DE3310976A1 - Circuit arrangement for the parallel supply of an AC or three-phase current load network - Google Patents
Circuit arrangement for the parallel supply of an AC or three-phase current load networkInfo
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Abstract
Description
Schaltungsanordnung zur Paralleleinspeisung in ein Wech-Circuit arrangement for parallel feed into an alternating
sel- oder Drehstrom-l,astnetz Die lrfinciung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Paralleleinspeisung in ein Wechsel- oder Drehstrom-Lastnetz mit einem Stellglied, das getrennte Steuereingänge für Amplitude und Frequenz oder Amplitude, Frequenz und Phase von Ausgangsspannung oder Ausgangsstrom besitzt, entsprechend dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.Sel- or three-phase oil network The refinancing refers to a Circuit arrangement for parallel feeding into an alternating or three-phase load network with an actuator that has separate control inputs for amplitude and frequency or Amplitude, frequency and phase of output voltage or output current, accordingly the preamble of claims 1 and 2.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 32 36 071.1 ist eine derartige Anordnung mit einem Stellglied, dessen Amplitude und Frequenz getrennt einstellbar sind, beschrieben. Aus der Regelabweichung zwischen der Phase der Lastspannung als Sollwert und der Phase der Stellglied-Ausgangsspannung als Istwert bildet ein Phasenregler eine Steuerspannung, mit der die Frequenz des Stellgliedes so gesteuert wird, daß die Stellglied-Ausgangsspannung in Phase ist mit der Lastspannung, an die das Stellglied über eine Ankoppelschaltung angeschlossen ist. Einem Betragsregler ist die Regeldifferenz zwischen dem gemessenen Betrag der Lastspannung als Sollwert und einem dem Betrag der Stellglied-Ausgangsspannung entsprechenden Istwert aufgeschaltet, so daß mit dem Regler-Ausgangssignal über den Amplitudensteuereingang des Stellgliedes die Ausgangsspannungsamplitude auf die Lastspannungsamplitude eingeregelt wird. An der Ankoppelschaltung liegt dann keine Spannungsdifferenz an, so daß kein Strom vom Stellglied in das Lastnetz oder umgekehrt eingespeist wird. Um trotzdem eine gesteuerte oder geregelte Einspeisung von Wirkstrom und Blindstrom zu ermöglichen, werden einer entsprechenden Sollwerteingabeschaltung der Soll- wert ( |Iw|. cos # )* für den Winkelanteil des Wechselrichter-Ausgangsstromes Iw und ein Sollwert ( |Iw|s n # )* für den Blindanteil eingegeben, wobei |Iw| den Betrag s w Stellglied-Ausgangsstromes und # den Winkel zwischen dem Ausgangsstrom der Ausgangsspannung des Stellgliedes bezeichnet.In the not previously published German patent application P 32 36 071.1 is such an arrangement with an actuator, its amplitude and frequency can be set separately. From the control deviation between the phase the load voltage as the setpoint and the phase of the actuator output voltage as Actual value, a phase regulator generates a control voltage with which the frequency of the actuator is controlled so that the actuator output voltage is in phase with the load voltage, to which the actuator is connected via a coupling circuit. An amount regulator is the control difference between the measured value of the load voltage as the setpoint and an actual value corresponding to the absolute value of the actuator output voltage, so that with the controller output signal via the amplitude control input of the actuator the output voltage amplitude is adjusted to the load voltage amplitude. There is then no voltage difference at the coupling circuit, so that no current is fed from the actuator into the load network or vice versa. To still have one enable controlled or regulated feed-in of active and reactive current, a corresponding setpoint input circuit of the setpoint value (| Iw |. Cos #) * for the angular component of the inverter output current Iw and a nominal value (| Iw | s n #) * is entered for the reactive component, where | Iw | the amount s w actuator output current and # the angle between the output current of the output voltage of the actuator.
Für den Betragsregler wird bei dieser beschriebenen Anordnung eine zusätzliche Einspeisegröße von einem Blindstromregler gebildet, dem der Blindstrom-Sollwert ( |Iw| . sin # )* und ein Blindstrom-Istwert |Iw| . sin zugeführt ist. Der Istwert ist aus Meßwerten für den Betrag und den auf die Ausgangsspannung bezogenen Winkel des Ausgangsstromes gebildet. Entsprechend wird eine Zusatzeinspeisegröße für den Phasenregler von einem Wirkstromregler gebildet, dem der Sollwert ( |Iw|.cos )* und der entsprechende Istwert |Iw|cos # aufgeschaltet ist.For the amount controller in this described arrangement is a additional feed variable formed by a reactive current controller, to which the reactive current setpoint (| Iw |. Sin #) * and a reactive current actual value | Iw | . sin is fed. The actual value is from measured values for the amount and the angle related to the output voltage of the output current. Accordingly, there is an additional feed-in value for the Phase controller formed by an active current controller to which the setpoint (| Iw | .cos) * and the corresponding actual value | Iw | cos # is applied.
