DE3917337C2

DE3917337C2 -

Info

Publication number: DE3917337C2
Application number: DE3917337A
Authority: DE
Inventors: Takao Kawabata; Jyoji Kobe Hyogo Jp Kawai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-05-30
Filing date: 1989-05-27
Publication date: 1992-09-24
Also published as: US4947310A; JP2526992B2; FR2632130B1; FR2632130A1; JPH01303060A; KR890017854A; DE3917337A1; CA1299650C; KR910009763B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannungsversorgungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 6.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer bekannten Vorrichtung mit mehreren parallel betriebenen Wechselrichtern, wie sie z. B. in der JP 53-36 137 A und der DE 36 11 885 A1 offenbart sind.

Wie Fig. 1 zeigt, wird ein erster Wechselrichter 1 parallel mit einem zweiten Wechselrichter 2 betrieben, der denselben Aufbau hat und über einen Lastbus 3 an eine Last 4 zu deren Stromversorgung angeschlossen ist. Der erste Wechselrichter 1 ist hauptsächlich aufgebaut aus einer Wechselrichterschaltung 100, einer In duktivität 102 und einer Kapazität 103, ist mit dem Lastbus 3 über einen Ausgangsschalter 104 verbunden und dazu geeignet, eine Gleichspannung von einer Spannungsquelle 5 in eine Wech selspannung umzuwandeln. Um einen Parallelbetrieb der Wechselrichter 1 und 2 zu erhalten, erhält man zuerst aus dem Ausgangsstrom I₁ des ersten Wechselrichters 1 ein gemessenes Signal I₁_a von einem Stromwandler 106. An schließend erhält man von einer Querstrommeßeinheit 107 ein dem Querstrom entsprechendes Signal ΔI, nämlich die Differenz zwischen einem gemessenen Signal I₂_a, das man in ähnlicher Weise von dem zweiten Wechselrichter 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 ΔI werden in Arithmetikschaltun gen 109 und 110 verarbeitet, und man erhält aus diesen entsprechend eine Blindspannungskomponente ΔQ und eine Wirkspannungskomponente ΔP. Der Wechselrichter 1 führt eine Impulsbreitenmodulation 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 ΔQ 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 ΔQ auf Null reduziert wird.

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

Durch Regelung der Spannung und der Phase, um ΔQ und ΔP auf Null zu reduzieren, werden somit die Querströme zwischen beiden Wechselrichtern 1, 2 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 Wechselrichter 1, 2 im Parallelbetrieb ausfiel und dadurch die Spannung am ausgefallenen Wechselrichter 1, 2 extrem niedrig oder hoch wurde, es möglich war, daß ein sehr großer Querstrom durch den anderen fehler freien Wechselrichter 1, 2 floß und somit auch dieser fehler freie Wechselrichter 1, 2 ausfiel.

Ein zweites Problem bestand darin, daß, wenn Durch schnittswerte der Phase und der Spannung der intern er zeugten Spannung des Wechselrichters 1, 2 geregelt wurden, um den Strom für die zwischen den Wechselrichtern 1, 2 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 Wechselrichter 1, 2 im Parallelbetrieb erfolgte und dadurch die Spannung am ausgefallenen Wechselrichter 1, 2 extrem niedrig oder hoch wur de, ein sehr starker Querstrom durch einen anderen feh lerfreien Wechselrichter 1, 2 floß und dadurch dieser Wechselrichter 1, 2 ebenfalls außer Funktion gesetzt wurde.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Spannungsversorgungssystem mit mehreren parallel betriebenen Wechselrichtern gemäß der DE 36 11 885 A1 derart weiterzubilden, daß sogar dann, wenn bei einem von mehreren Wechselrichtern im Parallelbetrieb eine Unterbrechung erfolgt, dies keine nachteilige Wirkung in Form eines überhöhten Querstromes bei den anderen fehlerfreien Wechselrichtern im Parallelbetrieb hat.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 und im Anspruch 6 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

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

Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines herkömmlichen Spannungsversorgungssystems 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 Wechselrichters in einer anderen Ausführung; und

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

Fig. 2 zeigt im Blockschaltbild eine Ausführung des erfindungsgemäßen Systems mit mehreren parallel be triebenen Wechselrichtern 1, 2. Dabei arbeitet ein erster Wechselrichter 1 parallel mit einem nicht dar gestellten zweiten Wechselrichter 2 mit dem selben Aufbau über einen Lastbus bzw. über eine 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 Wechselrichter 1 mit einer Rege lung des Mittelwertes der Ausgangsspannung zeigt, ist in Fig. 2 ein Wechselrichter 1 mit einer Rege lung der Augenblickswerte des Ausgangsstromes und der Spannung dargestellt, und somit haben die dargestellten Schaltungen nicht immer dieselbe Funktion.

