltage of the Hall generator 12 is fed to the base-emitter circuit of the two transistors.

An den Ausgang des Verstärkers sind die beiden Regler 5 α und Sb angeschlossen. Diese bestehen in Fig. 2 aus den Reglerteilen44 a und 44b und der Transistorschaltung mit den Elementen 24 α, 25 α, 16a, 17a und 18« bzw. 24 b, 25 b, 16 b, YIb und 18 b. Ist nun in dem richtungsabhängigen Verstärker 11 der Punkt II positiv, so wird der Transistor 22 ausgesteuert. Ist jedoch infolge der umgekehrten Hallspannung der Punkt II negativ, so wird der Transistor 23 ausgesteuert. Der Ausgang I-II des Verstär- ao kers ist an die Basis der Transistoren 24 α und 24 & angeschlossen. Gleichzeitig liegt an der Basis der Basiswiderstand 16 a bzw. 16 b. Die nicht an die Basis angeschlossenen Enden der beiden Widerstände 16 α und 166 sind miteinander verbunden. Infolgedessen kann vom Punkt I ein Strom über den Widerstand 16 a und den Widerstand 16 b zurück zum Punkt II fließen, wenn die Spannung am Hallgenerator eine solche Richtung hat, daß sie am Punkt II negativ ist. Wenn die Hallspannung am Punkt II positiv ist, fließt der Strom über die beiden Widerstände 16« und 16 b in umgekehrter Richtung. Auf diese Weise wird im Basiskreis des Transistors 24 a eine Spannung addiert bzw. subtrahiert, und das entsprechende geschieht auch im Basiskreis des Transistors 24 b. Die Regler sind über die Transformatoren 18a bzw. 18 b mit der Sammelschiene beider Wechselrichter verbunden.The two controllers 5 α and Sb are connected to the output of the amplifier. These consist in Fig. 2 from the Reglerteilen44 a and 44b and the transistor circuit with the elements 24 α, 25 α, 16a, 17a and 18 'or 24 b, 25 b, 16 b, 18 b and yib. If the point II in the direction-dependent amplifier 11 is positive, the transistor 22 is controlled. However, if point II is negative as a result of the reversed Hall voltage, transistor 23 is activated. The output I-II of the amplifier is connected to the base of the transistors 24 α and 24 &. At the same time, the base resistor 16 a or 16 b is located at the base. The ends of the two resistors 16 and 166 which are not connected to the base are connected to one another. As a result, a current can flow from point I through resistor 16 a and resistor 16 b back to point II if the voltage at the Hall generator has such a direction that it is negative at point II. If the Hall voltage at point II is positive, the current flows through the two resistors 16 ″ and 16 b in the opposite direction. In this way, a voltage is added or subtracted in the base circuit of the transistor 24 a, and the same happens in the base circuit of the transistor 24 b. The controllers are b via the transformers 18a and 18 to the bus bar of both inverters connected.

Fig. 3 zeigt eine der Fig. 1 entsprechende Blockschaltung, bei der drei Wechselrichter parallel arbeiten und gemäß der Erfindung auf gleiche Belastung geregelt sind. Es können auf diese Weise auch noch mehrere Wechselrichter parallel geschaltet werden.FIG. 3 shows a block circuit corresponding to FIG. 1, in which three inverters work in parallel and according to the invention to the same load are regulated. In this way, several inverters can also be connected in parallel will.

Die Wechselrichter 4 a, 4 b und 4 c sind sowohl gleichstromseitig als auch wechselstromseitig parallel geschaltet. Jedem Wechselrichter ist ein Hallgenerator 12a bzw. 12 b bzw. 12 c zugeordnet. Durch die Wicklung der entsprechenden Erregerkerne 13 a, 13 & und 13 c fließen die entsprechenden Ausgangsströme der Wechselrichter. An die Hallgeneratoren wird ferner, wie im Falle von Fig. 1, die Ausgangsspannung über Phasenschieber 27a, 27 & und 27 c gelegt. Die Hallspannung der Hallgeneratoren 12 a, 12 & und 12 c wird den richtungsabhängigen Verstärkern lla, 11 & und lic zugeführt, von denen die Regler Sa, Sb und 5 c der Wechselrichter beeinflußt werden.The inverters 4 a, 4 b and 4 c are connected in parallel on both the DC side and the AC side. A Hall generator 12a, 12b or 12c is assigned to each inverter. The corresponding output currents of the inverters flow through the winding of the corresponding exciter cores 13 a, 13 & and 13 c. As in the case of FIG. 1, the output voltage is applied to the Hall generators via phase shifters 27a, 27 & 27c. The Hall voltage of the Hall generators 12 a, 12 & and 12 c is fed to the direction-dependent amplifiers 11 a, 11 & and lic, from which the controllers Sa, Sb and 5 c of the inverters are influenced.