Es zeigt sich, daß bei einer derartigen Eingabe von Ist-und Sollwerten die Regler für den Wirkstrom und den Blindstrom schlecht entkoppelt sind, so daß sich die beiden Regelkreise gegenseitig stark beeinflussen. Eine Sollwertänderung des Wirkstromes bewirkt nämlich nicht nur eine entsprechende Wirkstrom-Istwertänderung, sondern auch eine Änderung des Blindstrom-Istwertes, die von dem Blindstromregler noch ausgeregelt werden muß, und entsprechendes gilt für eine Sollwertänderung des Blindstromes. Die Folge sind verlängerte Anregel- und Ausregelzeiten, zusätzliche Störgrößen und allgemein ein schlechtes dynamisches Verhalten.It turns out that with such an input of actual and setpoint values the controller for the active current and the reactive current are poorly decoupled, so that the two control loops have a strong influence on each other. A setpoint change of the active current not only causes a corresponding change in the actual current value, but also a change in the reactive current actual value, which is determined by the reactive current controller still has to be regulated, and the same applies to a change in the setpoint of the Reactive current. The result is longer rise and settle times, additional ones Disturbance variables and generally poor dynamic behavior.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Schaltungsanordnung zur Paralleleinspeisung in ein Wechsel- oder Drehstromnetz der genannten Art di die keqel kreise für den Betrag und Frequenz des Stellgliedes durch geeignete Zusatzeinspeisungen so zu entkoppeln, daß sich Sollwertänderungen für den Wirkstrom höchstens noch schwach auf den Blind- strom auswirkcn und umgekehrt. Auch ist die Frfindung nicht nur auf ein Stellglied mit einem Amplitudensteuereingang und einem Phasensteuereingang anwendbar, sondern auch für Stellglieder, die drei Eingänge zur getrennten Vorgabe von Amplitude, Frequenz und Phase enthalten. Diese Sollwerteingabe ist insbesondere einsetzbar bei einer Schaltungsanordnung, die zur Paralleleinspeisung in ein Lastnetz bestimmt ist, an dem auch andere Spannungsquellen hängen.The object of the invention is to provide a circuit arrangement for parallel feed in an alternating or three-phase network of the type mentioned di the keqel circles for the To decouple the amount and frequency of the actuator by means of suitable additional feeds so that that changes in the setpoint value for the active current only have a slight effect on the reactive current effect and vice versa. Also, the discovery is not just based on an actuator an amplitude control input and a phase control input applicable, but also for actuators, the three inputs for the separate specification of amplitude and frequency and phase included. This setpoint input can be used in particular for a Circuit arrangement which is intended for parallel feeding into a load network to which other voltage sources also depend.
Bei einem Stellglied mit zwei getrennten Steuereingängen für Amplitude und Frequenz von Ausgangsspannung oder Ausgangsstrom wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.For an actuator with two separate control inputs for amplitude and frequency of output voltage or output current, this object is achieved by the features of claim 1.
Entsprechend eingestellten Parametern R und X für den ohmschen Widerstand und der Impedanz der Ankoppelschaltung wird also für die Zusatzeinspeisegröße des Betragsreglers der entsprechende Sollwert nach der Beziehung berechnet, wobei im Falle einer geregelten Einspeisung aus Meßwerten für die Amplitude In rund den auf die Stellglied-Ausgangsspannung bezogenen Winkel ç des Stellglied-Ausgangs stromes ein entsprechender Istwert gebildet und die Soll/Istwert-Differenz einem Regler aufgeschaltet und dessen Ausgangssignal als Zusatzeinspeisegröße dem Eingang des Betragsreglers oder - sofern eine Spannungsvorsteuerung des Stellgliedes vorgenommen wird - direkt dem Amplituden-Steuereingang aufgeschaltet wird.Corresponding to the set parameters R and X for the ohmic resistance and the impedance of the coupling circuit, the corresponding setpoint value for the additional feed variable of the absolute value controller becomes according to the relationship calculated, whereby in the case of a regulated feed from measured values for the amplitude In around the angle ç of the actuator output current related to the actuator output voltage, a corresponding actual value is formed and the setpoint / actual value difference is fed to a controller and its output signal is sent to the input as an additional feed variable of the amount controller or - if a voltage pre-control of the actuator is carried out - is connected directly to the amplitude control input.
Analog hierzu wird gemäß der Erfindung für die Zusatzeinspeisegröße des Phasenreglers der Sollwert gebildet, der zusammen mit einem entsprechenden t twert ebenfalls einem Regler aufgeschaltet wird, wobei die Reglerausgangsgröße als Zusatzeinspeisegröße dem Eingang des Phasenreglers oder dem Frequenzsteuereingang aufgeschaltet wird. Sofern lediglich eine Steuerung des einzuspeisenden Stromes angestrebt wird, kann auü die Bildung der Istwerte und die entsprechenden Regler verzichtet werden.Analogously to this, according to the invention, the setpoint value for the additional feed variable of the phase regulator is set which is also connected to a controller together with a corresponding t t value, the controller output variable being connected to the input of the phase controller or the frequency control input as an additional feed variable. If the aim is merely to control the current to be fed in, the formation of the actual values and the corresponding controllers can be dispensed with.
Besitzt des Stellglied drei getrennte Steuereingänge für Amplitude, Frequenz und Phase, so kann die nötige Synchronisierung der Ausgangsspannung auf die Lastspannung auf ähnliche Weise vorgenommen werden wie bei der eingangs erwähnten, vorbeschriebenen Schaltung. Auch hier ist dem Amplitudensteuereingang ein cntsprechender Betrag regler vorgeschaltet. Zur Nachführung der Stellglicd-Ausgangsfrequenz kann in diesem Fall ein dem Frequenzsteuereingang vorgeschalteter Frequenzregler dienen, dessen Eingang über eine Frequenzdifferenz-Meßeinrichtung an das Stellglied und das Lastnetz angeschlossen ist.If the actuator has three separate control inputs for amplitude, Frequency and phase, so can the necessary synchronization of the output voltage the load voltage can be carried out in a similar way to the one mentioned at the beginning, circuit described above. Here, too, the amplitude control input is a corresponding one Amount regulator connected upstream. To track the actuator output frequency can in this case a frequency regulator connected upstream of the frequency control input is used, its input via a frequency difference measuring device to the actuator and the load network is connected.
Auch hier werden Zusatzeinspeisegrößen gebildet, wobei dem Betragsregler die gleiche, nach der Beziehung (1) gebildete Zusatzsteuergröße aufgeschaltet wird. Die nach der Beziehung (2) gebildete Zusatzeinspeisegröße kann vorteilhaft auf den Phasensteuereingang aufgeschaltet werden.Here, too, additional feed-in variables are generated, with the amount controller the same additional control variable formed according to relationship (1) is applied. The additional feed variable formed according to the relationship (2) can advantageously be applied to the Phase control input can be switched on.
