DE2421126C2

DE2421126C2 - Schaltungseinrichtung zur gegenseitigen Wirk- und Blindleistungssteuerung mehrerer parallelbetriebener Wechselrichter

Info

Publication number: DE2421126C2
Application number: DE2421126A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl.-Ing.Dr. 4785 Belecke Schmidt
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-05-02
Filing date: 1974-05-02
Publication date: 1982-09-09
Also published as: DE2421126A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

tine ähnliche fcinrichtung für mehrere im Parallelbetrieb arbeitender elektrischer Maschinen (dynamische Umformer) ist aus der DE-OS 21 63 397 bekannt

Die Technik der Wirk- und Blindleistungssteuerung

ist durch »Energie und Technik«, Mai 1966, Seiten 194 bis 200, vom Parallelbetrieb von elektrischen Maschinen her bekannt.

Bei der Wirk- und Blindleistungssteuerung von zwei

parallelbetriebenen Stromrichtern werden von den Stromrichtern die Größe und die Richtung der Wirk- und Blindleistungen erfaßt und miteinander verglichen. In Abhängigkeit von der Wirkleistungsdifferenz dieser Wechselrichter werden die Phasenlagen der Stromrichterspannungen und in Abhängigkeit von der Blindleistungsdifferenz die Amplituden der Stromrichterspannungen derart beeinflußt, daß sowohl die abgegebenen Wirkleistungen als auch die Blindleistungen aneinander angeglichen werden (vgL Diss. J.

Schmidt, »Der spannungsgesieuerte und selbstgeführte Wechselrichter«, Seiten 143 und 144, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen 1973).

Die Verwendung dieses Steuerverfahrens beim Parallelbetrieb von Stromrichtern beruht auf den unterschiedlichen Einflüssen der Amplitude und der Phasenlage einer Stromrichterspannung auf die Größe und Richtung des Leistungsflusses. So hat die Amplitude der Stromrichterspannung starken Einfluß auf die Größe des Blindstromes, aber geringen Einfluß auf die Größe des Wirkstromes. Umgekehrt verhält sich der Einfluß der Phasenlage der Stromrichterspannung auf die betrachteten Laststromkomponenten. Eine Darstellung dieser Zusammenhange vermittelt die vorgenannte Literaturstelle (Seiten 57 und 58) anhand von Ortskurven der Spannung und des Stromes bei einem gesteuerten Stromrichter an einem Netz konstanter Spannung.

Es ist von dem eingangs erwähnten und vorangehend beschriebenen Steuer- und zugleich auch Uberwachungsverfahren zu unterscheiden ein bekanntes

Steuerverfahren für den Parallelbetrieb von Wechsel-

richtern durch gegenseitige Gleichlaufregelung der

Steuerspannungen der beteiligten Wechselrichter. Hierbei werden an gleichwertigen Steuereingängen

zweier Wechselrichter die Phasenlagen von Steuerspannungen mittels zweier Phasenverglaichseinheiten verglichen und in Abhängigkeit von Abweichungen der Phasenlagen mittels zweier den Wechselrichtern ein-

if zein zugeordneter Spannungsregler aneinander angleif| chend verstellt (vgl DE-PS 1463 336 und oben Ig genannte Diss, Seite 145 bis 147),
§1 Nach einem hieraus entwickelten weiteren Steuerver-

i|f fahren für den Parallelbetrieb mehrerer Wechselrichter ft werden die Steuerspannungen in der Phasenlage nicht |ji aneinander angeglichen, sondern jeweils an eine H Phasenvergleichsspannung herangezogen, welche nach Art einer »Mittelgröße« von den entsprechenden Steuerspannunsten der beteiligten Wechselrichter selbst gebildet und als Sollgröße der Gleichlaufregelung auf einer Steuerungssammelschiene dargestellt wird. Der Nutzen dieses Steuerur.gsverfahrens wird darin gesehen, daß der Aufwand für die Steuerungsmittel mit der Anzahl der parallelbetriebenen Wechselrichter nur linear zunimmt und daß der Anzahl der eingesetzten Wechselrichter wirtschaftlich an sich keine Grenze gesetzt ist Es läßt sich nach dem gleichen Prinzip, wenn mindesteiis drei Wechselrichter eingesetzt werden, auch eine Überwachung der Phasenlagen der Wechselrichtersteuerspannungen einrichten, wofür für die von den Steuerspannungen gebildete Sollgröße eine gesonderte Sammelschiene vorgesehen werden mu3. Durch diese Überwachung wird jede unzulässig, große Phasenlagenabweichung eines Wechselrichters erkannt und sodann der betreffende Wechselrichter aus dem Parallelverbund herausgeschaltet Bei diesem Parallelbetriebsverfahren ist es erforderlich, daß die Betriebsgleichspannungen und die Typenleistungen der am Parallelbetrieb beteiligten Wechselrichter übereinstimmen.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist folgendermaßen gestellt: Es soll eine Schaltungseinrichtung zur gegenseitigen Wirk- und Blindleistungssteuerung mehrer, das heißt mehr als zwei parallelbetriebener Wechselrichter, unter Verwendung der bei der eingangs beschriebenen Einrichtung angegebenen Mittel geschaffen werden, mit welcher die beteiligten Wechselrichter auch mit unterschiedlichen Betriebsgleichspannungen und unterschiedlichen Typenleistungen bei gleichmäßiger Belastung miteinander parallelbetrieben werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst Um die gegenseitige Wirk- und Blindleistungssteuerung der 'parallelbetriebenen Wechselrichter überwachen zu können, sind gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung den Wechselrichtern jeweils zwei die Istgrößen der an den Ausgängen der Wechselrichter erfaßten Wirk- und Blindleistungen und die von den parallelbetriebenen Wechselrichtern insgesamt gebildeten Sollgrößen vergleichende Vergleichseinheiten zusätzlich einzeln zugeordnet, mit welchen Vergleichseinheiten Abweichungen der Wirkleistungs- und der Blindleislungs-Istgröße bei einem Wechselrichter von der entsprechenden Sollgröße, die dem Betrag nach über eine vorgegebene Grenze hinausgehen, erfaßbar sind und bei Bestehen einer solchen Abweichung der betreffende Wechselrichter mittels eines durch die Ausgänge der zwei Vergleichseinheiten jeweils gemeinsam betätigbaren Schaltgliedes aus dem Verbund der panillelbetriebenen Wechselrichter herausschaltbar ist (Patentanspruch 2).

Eine Überwachungseinrichtung zur Erfassung einer gestörten Einheit und die Abschaltung des gestörten Aggregates aus den: Verbund der parallelbetriebenen Aggregate ist durch die DE-OS 21 63 397 bekannt Für die Merkmale des Patentanspruchs 2 wird deshalb kein selbständiger Schutz beansprucht, sondern nur Patentschutz in Verbindung mit Patentanspruch I.

Werden die Wechselrichter bei unterschiedlichen Betriebsspannungen parallelbetrieben und haben diese

Wechselrichter auch unterschiedliche Typenleistungen, so sind einer noch weiteren Ausbildung der Erfindung gemäß die mittels der Recheneinheiten gebildeten Sollgrößen über jeweils ein diese Sollgrößen an die unterschiedlichen Typenleistungen der betreffenden Wechselrichter anpassendes Multiplizierglied den Vergleichseinheiten zugeführt (Patentanspruch 3),

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden beschrieben wird.

Die Zeichnung zeigt das Blockschaltbild einer Einrichtung gemäß der Erfindung mit drei parallelbetriebenen Einphasenwechselrichtern 1, 2, 3, die im Parallelbetrieb auf eine Verbraucherschiene S, arbeiten, mit zugeordneten Betriebstromanschlüssen 11, 21, 31 und Verbraucherabgängen 12, 22, 32. Die drei Wechselrichter sind mittels in rV>i zugeordneten Verbraucherabgängen liegender SchaluriHtei Si, S₂, S₃ in den Parallelverbund hineinschaltbar oder aus dem Verbund herausschaltbar. Die Wechselrichter können an voneinander getrennten Betriebsstromquellen mit Betriebsspannungen U_gX, U_g2, U_g3 oder an einer gemeinsamen Betriebsstromquelle betrieben sein. Die dargestellte Schaltungseiiirichtung enthält ferner Steuerungsmittel, welche den Wechselrichtern einzeln zugeordnet sind, sowie auch gemeinsame Steuerungsmittel, die alle nachstehend beschrieben sind. Zur Erläuterung der Steuerungsfunktionen sind in der Zeichnung gestrichelte Wirkungslinien mit Richtungsangabe eingezeichnet

