DE2507868B2

DE2507868B2 - Monitoring device for several power units working in parallel

Info

Publication number: DE2507868B2
Application number: DE19752507868
Authority: DE
Inventors: Janos Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Udvardi-Lakos
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-02-24
Filing date: 1975-02-24
Publication date: 1978-08-24
Also published as: DE2507868A1

Description

Die Patentanmeldung P 24 48 878.6-32 geht aus von einer Überwachungseinrichtung für drei parallel arbeitende Leistungsaggregate, deren Ausgangsleistungen einem gemeinsamen Verbraucher zugeführt sind. Den Leistungsaggregaten ist jeweils ein Meßgeber zur Erfassung von Meßwerten von Betriebsparametern, eine von diesen Meßwerten beaufschlagte Schutzstufe und eine von der Schutzstufe gesteuerte Einrichtung zur Stillsetzung eines gestörten Leistungsaggregats zugeordnet. Die Schutzstufen enthalten Differenzglieder, Schwellenwertglieder und eine 2-von-3-Auswahlschaltung. The patent application P 24 48 878.6-32 is based on a monitoring device for three working in parallel Power units whose output power is fed to a common consumer. The Power units are each a measuring transducer for the acquisition of measured values of operating parameters, a protection level acted upon by these measured values and a device controlled by the protection level for Shutting down a disturbed power unit assigned. The protection levels contain differential elements, Thresholds and a 2-of-3 selection circuit.

Eine derartige Überwachungseinrichtung ist aus der DE-OS 21 63 397 bekannt.Such a monitoring device is known from DE-OS 21 63 397.

Gemäß der Patentanmeldung ist jedem Leistungsaggregat eine eigene Schutzstufe mit einer 2-von-3-Auswahlschaltung zugeordnet und jede Schutzstufe ist mit Meßwerten von gleichartigen störungscharakteristischen Betriebsparametern aller Leistungsaggregate derart beaufschlagt, daß sie den Meßwert des ihr zugeordneten Leistungsaggregats jeweils mit jedem der Meßwerte der übrigen Leistungsaggregate vergleicht.According to the patent application, each power unit has its own protection stage with a 2-out-of-3 selection circuit assigned and each protection level is assigned with measured values of the same type of disturbance characteristic Operating parameters of all power units applied in such a way that they the measured value of her associated power unit compares each with each of the measured values of the other power units.

Ausgestaltungen der Erfindung nach der Patentanmeldung beziehen sich auf Überwachungseinrichtungen für zwei parallel arbeitende Aggregate, für vier parallel arbeitende Leistungsaggregate und allgemein für mehr als drei parallel arbeitende Leistungsaggregate, deren Ausgangsleistungen einem gemeinsamen Verbraucher zugeführt sind.Refinements of the invention according to the patent application relate to monitoring devices for two units working in parallel, for four in parallel working power units and generally for more than three parallel working power units, their Output powers are fed to a common consumer.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die in der Patentanmeldung beschriebene Überwachungseinrichtung zur Überwachung von mehreren parallel arbeitenden Leistungsaggregaten mit unterschiedlichen Nennleistungen auszubilden.The object of the invention consists in the monitoring device described in the patent application for monitoring several power units working in parallel with different rated outputs to train.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei der Überwachung von parallel arbeitenden Leistungsaggregaten mit unterschiedlichen Nennleistungen zur Erfassung des störungscharakteristischen Betriebsparameters Meßwandler verwendet sind, deren Übersetzungsverhältnisse jeweils entsprechend der unterschiedlichen Nennleistungen gewählt sind, oder daß gleichartige Meßwandler verwendet sind, deren Bürdenspannungen über Spannungsteiler geführt werden, deren Teilerverhältnisse entsprechend der unterschiedlichen Nennleistungen der Leistungsaggregate gewählt sind.According to the invention, this object is achieved in that when monitoring parallel operating Power units with different nominal powers to record the characteristic of the malfunction Operating parameter transducers are used, their transmission ratios in each case according to the different power ratings are selected, or that similar transducers are used, their Burden voltages are passed through voltage dividers, the divider ratios of which correspond to the different Nominal powers of the power units are selected.

