DE3917337A1

DE3917337A1 - Vorrichtung mit mehreren parallel betriebenen wechselrichtern

Info

Publication number: DE3917337A1
Application number: DE3917337A
Authority: DE
Inventors: Takao Kawabata; Jyoji Kawai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-05-30
Filing date: 1989-05-27
Publication date: 1989-12-07
Also published as: CA1299650C; KR910009763B1; FR2632130B1; JPH01303060A; US4947310A; DE3917337C2; JP2526992B2; FR2632130A1; KR890017854A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die in einem Spannungsversorgungssystem für den parallelen Betrieb mehrerer Wechselrichter, wie Inverter, die an eine ge meinsame Last angeschlossen sind, wobei das Gleichge wicht der Ströme zwischen den Wechselrichtern geregelt wird.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer bekannten Vorrichtung mit mehreren parallel betriebenen Wechselrichtern, wie sie z. B. in den japanischen Offenlegungsschriften 53-36 137 und 56-1 310 offenbart sind.

Wie Fig. 1 zeigt, wird ein erster Stromrichter 1 (Inver ter) parallel mit einem zweiten Stromrichter 2 (Inver ter) betrieben, der denselben Aufbau hat und über einen Ausgangsbus bzw. Sammelschiene 3 an eine Last 4 zu deren Stromversorgung angeschlossen ist. Der erste Stromrichter 1 ist hauptsächlich aufgebaut aus einer Wechselrichterschaltung (inverter body) 100, einer In duktivität für einen Filter 102 und einer Kapazität für einen Filter 103, ist mit dem Ausgangsbus 3 über einen Ausgangsschalter 104 verbunden und dazu geeignet, eine Gleichspannung von einer Spannungsquelle 5 in eine Wech selspannung umzuwandeln. Um einen Parallelbetrieb der Stromrichter 1 und 2 zu erhalten, erhält man zuerst aus dem Ausgangsstrom I₁ des ersten Stromrichters 1 ein gemessenes Signal I₁_a von einem Stromwandler 106. An schließend erhält man von einer Querstrommeßeinheit 107 ein dem Querstrom entsprechendes Signal Δ I, nämlich die Differenz zwischen einem gemessenen Signal I₂_a, das man in ähnlicher Weise von dem zweiten Stromrichter 2 er hält, und dem gemessenen Signal I₁_a. Daraufhin werden die Spannungsvektoren E _A und E _B, die sich rechtwinklig schneiden, von einem Phasenschieber 108 gebildet, und diese sowie das Signal Δ I werden in Arithmetikschaltun gen 109 und 110 verarbeitet, und man erhält aus diesen entsprechend eine Blindspannungskomponente Δ Q und eine Wirkspannungskomponente Δ P. Der Stromrichter führt eine Impulsbreitenmodulation (pulse width modulation PWM) für die Wechselrichterschaltung 100 durch, und zwar mit Hilfe einer Spannungsregelungsschaltung 113 und einer Impulsbreitenmodulationsschaltung 114 unter Verwendung von Ausgangssignalen von einer Schaltung 111 zur Erzeu gung einer Sollspannung und von einer Spannungsrückkopp lungsschaltung 112, und regelt somit die intern er zeugte Spannung.

Zwischenzeitlich wird die Blindspannungskomponente Δ Q der Spannungsregelungsschaltung 113 als sogenanntes Hilfssignal zugeführt. Die Spannungsregelungsschaltung 113 stellt daraufhin die intern erzeugte Spannung der Wechselrichterschaltung 100 um einige Prozent nach, wodurch die Blindspannungskomponente Δ Q auf Null reduziert wird.

Andererseits wird die Wirkspannungskomponente Δ P über einen eine PLL-Schaltung bildenden Verstärker 115 einem Referenzoszillator 105 zugeführt, um schließlich auch seine Frequenz einzustellen, und somit funktionieren der Verstärker 115 und der Referenzoszillator 105 so, um die Phase der intern erzeugten Spannung der Wechsel richterschaltung 100 zu regeln, wodurch die Kompo nente Δ P zu Null reduziert wird.

Durch Regelung der Spannung und der Phase, um Δ PQk und Δ P auf Null zu reduzieren, werden somit die Querströme zwischen beiden Stromrichtern eliminiert, und man erhält einen stabilisierten Anteil der Belastung zwischen diesen.

Dennoch ergaben sich mit dem zuvor beschriebenen bekann ten System folgende Probleme. Ein erstes Problem war, daß, wenn einer der Stromrichter im Parallelbetrieb ausfiel und dadurch die Spannung am ausgefallenen Strom richter extrem niedrig oder hoch wurde, es möglich war, daß ein sehr großer Querstrom durch den anderen fehler freien Stromrichter floß und somit auch dieser fehler freie Stromrichter zusammenbrach.

Ein zweites Problem bestand darin, daß, wenn Durch schnittswerte der Phase und der Spannung der intern er zeugten Spannung des Stromrichters geregelt wurden, um den Strom für die zwischen den Stromrichtern aufgeteil te Belastung zu regeln, und somit der entsprechende An teil des Stromes indirekt geregelt wurde, es schwierig war, die Antwortzeit oder Genauigkeit des Regelbetrie bes zu verbessern, und insbesondere es unmöglich war, die augenblickliche Verteilung des Stromes zu regeln.