Die Wechselrichterschaltung 100 besteht beispielsweise aus Transistoren oder Hochleistungs- MOSFETs Q1-Q6 bzw. Q1-Q4 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 einer Impulsbrei tenmodulationsschaltung 134 bestimmt wird, ist diese Impuls breitenmodulationsschaltung 134 beispielsweise eine eine Sinuswelle mit einer Dreieckswelle vergleichende Impuls breitenmodulationsschaltung 134, die das Schalten in jedem Schnittpunkt einer dreieckigen Trägerwelle mit einem Ausgangsspannungssteuerbefehl durchführt.

Der Wechselrichter 1 enthält einen Stromhilfsregelkreis, und in diesen liefert eine Stromregelungsschaltung 121 ein Regelsignal an die 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 Wechselrichter 2 auf dem Lastbus 3 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 Lastbusspannung 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 erzeugen eine PLL-Schal tung 130 und eine Spannungsreferenzschaltung 129 eine sinusförmige Spannungsreferenz syn chron mit der Spannung auf dem Ausgangsbus 3. Eine Kapa zitätsstromregelungsschaltung 127 erzeugt einen sinusförmigen Re ferenzstrom, der der Referenzspannung um 90° voraus eilt, damit der Strom durch die Kapazität 103 fließt. Eine Detektorschaltung 131 für den anteiligen Strom zweigt von den von einem Stromwandler 161a erfaßten Strom im ersten Wechselrichter 1 und den von einem Stromwandler 161b erfaßten Strom im zweiten Wechselrichter 1 den Augenblicks wert des von jedem Wechselrichter 1 zu erzeugen den Stromes I_L/n ab, wobei der Laststrom I_L durch die Anzahl n der parallelen Wechselrichter 1 geteilt wird (n= 2 im vorliegenden Fall).

Falls die Wechselrichter 1, 2 verschiedene (Nenn-)leistungen 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 Leistung der Wechselrichter 1, 2 abgezweigt.

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

Im folgenden wird die Funktionsweise beschrieben. Zu erst liefert der Wechselrichter 1 im unbelasteten Zustand einen Strom, der durch die Kapazität 103 fließt, und da durch wird eine 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 auftritt.

Gleichzeitig werden die Ausgangsspannungen der beiden Wechselrichter 1, 2 von ihren PLL-Schaltungen 130 geregelt, um in Phase mit dem Lastbus 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 Wechselrichter 1, 2 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 4 fort setzt, und ein Begrenzer 123 soll den endgültigen Stromsteuerbefehl unterhalb eines zulässigen Wertes für den Wechselrichter 1, 2 begrenzen.

Durch Aufbau des parallelen Spannungsversorgungssystems, wie oben beschrieben, wird der Wechselrichter 1, 2 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 jedem 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 äußeren Stö rungseinflüssen, wie z. B. einer plötzlichen Änderung in der Last 4, 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 Wechselrichtern 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, R₂₁ und R₃₁ sind, entsteht eine Span nung von (9+10+11)/3=10 V. Diese Spannung ent spricht einem Drittel des Laststromes und dem von jedem Wechselrichter INV-1, INV-2 und INV-3 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 Wechselrichter 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 Wechselrichtern INV-2 und INV-3 getragen werden. Anschließend wird ein Schalter S₁₂ geschaltet und gleichzeitig der Ausgangsschalter für den Wechselrichter INV-1 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 Wechselrichter INV-1 getragenen Strom entspricht, und über den Widerstand R₁₂ erhält man ein Signal, das dem vom Wechselrichter INV-1 zu tragenden Strom entspricht. Weiterhin erhält man zwischen dem Punkt X₁ und dem Punkt X₂ eine Spannung, die der Differenz ΔI des von dem Wechselrichter INV-1 erzeugten Stromes entspricht. Durch zusätzliche Schaffung einer Schaltung, wie in Fig. 6 gezeigt, zur Isolierung und Verstärkung des Signals ΔI 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 einsetzbar, jedoch nicht nur bei Wechselrichtern, sondern vielmehr auch bei anderen Umrich tern 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 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 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] für die d-q-Achsen wie folgt umgewandelt:

wobei "¯" über den Zeichen eine Matrix und "^∧" eine Vektorgröße in den d-q-Achsen bedeutet. Bei sol cher Transformation, wenn die Ausgangsspannungssignalbefehle ausgedrückt werden als

werden ihre Werte für die 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 für die 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 Ausgangsfilter geleiteten Stromes erzeugt wird, jedoch kann die Kapazitätsstromregelungsschaltung 127 in den Fig. 2 und 3 weggelassen werden. Dies ist deshalb möglich, weil die Spannungsregelungsschaltung 126 so funk tioniert, daß die Ausgangsspannung mit der sinusför migen Spannungsreferenz in Übereinstimmung gebracht werden kann, und als Folge erzeugt es ein Signal, das das Signal der Kapazitätsstromreferenz 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 Wechselrichter 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.

Bei 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 Wechselrichters, erzeugt, wie in Fig. 8(b) gezeigt ist, und die Schnittpunkte dieser Kurve mit dem Ausgangsspannungs steuerbefehl, gekennzeichnet durch die Linie X₁-X₂ in der Fig. 8(b), 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 Wechselrichters eine dem Signal X₁-X₂ gemäß Fig. 8(d) entsprechende Spannung zwischen den Punkten 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 z. B. mit einem analogen Operationsverstärker 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 Wechselrichtern 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 Wechselrichter 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 übrigbleibt; 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 für die d-q-Achsen aufgebaut wer den, um dadurch ein nicht-interaktives Regelungssystem zu erhalten, das zu einer schnellen Regelung in der d- und 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 Wechselrichter mit einem Stromhilfsregelkreis erhält, der den Augenblickswert des Ausgangsstromes regelt, und deshalb bewirkt sie eine Begrenzung der Überströme wie z. B. eines Stoßstromes von Seiten 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 (1, 2) für sinusförmige Spannungen, von denen jeder einen Filter (102, 103) enthält, mit seinen Ausgängen an einen gemeinsamen Lastbus (3) angeschlossen ist und einen Anteil an einem Laststrom (I_L) übernimmt, wobei eine Wechselrichterschaltung (100) in jeder Phase eine Vielzahl von Schaltoperationen während einer Zykluszeit durchführt, um dadurch den Augenblickswert eines Ausgangsstromes (z. B. I₁) zu regeln, gekennzeichnet durch,

- Mittel (129, 130) zur Erzeugung einer sinusförmigen Ausgangsspannungsreferenz, die mit der Spannung des Lastbusses (3) synchronisiert ist;
- eine Detektorschaltung (131, 135, 170, 161), die den von jedem Wechselrichter (1, 2) zu tragenden Anteil des Laststromes (I_L) ermittelt und ein dem ermittelten Anteil des Laststroms (I_L) entsprechendes erstes Signal abgibt;
- eine Spannungsregelungsschaltung (126), die ein zweites Signal in Abhängigkeit von einem zwischen der Spannung des Lastbusses (3) und der sinusförmigen Ausgangsspannungsreferenz auftretender Fehler abgibt; und
- einer Stromregelschaltung (120, 121, 122, 133, 134, 160), die in Abhängigkeit von einer Summe (124) aus dem ersten und dem zweiten Signal einen Stromsteuerbefehl für die Wechselrichterschaltung (100) erzeugt (Fig. 1).

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Kapazitätsstromregelungsschaltung (127) eine sinusförmige Kapazitätsstromreferenz erzeugt, die der Ausgangsspannungsreferenz um 90° vorauseilt, und die Kapazitätsstromreferenz einem Strom durch eine parallel geschaltete Kapazität (103) des Filters (102, 103) entspricht, und
daß die Stromregelschaltung (120, 121, 122, 133, 134, 160) den Stromsteuerbefehl in einer weiteren Abhängigkeit von der Kapazitätsstromreferenz erzeugt.

