DE69011312T2

DE69011312T2 - Wechselrichtersteuerungsgerät.

Info

Publication number: DE69011312T2
Application number: DE69011312T
Authority: DE
Inventors: Shinji Sato
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-01-29
Filing date: 1990-01-29
Publication date: 1994-12-01
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: US5107438A; DE69011312D1; EP0439642A1; EP0439642B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für einen Wechselrichter konstanter Spannung und konstanter Frequenz und genauer eine Regelvorrichtung für einen Wechselrichter, der dafür geeignet ist, die Spannungs-Wellenformverzerrung aufgrund einer nichtlinearen Last aufzuheben, die in Synchronisierung mit einer Außgangsspannungsperiode erzeugt wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Wechselrichter mit konstanter Spannung und konstanter Frequenz (CVCF) mit einem LC-Filter am Wechselstromausgang werden als unterbrechungsfreie Energieversorgungen oder freistehende Energieversorgungen verwendet, um Energie an Geräte zu liefern, bei denen eine momentane Leistungsunterbrechung nicht erlaubt ist, so wie an einen Computer usw. In den meisten Fällen wird als die Last eine nichtlineare Last benutzt, aus der eine Ausgangsspannungs-Wellenformverzerrung in Synchronisation mit der Ausgangsspannungsperiode erzeugt wird, so wie eine Gleichstromlast, an die durch den Gleichrichter eine Leistung gegeben wird.
Um die Ausgangsspannungs-Wellenformverzerrung des Wechselrichters auszuschalten, die durch eine solche nichtlineare Last erzeugt wird, sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen einer Ausgangsspannung zum Regeln der Wechselrichterausgabe auf der Basis eines Momentanwertes einem Abweichung zwischen der erfaßten Ausgangsspannung und einer Ausgangs-Eezugsspannung, so daß die Abweichung klein wird, vorgeschlagen worden, wobei das Verfahren es ermöglicht, daß ein Strom, der in dem Kondensator des LC-Filters fließt, einer Sinuswelle und dergleichen folgt (JP-A-62-60475).
Es wird Bezug auf Figur 1 genommen, in der eine Einrichtung gezeigt ist, bei der das Verfahren des Regelns des Wechselrichters, so daß ein Strom, der in dem Kondensator des LC-Filters fließt, einer Sinuswelle folgt, von den obigen Verfahren benutzt wird. In dieser Figur wird eine Gleichstromausgabe einer Gleichstromenergieversorgung 1 von einem Glättungskondensator 2 geglättet und wird dann durch einen dreiphasigen Wechselrichter 3 in Wechselstrom umgewandelt. Dieser Wechselstrom wird über einen Ausgangstransformator 4 auf eine geeignete Spannung transformiert und wird dann durch einen LC-Filter, der aus einer Spule (L) 5 und einem Kondensator (C) 6 besteht, zu einer Last 7 geliefert. Der LC-Filter ist vorgesehen, um höhere Oberwellen auszuschalten, die durch das Schalten des Wechselrichters 3 erzeugt worden sind um eine Wechselspannung mit weniger Verzerrung in der Last 7 zu liefern.
Der Strom, der in dem Kondensator 6 fließt, wird für jede Phase von einem Stromdetektor 8 erfaßt, und Stromerfassungssignale Icu, Icv, Icw, als das erfaßte Ergebnis erhalten, werden als Rückkopplungssignale in den Wechselrichter 3 eingegeben. Weiterhin erstellt ein Bezugstromgenerator 9 drei Phasenbezugsströme Icu*, Icv*, Icw* auf der Basis der Bezugsspannung V* und der Bezugsphase Θ*.
Icu* =ωC V* cos(Θ*)
Icv* =ωC V* cos (Θ* - 2π/3)
Icw* =ωC V* cos (Θ* + 2π/3) ...(1),
wobei ω eine Ausgangs-Winkelfrequenz (rad/s) des Wechselrichters 3 ist, und C ist eine Kapazität (F) des Kondensators 6.
Wenn die Zeit als t angenommen wird, wird Θ* wie folgt ausgedrückt:
Θ* =w t ...(2).
Abweichungen zwischen diesen Bezugsströmen und den Stromerfassungssignalen werden jeweils durch Addierer 10U, 10V, 10W wie folgt erhalten:
Δ Icu = Icu* - Icu
Δ Icv = Icv* - Icv
Δ Icw = Icw* - Icw.
Diese Abweichungen werden an eine Gate-Steuerschaltung 11 geliefert. Eine Gate-Steuerschaltung 11 erstellt ein Impulsbreitenmodulations (PWM) -Muster derart, daß es nicht über den Hysteresepegel ± ΔI* steigt, wie es in Figur 2 gezeigt ist (nur die U-Phase ist veranschaulicht), um diese Stromabweichungen ΔIcu, ΔIcv, ΔIcw zu verringern, um den Wechselrichter 3 zu steuern, wobei das PWM-Muster als ein Gate-Signal benutzt wird.