Eine derartige Überwachungseinrichtung bietet den Vorteil, daß den 2-von-3-Auswahlschaltungen in den Schutzstufen normierte Eingangsspannungen zugeführt werden können. Es können daher Auswahlschaltungen mit einem einheitlichen Schaltungsaufbau zur Überwachung von parallel arbeitenden Leistungsaggregaten mit unterschiedlichen Nennleistungen eingesetzt werden. Such a monitoring device offers the advantage that the 2-of-3 selection circuits in the Protection levels standardized input voltages can be supplied. It can therefore select circuits with a uniform circuit structure for monitoring power units working in parallel can be used with different power ratings.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below described. It shows

F i g. 1 ein Schaltbild einer Ersatzstrom-Versorgungsanlage mit drei Stromrichtern,F i g. 1 is a circuit diagram of a backup power supply system with three converters,

Fig.2 ein Beispiel einer Auswahlschaltung für die Anlage nach F i g. 1.Fig.2 shows an example of a selection circuit for the Appendix according to FIG. 1.

In der Darstellung der F i g. 1 ist ein Verbraucher 1 an eine sichere Stromschiene RST angeschlossen. Im ungestörten Betrieb erfolgt die Stromversorgung aus dem Netz über drei Umrichter Ui, Ul und u als Leistungsaggregate. Die Umrichter Ui bzw. Ul enthalten jeweils einen Gleichrichter GR 1, bzw. GR2, eine Batterie B1 bzw. B 2 und einen Wechselrichter Wi bzw. VV2. Der Umrichter u ist leistungsmäßig schwächer dimensioniert und enthält einen Gleichrichter gr, eine Batterie b und einen Wechselrichter tv.In the illustration of FIG. 1, a consumer 1 is connected to a safe busbar RST . In undisturbed operation, power is supplied from the network via three converters Ui, Ul and u as power units. The converters Ui and Ul each contain a rectifier GR 1 or GR2, a battery B 1 or B 2 and an inverter Wi or VV2. The converter u is dimensioned to be weaker in terms of power and contains a rectifier gr, a battery b and an inverter tv.

Die drei Umrichter Ui, U2 und u arbeiten parallel. Sie sind leistungsmäßig beispielsweise derart dimensioniert, daß die maximal geforderte Leistung jeweils von einem der leistungsstarken Umrichter Ui bzw. U 2 gemeinsam mit dem kleineren Umrichter u aufgebracht werden kann. Bei einer Störung in einem der beiden leistungsstarken Umrichter i/I bzw. t/2 kann dieser abgeschaltet und die volle Verbraucherleistung von dem anderen leistungsstarken Umrichter zusammen mit dem kleinen Umrichter u aufgebracht werden. Der kleine Umrichter u ist so dimensioniert, daß er alleine zwar nicht die erforderliche Verbraucherleistung aufbringen kann, sondern daß seine Leistungsabgabe gerade genügt, um schwere Schäden im Verbraucher zu verhindern, die bei einem völligen Abschalten der Stromversorgung eintreten könnten. Dies kann beispielsweise bei einer Datenverarbeitungsanlage der Fall sein, bei der die abgespeicherten Informationen bei einem völligen Ausfall der Stromversorgung verloren gehen können. Bei einem solchen Anwendungsfall kann man den leistungsschwachen Umrichter u leistungsmäßig so dimensionieren, daß er den erforderlichen Haltestrom für die Informationsspeicher aufbringen kann. The three inverters Ui, U2 and u work in parallel. In terms of output, they are dimensioned, for example, in such a way that the maximum required output can be provided by one of the powerful converters Ui or U 2 together with the smaller converter u. In the event of a fault in one of the two powerful converters i / I or t / 2, it can be switched off and the full consumer power can be applied by the other powerful converter together with the small converter u. The small converter u is dimensioned so that it cannot generate the required consumer power on its own, but that its power output is just sufficient to prevent serious damage to the consumer which could occur if the power supply was completely switched off. This can be the case, for example, in a data processing system in which the stored information can be lost in the event of a complete failure of the power supply. In such an application, you can size the low-power inverter and in terms of performance so that it can muster the required holding current for the store.

Bei einer weiteren möglichen Dimensionierung wird für den Umrichter u eine sehr kleine Nennleistung gewählt, so daß die Leistung dieses UmrichtersIn a further possible dimensioning, a very small nominal power is selected for the converter u , so that the power of this converter

gegenüber der Leistung der beiden anderen Urnrichter vernachlässigbar ist In diesem Fall liefert der Umrichter u lediglich den Vergleichswert des störungscharakteristischen Betriebsparameters für die Schutzeinrichtungen der beiden Umrichter U1 und U 2. is negligible compared to the output of the other two original converters. In this case, the converter u only supplies the comparison value of the operating parameter characteristic of the fault for the protective devices of the two converters U 1 and U 2.