Anhand zweier Ausführungsbeispiele und fünf Figuren sei die Erfindung näher erläutert.The invention is based on two exemplary embodiments and five figures explained in more detail.
Dabei zeigt: Figur 1 den Leistungsteil einer Schaltungsanordnung zur wahlweisen Einschaltung in ein vorhandenes Netz (Netzbetrieb) oder in eine Gruppe passiver Verbraucher ( Insdbetrieb), Figur 2 ein Vektordiagramm fiir die dabei auftretenden Spannungen und Ströme, Figur 3 eine schematische Darstellung der Sollwerteingabeschaltung, Figur 4 eine Ausführungsform mit einem amplituden- und frequenzgesteuerten Stellglied, Figur 5 eine Ausführungsform nlit einem ampl ituden-, Frequenz- und phasengesteuerten Stellglied.It shows: FIG. 1 the power section of a circuit arrangement for optional activation in an existing network (network operation) or in a group passive consumer (insdbetrieb), Figure 2 is a vector diagram for the voltages and currents occurring, FIG. 3 is a schematic representation the setpoint input circuit, Figure 4 shows an embodiment with an amplitude and frequency-controlled actuator, Figure 5 shows an embodiment with an ampl itude, frequency and phase controlled actuator.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Anwendungsfall besteht das Stellglied aus einem aus einer Gleichstromquelle oder Gleichspannungsquelle, z.B. einer Batterie 1 oder einem Solargenerator, gespeisten Wechsel richter 2, dessen nicht gezeigte Steuerung Stelleingänge 3 und 4 für die Amplitude und die Frequenz der Ausgangsgröße, im dargestellten Fall den Betrag |U| und die Frequenz # der Ausgangsspannung, enthält. Insbesondere handelsübliche Pulswechselrichter haben derartige Stelleingänge für Betrag und Frequenz. Der häufig bei Wechselrichter vorhandene dritte Stelleingang für die Phase der Ausgangsspannung ist in Figur 1 nur angedeutet. Ihm kann z.B. der Sollwert Null eingegeben werden.In the application shown in Figure 1, there is the actuator from one of a direct current source or direct voltage source, e.g. a battery 1 or a solar generator, powered inverter 2, its not shown Control input 3 and 4 for the amplitude and frequency of the output variable, in the illustrated case the amount | U | and the frequency # of the output voltage. In particular, commercially available pulse-controlled inverters have such control inputs for Amount and frequency. The third control input often found on inverters for the phase of the output voltage is only indicated in FIG. He can e.g. the setpoint zero can be entered.
Dem Ausgang des Wechselrichters ist ein Filter nachgeordnet, das im gegebenen Fall über den Wechselrichtertransformator 5 mit dem Wechselrichter verbunden ist und eine Längsdrossel 6 sowie im Querzweig eine Querdrossel 7 und einen Kondensator enthält. Die Elemente 7 und 8 sind hier als Saugkreise auf die fünfte Oberschwingung der Netzfrequenz abgestimmt, wobei noch weitere Saugkreise (7', 8', 7'', 8'') für die 7. und 18. Oberschwingung vorgesehen sind. werner ist an dieser Ausgangsseite des Wechselrichters 2 ein Meßwandler 9 für die Wechselrìchter-Ausgangsspannung U und ein Meßwandler 10 für den w Wechselrichter-Ausgangsstrom Iw vorgesehen.The output of the inverter is followed by a filter that is used in the If necessary, connected to the inverter via the inverter transformer 5 is and a series choke 6 and in the shunt branch a cross choke 7 and a capacitor contains. The elements 7 and 8 are here as suction circuits for the fifth harmonic matched to the mains frequency, with additional suction circuits (7 ', 8', 7 ", 8") for the 7th and 18th harmonics are provided. Werner is on this exit page of the inverter 2, a transducer 9 for the inverter output voltage U and a transducer 10 is provided for the inverter output current Iw.
Mit dieser Anordnung soll z.B. aus einer Batterie auf die gesicherte Schiene einer unterbrechungs@@@@@@ Stromversorgung eingespeist werden oder cs soll die Leistung von Solargeneratoren oder Brennstoffzellen in ein Netz eingespeist werden, das in Fig. 1 als Drehstromnetz 11 ausgebildet und bereits von anderen Energiequellen mit Spannung versorgt ist. Zur Ankoppelung des Stellgliedes an das Netz 11 dient eine Längsdrossel und ein Ankoppeltransformator 12, während die Netzspannung U über einen Wandn ler 15 erfaßt werden kann. Mit 16 ist eine passive Last dargestellt, die über einen Schalter 17 an das Stellqlied angeschlossen werden kann. Die Schalter 13 und 17 gestatten so das wahlweise Einschalten der einzelnen Lasten, während der Wechselrichterschalter 14 zur vollkommenen Abschaltung des Stellgliedes dient.With this arrangement, e.g. from a battery to the secured Rail of an interruption @@@@@@ power supply is to be fed in or cs the power of solar generators or fuel cells fed into a network are formed in Fig. 1 as a three-phase network 11 and already from other energy sources is supplied with voltage. Is used to couple the actuator to the network 11 a series choke and a coupling transformer 12, while the line voltage U over a converter 15 can be detected. With 16 a passive load is shown, which can be connected to the actuator via a switch 17. The switches 13 and 17 thus allow the individual loads to be switched on during the Inverter switch 14 is used to completely switch off the actuator.
Bekanntlich können die Spannungen oder Ströme in den einzelnen Phasen eines Wechselspannungsnetzes oder Drehspannungsnetzes als einzelne Komponenten eines resultierenden Vektors in einem durch kartesische raumfeste Koordinaten α,ß festgelegten Koordinatensystem dargestellt werden.As is known, the voltages or currents in the individual phases an alternating voltage network or three-phase voltage network as individual components of a resulting vector in a Cartesian space-fixed coordinates α, ß defined coordinate system.
