DE2952197C2 - Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung für unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung von Verbrauchern - Google Patents

Description

1. daß der im Normalbetrieb der Stromversorgung in Bereitschaft gehaltene Wechselrichter (31) mit einer, bezogen auf die Nennspannung, kleinen Ausgangsspannung betrieben wird,

2. daß dabei beim Spannungsregler (314) die Regelung der Wechselrichter-Ausgangsspannung auf Nennspannung blockiert wird,

3. daß dabei außerdem in den Kommutierungskreisen (312) die Nachladung der Kondensatoren auf nahezu Null verringert wird,

4. daß dabei die wesentlichen Funktionen des Steuer- und des Leistungsteils (313, 311) des Wechselrichters einschließlich der Kommutierungskreise und die Spannung des Netzes (N) überwacht werden,

5. daß beim Auftreten einer Netzstörung der Spannungsregler durch das Signal des Überwachungsorgans (4) zur Abgabe der Ausgangsspannung freigegeben wird und

6. daß daraufhin der Spannungsregler und die Kommutierungskreise des Wechselrichters in einen Hochlauf der Nachladung der Kondensatoren auf Nenn-Kommutierungsstrom und Nenn-Wechselspannung gesteuert werden, so daß die Verbraucher mit Nennspannung versorgt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Normalbetrieb der Stromversorgung die Abgabe der Ausgangspannung des Spannungsreglers (314) durch Sperrung der Sollspannungsvorgabe mittels eines sperrenden, steuerbaren elektronischen Schalters blockiert wird und daß beim Auftreten einer Netzstörung der elektronische Schalter durch ein Spannungssignal des Überwachungsorgans (4) über eine Kippstufe entsperrt wird und dem Spannungsregler Sollspannung vorgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Normalbetrieb der Stromversorgung ein einer geringen Nachladung der Kondensatoren des Kommutierungskreises (312) entsprechender Minimalwert des Kommutierungsstromes mit Hilfe eines Zeitstellgliedes und eines Stromreglers eingestellt ist und und daß beim Auftreten einer Netzstörung mittels des durch das Signal des Überwachungsorgans (4) aktivierter. Zeitstellgliedes die Zündzeitpunkte der steuerbaren Halbleitergleichrichter des Wechselrichters (31) für eine gewünschte Nachladung der Kondensatoren des Kommutierungskreises und Hochlauf des Kommutierungsstromes auf einen einzustellenden Nennwert vorverlegt werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum verlustarmen Betrieb einer Einrichtung zur unterbrechungsfreien Wechselstromversorgung von Verbrauchern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-AS 25 36 195 bekannt. Es ist ein zwangskommutierter Wechselrichter vorgesehen, der sich im Normalbetrieb der Stromversorgung im Bereitschaftsbetrieb befindet. Ein Steuerteil, dem ein Spannungsregler vorgeordnet ist, ist mit der Netzspannung synchronisiert und läuft ständig mit, wobei die Weitergabe der Zündsteuersignale an die Ventile des Wechselrichters gesperrt ist. Somit fallen elektrische Verluste nur im Steuerteil an. Bei der bekannten Einrichtung wird lediglich die Netzspannung mittels eines Steuereinrichtung überwacht. Auf einen Startbefehl dieser Steuereinrichtung hin wird nach einem bestimmten Schnellstartverfahren der Wechselrichter phasenrichtig auf das Versorgungsnetz aufgeschaltet. Hierzu wird die Weitergabe der Zündsteuersignale für eine sofortige Inbetriebnahme des Wechselrichters freigegeben, wobei jedoch eine Änderung dieser Signale für eine bestimmte Zeit gesperrt bleibt, nämlich bis sich die Ströme und Spannungen des Wechselrichters stabilisiert haben, d. h. bis der Hochlauf beendet ist. Erst dann kann der Wechselrichter kommutiert werden.
Nach dem eingangs definierten Verfahren arbeitet auch die Einrichtung nach der DE-AS 27 06 395. Diese Einrichtung arbeitet mit einem Wechselrichter für wechselweisen Bereitschafts- oder Lastbetrieb, wobei nur geringe Verluste im Bereitschaftsbetrieb anfallen und der Wechselrichter sehr schnell auf Leistungsabgabe gesteuert werden kann. Bei dieser bekannten Einrichtung läuft auch der Steuersatz des Wechselrichters nicht mit, sondern statt dessen eine Startsteuerschaltung, die einen Speicher enthält und die erst bei einem Startbefehl infolge einer Netzstörung den Steuersatz in Betrieb setzt, derart, daß die Spannung des Wechselrichters mit einem Parameter beginnt, den der erwähnte Speicher im Störzeitpunkt festhält. Wie schnell der Wechselrichter auf Leistungsabgabe gesteuert werden kann, hängt von der Anlaufzeit des Steuersatzes ab, insbesondere von dem gespeicherten Parameter des Steuersatzes.