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

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen in der Stromregelschaltung (120, 121, 122, 133, 134, 160) enthaltenden Stromhilfsregelkreis mit einer Impulsbreitenmodulationsschaltung (134), einem Spannungssensor (132) und einem Stromsensor (133).

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen ersten Begrenzer (125) zur Begrenzung von Überströmen (Stoßströmen) zum Zeitpunkt des Anlegens der Last (4), so daß sich diese Überströme nicht fortpflanzen, und einen zweiten Begrenzer (123) zur Begrenzung des Stromsteuerbefehles.

6. Spannungsversorgungssystem mit mehreren parallel betriebenen dreiphasigen Wechselrichtern (1, 2) für sinusförmige Spannungen, von denen jeder einen Filter (102, 103) enthält, mit seinen Ausgängen an einen gemeinsamen Lastbus (3) angeschlossen ist und einen Anteil an einem Laststrom (I_L) übernimmt, wobei eine Wechselrichterschaltung (100) in jeder Phase eine Vielzahl von Schaltoperationen während einer Zykluszeit durchführt, um dadurch den Augenblickswert eines Ausgangsstromes (z. B. I₁) zu regeln, gekennzeichnet durch

- Mittel (150, 151) zur Erzeugung eines dreiphasigen, sinusförmigen Signals (A), das mit der Spannung des Lastbusses (3) synchronisiert ist;
- eine Detektorschaltung (131, 16), die den von jedem Wechselrichter (1, 2) zu tragenden Anteil des Laststromes (I_L) ermittelt und ein dem ermittelten Anteil des Laststromes (I_L) entsprechendes erstes Signal abgibt;
- Mittel (142, 143), die in Abhängigkeit von dem mit der Spannung des Lastbusses (3) synchronisierten dreiphasigen sinusförmigen Signal (A) die Spannung des Lastbusses (3) und das erste Signal jeweils in zwei Komponenten für eine d- und q-Achse umfaormen, die ein synchrones rotierendes Koordinatensystem bilden;
- Mittel (129) zur Erzeugung je einer Spannungsreferenzkomponente für die d- und die q-Achse;
- eine Spannungsregelungsschaltung (126), die in Abhängigkeit von einem zwischen den Spannungsreferenzkomponenten für die d- und q-Achse und den Lastbusspannungskomponenten für die d- und q-Achse auftretenden Fehler ein zweites Signal abgeben; und
- eine Stromregelschaltung (120, 121, 122, 133, 134, 140, 141, 160), die in Abhängigkeit von einer Summe (124) aus dem ersten und zweiten Signal jeweils für die d- und q-Achse einen Stromsteuerbefehl für die Wechselrichterschaltung (100) erzeugt (Fig. 3).

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Kapazitätsstromregelungsschaltung (127) eine sinusförmige Kapazitätsstromreferenz erzeugt, die der Ausgangsspannungsreferenz (Signal A) um 90° vorauseilt, und die Kapazitätsstromreferenz einem Strom durch eine parallel geschaltete Kapazität (103) des Filters (102, 103) entspricht, und
daß die Stromregelschaltung (120, 121, 122, 133, 134, 140, 141, 160) den Stromsteuerbefehl in einer weiteren Abhängigkeit von der Kapazitätsstromreferenz erzeugt.

8. System nach Anspruch 6 der 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichterschaltung (100) aus hochfrequent schaltenden Elementen besteht.

9. System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch einen in der Stromregelschaltung (120, 121, 122, 133, 134, 140, 141, 160) enthaltenen Stromhilfsregelkreis mit einer dreiphasigen Impulsbreitenmodulationsschaltung (134), Spannungssensoren (132) und Stromsensoren (133).

10. System nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch einen ersten Begrenzer (125) zur Begrenzung von Überströmen (Stoßströmen) zum Zeitpunkt des Anlegens der Last (4), so daß sich diese Überströme nicht fortpflanzen, und einen zweiten Begrenzer (123) zur Begrenzung des Stromsteuerbefehles.