Die einzelnen Regler sind wieder, wie in Fig. 1, über das Synchronisierungsglied 28 zusammengeschaltet, so daß ein Gleichlauf aller Regler erzielt wird. Wie angedeutet, kann das Synchronisierungsglied auch noch von der Netzfrequenz beeinflußt werden, so daß ein Gleichlauf mit dem Wechselstromnetz erzielt wird.The individual controllers are again, as in Fig. 1, interconnected via the synchronization member 28, so that a synchronization of all controllers is achieved will. As indicated, the synchronization element can also be influenced by the network frequency so that a synchronization with the AC network is achieved.

In Fig. 4 sind Einzelheiten der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 dargestellt. Die Fig. 4 entspricht der F i g. 2, nur daß es sich in diesem Falle um die Zusammenschaltung von drei Wechselrichtern handelt. Der Aufbau der richtungsabhängigen Glieder lla, 116 und lic und ihre Zusammenschaltung mit den Reglern Sa, 5 b und 5 c sowie den Hallgeneratoren 12 a, 12 & und 12 c entspricht der Schaltungsanordnung von Fig. 2. Die Ausgänge der richtungsabhängigen Verstärker liegen mit den Eingängen der zugehörigen Regler in Reihe, und diese Reihenschaltungen sind bei A und B parallel geschaltet. Die Widerstände 29 α, 29 & und 29 c sind Abschlußwiderstände für die Verstärker.In Fig. 4 details of the circuit arrangement of FIG. 3 are shown. FIG. 4 corresponds to FIG. 2, only that in this case it is a question of the interconnection of three inverters. The structure of the directional elements 11a, 116 and lic and their interconnection with the controllers Sa, 5b and 5c and the Hall generators 12a, 12 & and 12c corresponds to the circuit arrangement of FIG Inputs of the associated controller in series, and these series connections are connected in parallel at A and B. The resistors 29 α, 29 & and 29 c are terminating resistors for the amplifier.

Mit der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist es möglich, statische Wechselrichter in einfacher Weise auf Gleichlast zu regeln, wobei mit Hilfe von Hallgeneratoren die Blindleistung der einzelnen Wechselrichter gemessen wird. Die abgegebene Hallspannung ist direkt proportional der Blindleistung, und das Vorzeichen der Hallspannung entspricht der Richtung der Blindleistung, so daß auf diese Weise mit Hilfe eines Gegentaktverstärkers eine Regelgröße zur Beeinflussung der Regler gewonnen wird.With the circuit arrangement according to the invention it is possible to use static inverters in a simple manner Way to regulate on equal load, with the help of Hall generators the reactive power of the individual Inverter is measured. The Hall voltage emitted is directly proportional to the reactive power, and the sign of the Hall voltage corresponds to the direction of the reactive power, so that on In this way, with the help of a push-pull amplifier, a controlled variable for influencing the controller is obtained will.

Claims

Patent claims:

1. Control arrangement to achieve a uniform load of self-commutated, voltage-regulated static inverters, which are connected in parallel on both the DC side and the AC side and are synchronized together, by detecting the current distribution and introducing it into the control of the inverter, characterized in that when two inverters are connected in parallel ( 4a, 4b) a Hall generator (12) is provided which is excited by the difference between the two output currents (13), that the output voltage of the inverter is 90 ° out of phase with the current (27) is fed to the Hall generator as a control voltage and that the Hall voltage via a direction-dependent amplifier (11) which controls the regulator (5 α, 56) of the inverter (FIGS. 1 and 2).

2. Modification of the control arrangement according to claim 1, characterized in that when two or more inverters (4a, 4 &, 4 c) are connected in parallel, each is assigned a Hall generator (12 a, 126, 12 c), each of which is dependent on the output current of the associated Inverter excited (13 α, 136, 13 c) is that the output voltage of the inverter is 90 ° out of phase with the current (27 a, 276, 27 c) is fed to the Hall generators as a control voltage and that the Hall voltage is a direction-dependent amplifier (lla , 116, lic) controls whose outputs (I, II), each with the input (16 a, 166, 16 c) of the associated controller (5 a, 56, 5 c) in series, parallel (A, B) are switched.

3. Control arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the direction-dependent Amplifier (11; lla, 116, lic) as DC-fed push-pull amplifier with complementary transistors (22, 23; 22 a, 23 a; 226, 236; 22 c, 23 c) is formed.

For this purpose 2 sheets of drawings