In den Verbraucherabgängen 12, 22, 32 der Wechselrichter sind Stromwandler 13 w, 136,-23W, 236; 33w, 336 angeordnet welchen Meßeinheiten 14w, 146; 24 w, 246; 34 w, 346 zur Erfassung der von den zugeordneten Wechselrichtern 1, 2, 3 abgegebenen

Wirkleistungen P_wU P_w2, P_w3 und Blindleistungen P_bu Pb₂, Pb3 nachgeordnet sind. An den Verbraucherabgängen üegt jeweils eine Meßleitung 12u, 22u, 32u, womit die Abgangsspannungen t/l, u2, u3 der betreffenden Wechselrichter erfaßt werden und Spannungsreglern R1, R2, A3 sowie den Leistungsmeßeinheiten, die den Wechselrichtern einzeln zugeordnet sind, zugeführt werden.

Die von den Meßeinheiten \Aw, 2Aw, 34iv erfaßten Istgrößen der Wirkleistungen P_w\, P_w2, P_w3 der drei Wechselrichter sind einer gemeinsamen Recheneinheit Aw zugeführt, welche den arithmetischen Größenmittelwert ^:

der erfaßten Wirkleistungs-Istgrößen bildet und auf einer Steuerungssammelschiene S_w darstellt. Die von den Meßeinheiten 146,246,346 erfaßten Istgrößen der Blindleistungen Pb,, Pb₂, Pb₃ der Wechselrichter sind getrennt von den. Wirkleistungs-Istgrößen einer gemeinsamen Recheneinheit 46 zugeführt, welche den arithmetischen Größenmittelwert

der erfaßten Blindleistung-Istgrößen bildet und auf

einer Steuerungssammelschiene Sb darstellt Es werden diese zwei dargestellten GröDenmittelwerte als Sollgrößen Pwsott, Pt son für eine geregelte Angleichung der von den Wechselrichtern abgegebenen Wirkleistungen aneinander sowie auch der abgegebenen Blindleistungen aneinander verwendet und diese werden wie ersichtlich von den beteiligten Wechselrichtern selbst gebildet.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der beschriebenen Schaltungseinrichtung sei angenommen, daß die drei Etnphasen·Wechselrichter indirekt gesteuert sind, indem ein jeder Wechselrichter aus zwei Wechselrichterteilen zusammengesetzt ist, der erste Wechselrichterteil durch jeweils eine Steuereinheit O\, O₁, O₃ direkt angesteuert wird und der zweite Wechselrichterteil durch die gleiche Steuereinheit über jeweils einen Phasenlagensteller Ph 1. Ph2, Ph3, welcher vom Ausgang des zugeordneten Spannungsreglers Al, R 2, /?3 her beeinflußt ist, angesteuert wird. Bei derart Steuereingänge aufweisen. Wie immer diese Wechselrichter auch ausgeführt sein mögen, es sind jeweils die auf der Sammelschiene S_w dargestellte Sollgröße der Wirkleistung yp_w son und die mittels i4w, Uw. 34w

s erfaßten Istgrößen der Wirkleistungen /Vi, P*t, P»i jeweils einer ersten den Wechselrichtern einzeln zugeordneten Vergleichseinheit V_w\, K,?, V_w) zugeführt Ebenso sind jeweils die auf der Sammelschiene Sb dargestellte Sollgröße der Blindleistung Pbsoit und die mittels 146, IAb, Mb erfaßten Istgrößen der Blindleistungen Pbi, Pbi, Pbi jeweils einer zweiten den Wechselrichtern einzeln zugeordneten Vergleichseinheit Vj₁ bzw. Vt,i b/.w. Vj,j zugeführt. Im Wege des Soll-Ist-Vergleiches werden mittels dieser Vergleichseinheilen die Istgrößen der Wirkleistungen und der Blindleistungen der Wechselrichter getrennt verglichen mit den auf den Sammelschienen 5» und 5* dargestellten entsprechenden Sollgrößen, die aus den genannten Istgrößen der Wechselrichter insgesamt gebildet

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spannungen u\, u2, υ 3 jeweils durch Vektoraddition der zwei Ausgangsspannungen der Wechselrichterteile in hier nicht dargestellter Weise gebildet, jedoch können die Wechselrichter auch anders, zum Beispiel in Brückenschaltung ausgeführt sein und dennoch je zwei Typenleistungen von parallelbetriebenen Wechselrichtern unterschiedlich groß, so werden die Sollgrößen P» so» und Pb soil der Wirk- und Blindleistungen bei jedem Wechselrichter noch vor dem Soll-Istgrößen-Vergleich mittels Multiplizierglieder 5w„ 5b, in den Verhältnissen

bzw.

IhL.

"
"η" Σ h,

verändert und damit den verschiedenen Typenwirk- und Blindleistungen /V> Pbj der einzelnen Wechselrichter angepaßt. Weicht die Wirkleistung und/oder die Blindleistung eines Wechselrichters von der entsprechenden Sollgröße auch nur geringfügig ab, dann wird bei dem betreffenden Wechselrichter die Leistungsabgabe augenblicklich an diese Sollgröße herangeführt und dieser angeglichen. Dies geschieht bei einer Abweichung der Wirkleistung von der Sollgröße dadurch, daß der Ausgang der Vergleichseinheit V_w des betreffenden Wechselrichters auf die Phasenlage der zugeordneten Steuereinheit (Oszillator O) direkt im angleichenden Sinne einwirkt, und bei einer Abweichung der Blindleistung von der Soligröße dadurch, daß der Ausgang der Vcrglsichseinheit Vt des betreffenden Wechselrichters mit dem Vergleichseingang des zugeordneten Spannungsreglers R verbunden ist und durch Regelung der Wechselrichter-Abgangsspannung mittels des ferner zugeordneten Phasenstellers Ph auf die Amplitude der Abgangsspannung im ausgleichenden Sinne einwirkt Deshalb ist bei jedem Wechselrichter der Einrichtung der Ausgang der Vergleichseinrichtung V_w direkt mit dem Eingang der Steuereinheit O und der Ausgang der Vergleichseinheit V₆ mit dem Eingang des Spannungsreglers ffverbunden.

Die dargestellte Schaltungseinrichtung enthält zusätzlich noch jeweils zwei den Wechselrichtern 1, 2, 3 zugeordnete Vergleichseinrichtungen W/, V'i» (i- 1,2, 3), die in der Zeichnung links neben den Vergleichseinheiten Vwj und Vbi schematisch dargestellt sind. Diese sind zur Überwachung der Wirk- und Blindleistungssteuerung der parallelbetriebenen Wechselrichter 1,2,3 vorgesehen.

Mittels der Einheiten VV, werden wieder die Istgrößen der Wirkleistungen P„ der Wechselrichter mit der SHIgröße Pw son verglichen und mittels der Einheiten V'l, die Istgrößen der Blindleistungen P₄, der Wechselrichter mit der Sollgröße Pb so» verglichen. Die Ausgänge dieser je zwei Vergleichseinheiten sind bei jedem Wechselrichter zusammengeschaltet und es sind die Vergleichseinheiten so ausgeführt, daß bei Abweichungen der Wirk- und/oder der Blindleistung eines