Ein drittes Problem war, daß die Regelung des Wirkstro mes und die des Blindstromes nicht unabhängig vonein ander erfolgte, sondern daß sie sich gegenseitig stör ten und, um diese Störung zu vermeiden, die Antwortge schwindigkeit der Regelung nicht so sehr erhöht werden konnte.

Ein viertes Problem bestand darin, daß, wenn die Impe danzwerte der Induktivitäten der Filter der drei Phasen nicht gleich, sondern unterschiedlich zueinander waren, die Verhältnisse der zugeteilten Ströme zwischen den Phasen unterschiedlich wurden.

Die herkömmliche Vorrichtung mit mehreren parallel be triebenen Wechselrichtern ist so aufgebaut, wie oben be schrieben, und zeigte diese Probleme, wie oben erwähnt, von denen ein besonderes Problem darin bestand, daß, wenn eine Unterbrechung bei einem der Stromrichter im Parallelbetrieb erfolgte und dadurch die Spannung am ausgefallenen Stromrichter extrem niedrig oder hoch wur de, ein sehr starker Querstrom durch einen anderen feh lerfreien Stromrichter floß und dadurch dieser Strom richter ebenfalls außer Funktion gesetzt wurde.

Somit ist es Aufgabe der Erfindung, die erwähnten Nach teile des Standes der Technik zu beseitigen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein System mit mehreren parallel betriebenen Wechselrichtern derart weiterzubilden, daß sogar dann, wenn bei einem von mehreren Stromrichtern im Parallelbetrieb eine Un terbrechung erfolgt, dies keine nachteilige Wirkung in Form eines überhöhten Querstromes bei den anderen fehlerfreien Stromrichtern im Parallelbetrieb hat.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System mit mehreren parallel betriebenen Wechselrich tern derart weiterzubilden, daß die Regelung des unter einer Vielzahl von Stromrichtern im Parallelbetrieb ver teilten Laststromes sehr schnell ist und somit eine Regelung der augenblicklichen Verteilung des Stromes ermöglicht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein System mit mehreren parallel betriebenen Wechselrichtern derart weiterzubilden, daß eine Störung zwischen dem Wirkstrom und dem Blindstrom vermieden wird, wodurch die Antwortgeschwindigkeit der Regelung verbessert werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein System mit mehreren parallel betriebenen Wechselrichtern derart weiterzubilden, daß eine Beeinflussung der Ver hältnisse des im Parallelbetrieb zwischen einer Viel zahl von Wechselrichtern verteilten Belastungsstroms möglich wird, so daß die Kapazität jedes Wechselrich ters in Betracht gezogen werden kann.

Schließlich besteht eine weitere Erfindung der Aufgabe darin, ein System mit mehreren parallel beschriebenen Wechselrichtern derart weiterzubilden, daß nicht nur der Einsatz in einem Parallelbetrieb mit Wechsel richtern, sondern ebenfalls mit anderen Stromrichtern mit Augenblicksregelung möglich ist.

Das erfindungsgemäße System mit mehreren parallel be triebenen Wechselrichtern besitzt keine Durchschnitts wertregelung, sondern einen hochfrequenten Impulsbrei tenmodulationsumrichter (PWM-Inverter) mit Augenblicks wertregelung, und sie ist ferner aufgebaut aus Strom richtern (Inverter) mit einer Regelung des Augenblicks wertes des Stromes, wobei ein Stromhilfsregelkreis zur Regelung des Augenblickswertes des Ausgangsstromes vor gesehen ist. Der Stromhilfsregelkreis ist dafür ausge legt, einen Steuerbefehl von einem Spannungshauptregel kreis sowie einen Steuerbefehl, den man aus dem Be lastungsstrom erhält, der dem Anteil des von jedem Wechselrichter zu tragenden Laststrom entspricht, als Steuerbefehl für den vom Wechselrichter (Converter) aus zugebenen Strom zu erhalten, um die Ausgangsspannung auf einer Sinuswelle zu halten.

Das erfindungsgemäße System mit mehreren parallel be triebenen Wechselrichtern erzeugt auf dem Bus eine sinusförmige Spannung mit Hilfe des Stromhilfsregelkrei ses, der den Augenblickswert des Ausgangsstromes des Wechselrichters regelt, und erzeugt dabei als Steuer befehl für den Hilfsregelkreis den Steuerbefehl vom Spannungshauptregelkreis und den Steuerbefehl, der dem Anteil des von jedem Wechselrichter zu tragenden Last stromes entspricht, wodurch das Auftreten von Querstrom im Fall einer Unterbrechung in einem anderen Wechsel richter verhindert wird.

Die Erfindung wird anhand der in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsformen näher er läutert.

Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild einer herkömmlichen System richtung mit mehreren parallel betriebenen Wech selrichtern;

Fig. 2 und 3 Blockschaltbilder eines erfindungsgemäßen Systems mit mehreren parallel betriebenen Wech selrichtern;

Fig. 4(a) und (b) und Fig. 7 Schaltungen einer Ausführungsform eines Wechsel richters für den Einsatz im erfindungsgemäßen System;

Fig. 5 eine Schaltung zur Messung eines Laststromes, der in einer Vorrichtung gemäß Fig. 2 mit mehreren parallel betriebenen Wechselrichtern aufzuteilen ist;

Fig. 6 eine Schaltung für eine präzisere Regelung des nach Fig. 5 aufzuteilenden Stromes;

Fig. 7 eine Schaltung eines hochfrequenten Umrichters in einer anderen Ausführung; und

Fig. 8 Strom- und Spannungsverläufe zur Erläuterung eines hochfrequenten Wechselrichters.

Fig. 2 zeigt im Blockschaltbild eine Ausführung des erfindungsgemäßen Systems mit mehreren parallel be triebenen Wechselrichtern. Dabei arbeitet ein erster Stromrichter 1 (Inverter) parallel mit einem nicht dar gestellten zweiten Stromrichter 2 (Inverter) mit dem selben Aufbau über einen Ausgangsbus bzw. Sammelschiene 3 zur Versorgung einer Last 4 mit Spannung. Die mit denen in Fig. 1 entsprechenden Teile von Fig. 2 sind mit denselben entsprechenden Bezugszeichen versehen. Während jedoch Fig. 1 einen Stromrichter mit einer Rege lung des Mittelwertes der Ausgangsspannung zeigt, ist in Fig. 2 ein Stromrichter (Inverter) mit einer Rege lung der Augenblickswerte des Ausgangsstromes und der Spannung dargestellt, und somit haben die dargestellten Schaltungen nicht immer dieselbe Funktion.

Die Wechselrichterschaltung (inverter body) 100 besteht beispielsweise aus Transistoren oder Hochleistungs- MOSFETs zum hochfrequenten Schalten, und jeder Arm ei nes dreiphasigen Brückenwechselrichters (Brückeninver ters) gemäß Fig. 4(a) oder eines einphasigen Brücken wechselrichters gemäß Fig. 4(b) kann bei einer hohen Frequenz schalten, und zwar zehn bis mehrere hundert Male höher als die Ausgangsfrequenz (z. B. 60 Hz). Während die Zeitfolge des Schaltens von der Impulsbrei tenmodulationsschaltung bestimmt wird, ist diese Impuls breitenmodulationsschaltung beispielsweise eine eine Sinuswelle mit einer Dreieckswelle vergleichende Impuls breitenmodulationsschaltung, die das Schalten in jedem Schnittpunkt einer dreieckigen Trägerwelle mit einem Ausgangsspannungssteuerbefehl durchführt.

Der Stromrichter enthält einen Stromhilfsregelkreis, und in diesen liefert eine Stromregelungsschaltung 121 ein Regelsignal an eine Impulsbreitenmodulationsschal tung 134, so daß der durch einen Stromwandler 160 und einen Stromsensor 133 zurückgekoppelte Ausgangsstrom mit einem Stromsollwert von einem Begrenzer 123 zusam mengeführt werden kann. Da es Spannungen einer entgegenge setzten elektromotorischen Kraft von einer Kapazität 103 und dem anderen zweiten Stromrichter 2 auf dem Ausgangsbus gibt, ist es erforderlich, die Summe der Spannungen der entgegengesetzten elektromotorischen Kraft und der an eine Induktivität 102 anzulegenden Spannung zu erzeugen. Anschließend wird die Ausgangsbus spannung von einem Spannungssensor 132 gemessen und zu der Ausgangsspannung der Stromregelungsschaltung 121 hinzuaddiert. Dabei wird die Stromregelungsschaltung 121 nur zur Regelung der an der Induktivität 102 anlie genden Spannung benötigt, und dadurch wird die Rege lungsleistung erhöht. Inzwischen erzeugt eine PLL-Schal tung 130 eine sinusförmige Spannungsreferenz 129 syn chron mit der Spannung auf dem Ausgangsbus 3. Eine Kapa zitätsstromreferenz 127 erzeugt einen sinusförmigen Re ferenzstrom, der der Referenzspannung um 90° voraus eilt, damit der Strom durch die Kapazität 103 ent sprechend der Impedanz der Kapazität 103 fließt. Eine Detektorschaltung 131 für den anteiligen Strom zweigt von den von einem Stromwandler 161 a erfaßten Strom im ersten Stromrichter und den von einem Stromwandler 161 b erfaßten Strom im zweiten Stromrichter den Augenblicks wert des von jedem Stromrichter (Inverter) zu erzeugen den Stromes I _L/n ab, wobei der Laststrom I _L durch die Anzahl n der parallelen Stromrichter geteilt wird (n= 2 im vorliegenden Fall).

Falls die Stromrichter verschiedene Kapazitäten haben, ist somit der zu verteilende Strom nicht 1/n des Last stromes, vielmehr wird ein dem unterschiedlichen Ver hältnis der zugeteilten Ströme entsprechender Stromwert entsprechend der Kapazität der Stromrichter abgezweigt.

Eine Spannungsregelungsschaltung 126 erzeugt ein Korrek turstromsignal für den Stromrichter, um den Unterschied zwischen der Ausgangsspannung und der sinusförmigen Spannungsreferenz 129 zu korrigieren.