Hierzu ist es lediglich nötig, die entsprechenden Werte für zwei Phasen, z.B. die Phasen R, 5, zu erfassen, um mittels eines als (R, s/ α,ß ) - Koordinatenwandlers bezeichneten Rechengliedes die entsprechenden kartesischen Komponenten zu bilden. Auf diese Weise können den Meßwandlern 9 und 15 die Spannungsvektoren Uw und U zugeordnet werden, wobei Uw durch die kartesischen Komponenten |Uw|. cos (#t + αw), |Uw| . sin (#t+ αw) und Un entsprechend durch |Un| . cos ( #t + αn), |Un| . sin (#t+ αn gegeben ist. Entsprechend ist den Ausgangssignalen des Wandlers 10 ein Stromvektor Iw mit den kartesischen Komponenten |Iw|cos ( #t + αw + #), |Iw|sin (#t + αw + #) zuzuordnen. Im Fall, daß vom Stellglied kein Strom in das Lastnetz eingespeist wird (Iw 0), ergeben sich die bei den Vektoren UE0 und Uw. Soll jedoch ein Strom|Iw|#0 eingespeist werden, so ergeben sich die in IZig. 2 dargestellten Vektoren E und UN Dabei ist in Fig. 2 zunächst das Ersatzschaltbild für das Filter dargestellt, wobei mit X die Impedanz und mit R der Widerstand des'Filters darqestel lt ist, während und IE die vom Stellglied am Filtereingang bereitgestellten Spannungen und Ströme sind. Iw stellt den am Ort des Meßgliedes 10 erfaßten, über das Filter und die Transformatoren in das Lastnetz eingespeisten Strom dar. Die Spannung Uw ist am Filterausgang durch das Meßglied 9 erfaßt, sie fällt im Netzbetrieb praktisch mit UN zusammen.For this it is only necessary to enter the corresponding values for two phases, e.g. to record the phases R, 5, in order to use a (R, s / α, ß) coordinate converter to form the corresponding Cartesian components. In this way, the voltage vectors Uw and U can be assigned to the transducers 9 and 15 where Uw is replaced by the Cartesian components | Uw |. cos (#t + αw), | Uw | . sin (# t + αw) and Un by | Un | . cos (#t + αn), | Un | . sin (# t + αn is given. Corresponds to the output signals of the converter 10 a current vector Iw with the Cartesian components | Iw | cos (#t + αw + #), | Iw | sin (#t + αw + #). In the event that there is no power from the actuator is fed into the load network (Iw 0), result in the vectors UE0 and Etc. However, if a current | Iw | # 0 are fed in, so result the in IZig. The vectors E and UN shown in FIG. 2 are shown in FIG the equivalent circuit diagram for the filter is shown, with X being the impedance and with R is the resistance of the filter, while IE is the resistance of the actuator the voltages and currents provided at the filter input. Iw provide the site of the measuring element 10 detected via the filter and the transformers in the load network fed in current. The voltage Uw is at the filter output through the measuring element 9, it practically coincides with UN in network operation.
In der Regel kann bei der betrachteten Paraleleinspeisung davon ausgegangen werden, daß die .Lastspannung Un in Betrag und Frequenz starr vorgegeben ist. Daher sind in Fig. 2 die entsprechenden Vektoren in einem mit dem Lastspannungsvektor U mitrotierenden Koordinatensystem dar--n gestellt. Ein Strom Iw # 0 erzeugt die Spannungsabfälle R . LE und X . IE' so daß zur Aufrechterhaltung der Spannung U das Stellglied die Spannung UE aufbringen -n muß. Im Leerlauffall <1 = 0) treten jedoch nur die Fil--w terströme 1 auf. Unter Berücksichtigung der entsprechen--c den Spannungsabfälle ergeben sich die Leerlaufspannung UE0, und für den Winkel zwischen Un und Uw ein Wert α0 = arc tan (|Ic| . R/(|Un| - |Ic|.X)), wobei für den Vektorbetrag gilt: Im Belastungsfall ergeben sich kompliziertere Zusammenhänge, die sich jedoch stark vereinfachen lassen, da cosα#1 und tan α # α näherungsweise gesetzt werden kann.As a rule, in the case of the parallel feed under consideration, it can be assumed that the load voltage Un is rigidly specified in terms of magnitude and frequency. The corresponding vectors are therefore shown in FIG. 2 in a coordinate system that rotates with the load voltage vector U. A current Iw # 0 generates the voltage drops R. LE and X. IE 'so that in order to maintain the voltage U, the actuator must apply the voltage UE -n. In the idle case <1 = 0), however, only filter flows 1 occur. Taking into account the corresponding - c voltage drops, the result is the open circuit voltage UE0, and for the angle between Un and Uw a value α0 = arc tan (| Ic |. R / (| Un | - | Ic | .X)), where the following applies to the vector amount: In the case of a load, there are more complicated relationships, which can, however, be greatly simplified, since cosα # 1 and tan α # α can be set approximately.
Berücksichtigt man ferner, daß ist, so ergibt sich letztlich und ebenso: Diese Beziehungen geben somit an, wie Phase und Amplitude der Stellgliedausgangsspannung verstellt werden müssen, um den gewünschten Strom in das Lastnetz einzuspeisen oder daraus zu beziehen. Bei dieser Ableitung wurde von der in Fig. 1 gezeigten Anordnung der Meßglieder ausgegangen, bei der nur Impedanz und Widerstand des Filters zu betrachten sind. Jedoch lassen sich unter Einbeziehung der entsprechenden Parameter der Transformatoren auch Gleichungen für eine andere Anordnung der Meßglieder auf der Ausgangsseite des Stellgliedes und der Netzseite aufstellen, wobei dann letztlich nur die für den Widerstand und die Induktivität zu verwendenden Parameter der Ankoppeleinheit entsprechend zu verändern sind. Auch dann ergibt sich der gleiche Zusammenhang zwischen dem einzuspeisenden Strom und den Änderungen an Phase und Amplitude der Stellgliedausgangsspannung.If one also takes into account that is, it ultimately follows and as well: These relationships thus indicate how the phase and amplitude of the actuator output voltage must be adjusted in order to feed the desired current into the load network or to draw it from it. This derivation was based on the arrangement of the measuring elements shown in FIG. 1, in which only the impedance and resistance of the filter are to be considered. However, with the inclusion of the corresponding parameters of the transformers, equations for a different arrangement of the measuring elements on the output side of the actuator and the network side can be set up, in which case only the parameters of the coupling unit to be used for the resistance and inductance need to be changed accordingly. Then there is the same relationship between the current to be fed in and the changes in phase and amplitude of the actuator output voltage.