so Wechselrichters von den entsprechenden Sollgrößen, wenn die Abweichungen über eine vorgegebene Grenze hinausgehen, ein Betätigungssignal am Ausgang Jer zugeordneten Vergleichseinheiten Wund V'_b erscheint, das die Herausschaltung des betreffenden Wechselrichters aus dem Paraüelverbund mittels des zugeordneten Schaltmittels 5des Verbraucherabganges bewirkt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Schaltungseinrichtung zur gegenseitigen Wirk- und Bljndleistungssteuerung mehrerer parallelbetriebener selbstgeführter Wechselrichter mit jeweils einer Reihendrossel im Ausgang und den Wechselrichtern einzeln zugeordneten Steuereinheiten sowie jeweils einer die Istgrößen der an den Ausgängen der Wechselrichter erfaßten Blindleistungen miteinander vergleichenden Einheit, nämlich eine die Phasenlagen der Wechselrichterspannungen mittels der zugeordneten Steuereinheiten in Abhängigkeit von Abweichungen der Blindleistung beeinflussende und eine die Amplituden der Wechselrichterspannungen mittels eines Spannungsreglers in Abhängigkeit von Abweichungen der Blindleistung beeinflussende Vergleichseinheit, ferner mit einer den arithmetischen Mittelwert von elektrischen Wirkgrößen darstellende Einheit, der die Istwerte der an den Ausgängen der Wechselrichter erfaßten Wirkgrößen zugeführt sind und aus der am Ausgang der arithmetische Mittelwert der Wirkgrößen auf eine Steuersammeischiene Obertragen wird und als Sollwert für die Steuerung der Wechselrichter mittels der zugeordneten Vergleichseinheit verwendet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusammenwirkend mit einer solchen Mittelwert bildenden Einheit, die als eine den arithmetischen Größenmittelwert

der an den Ausgängen der beter":gten Wechselrichter (1, 2,3) erfaßten Wirkleistungen (/>.» (/-1, 2, 3)) darstellende Recheneinheit (4 w) ausgebildet ist, eine zweite Recheneinheit (4b) verwendet ist, die als eine den arithmetischen Größenmittelwert

der an den Ausgängen der Wechselrichter erfaßten Blindleistungen (ft»(7-1,A3)) darstellende Recheneinheit (4b) ausgebildet ist, und, daß die dargestellten Größenmittelwerte getrennt auf zwei Steuersammeischienen (5_M St) übertragen sind und als Sollgrößen (Pwsco, ftsw/) für die Wirk- und Blindleistungssteuerung mittels der Vergleichseinheiten (Vint Vm) dienen.

2. Schaltungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der gegenseitigen Wirk' und Blindleistungssteuerung den Wechselrichtern (1, 2, 3) jeweils zwei die Islgrößen der an den Ausgängen der Wechselrichter erfaßten Wirk- und Blindleistungen (Pm, P_bi (i—\,X3)) und die von den parallelbetriebenen Wechselrichtern insgesamt gebildeten Sollgröße (PwSoik PbSoii) vergleichende Vergleichseinheiten (V'wi, V'bi) zusätzlich einzeln zugeordnet sind, mit welchen Vergleichseinheiten Abweichungen der Wirkleistungs- und der Blindleistungs-Istgröße bei einem Wechselrichter von der entsprechenden Sollgröße, die dem Betrage nach über eine vorgegebene Grenze hinausgehen, erfaßbar sind und bei Bestehen einer solchen Abweichung der betreffende Wechselrichter mittels eines durch die

Ausgänge der zwei Verglejchsejnheiten jeweils gemeinsam betitigbaren Schaltgliedes (S\, &, S3) aus dem Verbund der paraUelbetriebener, Wechselrichter herausschaltbar ist,

3, Schaltungseinrichtung nach Anspruch l mit.bei unterschiedlichen Betriebsspannungen parallelbetriebenen Wechselrichtern unterschiedlicher Typenleistungen, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels der Recheneinheiten (4tv, 4b) gebildeten So'lgrößen (PwSoB, PbSoii) über jeweils ein diese Sollgrößen an die unterschiedlichen Typenleistungen der betreffenden Wechselrichter (1,2,3) anpassendes Multiplizierglied (5 Wi Sb, (/= 1,2,3...)) den Vergleichseinheiten (Vn VbT, VVi V₀, (/=1,2,3..,)) zugeführt sind.