Bei den bekannten Einrichtungen sind umso mehr Hilfsmittel, wie z. B. Freigabestufen, notwendig, damit der Wechselrichter beim Übergang vom Bereitschaftsbetrieb in den Lastbetrieb möglichst schnell auf Leistungsabgabe gesteuert werden kann, je mehr Teile des Wechselrichters einschließlich der Steuerteile im Bereitschaftsbetrieb des Wechselrichters außer Betrieb sind, jedoch nicht überwacht werden können.

Es ist auch bekannt (etz-b, Band 28, Heft 12 (1976) Seiten 367 bis 369), daß sich der Sicherheitsgewinn bei mit Wechselrichtern ausgerüsteten, unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlagen erhöht, wenn der Wcch-

selrichter ständig mitläuft Dabei kann das einwandfreie Arbeiten der Stromversorgung ständig überwacht werden. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt (BuIL SEV S3 (1972) 21, Seiten 1244 bis 1251), daß sich die Einschaltzeit gegenüber einem im Normaloetrieb ausgeschalteten Wechselrichter vermindert, wenn der Wechselrichter im Normalbetrieb im Leerlauf mitläuft Ein im Normalbetrieb ständig mitlaufender und stets überwachbarer Wechselrichter ist auch aus der DE-OS 26 18 082 bekannt, wobei sich die Stromversorgungseinrichtung im Normalbetrieb in einem verlustlosen Ruhezustand befindet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung für unterbrechungsfreie Stromversorgung verfügbar zu machen, das eine erhöhte Betriebssicherheit der Einrichtung gewährleistet, den Wechselrichter möglichst schnell auf volle Leistungsabgabe bringt und auch einen Bereitschaftsbetrieb des Wechselrichters bei nur kleinen Verlusten ermöglicht

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Gegenüber dem eingangs beschriebenen Verfahren wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung eine größere Betriebssicherheit dadurch erreicht, daß ζ. Β. nicht nur der Steuersatz, sondern der gesamte Wechselrichter im Bereitschaftsbetrieb mitläuft und auch überwacht wird. Insbesondere ist ein schneller Übergang vom Bereitschaftsin den Lastbetrieb des Wechselrichters möglich.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt das Blockschaltbild einer für unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung eines Verbrauchers eingerichtete Stromversorgungsanlage.

Die Stromversorgungsanlage enthält einen Normalstromversorgungsteil 1, eine Verbraucherschiene 2 mit einem daran angeschlossenen Verbraucher 21 und einen Ersatzstromversorgungsteil 3 mit einem Wechselrichter 31, bestehend aus zwei Wechselrichtern.