Im folgenden wird die Funktionsweise beschrieben. Zu erst liefert der Stromrichter im unbelasteten Zustand einen Strom, der durch die Kapazität 103 fließt, und da durch wird eine Nicht-Last- bzw. Leerlaufspannung aufge baut. Gleichzeitig korrigiert die Spannungsregelungs schaltung 126 den Spannungsfehler, der aufgrund des Feh lers in der Stromregelung oder des Unterschiedes zwi schen dem Augenblickswert des Stromes durch die Kapazi tät 103 und der Kapazitätsstromreferenz 127 auftritt.

Gleichzeitig werden die Ausgangsspannungen der beiden Stromrichter von ihren PLL-Schaltungen 130 geregelt, um in Phase mit dem Ausgangsbus 3 zu gelangen, und sie wer den dabei in Parallelbetrieb gebracht.

Bei Anschluß einer Last 4 wird ein Befehl von der De tektorschaltung 131 für den anteiligen Strom zum Strom hilfsregelkreis abgegeben, um die Hälfte des Laststro mes I _L zu übernehmen, wodurch jeder Stromrichter einen halben Anteil am Laststrom I _L trägt. Hier begrenzt ein Begrenzer 125 den Überstrom wie z. B. einen Stromstoß, damit sich dieser nicht beim Anschalten der Last fort setzt, und ein Begrenzer 123 soll den endgültigen Stromsteuerbefehl unterhalb eines zulässigen Wertes für den Stromrichter begrenzen.

Durch Aufbau des parallelen Spannungsversorgungssystems, wie oben beschrieben, wird der Stromrichter gegen einen Überstrom von seinem eigenen Stromhilfsregelkreis ge schützt und kann die Ausgangsspannung in Form einer Sinuswelle aufrechterhalten, und zwar durch schnelle Reaktion auf Störungen oder plötzliche Veränderungen im Laststrom. Das Charakteristische dieses Systems ist darin zu sehen, daß die Regelung, wie oben beschrieben, zu jeden Schaltzeitpunkt in der hochfrequenten Impuls breitenmodulation durchgeführt wird und deshalb eine sehr schnelle Reaktion erreicht wird. Wenn beispiels weise eine Schaltfrequenz von 10 kHz verwendet wird, wird die Regelung alle 100 µs durchgeführt, und deshalb kann ein transientes Phänomen, beruhend auf äußere Stö rungseinflüsse wie z. B. eine plötzliche Änderung in der Last, innerhalb etwa Zehnmal von 100 µs beendet werden, wodurch man eine exzellente Regelungsleistung erhält.

Obwohl es aus dem Stand der Technik bekannt ist, soll anhand von Fig. 5 ein konkretes Ausführungsbeispiel der Messung des anteiligen Stromes beschrieben werden. Es sei angenommen, daß ein Laststrom von 300 A in Form von I _L=90 A, I₂=100 A und I₃=110 A von den drei Strom richtern (Invertern) INV-1, INV-2 und INV-3 erzeugt wird und die erzeugten Spannungen über den Lastwider ständen R₁₁, R₂₁ und R₃₁ für die Stromwandler CT-1, CT-2 und CT-3 9 V, 10 V und 11 V betragen. Über jeden der Widerstände R₁₂, R₂₂ und R₃₂, die erheblich größer als die Widerstände R₁₁ etc. sind, entsteht eine Span nung von (9+10+11)/3=10 V. Diese Spannung ent spricht einem Drittel des Laststromes und dem von jedem Stromrichter zu tragenden Stromwert, und somit kann dieses auszusondernde Signal in die Regelungsschaltung eingegeben werden. Während der vorhergehenden Beschrei bung wurde der Einfachheit halber vernachlässigt, daß die Ströme Vektorgrößen sind, aber dieselben Verhält nisse stimmen auch dann, wenn sie als Vektorgrößen ange sehen werden.

Wenn der Stromrichter INV-1 beispielsweise mit seiner Arbeit aufhört, wird zuerst ein Schalter S₁₂ geschlos sen, woraufhin die Spannung an den Widerständen R₂₂ und R₃₂ jeweils 15 V wird und die Last muß nun vollständig von den anderen beiden Stromrichtern getragen werden. Anschließend wird ein Schalter S₁₂ geschaltet und gleichzeitig der Ausgangsschalter für den Stromrichter geöffnet, so daß er von der Parallelverbindung gelöst wird.