Als störungscharakteristischer Betriebsparameter werden die Ausgangs-Phasenströme der drei Wechselrichter erfaßt und überwacht, da sich jede Störung in einem Umrichter in seinem Lastverhalten bemerkbar macht Hierzu sind Strommeßwandler Wr i, Ws i, M-Vi für den Umrichter £71 bzw. Strommeßwandler Wr 2, Ws2, Wt2 f'j«' den Umrichter öl und Strommeßwandler W_n W₅, Wi für den Umrichter u vorgesehen. Die Klemmen beispielsweise des Strommeßwandlers Wr 1 sind mit a« 1, 6«; und die Klemmen der übrigen Strommeßwandler in analoger Weise bezeichnet. Als Einrichtungen zur Stillsetzung der Umrichter sind Schütze D\,D2,D3 vorgesehen.As interference characteristic operating parameters of the output phase currents of the three inverters are detected and monitored, since any disturbance becomes noticeable in a converter in its load behavior For this purpose, current measuring Wr i, Ws i, M-Vi for the inverter £ 71 and current measuring Wr 2, Ws2, Wt2 f'j «'the converter oil and current transducers W _n W ₅ , Wi provided for the converter u . The terminals of the current transducer Wr 1, for example, are marked with a «1, 6»; and the terminals of the other current transducers are referred to in an analogous manner. Contactors D \, D2, D3 are provided as devices for shutting down the converters.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weisen die dem leistungsschwächeren Umrichter u zugeordneten Meßwandler eine höhere Windungszahl auf als die Meßwandler, die den leistungsstarken Umrichtern (J 1 und i/2 zugeordnet sind. Das Verhältnis der Windungszahlen ist so gewählt, daß bei voller Leistungsabgabe eines Umrichters an den Klemmen des zugehörigen Stromwandlers in allen Fällen eine normierte Spannung erscheint, beispielsweise 10 Volt.As can be seen from the drawing, the transducers assigned to the less powerful converter u have a higher number of turns than the transducers assigned to the powerful converters (J 1 and i / 2 Converter at the terminals of the associated current transformer in all cases a standardized voltage appears, for example 10 volts.

Fig.2 zeigt den Aufbau einer Schutzstufe, die dem Umrichter £71 zugeordnet ist und die das Schütz D1 als Einrichtung zur Stillsetzung des Umrichters £71 ansteuert Die Schutzstufen für die beiden weiteren Umrichter sind in analoger Weise aufgebaut.Fig. 2 shows the structure of a protection stage which is assigned to converter £ 71 and which controls contactor D 1 as a device for shutting down converter £ 71. The protection stages for the two other converters are structured in an analogous manner.

Die dargestellte Schutzstufe ist eingangsseitig mit den Klemmen der Meßwandler verbunden. Die Bezugszeichen der Eingangsklemmen stimmen mit den entsprechenden Klemmen in F i g. 1 überein. Die Differenzbildung erfolgt dreiphasig in Differenzwandlern DWi bis DW6, die jeweils über Gleichrichterbrücken 13 bis 18 auf Bürdenwiderstände Al bis Λ6 einspeisen. Durch eine Maximalwertschaltung mit den Dioden η 1, λ 3, π 5 wird jeweils der größte Spannungsabfall an den Widerständen Al, R3, R5 zur Klemme 32 durchgeschaltet Durch eine weitere Maximalwertauswahl mit den Dioden η 2, η 4, η 6 wird jeweils der größte Spannungsabfall an den Widerständen R 2, R 4, R 6 zur Klemme 31 durchgeschaltet, der ein Maß für den Differenzstrom darstelltThe protection stage shown is connected on the input side to the terminals of the transducers. The reference symbols of the input terminals match the corresponding terminals in FIG. 1 match. The difference is formed in three phases in differential converters DWi to DW6, which each feed via rectifier bridges 13 to 18 to load resistors A1 to Λ6. By a maximum value circuit with the diodes η 1, λ 3, π 5 is in each case the largest voltage drop across the resistors Al, R 3, R 5 to the terminal 32 connected through by a further maximum value selection with the diodes η 2, η 4, η 6 is in each case the largest voltage drop at the resistors R 2, R 4, R 6 switched through to terminal 31, which is a measure of the differential current