Der Stromversorgungsteil 1 ist an ein Einphasen-Wechselstromnetz N angeschlossen, aus dem im Normalbetrieb der Stromversorgung Verbraucherstrom bezogen wird. In der Versorgungsleitung 14 zwischen Netz und Verbraucherschiene 2 liegt ein Schaltmittel 15. Der Ersatzstromversorgungsteil 3 ist eine Bereitschaftsanlage, bestehend aus dem erwähnten Wechselrichter 31, einer elektrischen Batterie 32, ferner einem Strom-Versorgungsgleichrichter 33 für den Wechselrichter und zum Nachladen der Batterie. Der Gleichrichter 33 ist an einem Drehstromnetz angeschlossen. In der Ersatzversorgungsleitung 34 zwischen Wechselrichter 31 und Verbraucherschiene 2 liegt ein Schaltmittel 35. In der Zeichnung ist das Schaltmittel 35 geöffnet, das Schaltmittel 15 aber geschlossen dargestellt. Die Stromversorgungsanlage befindet sich im Normalbetrieb.

Zum Wechselrichter 31 gehören außer deren Leistungsteilen 311 sowie den Reihendrosseln Dr, dem Transformator T und den Siebkreisen 5 die Kommutierungskreise 312, ein gemeinsamer Steuerteil 313 und ein Spannungsregler 314. Dem Ersatzstromversorgungsteil 3 ist ein Überwachungsorgan 4 zugeordnet, von welchem ein Ausgang mit einem Eingang des Spannungsreglers 314 verbunden ist. Überwacht werden mittels des Organs 4 die Hauptfunktionen des Steuerteils, des Leistungsteils und der Kommutierungskreise — in der Zeichnung sind diese Überwachungen durch drei gebrochene, strichlierte Linienzüge ü dargestellt die einzeln mehrere Überwachungsfunktionen tragen können — außerdem wird die Spannung un des speisenden Wechselstromnetzes überwacht Es kann eine vollständige Überwachung des Wechselrichters einschließlich dessen Steuerteils, Leistungsteils und der Kommutierungskreise vorgesehen werden, die auch ständig, insbesondere im Normalbetrieb der Stromversorgung des Verbrauchers wirksam ist Dagegen kann von der Überwachung der Ausgangsspannung des Wechselrichters abgesehen werden.

Im Normalbetrieb sind die Thyristoren des Wechselrichters des Satzes 3 durch Steuersignale des Steuerteils angesteuert und der Wechselrichter wird netzsynchron in Einsatzbereitschaft gehalten. Dabei befindet sich der Wechselrichter im Leerlauf und wird so gesteuert daß nur eine geringe Ausgangsspannung am Transformator Tr vorhanden ist und das Schaltmittel 35 geöffnet ist Die im Transformator in den Längsdrosseln Dr und den Siebkreisen 5 anfallenden Verluste sind durch die geringe Spannung geringer als bei Leerlauf mit Nennspannung. Des weiteren fallen geringe Verluste im Steuerteil 313 an, und vernachlässigbar geringe Verluste im Informationsteil von 313 sowie im Spannungsregler 314. Während der Wechselrichter sich im Leerlauf und im Bereitschaftsbetrieb befindet, wird beim Spannungsregler die Abgabe der Ausgangsspannung, die der Signalgröße der Regelabweichung der Satzausgangsspannungsregelung proportional ist, blockiert. Dies wird dadurch bewirkt, daß beim Spannungsregler die Vorgabe der Sollspannung gesperrt wird, beispielsweise mittels eines sperrenden, steuerbaren elektronischen Schalters blockiert wird, und daß beim Auftreten einer Netzstörung der elektronische Schalter durch ein Spannungssignal des Überwachungsorgans (4) über eine Kippstufe entsperrt wird und Sollspannung dem Spannungsregler vorgegeben wird.

Während des Normalbetriebes der Stromversorgung, wobei also der Wechselrichter sich in Bereitschaft befindet, ist ferner in den Kommutierungskreisen 312 desselben die Nachladung der Kommutierungskondensatoren verringert und wird auf nahezu Null gehalten, so daß der Kommutierungsstrom stark reduziert ist. Dadurch sind auch die Verluste in den Kommutierungskreisen des Wechselrichters gering gehalten. Es wird der Kommutierungsstrom beispielsweise mit Hilfe eines Zeitstellgliedes und eines Stromreglers eingestellt. Beim Auftreten einer Netzstörung werden mittels des durch das Signal des Überwachungsorgans (4) aktivierten Zeitstellgliedes die Zündzeitpunkte der steuerbaren Halbleitergleichrichter des Wechselrichters für eine gewünschte Nachladung der Kondensatoren des Kommutierungskreises und Hochlauf des Kommutierungsstromes auf einen einzustellenden Nennwert vorverlegt.