Figur 3 zeigt schematisch einen beispielhaften Aufbau einer Sollwerteingabeschaltung nach der Erfindunq. Am Sollwerteingang 16a ist der Wirkanteil ds St.ellgliedstromes abgegriffen, von dem an einer Subtraktionsstelle 17a der am Sollwerteingang 16b abgegriffene und an einem Proportionalglied mit dem Faktor R/X gewichtete Sollwert für den Blindanteil des Stromes abgezogen ist Für den Fall, daß der Einspeisestrom qereqel t werden soll, sind an entsprechenden Istwerteingängen 16a' und 16b' die entsprechenden Istwerte des Wirk- und Blindanteils abgegriffen und an einer weiteren Subtraktionsstelle 17a' zu dem zum Sollwert ( 1Iw(cos T)* - K/X . ( IIn sin )* gehörenden Istwert |Iw|.cos # - R/X . ( |Is|.sin # ) zusammengesetzt.FIG. 3 schematically shows an exemplary structure of a setpoint input circuit according to the invention. The active component of the actuator current is at the setpoint input 16a tapped, from which at a subtraction point 17a the at the setpoint input 16b tapped setpoint weighted on a proportional element with the factor R / X for the reactive component of the current is deducted In the event that the feed-in current qereqel t are to be set at the corresponding actual value inputs 16a 'and 16b' corresponding actual values of the active and reactive components are tapped and transferred to another Subtraction point 17a 'to the Setpoint (1Iw (cos T) * - K / X . (IIn sin) * associated actual value | Iw | .cos # - R / X. (| Is | .sin #) composed.
Eine erste Regelvergleichsstelle 18a bildet die Regeldifferenz für einen Regler 19a. Das Ausgangssignal der ersten Subtraktionsstelle 17a bzw. des als "Stromphasen-Regler" dienenden Reglers 19a ist als Zusatzeinspeiscgröße #Z ("Phasen-%usatzsollwert") abgegriffen.A first rule comparison point 18a forms the control difference for a regulator 19a. The output signal of the first subtraction point 17a or des controller 19a serving as "current phase controller" is an additional feed variable #Z ("phase% additional setpoint") tapped.
In gleicher Weise ist ein "Betrag-Zusatzsollwert" UZ* gebildet, indem entsprechend den soeben abgeleiteten Beziehungen der am Eingang 16b abgegriffene Blindanteil-Sollwert ( (|Iw| sin # )* an einer Additionsstelle 17b mit dem am Eingang 16a abgegriffenen, mit dem Proportionalitätsfaktor R/X gewichteten Wirkanteil-Sollwert ( |Iw| cos überlagert wird. Auch hier ist für den Fall einer Stromregelung vorgesehen, an einer weiteren Additionsstelle 17b' die Istwerte des Wirk- und Blindanteils zum entsprechenden Istwert 11w1 I . sinf # + R/X . (|Iw|cos# ) zusammenzusetzen und über eine Regelvergleichsstelle 18b die entsprechende Regeldifferenz einem "Strombetrag-Regler" l9b zuzuführen. Die Anordnung der Subtraktionsstellen und Additionsstellen sowie der Proportionalglieder kann selbstverständlich auch anders gewählt werden, insbesondere können die Stellen 17a, 17a' und 18a zu einer einzigen Überlagerungsstelle zusammengefaßt werden, die zusammen mit den entsprechenden Proportionalgliedern als Eingangsbeschaltung des Stromphasen-Reglers l9a verwirklicht sein kann. Entsprechendes gilt für die Stellen 17b, 17b', 18b und den Strombetrag-Regler 19b.In the same way, an "additional setpoint value" UZ * is formed by in accordance with the relationships just derived, the one tapped at input 16b Reactive component nominal value ((| Iw | sin #) * at an addition point 17b with that at the input 16a tapped active component setpoint value weighted with the proportionality factor R / X (| Iw | cos is superimposed. Here too, in the case of current regulation, it is provided at a further addition point 17b 'the actual values of the active and reactive components for corresponding actual value 11w1 I. sinf # + R / X. (| Iw | cos #) and the corresponding control difference to a "current amount controller" via a rule comparison junction 18b 19b feed. The arrangement of the subtraction points and addition points as well the proportional terms can of course also be chosen differently, in particular the points 17a, 17a 'and 18a can be combined to form a single overlay point together with the corresponding proportional elements as the input circuit of the current phase regulator 19a can be realized. The same applies to Positions 17b, 17b ', 18b and the current regulator 19b.
Wie ein derart aufgebautes Bauteil als Sollwerteingabeschaltung 40 im Zusammenhang mit einem Stellglied, das getrennte Steuereingänge für Amplitude und Frequenz besitzt, eingesetzt werden kann, ist in Fig. 4 dargestellt, die von einer Anordnung entsprechend Fig. 4 der erwähnten, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 32 16 071.1 ausgeht.Like a component constructed in this way as a setpoint input circuit 40 in connection with an actuator that has separate control inputs for amplitude and frequency which can be used is illustrated in FIG. 4, which of an arrangement corresponding to FIG. 4 of the mentioned, not pre-published German patent application P 32 16 071.1 starts out.