In der Schaltung von Fig. 5 erhält man beispielsweise über den Widerstand R₁₁ ein Signal, das dem von dem Stromrichter INV-1 getragenen Strom entspricht, und über den Widerstand R₁₂ erhält man ein Signal, das dem vom Stromrichter INV-1 zu tragenden Strom entspricht. Weiterhin erhält man zwischen dem Punkt X₁ und dem Punkt X₂ eine Spannung, die der Differenz Δ I des von dem Stromrichter INV-1 erzeugten Stromes entspricht. Durch zusätzliche Schaffung einer Schaltung, wie in Fig. 6 gezeigt, zur Isolierung und Verstärkung des Signals Δ I zwischen den Punkten X₁ und X₂ und Zuführung des Signals zu einem Addierer 135 in Fig. 2 kann die Abweichung des getragenen Stromes weiter reduziert werden. Es ist offensichtlich, wenn die Verstär kung in der Schaltung von Fig. 6 weiter ansteigt, daß die ausgeglichene Verteilung der Last sogar dann er reicht wird, wenn die Schaltung zur Zuführung des Steuerbefehls des anteiligen Stromes von der Detektor schaltung 131 für den anteiligen Strom in einer vor wärts führenden bzw. mitgekoppelten Weise in Fig. 2 weggelassen wird. Dieser Gedanke kann ebenfalls bei der Ausführung gemäß Fig. 3 verwirklicht werden.

Das oben beschriebene Regelungssystem von Fig. 2 ist so wohl bei einphasigen als auch bei dreiphasigen Strom richtern (Invertern) einsetzbar, jedoch nicht nur bei Stromrichtern, sondern vielmehr auch bei anderen Umrich tern (Konvertern) mit einer Augenblicksregelung sowie Zyklokonvertern anwendbar.

Im folgenden soll anhand von Fig. 3 ein System beschrie ben werden, das ein synchrones, rotierendes Koordinaten system mit d-q-Achsen benutzt, das noch bessere Eigen schaften im Betrieb dreiphasiger Umrichter wie Inver ter oder Konverter erzielt.

Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung ist im wesentlichen dieselbe wie die in Fig. 2, unterscheidet sich jedoch von dieser durch drei drei-auf-zwei-Phasen-Umrichter (Konverter) 141, 142, 143 und einen zwei-auf-drei- Phasen-Umrichter 140. Eine drei-Phasen-Sinuswellen- Signalschaltung 150 und eine PLL-Schaltung 151, die die Schaltung mit der Ausgangsbusspannung synchronisieren, erzeugen die folgenden sechs Signale als dreiphasige sinusförmige Signale als Sollwerte für die Koordinaten transformation:

(wobei ψ gewöhnlich auf ψ=0 gesetzt ist).

Werden die dreiphasigen Signale des Stromsensors 133, die Detektorschaltung 131 für den anteiligen Strom und der Spannungssensor 132 durch die Vektorgleichung =col X _U, X _V, X _W ausgedrückt, multipliziert mit der folgenden Transformationsmatrix , werden diese in Gleichstromsignale =col [Y _d, Y _q] entlang der d-q-Achsen wie folgt umgewandelt:

wobei "-" über den Zeichen eine Matrix und "" eine Vektorgröße entlang der d-q-Achsen bedeutet. Bei sol cher Transformation, wenn die Stromrichterausgangsspan nungssignalbefehle ausgedrückt werden als

werden ihre Werte entlang der d-q-Achsen gegeben durch

Wenn die Größe der Kapazität 103 mit C _p bezeichnet wird, werden die Stromsignalbefehle Î _C* für die dadurch geleiteten Ströme durch folgende Gleichung ausgedrückt:

Somit wird aus einem dreiphasigen sinusförmigen Signal ein entlang der d-q-Achsen gerichteter konstanter Gleichstrom. Entgegen der Regelung des dreiphasigen Systems mit V- und W-Phasen aus Fig. 2, bei welchem Fehler sogar im Normalbereich wegen des Systems der Regelung der variablen Werte erzeugt wurden, kann im vorliegenden Regelungssystem, das ein System der Regelung konstanter Werte ist, eine Regelung erzielt werden, die erheblich weniger Fehler erzeugt.

Wenn das gewöhnliche Sinuswellen-Dreieckswellen-Ver gleichssystem für die Impulsbreitenmodulation verwendet wird, werden Signale im dreiphasigen System mit den U-, V- und W-Phasen benötigt. Dabei wird die folgende in verse Transformationsmatrix (8) mit den Steuersignalen multipliziert, um sie dadurch wieder in das dreiphasige System zu überführen, und die Signale werden der Impuls breitenmodulationsschaltung zugeführt.

In den anhand der Fig. 2 und 3 oben beschriebenen Aus führungen kann die Regelleistung dadurch verbessert werden, daß als Steuerbefehl für den Stromhilfsregel kreis der Wert des durch die parallele Kapazität im Stromrichterausgangsfilter geleiteten Stromes erzeugt wird, jedoch kann die Kapazitätsstromreferenz 127 in den Fig. 2 und 3 weggelassen werden. Dies ist deshalb so, weil die Spannungsregelungsschaltung 126 so funk tioniert, daß die Ausgangsspannung mit der sinusför migen Spannungsreferenz 129 in Übereinstimmung gebracht werden kann, und als Folge erzeugt es ein Signal, das das Signal der Kapazitätsstromreferenz 127 ersetzt und da mit als ein Regelungssystem für den Sinuswellenstrom richter sanft funktioniert. In solchem Fall reduziert ein ziemlich großer Verstärkungsfaktor der Spannungs regelungsschaltung 126 die Abweichung in der Spannungs regelung.