Falls nun eine Störung des den Verbraucher 21 einspeisenden Wechselstromnetzes Λ/, wodurch die Netzspannung um absinkt, eintritt, so wird durch ein Signal des diese Störung erfassenden Überwachungsorgans 4 die Verbraucherschiene 2 mit dem Verbraucher in bekannter Weise mit Hilfe der Schaltmittel 15 und 35 auf die in Bereitschaft gehaltene Ersatzstromquelle 3 (Wechselrichter) umgeschaltet. Dabei wird das Schaltmittel 35 geschlossen und das Schaltmittel 15 geöffnet. Beim Auftreten der Netzstörung wird ferner durch das Signal des Organs 4 der Spannungsregler 314 zur Abgabe seiner Ausgangsspannung freigegeben. Daraufhin werden durch Veränderung der Phasenlage der Steuer-

impulse des Steuerteils 313 in Abhängigkeit von der dann abgegebenen Ausgangsspannung des Spannungsreglers die Kommutierungskreise 312 des Wechselrichters auf Nenn-Kommutierungsstrom nachgeladen und somit der Leistungsteil des Wechselrichters in einem kurzen Hochlaufvorgang auf Abgabe der Nenn-Satzausgangsspannung, die die Netzspannung ersetzt, eingesteuert.

Falls während des Normalbetriebs der Verbraucherstromversorgung (aus dem Netz N) eine Störung in dem in Bereitschaft gehaltenen Wechselrichter, einschließlich der Bestandteile, z. B. in einem Steuerteil oder einem Leistungsteil eintritt, wird dieser Fehler sofort erkannt und gemeldet und nicht erst in der kritischen Phase bei einem Netzausfail. 1

Kehrt während der Ersatzstromversorgung des Verbrauchers aus der Batterie 32 über den Wechselrichter 31 die Netzspannung um wieder, so wird durch ein Signal von 4 der Verbraucher in bekannter Weise mit Hilfe der Schaltmittel 35 und 15 ebenfalls unterbrechungsfrei auf das Wechselstromnetz zurückumgeschaltet Durch das Signal des Organs 4 wird in diesem Falle beim Spannungsregler die Abgabe der Ausgangsspannung blokkiert und ferner werden die Steuerimpulse des Steuerteils auf eine Phasenlage zurückgestellt, bei der der Wechselrichter-Leistungsteil mit der Phasenlage der Grundschwingung eingesteuert wird. Der Steuerteil läuft dann synchron mit der Netzspannung. Schließlich wird in dert Kommutierungskreisen die Nachladung der Kondensatoren auf nahezu Null verringert.

Hierzu 1 blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum verlustarmen Betrieb einer Einrichtung für unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung von Verbrauchern, wobei der Verbraucherstrom aus einem Wechsel- oder Drehstromnetz bezogen wird und ein Wechselrichter als Ersatzstromquelle in Bereitschaft gehalten wird (Normalbetrieb der Stromversorgung mit Bereitschaftsbetrieb des Wechselrichters) und wobei im Falle einer Störung des Netzes der Verbraucherstrom aus einem elektrischen Akkumulator (Batterie) über den Wechselrichter bezogen wird (Ersatzstromversorgung), wobei bei der Einrichtung der Wechselrichter aus einem Leistungsteil mit steuerbaren Halbleiterventilen und Kommutierungskreisen rowie einem Steuerteil zur Erzeugung von Zündimpulsen besteht, dem ein Spannungsregler zugeordnet ist, und die Einrichtung ein den Wechselrichter und das Netz überwachendes Organ enthält, mit dem bei Netzstörung ein Signal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet,