DE3348112C2

DE3348112C2 - Arrangement for avoiding unacceptable voltage drops when a load is switched over from a mains power supply to an invertor

Info

Publication number: DE3348112C2
Application number: DE19833348112
Authority: DE
Inventors: Leonhard Ing.(Grad.) 8920 Schongau De Feldmair
Original assignee: Elektro-Geraete-Bau Gustav Klein & Co Kg 8920 Schongau De GmbH
Current assignee: Elektro-Geraete-Bau Gustav Klein & Co Kg 8920 Schongau De GmbH
Priority date: 1983-07-22
Filing date: 1983-07-22
Publication date: 1988-01-28

Abstract

Published without abstract.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Vermeidung von unzulässigen Spannungseinbrüchen bei Lastumschaltung von Netz auf Wechselrichter mit nachgeschaltetem Filter.The invention relates to an arrangement for avoiding impermissible voltage drops when switching loads from Grid on inverter with downstream filter.

In aus dem Stand der Technik bekannten USV-Anlagen wer den statische Wechselrichter zur unterbrechungslosen Strom versorgung des Verbrauchers aus einer Gleichstromquelle ein gesetzt. Diese Wechselrichter erzeugen als Grundspannung keine sinusförmige Spannung. Zur Erzeugung der sinusför migen Spannung werden Tiefpaß- oder Bandpaßfilter verwen det.In UPS systems known from the prior art the static inverter for uninterruptible power supply to the consumer from a direct current source set. These inverters generate as a basic voltage no sinusoidal voltage. To generate the sinusoidal low-pass or band-pass filters are used det.

Der Nachteil dieser Filterschaltungen ist jedoch, daß bei Lastumschaltung vom Netz auf Wechselrichter die Energie nachlieferung über das Filter aus der Gleichstromquelle nicht verzögerungslos möglich ist. Bei konstanter Ein gangsspannung ergibt sich zunächst ein Spannungseinbruch über mehrere Halbwellen und erst danach stellt sich ein statischer Wert ein. Dieser Spannungseinbruch ist rege lungstechnisch nicht zu eliminieren. Der statische Span nungseinbruch kann durch die Regelung jedoch ausgeglichen werden.The disadvantage of these filter circuits, however, is that Load switching from the grid to the inverter's energy subsequent delivery via the filter from the direct current source is not possible without delay. With constant on output voltage, there is initially a voltage drop over several half waves and only then does it appear static value. This drop in tension is brisk not to be eliminated in terms of ventilation. The static chip The regulation can compensate for the slump in voltage will.

Aus der deutschen Auslegeschrift 19 48 696 ist bereits ein Verfahren zum unterbrechungsfreien Umschalten eines Verbrauchers von einem Halbleiterwechselstromversorgungs aggregat auf ein gleichartiges Ersatzaggregat oder Be reitschaftsnetz im Falle einer Störung bekannt, bei dem beim Zurückschalten des Verbrauchers von dem Ersatzaggre gat auf das wieder betriebsbereite Wechselstromvesor gungsaggregat zunächst ein ohmscher Widerstand in Reihe zum Ersatzaggregat geschaltet wird und erst nach einer gewissen Zeit eine endgültige Rückumschaltung der Last erfolgt, so daß dadurch eine stufenweise Belastungsände rung des Stromversorgungsaggregates erfolgt. Wie aus dem Diagramm nach Fig. 2 und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen ist, sinkt jedoch bei dieser Anordnung im Um schaltezeitpunkt auf die Last die Ausgangsspannung trotz des Vorwiderstandes um etwa 10% ab, was jedoch in vie len Fällen einen unzumutbaren und unzulässigen Spannungs einbruch darstellt.From the German Auslegeschrift 19 48 696 a method for uninterrupted switching of a consumer from a semiconductor AC power supply unit to a similar replacement unit or standby network in the event of a fault is already known, in which when switching the consumer from the replacement unit to the operational AC power supply unit again an ohmic resistor is connected in series to the replacement unit and only after a certain time there is a final switchover of the load, so that a gradual load change occurs in the power supply unit. As can be seen from the diagram of Fig. 2 and the associated description, however, with this arrangement in the switching time to the load, the output voltage drops despite the series resistor by about 10%, which, however, in many cases an unreasonable and impermissible voltage drop represents.

Aus der Zeitschrift "Brown Boveri Mitteilungen" 9/10-74 Seiten 461 bis 464, ist es auch bekannt, eine statische Netzrückschalteinrichtung zu verwenden, die bewirkt, daß kurzzeitig das Netz auf die Sammelschiene geschaltet wird, wodurch auf eine Überdimensionierung derartiger Wechsel richter verzichtet werden kann.From the magazine "Brown Boveri Releases" 9 / 10-74 Pages 461 to 464, it is also known to be a static To use mains switchback device that causes the mains is briefly switched to the busbar, thereby oversizing such change can be waived by the judge.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, durch die unzulässige Spannungseinbrüche bei Lastumschaltung von Netz auf Wechselrichter mit nachgeschal tetem Filter vermieden werden.The object of the present invention is an arrangement to create through the impermissible voltage drops Load switchover from grid to inverter with downstream filter can be avoided.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Anordnung gemäß der Er findung derart ausgebildet, daß vor der Umschaltung von Netzbetrieb auf den Wechselrichter an dessen Ausgang zu nächst eine Ersatzlast, die der momentanen Belastung ent spricht, angeschaltet wird und daß erst danach die endgül tige Umschaltung erfolgt. To solve this problem, the arrangement according to the Er invention designed such that before switching from Mains operation to the inverter at its output next a replacement load that corresponds to the current load speaks, is switched on and that only then the final changeover takes place.

Da die Ersatzlast möglichst gut an die bekannte Belastung angepaßt werden kann, läßt sich mit dieser einfachen Maß nahme eine gutes Ergebnis erzielen.Since the equivalent load is as close as possible to the known load can be adjusted with this simple measure achieve a good result.

Die Anordnung nach der Erfindung kann auch so ausgebildet sein, daß mittels einer Zähleinrichtung die Umschaltungen innerhalb eines Zeitintervalls gezählt werden und bei Über schreiten einer vorgegebenen Umschaltezahl die Rückschal tung vom Netz auf den Wechselrichter blockiert wird.The arrangement according to the invention can also be designed in this way be that the switches by means of a counter can be counted within a time interval and if over the downshift occurs after a predetermined number of changes device is blocked from the grid to the inverter.

Dadurch wird ein dauerndes Rückschalten vom Netz auf ei nen gestörten Wechselrichter vermieden, was zur Erhöhung der Betriebssicherheit einer USV-Anlage führt.This will result in a permanent switch back from the mains to egg A faulty inverter is avoided, which leads to an increase the operational safety of a UPS system.

Anhand der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung nach Fig. 1 und des Diagramms nach Fig. 2 sowie des Aus führungsbeispiels nach Fig. 3 und der Diagramme nach den Fig. 4 bis 6 wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigtUsing known from the prior art arrangement of FIG. 1 and the diagram of Fig. 2 and the imple mentation embodiment according to FIG. 3 and the diagrams of FIGS. 4 to 6, the invention is explained in detail. It shows

Fig. 1 einen bekannten Wechselrichter mit nachgeschalte tem Filter, Fig. 1 shows a known inverter with nachgeschalte proved filter,

Fig. 2 ein Diagramm der Ausgangsspannung und des Aus gangsstroms von USV-Anlagen bei Umschaltung vom Netz auf Wechselrichter ohne die erfinderischen Maßnahmen, Fig. 2 is a diagram of the output voltage and the output current is out of UPS systems when switching from mains to inverter without the inventive measures,

Fig. 3 ein Blockdiagramm für die Ersatzlastaufschaltung, Fig. 3 is a block diagram for the replacement load application,

Fig. 4 ein Zeitdiagramm für die Ersatzlastaufschaltung, Fig. 4 is a timing diagram for the replacement load application,

Fig. 5 ein Stromspannungsdiagramm bei Rückschaltung vom Netz auf Wechselrichter bei Ersatzlastaufschal tung, Figure 5 is a current-voltage diagram of processing. At downshift from the mains to inverter at Ersatzlastaufschal,

Fig. 6 ein Zeitdiagramm für die Umschaltebegrenzung vom Netz auf Wechselrichter. Fig. 6 is a timing diagram for the switchover limitation from the network to the inverter.

In Fig. 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Wechselrichter 10 mit einem nachgeschalteten Filter 15 zur Erzeugung einer sinusförmigen Ausgangsspannung ge zeigt. Diese Wechselrichter werden bei unterbrechungs losen Stromversorgungen verwendet und ihre Ausgänge sind über eine Umschalteeinrichtung parallel zum Netz geschal tet, so daß der Versuch wahlweise zwischen Netz und Wechselrichter umgeschaltet werden kann, wobei im Normal betrieb der Verbrauch vom Wechselrichter gespeist wird und erst wenn im Wechselrichter Störungen auftreten, er folgt die Umschaltung auf das Netz. Nachteilig ist bei derartigen Wechselrichtern mit nachgeschalteten Filtern, daß bei Belastungsstößen die Energienachlieferung über das Filter aus der Gleichstromquelle nicht verzögerungs los möglich ist. Bei konstanter Eingangsspannung ergibt sich zunächst ein Spannungseinbruch über mehrere Halbwel len und erst danach stellt sich ein statischer Wert ein.In Fig. 1, a known from the prior art inverter is showing ge for generating a sinusoidal output voltage with a downstream filter 15 10. These inverters are used for uninterruptible power supplies and their outputs are switched in parallel to the grid via a switching device, so that the experiment can be switched between the grid and the inverter, whereby in normal operation the consumption is fed by the inverter and only when there are faults in the inverter occur, it switches to the network. A disadvantage of such inverters with downstream filters is that the energy supply via the filter from the direct current source is not possible without delay in the event of load surges. With a constant input voltage, there is a voltage drop across several half-waves and only then does a static value appear.

Dieser Spannungseinbruch ist in dem Diagramm nach Fig. 2 deutlich erkennbar. Dabei stellt der obere Kurvenzug die Ausgangsspannung UA an der unterbrechungslosen Stromver sorgung dar, während der Kurvenzug darunter den Ausgangs strom bzw. den Verbraucherstrom IA zeigt. Man erkennt deut lich, daß beim Anschalten der Last ein erheblicher Span nungseinbruch erfolgt, der erst nach zwei Perioden wieder voll ausgeglichen ist.This voltage drop can be clearly seen in the diagram according to FIG. 2. The upper curve represents the output voltage UA at the uninterruptible power supply, while the curve below shows the output current or the consumer current IA . It can be clearly seen that when the load is switched on there is a significant voltage dip, which is only fully balanced again after two periods.

Fig. 3 zeigt eine netzgestützte USV-Anlage. Dabei wird das Netz über einen elektronischen Schalter 11 direkt an den Verbraucher V herangeführt, während im Parallelzweig der Wechselrichter 10 sowohl von der Batterie 9 als auch der gleichgerichteten Netzspannung mit dem Gleichrichter 8 angesteuert wird. Der Wechselrichter ist ebenfalls wieder über einen zweiten elektronischen Schalter 1 mit dem Ver braucher verbindbar. Je nachdem, ob der Wechselrichter oder das Netz direkt den Verbraucher speisen sollen, wird einer der beiden elektronischen Schalter 11 oder 12 durchge schaltet bzw. gesperrt. Fig. 3 shows a network-based UPS system. The grid is brought directly to the consumer V via an electronic switch 11 , while in the parallel branch the inverter 10 is controlled by the rectifier 8 both from the battery 9 and from the rectified grid voltage. The inverter can also be connected to the consumer via a second electronic switch 1 . Depending on whether the inverter or the grid should feed the consumer directly, one of the two electronic switches 11 or 12 is switched through or blocked.

Wenn die Rückschaltung vom Netz auf den Wechselrichter im voraus bekannt ist, so kann zur Umgehung des Spannungsein bruches der Wechselrichterausgangsspannung zunächst die Ersatzlast 14 über den dritten elektronischen Schalter 13 an den Wechselrichter angeschaltet werden. Anschließend wird diese Ersatzlast ab- und die Verbraucherlast zuge schaltet. Dadurch ergibt sich bei Aufschaltung des Ver brauches auf den Wechselrichter lediglich eine Lastände rung zwischen Verbraucherlast und Ersatzlast. Durch Wahl der Ersatzlast kann die Laständerung so begrenzt werden, daß die Wechselrichterausgangsspannung innerhalb der zu lässigen Grenzen für die Verbraucherspannung bleibt.If the downshift from the network to the inverter is known in advance, to bypass the voltage break in the inverter output voltage, the equivalent load 14 can first be switched on to the inverter via the third electronic switch 13 . This replacement load is then switched off and the consumer load switched on. This results in a load change between the consumer load and the equivalent load when the consumption is connected to the inverter. By choosing the equivalent load, the load change can be limited so that the inverter output voltage remains within the permissible limits for the consumer voltage.

Fig. 4 zeigt das Zeitdiagramm für die Anschaltung der Er satzlast an den Wechselrichter. In der obersten Zeile ist der zeitliche Verlauf von Wechselrichterbetrieb zu Netzbe trieb gezeigt. Bis zum Zeitpunkt A wird der Verbraucher vom Netz gespeist. Im Zeitpunkt A erfolgt der Schaltbefehl für die Anschaltung der Ersatzlast an den Wechselrichter. Im Zeitpunkt B erfolgt der Schaltbefehl für die Umschaltung von Netzbetrieb auf Wechselrichterbetrieb. In der darunter liegenden Zeile ist der Schaltverlauf für den elektroni schen Schalter 13 der die Ersatzlast 14 an den Wechselrich ter 10 anschaltet, gezeigt. Beim Schaltbefehl A wird der Schalter 13 eingeschaltet, der bis zu diesem Zeitpunkt ausgeschaltet war. Im Zeitpunkt B wird der Schalter wie der ausgeschaltet. Der Schaltverlauf für den elektroni schen Schalter 11 für Netzbetrieb ist in der dritten Zei le dargestellt. Bis zum Zeitpunkt B ist der elektronische Schalter 11 durchgeschaltet und wird erst ab diesem Zeit punkt gesperrt. Umgekehrt ist es beim elektronischen Schal ter 12. Dieser Schalter ist zunächst ausgeschaltet und er hält erst beim Zeitpunkt B einen Einschaltbefehl. In der letzten Zeile sind dann die Betriebsarten dargestellt. Bis zum Zeitpunkt B wird der Verbraucher vom Netz gespeist, an schließend vom Wechselrichter und im Anschluß daran ist ei ne neue Umschaltephase angedeutet, in der der Verbraucher wieder vom Netz gespeist wird. Fig. 4 shows the timing diagram for the connection of the He sentence load to the inverter. The top line shows the time course from inverter operation to grid operation. Up to time A , the consumer is fed by the network. At time A , the switching command for connecting the equivalent load to the inverter is issued. At time B , the switching command for switching from mains operation to inverter operation is issued. In the line below, the switching curve for the electronic switch's 13 which switches the equivalent load 14 on the inverter 10 is shown. With the switching command A , the switch 13 is switched on, which was previously switched off. At time B the switch is turned off like that. The switching curve for the electronic switch's 11 for network operation is shown in the third row. Up to time B , the electronic switch 11 is switched on and is only locked at this point. Conversely, it is in the electronic scarf ter 12th This switch is initially switched off and only receives a switch-on command at time B. The operating modes are shown in the last line. Up to time B , the consumer is fed by the grid, then by the inverter and then a new switchover phase is indicated, in which the consumer is again fed by the grid.

Der Erfolg der Anschaltung der Ersatzlast in bezug auf den Spannungseinbruch ist in dem Stromspannungsdiagramm nach Fig. 5 gezeigt. In der ersten Zeile ist die Wechsel richterspannung dargestellt, in der zweiten Zeile der Wechselrichter bzw. Verbraucherstrom, in der dritten Zei le der Strom in der Ersatzlast, in der Zeile 4 die Aus gangsspannung der USV-Anlage und in der fünften Zeile der Ausgangsstrom. Bei Anschalten der Ersatzlast an den Wech selrichter erfolgt dort der übliche Spannungseinbruch, der jedoch wie in Zeile vier zu ersehen ist, keinen Einfluß auf die USV-Ausgangsspannung hat. Erst beim Abschalten der Ersatzlast und dem Umschalten des Verbrauchers auf den Wechselrichter drückt ein geringfügiger Spannungseinbruch während einer Halbwelle auf, der jedoch in den zulässigen Grenzen bleibt. Es handelt sich dabei um die Halbwelle un mittelbar nach Anschalten des Verbrauchers an den Wechsel richter. Der Ausgangsstrom ist vor und nach dem Umschalte vorgang konstant.The success of the connection of the equivalent load in relation to the voltage dip is shown in the current voltage diagram according to FIG. 5. The inverter voltage is shown in the first line, the inverter or consumer current in the second line, the current in the equivalent load in the third line, the output voltage of the UPS system in line 4 and the output current in the fifth line. When the replacement load is switched on to the inverter, the usual voltage drop occurs, which, however, as can be seen in line four, has no influence on the UPS output voltage. Only when the equivalent load is switched off and the consumer switches to the inverter does a slight voltage drop occur during a half-wave, which remains within the permissible limits. It is the half wave immediately after switching on the consumer to the inverter. The output current is constant before and after the switching process.

Die Rückschaltung vom Netz auf den Wechselrichter erfolgt automatisch, wenn die Wechselrichterausgangsspannung die entsprechenden Toleranzen einhält. Es ist nun durchaus möglich, daß diese Bedingungen vom Wechselrichter nur ohne aufgeschaltete Last eingehalten werden. Dadurch erfolgt zwar eine kurze Rückschaltung des Verbrauchers auf den Wechselrichter. Es wird jedoch sofort wieder auf das Um gehungsnetz zurückgeschaltet. Damit sich dieser Vorgang nicht in unbegrenzter Zahl wiederholen kann, sieht die Erfindung eine Zählschaltung vor. Diese Zählschaltung speichert die Umschaltungen innerhalb einer bestimmten Zeit. Wird eine vorgegebene Umschaltezahl überschritten, so bleibt der Verbrauch fest auf dem Umgehungsnetz.The power is switched back to the inverter automatically when the inverter output voltage complies with the corresponding tolerances. It is quite now possible that these conditions from the inverter only without applied load are observed. This is done although a short switch back of the consumer to the Inverter. However, it immediately turns to the order network switched back. So that this process cannot repeat in unlimited number, sees the Invention a counter circuit. This counter circuit saves the switches within a certain Time. If a predetermined number of changes is exceeded, so the consumption remains fixed on the bypass network.

Fig. 6 zeigt den Funktionsablauf der Umschaltebegrenzungs einrichtung. In der ersten Zeile sind die Umschaltebefehle dargestellt, in der zweiten Zeile die Freigabe für die Zählschaltung der Umschaltungen, in der dritten Zeile die Netzanschaltezählungen und in der vierten Zeile die Sperre für die Umschaltungen. Mit dem Umschaltebefehl auf den Wechselrichter zum Zeitpunkt 1 wird eine Zählschaltung auf bestimmte Zeit freigegeben. Innerhalb dieser Freigabe zeit werden die Umschaltungen auf das Netz das heißt die Umschaltung Wechselrichter auf das Netz gezählt. Die Frei gabezeit für die Zähleinrichtung wird mit jeder Umschal tung auf den Wechselrichter zurückgesetzt und beginnt neu zu laufen. Zählbeginn wird damit zum Zeitpunkt 1, 3 und 5 ausgelöst. Rückschaltungen auf das Netz liegen zum Zeit punkt 2 und 4 an. Fig. 6 shows the functional flow of the switching limitation device. The changeover commands are shown in the first line, the enable for the counting of the changeovers in the second line, the network connection counts in the third line and the block for the changeovers in the fourth line. With the switchover command to the inverter at time 1, a counter circuit is enabled for a specific time. Within this release time, the switchover to the grid, i.e. the switchover of the inverter to the grid, is counted. The enable time for the counting device is reset to the inverter with each switchover and starts again. The start of counting is triggered at times 1, 3 and 5. Downshifts to the network are currently at points 2 and 4.

Beim gezeichneten Beispiel werden zwei Rückschaltungen auf das Netz innerhalb der Freigabezeit zugelassen. Bei der zweiten Rückschaltung zum Zeitpunkt 4 tritt eine Halte schaltung in Funktion, wodurch der Verbraucher dauernd am Netz angeschaltet bleibt. Eine Rückschaltung auf den Wechsel richter ist nur nach Bestätigung einer Quittiertaste mög lich.In the example shown, two downshifts to the network are permitted within the release time. In the second downshift at time 4 , a hold circuit comes into operation, as a result of which the consumer remains permanently connected to the mains. Switching back to the inverter is only possible after confirming an acknowledgment button.

Claims

1. Anordnung zur Vermeidung von unzulässigen Spannungsein brüchen bei Lastumschaltung vom Netz auf Wechselrichter mit nachgeschaltetem Filter, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Umschaltung von Netzbetrieb auf den Wechsel richter (10) an dessen Ausgang zunächst eine Ersatzlast (14), die der momentanten Belastung entspricht, angeschal tet wird und daß erst danach die endgültige Umschaltung erfolgt.1. Arrangement to avoid impermissible voltage interruptions when switching loads from the network to inverters with a downstream filter, characterized in that before switching from mains operation to the inverter ( 10 ) at its output, first an equivalent load ( 14 ) which corresponds to the current load , is switched on and that only then does the final switchover take place.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Zähleinrichtung die Umschaltungen inner halb eines Zeitintervalls gezählt werden und bei Überschrei tung einer vorgegebenen Umschaltezahl die Rückschaltung vom Netz auf den Wechselrichter blockiert wird.2. Arrangement according to claim 1, characterized, that the switches inside by means of a counter half of a time interval and if exceeded tion of a predetermined number of switches the switch back from Grid is blocked on the inverter.