Der Leistungsteil 20 entspricht dabei der Anordnung nach Fig. 1. Als Meßeinrichtung für <len Betrag der Stellglied-Ausgangsspannung dient der Spannungsmeßwandler 9, dem eine Transformationsschaltung zur IJIldung von Betrag und Richtung des Ausgangsspannungsvektors Uw nachgeschaltet ist. Diese Transformationsschaltung enthält einen (R, S/α,ß )-Koordinatenwandler 31, der die raumfesten kartesischen Komponenten des Ausgangsspannungsvektors einem anschließenden Vektoranalysator 32 zuführt. Der Vektoranalysator 32 ermittelt einerseits den Vektorbetrag |Uw|, andererseits als Richtungskomponete das Winkelsignal-Paar cos ( #t + αw), sin (#t + αw).The power section 20 corresponds to the arrangement according to FIG The voltage transducer is used to measure <len amount of the actuator output voltage 9, which is a transformation circuit for converting the magnitude and direction of the output voltage vector Uw is connected downstream. This transformation circuit contains a (R, S / α, ß ) -Coordinate converter 31, which the spatially fixed Cartesian components of the output voltage vector a subsequent vector analyzer 32 supplies. The vector analyzer 32 determines on the one hand the vector amount | Uw |, on the other hand the angle signal pair as a directional component cos (#t + αw), sin (#t + αw).
Als Meßeinrichtung für den Spannungsbetrag des Lastnetzes dient der entsprechende Spannungsmeßwandler 15 mit einer nachgeordneten, aus dem Koordinatenwandler 21 und dem Vektoranalysator 22 bestehenden Transformationsschaltung.The is used as a measuring device for the amount of voltage in the load network corresponding voltage transducer 15 with a downstream one from the coordinate converter 21 and the vector analyzer 22 existing transformation circuit.
Dem Amplitudensteuereingang 4 des Stellgliedes 2 ist über eine Begrenzungseinrichtung das Ausgangssignal eines Betragsreglers 30 vorgeschaltet. Als Regelabweichung wird an der an dem Regler 30 vorgeschalteten Vergleichsstelle die Differenz zwischen einem Sollwert |Uw*| und dem Istwert |Uw| des Betrages des Ausgangsspannung gebildet und dieser Differenz als zusätzliche Einspeisegröße noch der Betrag-Zusatzsollwert UZ* überlagert. Der Istwert |Uw| ist am Vektoranalysator 32 abgegriffen, während der Sollwert |Uw*| über einen Hochlaufgeber 29 am Betragsaugang des Vektoranalysators 22 abgegriff<n ist.The amplitude control input 4 of the actuator 2 is via a limiting device the output signal of an amount controller 30 is connected upstream. The system deviation is at the comparison point connected upstream of the controller 30, the difference between a setpoint | Uw * | and the actual value | Uw | formed by the amount of the output voltage and this difference, as an additional feed variable, is the additional setpoint value UZ * superimposed. The actual value | Uw | is tapped at the vector analyzer 32 while the setpoint | Uw * | via a ramp generator 29 at the amount input of the vector analyzer 22 tap <n.
Dem Frequenzsteuereingang 3 ist über eine Begrenzungseinrichtung der Ausgang eines Frequenzreglers 33 zugeführt , wobei ferner vorgesehen sein kann, daß eine der Nenn- frequenz fst des Lastnetzes proportionale Steuerspannung dem Frequenzsteuereingang zur Frequenz-Vorsteuerung zusätzlich aufgeschaltet ist. Der Frequenzregler 33 führt die Frequenz der Stellglied-Ausgangsspannung der Spannung des Lastnetzes dadurch nach, daß er die Phasendifferenz beider Spannungen auf einen vorgegrbenen Sollwert ausregelt.The frequency control input 3 is via a limiting device The output of a frequency controller 33 is supplied, it being further possible to provide that one of the nominal frequency fst of the load network proportional control voltage is also connected to the frequency control input for frequency precontrol. The frequency controller 33 controls the frequency of the actuator output voltage of the voltage the load network by the fact that he the phase difference of the two voltages on one regulates the specified setpoint.
Dabei kann aber auch vorgesehen sein, daß der Phasenregler bei einer Einspeisung in ein Insel netz außer Eingriff gebracht wird, wobei der Amplitudensollwert frei eingebbar ist.But it can also be provided that the phase regulator at a Feeding into an island network is disengaged, the amplitude setpoint can be freely entered.
An einer dem Frequenzregler 33 vorgeschalteten Vergleichsstelle wird ein Istwert für die Phasendifferenz zwischen Lastspannung U und Ausgangsspannung U als Istwert mit -n -w einem Sollwert verglichen, für den im Leerlauffall der Wert ( αn - αw)* = 0 vorgegeben ist und zudem im Belastungsfall als zusätzliche Einspeisegröße der Phasen-Zu--satzsollwert 1 * addiert ist.At a reference junction connected upstream of the frequency controller 33 an actual value for the phase difference between load voltage U and output voltage U as the actual value is compared with -n -w a setpoint value for which the value in the idling case (αn - αw) * = 0 is given and also as an additional one in the case of load Infeed variable of the additional phase setpoint 1 * is added.