Die Klemme 31 ist über einen Widerstand R 8 gegen ein negatives Potential Nund die Klemme 32 über einen Widerstand R 7 ebenfalls gegen das negative Potential N geschaltet. Der Widerstand R7 belastet die Maximalwertauswahl mit den Dioden η 1, π 3, η 5. Der Belastungsstrom über die Dioden bewirkt, daß die Dioden im Durchlaßbereich im linearen Teil ihrer Kennlinie arbeiten. Für die Dioden ist ein niederohmiger Abschluß in beiden Richtungen gegeben. An den Klemmen 31 bzw. 32 erscheinen Spannungen, deren Höhe in jedem Augenblick dem Betrag des größten Differenzstromes zwischen zwei Wechselrichter-Ausgangsströmen mit gleicher Phase proportional ist. Die Spannungen an den Klemmen 31 bzw. 32 werden jeweils über Verzögerungsglieder 19 bzw. 25 auf Schwellenwertglieder 8 bzw. 5 geführt Die Ausgangssignale der Schwellenwertglieder 8 bzw. 9 steuern elektronische Schalter 21 bzw. 27, die wiederum Relais 22 bzw. 28 schalten. Über die Kontakte dieser beiden Relais 22, 28 wird eine UND-Verknüpfung hergestellt Ein positives Potential fist über den Relaiskontakt 226 vom Relais 22 und über den ReIa skontakt 286 vom Relais 28 auf die Eingangsklenune 30 am Schütz D1 geschaltet Wird nur einer der Relaiskoni akte 22b oder 26b geöffnet, so erhält das Schütz D i seine Stromversorgung über den noch geschlossenen Relaiskontakt vom Potential P. Nur dann, wenn sowohl das Schwellenwertglied 8 wie auch das Schwellenwertglied 9 ein entsprechendes Ausgangssignal führen, werden beide Relais 22 und 28 entregt Die Relaiskontakte 226 und 286 werden geöffnet und die Stromversorgung des Schützes Dl unterbrochen. Das Schütz Dl wird entregt und trennt den Umrichter Ul ausgangsseitig von der sicheren Stromschiene RST. Terminal 31 is connected to a negative potential N via a resistor R 8 and terminal 32 is also connected to negative potential N via a resistor R 7. The resistor R7 loads the maximum value selection with the diodes η 1, π 3, η 5. The load current through the diodes causes the diodes to work in the pass band in the linear part of their characteristic curve. There is a low-resistance termination in both directions for the diodes. Voltages appear at terminals 31 and 32, the magnitude of which is always proportional to the magnitude of the greatest differential current between two inverter output currents with the same phase. The voltages at terminals 31 and 32 are passed via delay elements 19 and 25 to threshold value elements 8 and 5, respectively. The output signals from threshold value elements 8 and 9 control electronic switches 21 and 27, which in turn switch relays 22 and 28, respectively. An AND link is established via the contacts of these two relays 22, 28 A positive potential fist via the relay contact 226 from the relay 22 and via the ReIa skontakt 286 from the relay 28 to the input cycle 30 on the contactor D 1 22b or 26b open, the contactor D i receives its power supply via the still closed relay contact from the potential P. Only when both the threshold value element 8 and the threshold value element 9 have a corresponding output signal, both relays 22 and 28 are de-energized. The relay contacts 226 and 286 are opened and the power supply to the contactor Dl is interrupted. The contactor Dl is de-energized and separates the converter Ul on the output side from the safe busbar RST.

Über die weiteren Relaiskontakte 22a und 28a der Relais 22 und 28 wird das Potential P auf eine Anzeigelampe 29 geschaltet Die Anzeigelampe 29 leuchtet im ungestörten Betrieb. Eine Störung in der Schutzstufe kann bewirken, daß eines der beiden Relais 22 bzw. 28 entregt wird. In diesem Fall erlischt die Anzeigelampe 29. Das Schütz D1 bleibt jedoch erregt Eine innere Störung der Schutzstufe kann also durch Erlöschen der Anzeigelampe festgestellt werden, ohne daß das Schütz D1 entregt wird. The potential P is switched to an indicator lamp 29 via the further relay contacts 22a and 28a of the relays 22 and 28. The indicator lamp 29 lights up in normal operation. A fault in the protection stage can cause one of the two relays 22 or 28 to be de-energized. In this case, the indicator lamp 29 goes out. However, the contactor D1 remains energized. An internal fault in the protection stage can therefore be determined by the indicator lamp going out without the contactor D 1 being de-energized.

Bei bestimmten Störungen in der Schutzstufe beispielsweise bei einem Ausfall der Stromversorgung, können beide Relais 22 und 28 abfallen. Hierbei wird auch das Schütz Dl entregt. Dieses Verhalten ist erwünscht, da hierdurch ein weiterer Betrieb der Anlage ohne funktionsfähige Schutzeinrichtung vermieden wird.In the event of certain faults in the protection level, for example if the power supply fails, both relays 22 and 28 can drop out. The contactor Dl is also de-energized here. This behavior is desirable, as this avoids further operation of the system without a functional protective device will.

Mit Hilfe der Anzeigelampe 29 ist eine einfache Überprüfung der Schutzstufe möglich. Durch Kurzschließen der Klemmen eines der benachbarten Stromwandler kann eine Differenz zwischen den Meßwerten vorgetäuscht werden, ohne daß der Betrieb gestört wird. Bei einer ordnungsgemäß funktionierenden Schutzstufe wird jetzt eines der Relais 22 oder 28 abfallen und die Anzeigelampe 29 wird erlöschen. Durch aufeinanderfolgendes Kurzschließen der Klemmen der Meßwandler in allen drei Phasen und durch jeweilige Kontrolle, ob die Anzeigelampe 29 erlischt, können alle Funktionen der Strommeßwandler und der Schutzstufe ohne Störung oder Unterbrechung des Betriebs überprüft werden.A simple check of the protection level is possible with the aid of the indicator lamp 29. By short-circuiting the terminals of one of the adjacent current transformers may have a difference between the Measured values can be simulated without the operation being disturbed. If the Protection level, one of the relays 22 or 28 will drop out and the indicator lamp 29 will go out. By successive short-circuiting of the terminals of the transducers in all three phases and through respective ones All functions of the current transducers and the protection stage can be checked to see whether the indicator lamp 29 goes out can be checked without disrupting or interrupting operations.

Man erkennt aus F i g, 2, daß die einzelnen Kanäle der Schutzstufe vollkommen identisch aufgebaut sind und daß keinerlei Rücksicht darauf genommen werden braucht, ob die jeweiligen Eingänge an einen Meßwand-It can be seen from F i g, 2 that the individual channels of the protection stage are completely identical and that no account needs to be taken of whether the respective inputs are connected to a measuring wall

5!3 ler angeschlossen werden, der den leistungsstarken Umrichtern Ul bzw. £72 zugeordnet ist, oder ob die Eingänge an einen Meßwandler des leistungsschwachen Umrichters u angeschlossen werden. Gegenüber der in Fig.2b des Hauptpatents dargestellten Ausführung einer Schutzstufe ergeben sich keinerlei schaltungsmäßige Unterschiede.5! 3 ler assigned to the powerful converters Ul or £ 72, or whether the inputs are connected to a transducer of the low-powered converter u . Compared to the embodiment of a protection stage shown in Figure 2b of the main patent, there are no circuit differences whatsoever.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claim:

Monitoring device for several power units working in parallel, their output power are fed to a common consumer and each of which has a measuring transducer for detection of measured values of operating parameters, a protection level to which these measured values apply, and a device controlled by the protection level to shut down a malfunctioning power unit are assigned, the protection stages differential elements, threshold value elements and a 2-of-3 selection circuit included and each power unit is assigned its own protection level with a 2-of-3 selection circuit and each Protection level with measured values of the same type of disturbance-characteristic operating parameters for all Power units is acted upon in such a way that it receives the measured value of the power unit assigned to it compares each with each of the measured values of the other power units, according to patent application P 24 48 878.6-32, characterized in that that when monitoring power units working in parallel with different Nominal power for recording the disturbance-characteristic operating parameter of the transducer are used, their transmission ratios in each case according to the different nominal powers are selected, or that similar transducers are used, their burden voltages are passed through voltage dividers, the divider ratios of which correspond to the different Nominal powers of the power units are selected.