DE3887056T2 - Wechselrichter zur Systemverbindung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft den Schutz eines Wechselrichters zur Systemverbindung.
• Ein System zur Wandlung von Gleichstrom aus Sonnenzellen oder Brennstoffzellen in Wechselstrom durch Verwendung eines Wechselrichters und zur Verbindung der gewandelten Energie mit einem Versorgungsnetz über eine Koppelspule oder einen Transformator ist in Hinblick auf die effektive Energienutzung allgemein interessant geworden. Wie in Abschnitt 9.3 in "Semiconductor Power Conversion Systems", Institute of Electrical Engineers of Japan beschrieben, beschrieben, wird beim Wechselrichter zur Systemverbindung grob in einen netzkommutierten Wechselrichter zur Wechselrichtung entsprechend einer Wechselspannung und einen eigenkommutierten Wechselrichter, der in der Lage ist, die Phase der Ausgangsspannung eines Wechselrichters in der gewünschten Weise zu regeln, unterschieden. Der eigenkommutierte Wechselrichter kann wie gewünscht vor- oder nacheilende Blindleistung an ein Wechselstromsystem liefern und kann auch bei einer geringen Kapazität des Wechselstromsystems stabil betrieben werden.
• In einem herkömmlichen eigenkommutierten Gerät liefert ein Wechselrichter eine Ausgangsspannung VI mit der Phase ΘI gegenüber der Systemspannung Vs des Wechselspannungsystems mit der Phase Θs und steuert damit Blindleistung und Wirkleistung. Die Figuren 3A und 3B zeigen Vektordiagramme der Spannung und der Phasenlage. Die Fig. 3A zeigt einen Betriebszustand bei einem Leistungsfaktor gleich 1, wobei die Phasen der Systemspannung Vs und des Ausgangsstroms I übereinstimmen. Die Fig. 3B zeigt einen Fall, bei dem der Strom I der Systemspannung Vs vorauseilt. Die Wechselrichterspannung VI entspricht einer Vektorsumme aus der Systemspannung Vs und einer Spannung XI entsprechend einem Spannungsabfall über eine Koppelspule, dessen Phase dem Strom I um 90º vorausläuft.
• Bei einem Leistungsfaktor von 1, wie in Fig. 3A gezeigt, sind Vs und ΘI phasengleich, während die Phase des Wechselrichters I der Systemphasenspannung um einen im wesentlichen dem Strom I proportionalen Wert vorauseilt. Wenn vorauseilender Strom I wie in der Fig. 3B gezeigt abgegeben wird, so kann die Höhe der Spannung VI durch dem Strom I entsprechende Blindleistung verringert werden. Im Gegensatz hierzu wird bei Abgabe von nacheilendem Strom I die Spannung VI erhöht. Damit kann die Wirkleistung durch Anderung von ΘI gesteuert werden, während die Blindleistung durch Steuerung der Höhe der Spannung VI gesteuert werden kann.
• Mit der obigen Anordnung kann ein Systemverbindungsgenerator realisiert werden, der in der Lage ist, Wirkleistung und Blindleistung zu steuern.
• Bei der herkömmlichen Anordnung sollte mit dem Öffnen eines Wechselstromtrennschalters und bei einer Betriebsstörung des Wechselstromsystems der Wechselrichter schnellstinöglich angehalten werden. Bei einem Wechselrichter dieses Typs spricht bei einer Abweichung der Frequenz oder der Spannung von den Normalwerten ein Detektor zur Erkennung abnormaler Spannungs- oder Frequenzwerte an, um den Wechselrichter anzuhalten. (In diesem Fall liegt die Last näher beim Wechselrichter als der Wechselspannungstrennschalter.) Bei geöffnetem Wechselspannungstrennschalter werden der durch die Wechselrichterausgangsspannung VI definierte Phasenwinkel ΘI und die Systemspannung Vs durch die Größe der Last bestimmt. Wenn sich die Wirkleistung des Wechselrichters vor dem Öffnen des Wechselspannungstrennschalters von der Wirkleistung der Last unterscheidet, ändert sich ΘI vor und nach dem Öffnen des Kreises. Eine Frequenz ändert sich um einen Wert, der durch die Integration der Differenz erhalten wird, wobei eine Anderung der Frequenz als abnormale Frequenz erkannt wird. Im Ergebnis wird der Wechselrichter angehalten.
• Wenn sich die vom Wechselrichter abgegebene Blindleistung von der Blindleistung der Last unterscheidet, ändert sich die Systemspannung Vs vor und nach dem Öffnen des Wechselspannungstrennschalters, wobei gleichzeitig die Blindleistung variiert.
• Aus diesen Gründen wird beim Absinken der Systemspannung Vs die Wechselrichter-Referenzspannung VI* gesenkt, so daß der Wechselrichter die Ausgangsspannung VI entsprechend der Referenz VI* absenkt. Mit dieser positiven Rückkopplung wird die Systemspannung Vs abgesenkt gehalten und dann eine abnormale Spannung des Wechselrichters erkannt. Im Ergebnis wird der Betrieb des Wechselrichter angehalten.
• Im Gegensatz hierzu wird bei einer Erhöhung der Systemspannung Vs die Wechselrichter-Referenzspannung VI* erhöht, so daß der Wechselrichter seine Ausgangsspannung VI entsprechend der Referenzspannung VI* erhöht. Im Ergebnis wird die Systemspannung Vs weiter erhöht. In diesem Fall wird ebenso wie oben für ein Absinken der Systemspannung beschrieben, die abnormale Spannung des Wechselrichters erkannt und der Betrieb des Wechselrichters angehalten.
• Sowohl die Wirkleistungen als auch die Blindleistungen des Wechselrichterausgangs und der Last sind selten gleich. Da sich jedoch eine Referenz für die Wirkleistung des Wechselrichters mit der Zeit ändert, durchläuft der Wechselrichter einen der beiden genannten Fälle (abnormale Frequenz oder Spannung) und wird angehalten.
• Wie oben beschrieben, werden Frequenz und Spannung des Wechselrichters bei einer Betriebsstörung verändert, wobei der Detektor für abnormale Spannung oder Frequenz dies erkennt und damit den Wechselrichter anhält. Die Zeitdauer T ab einer Betriebsstörung bis zum Anhalten des Wechselrichters muß im Bereich 0,5 bis 1 s liegen, obwohl dies zwischen Japan und den USA etwas unterschiedlich ist. Im herkömmlichen Gerät stellt sich das folgende Problem:
• Um die Zeitdauer T ab einer Betriebsstörung bis zum Anhalten des Wechselrichters zu verkürzen, kann die Empfindlichkeit des Detektors für abnormale Zustände erhöht werden, oder es kann eine Zeit ab der Erkennung bis zum Eingriff verkürzt werden. Eine Anderung der Systemspannung bis ±5% wird jedoch als Normalzustand angesehen, und oft werden bis ±10% oder -15% zugelassen. So wird z.B. ein momentanes Absinken der Systemspannung beim Einschalten eines Transformators oder Motors als normal betrachtet. Wenn der Ansprechpegel des Spannungsabweichungsdetektors in einem Bereich von ±10% und -15% eingestellt ist, und die Ansprechzeit in einem Bereich von 0,5 bis 1 s eingestellt ist, kann der Wechselrichter häufiger als erforderlich angehalten werden. Für den Frequenzabweichungsdetektor sollte die Ansprechschwelle möglichst nicht im Bereich ±1 Hz eingestellt werden. Die Ansprechzeit eines handelsüblichen Frequenzabweichungsdetektors ist 1 bis 2 Sekunden.
• Nunmehr sei angenommen, daß die Schwankung der Systemfrequenz 50 Hz ± 1 Hz beträgt, und daß eine Frequenz gleich oder kleiner 49 Hz und gleich oder größer 51 Hz als abnormale Frequenz erkannt wird. Eine kurzzeitige Betriebsstörung tritt während des Wechselrichterbetriebs in der Nähe von 49 Hz auf, und die Frequenz des Wechselrichters steigt allmählich und erreicht 51 Hz. Danach spricht nach Ablauf einer Verzögerungszeit von 1 s der Frequenzabweichungsdetektor an, und der Wechselrichter wird angehalten. Eine für eine Variation um 2 Hz von 49 Hz auf 51 Hz erforderliche Zeit beträgt etwa 5 s unter ungünstigsten Bedingungen. Die Zeit T ab Auftreten einer Abnormalität bis zum Anhalten des Wechselrichters muß der Summe einer Frequenzvariationszeit für 2 Hz (5 s) und einer Ansprechzeit des Frequenzabweichungsdetektors (1 s) entsprechen, d.h. etwa 6 s betragen.
• Wie oben beschrieben, ist es mit der oben beschriebenen Technik des herkömmlichen Geräts schwierig, den Wechselrichter innerhalb von 1 s anzuhalten.
• Das dem Stand der Technik zugehörende Dokument US-A-4 652 770 beschreibt eine Energievorsorgungseinheit, die einen Spannungs- und Phasendetektor zur Erkennung der Spannung und der Phasenlage einer Leistungsphase eines Energieversorgungssystems umfaßt. Eine erste Steuerung steuert einen Wechselrichter derart, daß ein Ausgang des Wechselrichters entweder mit einer Referenzspannung und einer Phasenreferenz oder mit der Spannung und der Phase des Versorgungssystems übereinstimmt. Eine zweite Steuerung schaltet die Eingänge der ersten Steuerung von der Referenzspannung und der Phasenreferenz auf die Systemspannung und die Phasenlage des Versorgungssystems oder umgekehrt um, sobald die Phasenlage eines Referenzoszillators und des Stromversorgungssystems miteinander übereinstimmen. Eine dritte Steuerung schaltet die Energie für eine Last vom Wechselrichter auf das Energieversorgungssystem oder umgekehrt, sobald die Synchronisierung zwischen Wechselrichterausgang und Energieversorgungssystem erkannt worden ist.
• Weiter beschreibt das dem Stand der Technik zugehörende Dokument GB-A-2 145 296 eine Stromversorgungseinrichtung, bei der ein Wechselstromnetz nur dann mittels eines Wechselstromschalters über eine Hauptleitung mit einer Last verbunden ist, wenn das Netz normal arbeitet, wobei über eine Hilfsleitung eine Wechselrichterstromquelle mit der Last verbunden ist, gleich ob das Netz normal arbeitet oder gestört ist. Der Ausgang des Wechselrichters wird über einen Frequenzeinstellabschnitt, einen Spannungseinstellabschnitt und einen Wechselrichtersteuerabschnitt durch Pulsbreitenmodulation gesteuert. Nach Wiederkehr des Wechselspannungsnetzes wird ein Schalter geschlossen, so daß ein Abschnitt ein Eingangssignal von einem Phasenabgleichsabschnitt erhält, bis der Wechselrichter mit dem Wechselspannungsnetz in Phasengleichheit gebracht worden ist. Die Lastspannung wird gegen Abweichungen im Wechselspannungsnetz durch Steuerung des Wechselrichters ausgeregelt, wobei Strom von der Hauptleitung zur Hilfsleitung oder umgekehrt fließt, wodurch über eine Induktivität in diesen Leitungen entsprechende Spannungsabfälle resultieren, mit denen die Lastspannung geregelt wird.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät bereitzustellen, das in der Lage ist, einen Wechselrichter schnell anzuhalten, wenn ein Trennschalter eines Stromversorgungssystems geöffnet wird und eine Betriebsstörung auftritt.
• Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein Wechselrichtergerät zur Systemverbindung entsprechend Anspruch 1 bereit.
• Mit anderen Worten und als kurze Zusammenfassung: Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Phasenspeicher zur sequentiellen Speicherung einer Phase einer Ausgangswechselspannung eines Wechselrichters vorgesehen. Eine Betriebsstörung wird erkannt, wenn eine Abweichung zwischen der gespeicherten Phase und einer tatsächlichen Phasenspannung einen vorgewählten Wert überschreitet.
• Die im Phasenspeicher gespeicherte Phase stimmt normalerweise mit der tatsächlichen Phasenspannung überein. Beim Auftreten einer Betriebsstörung kann diese Übereinstimmung jedoch nicht aufrechterhalten werden. Unter der Annahme, daß sich die Frequenz des Wechselrichters um 0,5 Hz (eine Halbschwingung) ändert, tritt für eine Sekunde ein Phasenwechsel von 180º auf. Wenn eine Phasenverschiebung über 30º als abnormal angesehen wird, kann die Erkennung einer Abormalität erfolgen und der Wechselrichter innerhalb von 1/6 s angehalten werden.
• Die Erfindung wird anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren verständlich; es zeigen:
• Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Wechselrichtergeräts entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung;
• Fig. 2 einen detaillierten Schaltplan des Phasenspeichers 21 in Fig. 1;
• Fig. 3A und 3B Vektordarstellungen zur Erläuterung der Betriebsweise eines Wechselrichtergeräts zur Systemverbindung; und
• Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Wechselrichtergeräts entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
• Die Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. In Fig. 1 bezeichnet die Hinweisziffer 1 eine Zelle (Gleichstromquelle); 2 einen impulsbreitenntodulierten Wechselrichter; X eine Koppelspule; 4 und 20 Wechselstromtrennschalter; 5 eine Stromquelle; 6 eine Last; 7 einen Spannungsfühler; 8 einen Stromfühler; 9 eine aktive Leistungsregelung; 10 ein Phasen-Arithmetikglied; 11, 14 und 17 Addierer; 12 ein Phasen-Arithmetikglied für die Versorgungsphasen; 13 eine Blindleistungsregelung; 15 einen Verstärker; 16 ein Phasen-Arithmetikglied für die Blindleistung; 18 einen Detektor für abnormale Spannung; 19 einen Detektor für abnormale Frequenz; PT1 und PT2 Spannungstransformatoren; und CT einen Stromtransformator. Man beachte, daß mit Entfall des Transformators T kein Unterschied des Funktionsprinzips resultiert. Die Hinweisziffer 21 bezeichnet einen Phasenspeicher; 22 einen Phasenvergleicher; und 23 eine Wellenformung. Der Ausgang E22 des Phasenvergleichers 22 wird zusammen mit dem Ausgang E18 vom Spannungsabweichungsdetektor 18 und dem Ausgang E19 vom Frequenzabweichungsdetektor 19 zur Folgesteuerung 100 zum Anhalten des Wechselrichters geführt. Die Folgesteuerung 100 kann aus ODER-Gattern aufgebaut sein und erzeugt einen Ausgang E100 gleich logisch "1", wenn einer der Ausgänge E18, E19 und E22 auf logisch "1" liegt. Wenn ein Zündimpulsgenerator (nicht dargestellt) im Wechselrichter 2 einen Ausgang E100 von logisch "1" erhält, so unterbricht er die Lieferung von Zündimpulsen an die Thyristoren im Wechselrichter 2. Damit ist der Betrieb des Wechselrichters 2 angehalten.
• In der Anordnung nach Fig. 1 wird die Wirkleistungsreferenz P* von der Wirkleistungsregelung 9 geliefert. Das Phasen- Arithmetikglied 10 bildet den Phasenwinkel ΘI = tan&supmin;¹ (X I/Vs), der durch die Systemspannung Vs und das Produkt X I, das einem durch den Wirkstrom I über der Koppelspule X verursachten Spannungsabfall entspricht, bestimmt wird. Wenn ΘI klein ist, gilt ΘI ≈ X I/Vs. Da X und Vs nahezu konstant sind, kann eine dem Wirkstrom I proportionale Phase durch ΘI angegeben werden. Die Phase ΘI und die Phase Θs der Systemspannung werden durch den Addierer 11 addiert, und die Phasensumme bildet die Ausgangsphasenreferenz ΘI* des Wechselrichters.
• Die Blindleistungsreferenz Q* wird von der Blindleistungsregelung 13 geliefert. Die Blindleistung E16 vom Phasen-Arithmetikglied 16 für die Blindleistung basierend auf dem Ausgang E7 vom Spannungsfühler 7 und auf dem Ausgang E8 vom Stromfühler 8 wird vom Wert Q* subtrahiert, um die Abweichung E14 zu erhalten, wobei die Abweichung E14 vom Verstärker 15 verstärkt wird. Der verstärkte Wert EIS und der Ausgang E7, der die Höhe der Systemspannung Vs repräsentiert, werden vom Addierer 17 addiert, um die Höhe der Ausgangsspannungsreferenz VI* des Wechselrichters zu bestimmen. Ein Mittel zur Anderung der Höhe der Ausgangsspannung VI des Wechselrichters besteht in der Anderung einer Impulsbreite, wenn der Wechselrichter 2 durch Impulsbreitenmodulation (PWM) gesteuert wird. Ohne Steuerung durch Impulsbreitenmodulation wird, wie in Fig. 4 dargestellt, der durch die Spannungsreferenz VI* gesteuerte Zerhacker 3 an der Gleichspannungsseite des durch die Phasenreferenz ΘI* gesteuerten, nicht-impulsbreitenmodulierten Wechselrichters 2 angeordnet, um so die Höhe der Ausgangsspannung einzustellen.
• Der Phasenspeicher 21 ist eine Schaltung zur Speicherung einer gegebenen Phasenspannung am Kopplungspunkt A mit einer Zeitkonstante von 5 bis 10 s, die normalerweise eine mit der Systemspannung Vs phasengleiche Rechteckwelle E21 abgibt. Der Ausgang E21 wird an einen Eingang des mit dem Speicher 21 verbundenen Phasenvergleichers 22 geliefert. Der andere Eingang des Phasenvergleichers 22 erhält das Signal E23, das durch Echtzeitwandlung der Spannung Vs am Kopplungspunkt A in eine Rechteckwelle durch die Wellenformung 23 gebildet wird.
• Da die beiden an den Phasenvergleicher gelieferten Signale E21 und E23 in einem Normalzustand phasengleich sind, liegt der Ausgang E22 des Phasenvergleichers 22 auf logisch "0". Wenn der Wechselstromtrennschalter 4 geöffnet wird, ändern sich Frequenz und Phase der Spannung Vs wie oben beschrieben. Genauer gesagt, die Phasendifferenz ΘI zwischen der Wechselrichterspannung VI und der Systemspannung Vs wird im wesentlichen proportional zur Wirkleistung des Wechselstromsystems gesteuert. Wird die Impedanz der Koppelspule X zu 0,3 (bezogen auf Eins) angenommen, so ist der Nennphasenwinkel ΘI = tan&supmin;¹ 0,3 = 16,7º. Damit reicht der Variationsbereich für ΘI von 0º bis maximal 20º.
• Unter der Annahme, daß der Wechselspannungstrennschalter 20 geöffnet wird, oder daß eine Betriebsstörung des Wechselstromnetzes auftritt, wird ΘI zu einem systemeigenen Wert, der durch die Impedanzen der Koppelspule X und der Last 6 bestimmt wird. In diesem Fall weisen der Ausgang E21 vom Phasenspeicher 21 und der Ausgang E23 von der Wellenformung 23 eine große Phasendifferenz auf, und der Ausgang E22 des Phasenvergleichers 22 kann auf logisch "1" gehen. In vielen Fällen bleibt jedoch die Phasendifferenz zwischen E21 und E23 gering.
• Nunmehr sei angenommen, daß die Frequenz sich allmählich ändert und dabei zunimmt. In diesem Fall ändert sich die Phasenlage nicht sofort, da die Reaktion auf den Ausgang E21 vom Phasenspeicher 21 mit einer Verzögerungszeit von 5 bis 10 s erfolgt. Während dieser Zeit läuft die Phase des Signals E23, das die Phasenspannung am Kopplungspunkt A wiedergibt, ohne Antwortverzögerung relativ voraus. Wenn die Ansprechschwelle des Phasenvergleichers 22 gleich ± 10º ist, so gilt E22 = logisch "1". Überschreitet daher die Phasendifferenz zwischen E23 und E21 den Wert von 10º, so erkennt die Folgesteuerung 100 eine abnormale Frequenz und hält den Wechselrichter 2 an.
• Die Fig. 2 ist ein detaillierter Schaltplan des Phasenspeichers 21. Die Hinweisziffer 101 bezeichnet eine Wellenformung zur Wandlung einer Sinuswelle in eine Rechteckwelle. Die Hinweisziffer 102 bezeichnet einen Phasenvergleicher; 103 einen integrierenden Verstärker; 104 einen Spannungsgesteuerten Oszillator (VCO); 105 einen Frequenzteiler; und 106 eine Vorspannungserzeugung. Die Komponenten 102 bis 105 bilden eine bekannte Schaltung, d.h. einen Phasenregelkreis (PLL). Wenn der Eingang Es und der Ausgang E21 eine Phasendifferenz aufweisen, so generiert der Phasenvergleicher 102 den Ausgang E102 entsprechend der Phasendifferenz. Der integrierende Verstärker 103 integriert den Ausgang E102 und liefert den integrierten Ausgang E103. VCO 104 ist ein Oszillator zur Erzeugung eines zur Eingangsspannung E103 proportionalen Frequenzsignals E104, wobei dessen Mittenfrequenz mittels der Vorspannungserzeugung 106 justiert (voreingestellt) werden kann.
• Wenn E102 vom Phasenvergleicher nicht "0" ist, wird der Ausgang E102 integriert, um die Oszillationsfrequenz des VCO 104 zu variieren. Damit fallen in einem stationären Zustand die Phasen des Eingangs Es und des Ausgangs E21 zusammen. Durch eine Integrationszeitkonstante des integrierenden Verstärkers 103 wird eine Antwortzeit festgelegt. Da der Phasenregelkreis komplett als IC-Komponente verfügbar ist, wird hierin auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.
• Mit der oben beschriebenen Funktion kann eine schnelle Erkennung in Reaktion auf eine langsame Frequenzänderung nach einer Betriebsstörung erfolgen. Das heißt, wenn eine Frequenzänderung von 0,4 Hz in 1 s erfolgt, so benötigt das herkömmliche Gerät wie oben beschrieben etwa 6 s für die Erkennung. Im Gegensatz hierzu kann, da die Phasendifferenz in 1 s einem Wert von 360º x 0,4 = 144º entspricht, bei Anwendung einer Ansprechschwelle entsprechend einer Verschiebung von 10º eine abnormale Frequenz in (10º/144º + t) s erkannt werden. In diesem Fall ist t ein Zeitabstand zur Vermeidung eines ungewollten Ansprechens. Obwohl sich die Phase der Systemspannung selten um 10º oder mehr ändert, kann die Wellenform der Systemspannung oftmals nach dem Einschalten eines Kondensators zur Leistungsfaktorverbesserung gestört sein. Daher beträgt t etwa 0,1 s, wobei dieser Wert jedoch vom Einbauort des erfindungsgemäßen Geräts abhängig ist. Damit wird 10º/144º + t gleich oder kleiner 0,2 s, und die Zeit von der Erkennung einer Betriebsstörung bis zum Anhalten des Wechselrichters kann gegenüber dem herkömmlichen Gerät stark verkürzt werden.
• In der Ausführung der Fig. 1 nehmen sowohl eine erste Wechselspannung E23 an einem Eingang des Phasenspeichers 21 als auch eine zweite Wechselspannung E21 am anderen Eingang des Phasenvergleichers 22 den Wert Es entsprechend der Spannung Vs am Kopplungspunkt A an. Die Abgriffspunkte der ersten und der zweiten Wechselspannung E23 bzw. E21 müssen jedoch nicht genau so sein. Zum-Beispiel kann, wie in der Fig. 4 gezeigt, der Abgriffspunkt der zweiten Wechselspannung am Punkt B zwischen Wechselrichter 2 und Koppelspule x gewählt werden. In diesem Fall kann, obwohl ΘI im Vergleich zum Fall der Fig. 1 stärker variiert wird, die Ansprechschwelle des Phasenvergleichers 22 in Berücksichtigung dieser Variation auf ±30º aufgeweitet werden. Die Phase der Spannung Vs am Kopplungspunkt A liegt nahezu fest, während sich die Spannung VI am Ausgangspunkt des Wechselrichters 2 in Abhängigkeit von der Leistungsregelung ändert. Daher wird der Abgriffspunkt der ersten Wechselspannung E23 vorzugsweise in der Nähe des Kopplungspunktes A zwischen den Punkten A und B angeordnet.
• Man beachte, daß im Phasen-Arithmetikglied 10 die Spannungsphase des Wechselstromsystems vorgegeben ist. Die Phase der Ausgangsspannung VI des Wechselrichters 2 und eine Zündphase einer Leistungskomponente (Thyristor) bewirken ein 1: 1-Verhalten des Wechselrichters. Wird daher ein Signal einer logischen Schaltung in einer Ansteuerschaltung des Wechselrichters 2 (Zündimpulse für die Thyristoren im Wechselrichter 2) ohne Erfassung der Spannung (VI) in einem Hauptkreis benutzt, so kann die Phase der zweiten Wechselspannung E21 erfaßt werden. In diesem Fall ist dieses Gerät sehr kostengünstig, da ein Zwischenabschnitt entfallen kann.
• In der obigen Beschreibung bezeichnet die Hinweisziffer 1 eine Gleichstromquelle. In einem System, das aus einem anderen Versorgungssystem gespeist wird, kann der Ausgang eines Gleichrichters zur Wandlung des Wechselstroms des anderen Versorgungssystems in Gleichstrom als Stromquelle 1 angesehen werden.
• Wie oben beschrieben, kann entsprechend der Erfindung eine Betriebsstörung des Systems schnell und zuverlässig erkannt und der Wechselrichter angehalten werden. Damit kann die Erfindung einer Anforderung an die Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit eines Wechselstromsystems genügen.

Claims (7)

1. System zur Verbindung von Wechselrichtern bestehend aus:

einem Wechselstromsystem (5, 20) zur Bereitstellung einer Systemspannung (system valtage - VS),

einem Wechselrichter (1, 2) mit einem Steuerkreis (7 - 17), der über eine Koppelspule (X) und einen Trennschalter (4) mit dem Wechselstromsystem (5, 20) zur Leistungsregelung des Wechselstromsystems verbunden ist, und

einem Systemphasendetektor (23, PT2) zur Erfassung der Systemspannung (VS) und zur Bereitstellung eines Systemphasensignals (E23), das die aktuelle Phase der Systemspannung (VS) des Wechselstromsystems (5, 20) in Echtzeit angibt,

gekennzeichnet durch

Phasenspeichereinrichtungen (21) zur Erkennung eines Signals (ES) zur Anzeige der Phase der Systemspannung des Wechselstromsystems (5, 20) und zur sequentiellen Speicherung der Phase der Systemspannung (VS) mit einer vorgewählten Verzögerungszeit,

Phasenvergleichseinrichtungen (22) für den Phasenvergleich des Systemphasensignals (E23) mit dem Ausgangssignal (E21) der Phasenspeichereinrichtungen (21) und zur Bereitstellung eines Phasenvergleichssignals (E22), wenn eine Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal (E21) der Phasenspeichereinrichtungen (21) und dem Systemphasensignal einen vorgewählten Wert überschreitet, und

eine Folgesteuerung (100) zum Anhalten des Wechselrichters, die mit dem Wechselrichter und den Phasenvergleichseinrichtungen (22) gekoppelt ist, und die bei Eintreffen des Phasenvergleichssignals (E22) den Betrieb des Wechselrichters unterbricht.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenspeichereinrichtungen (21) Einrichtungen (21 in Fig. 4) umfassen, die eine Phase des Signals (ES) zur Anzeige der Phase, das eine Phasendifferenz gegenüber der Systemspannung (VS) des Wechselstromsystems (5, 20) aufweist, in Echt zeit bestimmen und das Ausgangssignal (E21) ausgeben.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase des Signals (ES) zur Anzeige der Phase einer Phase eines Zündimpulses eines Schaltelements entspricht, das den Wechselrichter (1, 2) bildet.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgesteuerung (100) zum Anhalten des Wechselrichters folgendes umfaßt:

Phasenvergleichseinrichtungen (102) zur Ausgabe eines ersten Signals (E102) zur Anzeige einer Phasendifferenz zwischen dem Signal (ES) zur Anzeige der Phase und dem Ausgangssignal (E21) der Phasenspeichereinrichtungen;

Integrationseinrichtungen (103) zur Integration des ersten Signals (E102) mit einer vorgewählten Zeitkonstante und zur Ausgabe eines zweiten Signals (E103) zur Anzeige des Resultats der Integration; und

Signalerzeugungseinrichtungen (104, 105) zur Ausgabe des Ausgangssignals (E21), dessen Frequenz dem Signalpegel des zweiten Signals (E103) entspricht.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgesteuerung (100) zum Anhalten des Wechselrichters folgendes umfaßt:

Einrichtungen (106), die mit den Signalerzeugungseinrichtungen (104, 105) gekoppelt sind, um die Signalphase des Ausgangssignals (E21) unabhängig vom Signalpegel des zweiten Signals (E103) einzustellen.

6. Gerät nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (1, 2) einen impulsbreitenmodulierten (PWM - pulse-width modulation) Wechselrichter (2) umfaßt, der auf eine voreingestellte Phasenreferenz (θI*) und eine voreingestellte Referenzspannung (VI*) anspricht.

7. Gerät nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (1, 2, 7 - 17) folgendes umfaßt:

einen nicht impulsbreitenmodulierten Wechselrichter, der auf eine voreingestellte Phasenreferenz (θI*) anspricht; und

Einrichtungen (3), die auf eine voreingestellte Referenzspannung (VI*) ansprechen, um eine Eingangsgleichspannung zum nicht impulsbreitenmodulierten Wechselrichter (2) zu regeln.