Der Istwert für die Phasendifferenz der Spannungen ist an einer entsprechenden Phasendifferenz-Meßeinrichtung abgegriffen, die vorteilhaft als ein an die Ausgänge der beiden Transformationsschaltungen für die Spannungsvektoren Uw, Un angeschlossenes Winkeldifferenzglied ausgebildet ist. Als derartiges Winkeldiffcrenzglied wird bevorzugt ein Vektordreher 25 verwendet, dessen Winkelsignaleingang die vom Vektoranalysator 32 ermittelten Richtungskomponenten cos ( W t + αw), sin (# t + αw) und dessen Vektorsignaleingang die vom Koordinatenwandler 21 ermittelten kartesischen Komponenten|Un| cos (#t + αn),|Un|sin(#t+αn) zugeführt sind. Dieser Vektordreher 25 ermittelt nun die kartesischen Komponenten |Un|cos ( αn - αw), |Un|sin ( αn - αw) des Lastspannungsvektors in einem mit dem Vektor Uw der Ausgangsspannung rotierenden kartesi- schen Koordinatensystem, so daß die entsprechende Sinus-Komponente als der Winkeldifterenz ( αn - αw) proportionaler Istwert verwendet werden kann.The actual value for the phase difference of the voltages is at a corresponding Phase difference measuring device tapped, which is advantageous as a to the outputs of the two transformation circuits for the voltage vectors Uw, Un connected Angular differential member is formed. Such an angular differential element is preferred a vector rotator 25 is used, the angle signal input of which is that of the vector analyzer 32 determined directional components cos (W t + αw), sin (# t + αw) and its vector signal input the Cartesian signals determined by the coordinate converter 21 Components | Un | cos (#t + αn), | Un | sin (# t + αn) are supplied. This Vector rotator 25 now determines the Cartesian components | Un | cos (αn - αw), | Un | sin (αn - αw) of the load voltage vector in one with the vector Uw of the output voltage rotating Cartesian cal coordinate system, so that the corresponding sine component as the angular difference (αn - αw) proportional actual value can be used.
Als Sollwert-Eingabeschaltung 40 sind in der erwähnten älteren Anmeldung bereits ein Blindstromregler 4@ und ein Wirkstromregler 44 mit den Sollwerteingängen 16a, 16b und den Istwert-Eingängen 16a', 16b' vorgesehen. Die Istwerte werden von einer Strom-Meßeinrichtung geliefert, die aus dem Strom-Meßwandler 10 und einer nachgeschalteten Transformationsschaltung besteht. Als Transformationsschaltung dient hierbei wieder der Koordinatenwandler 41, dessen Ausgangssignal dem Vektorsignaleingang eines an seinem Winkelsignaleingang von den Pichtungskomponenten des Vektoranalysators 32 beautschlagten Vektordreher zugeführt ist. Der Vektordreher 42 liefert somit mit den Komponenten |Iw|cos# , |Iw| sin# die kartesischen Komponenten des Ausgangsstrom-Vektors 1 in einem mit dem -w Spannungsvektor Uw rotierenden Koordinatensystem, die gleichbedeutend sind mit dem Wirkanteil und dem Blindanteil des Ausgangsstromes. Dabei ist zusätzlich vorgesehen, daß durch die Schalter 45 und 46 die beiden Regler 43, 44 außer Eingriff gehalten werden, um erst dann in Eingriff gebracht zu werden, wenn d r Wechselrichterschalter 14, der den Stellgliedausgang mit d n dar an angeschlossenen Transformationsschaltungen einerseits und das Netz mit der daran angeschlossenen Transformationsschaltung andererseits trennt, als Synchronisierschalter geschlossen wird.As a setpoint input circuit 40 are in the mentioned earlier application already a reactive current regulator 4 @ and an active current regulator 44 with the setpoint inputs 16a, 16b and the actual value inputs 16a ', 16b' are provided. The actual values are from a current measuring device supplied, which consists of the current transducer 10 and a downstream transformation circuit exists. As a transformation circuit Here again the coordinate converter 41 is used, the output signal of which is the vector signal input one at its angle signal input from the directional components of the vector analyzer 32 authorized vector rotator is supplied. The vector rotator 42 thus delivers with the components | Iw | cos #, | Iw | sin # the Cartesian components of the output current vector 1 in a coordinate system rotating with the -w voltage vector Uw, which are equivalent to are with the active component and the reactive component of the output current. There is also provided that the switches 45 and 46, the two controllers 43, 44 disengaged to be engaged when the inverter switch 14, which represents the actuator output with d n connected to transformation circuits on the one hand and the network with the transformation circuit connected to it on the other hand disconnects when the synchronization switch is closed.
Bei dieser bekannten Schaltung wird mit dem Wirkstromsollwert auf Frequenz bzw. Phase und mit dem Blindstromsollwert auf den Betrag der Stellglied-Ausgangsspannung eingegriffen. Da ein ins Lastnetz eingespeister Wirkstrom aber auch die Amplitude der Ausgangsspannung und ein Blindstrom deren Phase beeinflußt, zeigt diese bekannte Schaltung das eingangs erwähnte, verbesserungsbedürftige dynamische Verhalten. Daher werden die Zusatzsollwerte #Z* und UZ* entsprechend der bereits angegebenen Weise durch gegenseitige Verknüpfung von Blind- und Wirkstrom gebildet. Die hierzu nötige Rechenschaltung ist in Fig. 4 nur angedeutet.In this known circuit, the active current setpoint is increased Frequency or phase and with the reactive current setpoint to the amount of the actuator output voltage intervened. Since an active current fed into the load network also affects the amplitude the output voltage and a reactive current influences their phase, shows this known circuit the dynamic behavior in need of improvement mentioned at the beginning. Hence be the additional setpoints # Z * and UZ * according to the manner already specified mutual linkage of reactive and active current formed. The computing circuit required for this is only indicated in Fig. 4.
Eine entsprechende Schaltungsanordnung, bei der jedoch ein Stellglied verwendet wird, das drei getrennte Eingänge für Amplitude, Frequenz und Phase seiner Ausgangsgröße besitzt, ist in Fig. 5 dargestellt. Dem Phasensteuereingang 3a des Stellgliedes 2 ist in diesem Fall der von der Sollwerteingabeschaltung 40 gelieferte Phasen-Zusatzsollwert Z zugeführt. Der dem Frequenzsteuereingang vorgeschaltete Regler 33 dient jetzt als Frequenzregler, um die Ausgangsfrequenz #w des Stellgliedes der Frequenz #n des Lastnetzes nachzuführen (#w = #n = Hierzu kann die Stellgliedfrequenz (d.h. hier die Wechselrichterfrequenz) aus einem Meßwert an einem Ausgang oder aber uch aus dem drii Frequenzsteuereingang eingegebenen Frequenzsollwert an einer geeigneten Stelle des Wechselrichter-Steuersatzes abgegriffen werden, während als entsprechender Frequenzsollwert die Frequenz der Lastspannung am Lastnetz abgegriffen wird. Sofern die entsprechenden Frequenzsignale als Digitalimpulse, z.B. jeweils beim Nulldurchgang der betreffenden Spannung, eingegeben werden, kann ein entsprechender Meßwandler 25a als Frequenzdifferenz-Meße-inrichtunq di e Regelabweichung der Frequenzen bilden und an den Eingang des als Frequenzregler dienenden Reglers 3 geben. Der Wandler- 25@ entspricht somit bezüglich der Differenzbildung dem Vektordreher 25 aus Fig. 4, (ler die Eingangsgröße des Reglers 33 aus der Winkeldifferenz der Spannungen zu bilden hat. Der übrige Aufbau der Anordnung kann unverändert nach Fig. 4 vorgenommen werden, wobei gleiche Bezugszeichen gleichen Bauteilen entsprechen. Vorteilhaft wird als Regler 33 ein P-Regler verwendet, während die anderen Regler zumindest zusätzlich einen I-Anteil aufweisen.A corresponding circuit arrangement in which, however, an actuator is used, the three separate inputs for amplitude, frequency and phase of its Output variable is shown in FIG. The phase control input 3a of the In this case, the actuator 2 is that supplied by the setpoint input circuit 40 Additional phase setpoint Z supplied. The one upstream of the frequency control input Controller 33 now serves as a frequency controller to set the output frequency #w of the actuator to track the frequency #n of the load network (#w = #n = the actuator frequency (i.e. the inverter frequency here) from a measured value at an output or else The frequency setpoint entered from the drii frequency control input is also transferred to a suitable one Point of the inverter tax rate can be tapped while as a corresponding Frequency setpoint the frequency of the load voltage on the load network is tapped. Provided the corresponding frequency signals as digital pulses, e.g. each time they cross zero of the voltage in question can be entered using an appropriate transducer 25a, as a frequency difference measuring device, form the control deviation of the frequencies and to the input of the controller 3 serving as a frequency controller. The converter 25 @ thus corresponds to the vector rotator 25 from FIG. 4, (ler the input variable of the controller 33 from the angular difference of the voltages has to form. The rest of the construction of the arrangement can be carried out unchanged according to FIG where the same reference numerals correspond to the same components. Advantageous is used as controller 33 P controller used while the other Controller at least additionally have an I component.
Die gesamte Anordnung erfordert für die Steuerung oder Regelung somit im wesentlichen lediglich einige Regler sowie Koordinatenwandler, Vektordreher und Vektoranalysatoren, die z.B. als Bausteine für eine @eldorientierte Regelung von Drehfeldmaschinen bereits bekannt und gefertigt sind und somit kostengünstig zur Verfügung stehen.The entire arrangement thus requires the control or regulation essentially just a few controllers and coordinate converters, vector rotators and Vector analyzers, which can be used, for example, as building blocks for a field-oriented control of Rotary field machines are already known and manufactured and are therefore inexpensive to use To be available.
Es ist daher möglich, aus einfachen Bausteinen eine Vorrichtung zu schaffen, die ein einfaches universelles Regelkonzept für die synchrone Paralleleinspeisung in ein vorhandenes Versorgungsnetz ermöglicht.It is therefore possible to create a device from simple building blocks create a simple, universal control concept for synchronous parallel infeed in an existing supply network.
8 Patentansprüche 5 Figuren8 claims 5 figures
Claims (1)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19833310976 DE3310976A1 (en) | 1983-03-25 | 1983-03-25 | Circuit arrangement for the parallel supply of an AC or three-phase current load network |
| JP59055945A JPS59181928A (en) | 1983-03-25 | 1984-03-23 | Parallel power supplying device to ac load system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19833310976 DE3310976A1 (en) | 1983-03-25 | 1983-03-25 | Circuit arrangement for the parallel supply of an AC or three-phase current load network |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3310976A1 true DE3310976A1 (en) | 1984-09-27 |
Family
ID=6194697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19833310976 Withdrawn DE3310976A1 (en) | 1983-03-25 | 1983-03-25 | Circuit arrangement for the parallel supply of an AC or three-phase current load network |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59181928A (en) |
| DE (1) | DE3310976A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0519574A1 (en) * | 1991-06-20 | 1992-12-23 | Holec Systemen En Componenten B.V. | Device for the load-sharing parallel connection of alternating-voltage sources |
| EP1410490A1 (en) * | 2001-07-23 | 2004-04-21 | Northern Power Systems, Inc. | Control system for a power converter and method of controlling operation of a power converter |
| DE102007052301A1 (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-07 | Kostal Industrie Elektrik Gmbh | Photovoltaic inverter unit |
-
1983
- 1983-03-25 DE DE19833310976 patent/DE3310976A1/en not_active Withdrawn
-
1984
- 1984-03-23 JP JP59055945A patent/JPS59181928A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0519574A1 (en) * | 1991-06-20 | 1992-12-23 | Holec Systemen En Componenten B.V. | Device for the load-sharing parallel connection of alternating-voltage sources |
| EP1410490A1 (en) * | 2001-07-23 | 2004-04-21 | Northern Power Systems, Inc. | Control system for a power converter and method of controlling operation of a power converter |
| EP1410490A4 (en) * | 2001-07-23 | 2007-03-07 | Northern Power Systems Inc | Control system for a power converter and method of controlling operation of a power converter |
| DE102007052301A1 (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-07 | Kostal Industrie Elektrik Gmbh | Photovoltaic inverter unit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59181928A (en) | 1984-10-16 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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