DE2820604B2 - Circuit device for synchronizing inverters working in redundant parallel operation and for monitoring synchronous operation of the inverters - Google Patents

Circuit device for synchronizing inverters working in redundant parallel operation and for monitoring synchronous operation of the inverters

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungseinrichliing für den Gleichlauf von im redundanten Parallelbetrieb arbeitenden Wechselrichtern und für die l'lberwachung des Gleichslaufs der Wci hselrichter unter Verwendung von den Wechselrichtern einzeln zugeordneten Steuereinheiten, bei welchen die Steuerwechsclspannungen phasengleicher Wechselrichter Eingängen von den Wechselrichtern einzeln zugeordneten, die Phasenlage der Wechselspannungen der Steuereinheiten jeweils beeinflussenden Phasenvergleichseinrichtungen zugeführt und einzeln ferner über Impedanzen auf jeweils eine Sammelschiene schaltbar sind, juf der sie zusammen eine Sollgröße für die Phasenlage der Wechselspannungen bilden, und zweite Eingänge (Soll-Eingänge) der Phasenvergleichseinrichtungen mit der Sammelschiene verbunden sind.The invention relates to a circuit device for synchronizing inverters working in redundant parallel operation and for oil monitoring the synchronism of the inverter under Use of the inverters individually assigned control units, in which the control alternating voltages In-phase inverter inputs from the inverters individually assigned to the Phase comparison devices influencing the alternating voltages of the control units fed and can also be switched individually via impedances to a busbar in each case, juf the together they form a nominal value for the phase position of the alternating voltages, and second inputs (Nominal inputs) of the phase comparison devices are connected to the busbar.

Bei einer bekannten derartigen Einrichtung, wie sie in ./Energie und Technik«, 23 (1971), Heft 2, Seite 61 -64, insbesondere Seite 63, Bild 5b, und Seite 64, linke Spalte, Absatz 1, beschrieben wird, sind mehrere Wechselrichter von einem diesen Wechselrichtern gemeinsam zugeordneten Synchronisieroszillator zentral gesteuert. Eine Zentralsteuerung für im Parallelbetrieb arbeitende Wechselrichter ist aber insofern nicht vorteilhaft, als bei einer Störung in dieser Zentralsteuerung sämtliche Wechselrichter davon betroffen werden, die Stromversorgungsanlage also insgesamt ausfällt.In a known device of this type, as described in ./Energie und Technik «, 23 (1971), Issue 2, pages 61-64, in particular page 63, Figure 5b, and page 64, left column, paragraph 1, are several inverters centrally controlled by a synchronizing oscillator jointly assigned to these inverters. However, a central control for inverters working in parallel is not advantageous insofar as in a fault in this central control will affect all inverters, the power supply system so fails overall.

In der deutschen Patentschrift 14 63 336 ist eine Wechselrichteranlage beschrieben, die aus zwei eingangsseitig und ai>«gangsseitig paralielgeschalteten Wechselrichtergeräten mit je zwei gegenseitig phasenverschoben gesteuerten Wechselrichtern oder Wechselrichterteilen besteht. Ein Parallelbetrieb der beiden Wechselrichtergeräte wird bei dieser Anlage dadurch erreicht, daß die entsprechenden Steuerspannungen sämtlicher Wechselrichter oder Wechselrichterteile auf gleiche Phasenlage geregelt werden. Für diese Anlage ist ein zentrales Glied nicht erforderlich und daher auch nicht vorgesehen, denn bei den meisten Störungen in einem Steuerteil kann das zugehörige Wechselrichtergerät mit Hilfe von Überwachungseinrichtungen ermittelt und abgeschaltet werden, ohne daß das zweite Wechselrichtergerät in seinem Betriet) gestört wird.In the German patent 14 63 336 an inverter system is described, which consists of two input side and ai> «connected in parallel on the output side Inverter devices each with two mutually phase-shifted controlled inverters or inverter parts consists. This means that the two inverter devices can be operated in parallel with this system achieved that the corresponding control voltages of all inverters or inverter parts the same phase position can be regulated. A central link is not required for this system, and therefore is not provided, because with most malfunctions in a control section, the associated inverter device be determined with the help of monitoring devices and switched off without the second Inverter device in its operation) is disturbed.

Bei der Wechselrichteranlage gemäß dieser DE-PS 22 31 152 ist ein redundanter Wechselrichter-Parallelbetrieb erst bei Vorhandensein von drei Wechselrichtern an möglich, von denen jeweils zwei Wechselrichter die Last übernehmen und der dritte erst bei Ausfall eines der beiden andern in Funktion tritt und die ausgefallene Leistung mehr als ersetzt. Die Wechselrichteranlage ist daher verhältnismäßig aufwendig, weil sie an eine Mindestzahl von drei Wechselrichtern gebunden ist.The inverter system according to this DE-PS 22 31 152 is a redundant inverter parallel operation only possible if three inverters are available, two of which are each take over the load and the third only comes into operation when one of the other two fails, and the failed one Performance more than replaced. The inverter system is therefore relatively expensive because it is connected to a Minimum number of three inverters is bound.

Der Erfindung liegt als Aufgabe eine Schaltungscinrichtung für einen redundanten Wcchselrichter-Parallelbetrieb zugrunde, bei dem für den Gleichlauf und dessen Überwachung ein- oder dreiphasiger Wechselrichter weniger als drei Wechselrichter erforderlich sind und bei dem wie bei der Anlage nach DE-PS 22 31 1 52 kein zentrales Bauteil verwendet wird. Trotz des geringen Aufwandes gegenüber bekannten Einrichtungen soll ein sicherer Betrieb gewährleistet sein.The object of the invention is a circuit device for redundant inverter parallel operation based on the one or three-phase inverters for synchronism and its monitoring fewer than three inverters are required and, as in the case of the system according to DE-PS 22 31 1 52, none central component is used. Despite the low cost compared to known facilities, a safe operation can be guaranteed.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungseinrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in jedem der zwei Wechselrichter zusätzlich zu den als Steuereinheiten einzeln zugeordneten Oszillatoren mit entsprechendem gesondert zugeordneten Frequenz- und l'hasenregelkreis ein Vcrglcichsoszillator mit eigenem Frequenz- und l'hasenregelkreis angeordnet ist.This task is performed in a circuit device of the type described at the outset, according to the invention, in that in each of the two inverters in addition to the oscillators assigned individually as control units with corresponding separately assigned ones Frequency and phase control loop a comparison oscillator is arranged with its own frequency and phase control loop.

Mit der Frfindimg wird erreicht, dall die Zahl der notwendigen Wechselrichter auf nur zwei vermindert werden kann, wodurch erhebliche Kosten eingespart werden, du die Kosten der Oszillatoren nur einen geringen Teil der Kosten eines WechselrichtersWith the Frfindimg it is achieved that the number of necessary inverters can be reduced to just two, which saves considerable costs You'll find the cost of the oscillators only a small fraction of the cost of an inverter

betragen. Da jedoch bei einer Anordnung gemäß der Erfindung vier Regelkreise vorhanden sind, von denen schon zwei für die Störungsermittlung eines gegebenenfalls fehlerhaften Wechselrichters genügen, ist der störungsfreie Parallelbetrieb sichergestellt. Zweckmäßig sind die Vergleichsoszillatoren in integrierter Technik aufgebaut und somit mit einfachen Mitteln herstellbar. Weiterhin sind erfindungsgemäß jedem Wechselrichter Sammelschienen zugeordnet, die so geschaltet sind, daß jede dieser Sammelschienen mit den Sollwerteingängen von zwei Phasenvergleichseinrichtungen (der Phasenregelkreise) der Oszillatoren des betreffenden Wechselrichters verbunden ist. Eine Störung des Wechselrichters hat daher nicht zugleich auch den Ausfall des anderen WR's zur Folge. Die Ausgangsspannungen der Oszillatoren der Wechselrichter sind über gleiche Buffer und gleichgroße Impedanzen sowie Schalter einer jeden Sammelschiene zugeführt.be. However, since there are four control loops in an arrangement according to the invention, two of which are sufficient to detect a fault in a possibly faulty inverter, fault-free parallel operation is ensured. The comparison oscillators are expediently constructed using integrated technology and can thus be produced with simple means. Furthermore, according to the invention, busbars are assigned to each inverter, which are connected in such a way that each of these busbars is connected to the setpoint inputs of two phase comparison devices (the phase locked loops) of the oscillators of the relevant inverter. An inverter fault has therefore not also the failure of the other WR's result. The output voltages of the inverter's oscillators are fed to each busbar via the same buffers and impedances of the same size as well as switches.

Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung werden die Oszillatoren durch eine externe Reterenzfrequenz synchronisiert, beispielsweise durch einen Quarzoszillator oder die Netzfrequenz, mittels einer Paralleleinspeisung in die Regeleingänge der Oszillatoren über zwischengeschaltete Widerstände, wobei der Phasenregelung mittels der Phasenvergleichseinrichtungen die Regelung der Frequenz der Wechselrichter überlagert wird. Dadurch wird die Frequenz der Oszillatoren auf die vorgegebene Referenzfrequenz und Phasenlage gebracht. joIn an embodiment according to the invention, the oscillators are operated by an external reference frequency synchronized, for example by a crystal oscillator or the mains frequency, by means of a Parallel feed into the control inputs of the oscillators via intermediate resistors, whereby the Phase control by means of the phase comparison devices, the control of the frequency of the inverters is superimposed. This sets the frequency of the oscillators to the specified reference frequency and Phase position brought. jo

Ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltungseinrichtung nach der Erfindung ist in der Figur dargestellt und nachstehend beschrieben.An embodiment of a circuit device according to the invention is shown in the figure and described below.

Die Wechselrichter WRX und WR 2 arbeiten im Parallelbetrieb und sind unter sich gleich. Die Oszillato- 1=, ren Ol und O 2 sind die Hauptoszillatoren der Wechselrichte1" Sie sind über je vier gleiche Buffer B 11 und S21 (rückwirkungsfreie Entkopplungsstufen), ferner über vier gleichgroße Impedanzen WIl und W21 sowie über je vier gemeinsam betätigte mechanische Schalter SCWIl und SCH 21 mit vier Steuersammelschienen 51, 52, 53, 54 verbunden. Den zwei Wechselrichtern sind ?wei Vergleichst szillatoren VOl und VO 2 zugeordnet, die entsprechend über gleiche Buffer Ö12 und S22. gleichgroße Impedanzen W12 v, und W22 sowie über mechanische Schalter SCH 12 und SCI122 mit den Sleuersarmelschienen 5 1, 52, 53. 54 verbunden sind. Es sei hier zur Erläuterung angemerkt, daß für die zwei Wechselrichter WR 1, WR 2 nur zwei (SX und 52) von den vier Steiiersammelschienen (S* -,n bis 54) benötigt werden. Die Sammelschiencn S3 und 54 können zwei weiteren nicht dargestellten Wechselrichtern zugeordnet sein. Jedem Wechselrichter WR 1 und WR2 ist die Steuersammeischiene Sl, 52 zur Erhöhung der Betriebssicherheit zugeordnet. Dadurch wird bei einem Kurzschluß eines Wechselrichters nur der vom Kurzschluß betroffene Wechselrichter zum Abschalten gebracht, die Funktion des andern Wechselrichters wird nicht beeinträchtigt.The inverters WRX and WR 2 work in parallel and are the same among each other. The oscillators 1 =, ren oil and O 2 are the main oscillators of the inverter 1 "They are each via four identical buffers B 11 and S21 (reaction-free decoupling stages), furthermore via four equal impedances WIl and W21 as well as via four jointly operated mechanical switches two inverters SCWIl and SCH 21 with four control busbars 51, 52, 53, 54.. the? wei compare szillatoren vol VO 2 associated with the corresponding across same buffer Ö12 and S22. equal impedances W 12 v, and W22 as well as mechanical Switches SCH 12 and SCI122 are connected to Sleuersarmelschienen 5 1, 52, 53, 54. It should be noted here for explanation that for the two inverters WR 1, WR 2 only two (SX and 52) of the four Steiier busbars (S * -, n to 54) are needed the Sammelschiencn S3 and 54 two further inverters, not shown, may be associated with each inverter WR 1 and WR2 is the Steuersammeischiene Sl, 52 to increase de.. r assigned to operational safety. As a result, in the event of a short circuit in one inverter, only the inverter affected by the short circuit is switched off; the function of the other inverter is not impaired.

Die Phasenvergleichseinrichtungien PVIl und PV12 des Wechselrichters WR 1 und PV2\ und PV22 des Wechselrichters WR 2, unmittelbar mit Sammelschienen Sl und 52 verbunden, stellen Regler dar, denen über Leitungen SW11, S W12 ein Sollwert zugeführt ist, der auf Sl gebildet wird, bzw. über Leitungen SW21, SW22 ein Sollwert, der auf Sammelschiene S2 gebildet wird, und zwar jeweils in bekannter V/eise, und denen über Leitungen /WIl, /W12 bzw. AW21, /tV22 jeweils der Istwert der Phasenlage eines der Oszillatoren O 1, OVl; O2, OV2 zugeführt ist, die mi· den Reglern je einen Reglerkreis bilden.The phase comparison devices PVIl and PV 12 of the inverter WR 1 and PV2 \ and PV22 of the inverter WR 2, directly connected to busbars Sl and 52, represent controllers to which a setpoint is fed via lines SW11, S W12, which is formed on Sl, or via lines SW21, SW22 a setpoint that is formed on busbar S2, in each case in a known V / eise, and to which the actual value of the phase position of one of the oscillators O in each case via lines / WIl, / W12 or AW21, / tV22 1, OVl; O2, OV2 is supplied, which each form a controller circuit with the controllers.

Bei einer Schaltungseinrichtung gemäß der Erfindung ist eine externe Frequenz- und Phasenbeeinflussung der Wechselrichter möglich. Sie erfolgt mit Hilfe einer Phasenvergleichseinrichtung PV5, der die vorgegebene Frequenz und Phasenlage eines Wechselstromnetzes < oder eines externen Quarzoszillators als Sollwert SW5 und die Phasenlage der Wechselrichter WR 1, WR 2 als Istwert IW5 zugeführt werden. Der Phasenvergleich mittels PV5 ergibt eine Regelabweichung, die über Paralleleinspeisungen PEH, PE 12, P£21, PE22 und zwischengeschaltete Widerstände R 11, R 12, R 21, R 22 in die Regelspannungseingänge der Oszillatoren O und VO der Wechselrichter WR 1 und WR 2 eingeführt wird, wo sie den Regelspatinungen der Phasenvergleichseinrichtungen PV \ und PV2der Wechselrichter WR1 und WR 2 überlagert werden (überlagerte Regelung).With a circuit device according to the invention, an external frequency and phase influencing of the inverter is possible. It is carried out by means of a phase comparison means PV5, said predetermined frequency and phase position are applied to an AC network <or an external crystal oscillator as the setpoint SW5 and the phase angle of the inverter WR 1, WR 2 as the feedback IW5. The phase comparison by means of PV5 results in a control deviation that is generated via parallel feeds PEH, PE 12, P £ 21, PE22 and interconnected resistors R 11, R 12, R 21, R 22 in the control voltage inputs of the oscillators O and VO of the inverters WR 1 and WR 2 is introduced, where they are superimposed on the control spinning of the phase comparison devices PV \ and PV2 of the inverters WR 1 and WR 2 (superimposed control).

Die Oszillatoren VOl und VO 2 — wie oben erläutert, zusätzlich zu den Oszillatoren O 1 und O 2 der Wechselrichter WR 1 und WR 2 als Vergleichsoszillatoren vorgesehen — können unter Verwendung einfacher Mittel in integrierter Technik aufgebaut und ausgeführt werden. Dadurch wird bei den Vergleichsoszillatoren die Anzahl zusätzlicher Bauelemente und damit auch zusätzlicher Fehler, wie z. 3. Materialfehler, so gering als möglich.The oscillators VOl and VO 2 - as explained above, in addition to the oscillators O 1 and O 2 of the inverters WR 1 and WR 2 provided as comparison oscillators - can be constructed and implemented using simple means in integrated technology. As a result, the number of additional components and thus also additional errors such. 3. Material defects, as small as possible.

Eine Schaltungscinrichtung gemäU der Erfindung ist wie die Einrichtung nach DE-PS 22 31 152 gesondert verwendbar und einsetzbar zur Überwachung des Gleichlaufs von im redundanten Parallelbetrieb arbeitenden Wechselrichtern. Dann wird anstelle von Oszillatoren je ein Schaltglied verwendet, mit welchem der zugeordnete Wechselrichter im Falle einer unzulässig großen Phascnabweichiing desselben von cinor Soll- Phasenlage abschaltbar ist.A circuit device according to the invention is as the device according to DE-PS 22 31 152 separately usable and applicable for monitoring the Synchronization of inverters working in redundant parallel operation. Then instead of Oscillators each use a switching element with which the assigned inverter is not permitted in the event of an large phase deviation of the same from cinor Target phase position can be switched off.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Schaltungseinrichtung für den Gleichlauf von in. redundanten Parallelbetrieb arbeitenden Wechselrichtern und für die Überwachung des Gleichlaufs der Wechselrichter unter Verwendung von den Wechselrichtern einzeln zugeordneten Steuereinheiten, bei welchen die Steuerwechselspannungen phasengleicher Wechselrichter ersten Eingängen von den Wechselrichtern einzeln zugeordneten, die Phasenlage der Wechselspannungen der Steuereinheiten jeweils beeinflussenden Phasenvergleichseinnchtungen zugeführt und einzeln ferner über Impedanzen auf jeweils eine Sammelschiene schaltbar sind, auf der sie zusammen eine Sollgröße für die ι5 Phasenlage der Wechselspannungen bilden, und zweite Eingänge (Soll-Eingänge) der PhasenvergleichseinncAtungen mit der Sammelschiene verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung aus zwei Wechselrichtern (WR 1, WR 2) besteht und in jedem der beiden Wechselrichter (WRX, WR2) zusätzlich zu den als Steuereinheiten einzeln zugeordneten Oszillatoren (OX, O2) mit entsprechendem Frequenz- und Phasenregelkreis je ein Vergleichsoszil- 2"> lator (VOi, VO2) mit eigenem Frequenz- und Phasenregelkreis angeordnet ist.1.Circuit device for synchronizing inverters working in redundant parallel operation and for monitoring the synchronism of the inverters using control units individually assigned to the inverters, in which the control AC voltages of in-phase inverters are individually assigned to the first inputs of the inverters, the phase position of the AC voltages of the control units Each influencing phase comparison device is supplied and can also be individually switched to a respective busbar via impedances, on which they together form a nominal value for the ι 5 phase position of the alternating voltages, and second inputs (nominal inputs) of the phase comparison devices are connected to the busbar, characterized in that that the switching device consists of two inverters (WR 1, WR 2) and in each of the two inverters (WRX, WR2) in addition to the oscillators ( OX, O2) is arranged with appropriate frequency and phase-locked loop per a Vergleichsoszil- 2 "> lator (VOi, VO2) with its own frequency and phase locked loop. 2. Schaltungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekerir_ eichnet, daß jedem Wechselrichter (WRX, WR2) je eine Sammelschiene (SX, 52) so zugeordnet isi, die mit den Sollwerteingängen (SWXX.SWX2-.SW2X, SW22)dr-zwei Phasenvergleichseinrichtungen (PVXX, PV X2; PV2X, PV22) des betreffenden Wechselrichters verbunden ist.2. Circuit device according to claim 1, characterized in that each inverter (WRX, WR2) is assigned a busbar (SX, 52) which is connected to the setpoint inputs (SWXX.SWX2-.SW2X, SW22) dr-two phase comparison devices ( PVXX, PV X2; PV2X, PV22) of the relevant inverter is connected. 3. Schaltungseinrichtung nach Anspruch I und 2, *' dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannungen der Oszillatoren (OX, VOX; O2, VO2) der Wechselrichter (WR I, WR 2) über eine der Anzahl der Wechselrichter gleichgroße Anzahl Buffer (BXX. 3. Circuit device according to claim I and 2, * 'characterized in that the output voltages of the oscillators (OX, VOX; O2, VO2) of the inverters (WR I, WR 2) via a number of buffers (BXX. B 12; ö 21, ß 22) und gleichgroße Impedanzen (W 11, WX2, W2X, W22) sowie über Schalter (SCHXi, SCHX2; SCH2X, SCH22) den zugeordneten Sammelschienen (Sl, S 2) zuführbar sind. B 12; ö 21, ß 22) and impedances of the same size (W 11, WX2, W2X, W22) as well as via switches (SCHXi, SCHX2; SCH2X, SCH22) can be fed to the assigned busbars (Sl, S 2). 4. Schaltungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatoren (O 1. *'> VO X; O2, VO2) durch eine der Phasenregelung auf gleiche Phasenlage mittels der Phascnvcrgleichscinrichtungen (PVlI, PV12; PV2X, PV22) über eine Paralleleinspeisung (PEX, PE2; PE3, PE4) sowie über Widerstände (All, /?I2; R2X. R22) in die v> Eingänge der Oszillatoren (OX, VOX; O2, VO2) überlagerte Regelung der Frequenz der Ausgangsspannungen der Wechselrichter auf eine extern vorgegebene Frequenz synchronisierbar sind.4. The circuit device according to claim 1 to 3, characterized in that the oscillators (O 1 * '> VO X; O2, VO2); over by one of the phase control in the same phase by means of the Phascnvcrgleichscinrichtungen (PV2X, PV22 PVlI, PV 12) a parallel feed (PEX, PE2; PE3, PE4) and via resistors (All, /? I2; R2X. R22) in the v> inputs of the oscillators (OX, VOX; O2, VO2) superimposed control of the frequency of the output voltages of the inverters an externally specified frequency can be synchronized. 5. Schaltungseinrichtung nach Anspruch I, da- v> durch gekennzeichnet, daß der Vergleichsoszillator (VO 1, I7O2) in integrierter Technik aufgebaut und hergestellt ist.5. Circuit device according to claim I, da- v> characterized in that the comparison oscillator (VO 1, I 7 O2) is constructed and manufactured using integrated technology.
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