Obwohl in der obigen Beschreibung der Fall erklärt wurde, bei dem die Erfindung für einen Parallelbetrieb der Stromrichter verwendet wird, kann dasselbe Prinzip auch auf andere Stromrichter mit Augenblickswertrege lung angewandt werden, wie z. B. bei einem hochfrequen ten Umrichter gemäß Fig. 7, der aus einer Kombination hochfrequenter Inverter und Zyklokonverter besteht, in denen eine Gleichspannung in eine hochfrequente Recht eckwelle und dann in eine niederfrequente Sinuswelle umgewandelt wird.

In den Wechselrichtern von Fig. 7 erhält man eine Rechteckwelle, wie sie in Fig. 8(a) gezeigt ist, indem die Transistoren Q 1 bis Q 4 auf der Sekundärseite des Transformators TR geschaltet werden. Anschließend wird eine Sägezahnkurve, synchronisiert mit dem Schalten des Stromrichters, erzeugt, wie in Fig. 8(b) gezeigt ist, und die Schnittpunkte dieser mit dem Ausgangsspannungs steuerbefehl, gekennzeichnet durch die Linie X₁-X₂ in der Figur, ergeben die in Fig. 8(c) dargestellte Kurve. Dann erhält man durch Auswahl der Schalter des Zyklokon verters, wie in Fig. 8(e) gezeigt, in Abhängigkeit von der Polarität dieses Signals und der Spannung RS des Stromrichters eine dem Signal X₁-X₂ gemäß Fig. 8(d) entsprechende Spannung zwischen N und P in Fig. 7.

Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, ist die Schaltung von Fig. 7 so aufgebaut, daß sie eine ein phasige Impulsbreitenmodulationsspannung erhalten kann, die der aus Fig. 4(b) äquivalent ist. Im Falle eines dreiphasigen Ausganges wie z. B. bei einem dreiphasigen Umrichter mit hochfrequenter Verbindung können drei Wicklungen auf der Sekundärseite des Transformators TR von Fig. 7 verwendet werden. Das in Fig. 2 und 3 ge zeigte Prinzip kann von einer diskreten Schaltung mit einem analogen Operationsverstärker etc. oder soft waremäßig in Form einer Digitalregelung unter Verwen dung eines Mikroprozessors oder eines digitalen Sig nalprozessors verwirklicht werden.

Obwohl die Beschreibung anhand von zwei Stromrichtern derselben Leistung erfolgte, kann die Erfindung eben falls für einen Parallelbetrieb von n Stromrichtern mit verschiedenen Leistungen verwendet werden. In solch einem Fall wird jeder Stromrichter seinen Anteil an der Last im Verhältnis zu seiner Leistung tragen können, indem die Stromwandler CT-1, CT-2, CT-3 etc. und die Widerstände R₁₁, R₂₁, R₃₁ etc. entsprechend den Leistungen verändert werden und dieselben Spannungen an den Kontakten über R₁₁, R₂₁, R₃₁ etc. auftreten, wenn der bemessene Strom fließt.

Obwohl zwei Begrenzer 123 und 125 in den Ausführungen der Fig. 2 und 3 verwendet werden, kann der Begrenzer 125 weggelassen werden, so daß nur der Begrenzer 123 zurückbleibt, oder, falls sogar keiner der beiden Begrenzer 123 und 125 verwendet wird, kann die Sätti gungsgrenze des Verstärkers als Begrenzer verwendet wer den.

Gemäß der vorangegangenen Beschreibung hat das erfin dungsgemäße Spannungsversorgungssystem folgende Merk male. Zuerst wird der Ausgangsstrom des Wechselrichters von einem Steuerbefehl begrenzt, der an den Stromhilfs regelkreis gegeben wird, und deshalb, sogar wenn der Ausgang des anderen Wechselrichters plötzlich sich än dert aufgrund einer Unterbrechung o. dgl., gibt es keine Möglichkeit einer Unterbrechung des fehlerfreien Wech selrichters aufgrund eines Querstromes durch diesen fehlerfreien Wechselrichter. Da zweitens der Augen blickswert des Ausgangsstroms des Wechselrichters direkt geregelt wird, ist eine schnelle Antwort auf den anteiligen Strom und dessen präzise Regelung möglich. Vorausgesetzt, daß die Schaltfrequenz des Wechselrich ters ausreichend hoch ist, kann eine hervorragende Re gelung des anteiligen Stromes durchgeführt werden, und zwar sogar während eines transienten Phänomens, weil die Augenblickswerte des anteiligen Stromes im Inter vall der Schaltperiode geregelt werden können. Drittens, im Fall eines Dreiphasenbetriebes kann ein Regelungssystem entlang der d-q-Achsen aufgebaut wer den, um dadurch ein nicht-interaktives Regelungssystem zu erhalten, das zu einer schnellen Regelung entlang der d- und der q-Achse fähig ist. Da außerdem die Größe L _S des Ausgangsfilters im Stromhilfsregelkreis enthal ten ist, sogar wenn die Werte zwischen den drei Phasen nicht gleich sind, kann diese Abweichung kompensiert werden.

Die Erfindung mit den zuvor beschriebenen Merkmalen ist so ausgelegt, daß man eine sinusförmige Spannung wäh rend des Parallelbetriebes der Frequenzrichter (Kon verter) mit einem Stromhilfsregelkreis erhält, der den Augenblickswert des Ausgangsstromes regelt, und deshalb bewirkt sie eine Begrenzung der Überströme wie z. B. eines Stoßstromes von der Last oder eines Querstromes, der auf einer Änderung der Spannung in einem anderen Wechselrichter aufgrund einer Unterbrechung beruht. Auf diese Weise kann ein sehr zuverlässiges System aufge baut werden.

Claims

1. Spannungsversorgungssystem mit mehreren parallel betriebenen Wechselrichtern für sinusförmige Span nungen, von denen jeder einen Filter (102, 103) ent hält, mit seinen Ausgängen an einen gemeinsamen Bus (3) angeschlossen ist und einen Anteil an einem Laststrom übernimmt, gekennzeichnet durch eine eine Umformung ausführende Wechselrichterschaltung (converter body) (100) von der Art mit einer Regelung des Augenblickswertes des Stromes mittels eines Armes jeder Phase, die die Wechselrichterschaltung (100) bil det, die eine Vielzahl von Schaltoperationen während einer Zykluszeit durchführt, um dadurch den Augenblicks wert des Ausgangsstromes zu regeln;
Mittel zum Aufbau einer sinusförmigen Ausgangsspannungs referenz, die mit einer Lastbusspannung synchronisiert ist;
Mittel zur Ermittlung eines Anteils eines von jedem Wechselrichter zu tragenden Laststromes, gestützt auf einen gemessenen Wert des Laststromes, und zur Erzeu gung eines dem ermittelten Wert entsprechenden ersten Signals; und
Spannungsregelungsmittel (126) für zwischen der Lastbus spannung und der sinusförmigen Ausgangsspannungsrefe renz (129) auftretende Fehler und zur Erzeugung eines zweiten Signals für die Korrektur des Fehlers, bei welcher eine Summe aus dem ersten und dem zweiten Sig nal als Stromsteuerbefehl für den Wechselrichter ge schaffen wird.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (127) zum Setzen einer Kapazitätsstromreferenz und zum Setzen eines Stromwertes, der von einer sinusförmigen Ausgangsspannungsreferenz (129) abgeleitet ist, als ein Wert eines Stromes, der durch eine parallele Kapazität eines Filters dieses Wechselrichters geleitet wird, ent sprechend eines Wertes der parallelen Kapazität und zur Abgabe des ermittelten Wertes als Stromsteuerbefehl, wobei der Stromsteuerbefehl und die Summe aus den ersten und zweiten Signalen zusammenaddiert werden, um dadurch einen synchronisierten Stromsteuerbefehl zu er halten.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichterschaltung (100) des Wechselrichters (1) aus Elementen besteht, die hochfrequent schalten können.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter einen Stromhilfsregelkreis besitzt, der die Wechselrichter schaltung (100), eine Impulsbreitenmodulationsschaltung (134), einen Spannungssensor (132) und einen Strom sensor (133) enthält.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter einen ersten Begrenzer (125) zur Begrenzung von Überströmen wie z. B. Stoßströmen zum Zeitpunkt des Anlegens der Last, so daß sich diese nicht fortpflanzen, und einen zweiten Begrenzer (123) zur Begrenzung des endgültigen Stromsteuerbefehles auf einen niedrigeren als den zu lässigen Wert für die Stromrichter enthält.

6. Spannungsversorgungssystem mit mehreren parallel be triebenen dreiphasigen Wechselrichtern für sinusförmige Spannungen, von denen jeder einen dreiphasigen Filter (102, 103) enthält, mit seinen Ausgängen an einen drei phasigen gemeinsamen Bus (3) angeschlossen ist und einen Anteil an einem Laststrom übernimmt, gekennzeichnet durch eine eine Umformung ausführende dreiphasigen Wechselrich terschaltung (converter body) (100) von der Art mit einer Regelung des Augenblickswertes des Stromes mit tels eines Armes jeder Phase, die die Wechselrichter schaltung (100) bildet, die eine Vielzahl von Schalt operationen während einer Zykluszeit durchführt, um dadurch den Augenblickswert des Ausgangsstromes zu regeln;
drei Mittel zum Aufbau einer dreiphasigen sinusförmigen Ausgangsspannungsreferenz, die mit einer Lastbusspan nung synchronisiert ist;
drei Mittel zur Ermittlung eines Anteils eines von jedem Wechselrichter zu tragenden dreiphasigen Last stromes, gestützt auf einem gemessenen Wert des Last stromes, und zur Erzeugung eines dem ermittelten Wert entsprechenden ersten dreiphasigen Signals; und
drei Spannungsregelungsmittel (126) für zwischen der dreiphasigen Lastbusspannung und der dreiphasigen sinusförmigen Ausgangsspannungsreferenz (129) auftreten de Fehler und zur Erzeugung eines zweiten dreiphasigen Signals für die Korrektur des Fehlers, bei welcher eine Summe aus dem ersten dreiphasigen Signal und dem zwei ten dreiphasigen Signal als dreiphasiger Stromsteuerbe fehl für den Wechselrichter geschaffen wird.

7. System nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch drei Mittel (127) zum Setzen einer Kapazitätsstromreferenz und zum Setzen eines dreipha sigen Stromwertes, der von einer dreiphasigen sinusför migen Ausgangsspannungsreferenz (129) abgeleitet ist, als ein Wert eines Stromes, der durch parallele Kapazi täten eines dreiphasigen Filters dieses Wechselrichters geleitet wird, entsprechend eines Wertes der parallelen Kapazitäten und zur Abgabe des dreiphasigen ermittelten Wertes als Stromsteuerbefehl, wobei der Stromsteuerbe fehl und die Summe aus den ersten und zweiten dreipha sigen Signalen zusammenaddiert werden, um dadurch einen synchronisierten dreiphasigen Stromsteuerbefehl zu er halten.

8. System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichterschaltung (100) des dreiphasigen Wechselrichters (1) aus Elemen ten besteht, die hochfrequent schalten können.

9. System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter drei Stromhilfsregelkreise besitzt, die die Wechselrichter schaltung (100), eine dreiphasige Impulsbreitenmodu lationsschaltung (134), Spannungssensoren (132) und Stromsensoren (133) enthalten.

10. System nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter drei erste Begrenzer (125) zur Begrenzung von Überströmen wie z. B. Stoßströmen zum Zeitpunkt des Anlegens der Last, so daß sich diese nicht fortpflanzen, und drei zweite Begrenzer (123) zur Begrenzung des endgültigen Stromsteuerbefehles auf einen niedrigeren als den zu lässigen Wert für den Stromrichter enthält.

11. Spannungsversorgungssystem mit mehreren parallel betriebenen dreiphasigen Wechselrichtern für sinusför mige Spannungen, von denen jeder einen Filter (102, 103) enthält, mit den Wechselrichtern an einen ge meinsamen Bus (3) angeschlossen ist und einen Anteil an einem Laststrom übernimmt, gekennzeichnet durch
eine eine Umformung ausführende Wechselrichterschaltung (converter body) (100) von der Art mit einer Regelung des Augenblickswertes des Stromes mittels eines Armes jeder Phase, die die Wechselrichterschaltung (100) bil det, die eine Vielzahl von Schaltoperationen während einer Zykluszeit durchführt, um dadurch den Augenblicks wert des Ausgangsstromes zu regeln;
Mittel zur Erzeugung eines dreiphasigen, sinusförmigen Signals, das mit einer Lastbusspannung synchronisiert ist;
Mittel zur Ermittlung eines Anteils eines von jedem Wechselrichter zu tragenden Laststromes, gestützt auf einen gemessenen Wert des Laststromes, und zur Erzeu gung eines dem ermittelten Wert entsprechenden ersten Signales;
Mittel, die das mit der Lastbusspannung synchronisierte dreiphasige sinusförmige Signal verwenden, zur Umfor mung der Lastbusspannung und des ersten Signals in zwei Komponenten entlang einer d- und einer q-Achse, die ein synchrones rotierendes Koordinatensystem bilden;
Mittel zum Aufbau einer Referenz einer Komponente ent lang der d-Achse der Ausgangsspannung und einer Re ferenz der Komponente entlang einer q-Achse; und Span nungsregelungsmittel (126), die Fehler zwischen den Aus gangsspannungsreferenzen (129) entlang einer d- und der q-Achse und der Lastbusspannungskomponenten entlang der d- und der q-Achse einführen, zur Erzeugung eines zwei ten Signals für die Korrektur der Fehler entlang der d- und der q-Achse, wobei eine Summe aus den ersten und zweiten Signalen entlang der d- und der q-Achse gebil det wird und die Summe als ein Stromsteuerbefehl ent lang der d- und der q-Achse für den Wechselrichter be reitgestellt wird.

12. System nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Kapazitätsstromreferenz setzende Mittel (127) zum Setzen eines Stromwertes, der von einer sinusförmigen Ausgangsspannungsreferenz (129) abgeleitet ist, als eine Größe eines durch eine paral lele Kapazität (103) eines Filters des Wechselrich terstromes zu leitenden Stromes entsprechend der Größe der parallelen Kapazität und zur Abgabe eines ermittel ten Wertes als Stromsteuerbefehl, wobei der Stromsteuer befehl und die Summe aus ersten und zweiten Signalen zu sammenaddiert werden, um dadurch einen synchronisierten Stromsteuerbefehl zu erzeugen.

13. System nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichterschaltung (100) des Wechselrichters (1) aus Elementen besteht, die hochfrequent schalten können.

14. System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (1) einen Stromhilfsregelkreis aufweist, der die Wechsel richterschaltung (100), eine dreiphasige Impulsbreiten modulationsschaltung (134), Spannungssensoren (132) und Stromsensoren (133) enthält.

15. System nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter einen ersten Begrenzer (125) zur Begrenzung von Überströmen wie z. B. Stoßströmen zum Zeitpunkt des Anlegens der Last, so daß sich diese nicht fortpflanzen, und einen zweiten Begrenzer (123) zur Begrenzung des endgültigen Stromsteuerbefehles auf einen niedrigeren als den zu lässigen Wert für den Stromrichter enthält.