Bei der herkömmlichen Regeleinrichtung werden, um eine solche Ausgangsspannung auszuschalten, ein Verfahren zum Erfassen eines Stromes, der in dem Filterkondensator fließt, um eine Steuerung in einer geschlossenen Schleife zu bewirken, so daß der Unterschied zwischen dem erfaßten Strom und dem Bezugsstrom klein wird, und ein Verfahren zum Erfassen einer Wechselrichter-Ausgangsspannung, um die Steuerung in einer geschlossenen Schleife zu bewirken, so daß die Abweichung zwischen der erfaßten Spannung und einer Bezugsspannung klein wird, und dergleichen benutzt. Jedoch ist es mit dieser herkömmlichen Regeleinrichtung schwierig, die Wellenformverzerrung hinreichend zu beseitigen, als ein Ergebnis der Zeitverzögerung, bis ein Steuerbefehl von der Erfassung ausgegeben wird. Wenn man auf solche herkömmlichen Regeleinrichtungen besteht, muß ein Regelsystem mit einer sehr schnellen Ansprechcharakteristik, bis ein Befehl von der Erfassung der Ausgangsspannung gegeben wird, oder der Ausgangsstrom benutzt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Regeleinrichtung für einen Wechselrichter zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, auf einfache Weise eine Wellenformverzerrung der Ausgangsspannung zu beseitigen, die in Synchronisation mit der Ausgangsspannungsperiode erzeugt worden ist.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Regeleinrichtung für einen Wechselrichter zur Verfügung zu stellen, der in der Lage ist, auf befriedigende Weise die oben beschriebene Wellenformverzerrung der Spannung zu beseitigen, selbst in einem Regelsystem, in dem die Ansprechcharakteristik eine Charakteristik ist, deren Ansprechgeschwindigkeit nicht so hoch ist, oder in einem Regelsystem, wo die Steuerungsverstärkung nicht groß ist.
Um diese Aufgaben zu lösen, wird gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 eine Regeleinrichtung für einen Wechselrichter geschaffen, mit einem Filter, der aus einer Spule und einem Kondensator besteht und mit einem Wechselstrom-Ausgangsanschluß des Wechselrichters verbunden ist, einer ersten Vorrichtung zum Erfassen einer Ausgangsspannung des Fiiters, einer zweiten Vorrichtung zum Erzeugen einer Bezugsspannung für das Ausgangssignal von dem Filter, einer dritten Vorrichtung zum Berechnen einer Spannungsabweichung zwischen der Bezugsspannung und der Ausgangsspannung, einer vierten Einrichtung zum Ausgeben eines Spannungskorrekturwertes, um die Spannungsabweichung nach einer Verzögerungszeit von einer Periode einer Wechselrichter-Ausgangsspannung auszugleichen, einer fünften Vorrichtung zum Berechnen einer Summe auf der Bezugsspannung und einem Ausgangssignal von der vierten Vorrichtung, um die Summe als einen Spannungs-Sollwert auszugeben, und einer sechsten Vorrichtung zum Steuern des Betrags und der Phase der Ausgangsspannung des Wechselrichters abhängig von dem von der fünften Vorrichtung erhaltenen Spannungs-Sollwert.
Eine weitere Lösung für die Aufgabe der Erfindung ist im unabhängigen Anspruch 4 definiert.
Gemäß dieser Erfindung wird die Aufmerksamkeit auf eine Spannungsverzerrung gerichtet, die periodisch und wiederholt in Synchronisation mit der Ausgangsspannung auftritt, um eine solche Korrektur-Bezugsspannung zu bestimmen, damit eine Verzerrung der Ausgangsspannung eine Periode zuvor ausgeglichen wird, um sie somit auf die Bezugsspannung in einer vorwärts gerichteten Weise aufzugeben. Indem diese Verzerrungskomponenten durch repetierende Regelung ausgeschaltet werden, kann eine Spannungswellenform in stabilem Zustand mit hoher Qualität zur Verfügung gestellt werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist ein Blockschaubild, das eine herkömmliche Regeleinrichtung zeigt, basierend auf der Regelung des Momentanwerts, wobei ein Strom benutzt wird, der in dem Kondensator fließt,
Figur 2 ist ein Schaubild zum ergänzenden Erläutern der Regeleinrichtung, die in Figur 1 gezeigt ist,
Figur 3 ist ein Blockschaubild, das eine Anordnung einer Ausführungsform gemäß dieser Erfindung zeigt,
Figuren 4a bis 4d und 5a bis 5e sind erläuternde Ansichten zum Erklären der Betriebsweise der Regeleinrichtung, die in Figur 3 gezeigt ist,
Figuren 6 und 7 sind Blockschaubilder, die unterschiedliche Modifikationen im Hinblick auf die Regeleinrichtung zeigen, die in Figur 3 gezeigt ist, und
Figuren 8, 9 bzw. 10 sind Blockschaubilder, die unterschiedliche Ausführungsformen der Regeleinrichtung zeigen, bei denen die Momentanwertregelung mit der repetierenden Regelung kombiniert ist, die in dieser Erfindung vorgeschlagen ist.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Figur 3 ist ein Blockschaubild, das eine Anordnung einer Ausführungsform gemäß dieser Erfindung im Zusammenhang mit einer Wechselrichter-Hauptschaltung zeigt, auf die diese Erfindung angewendet wird. In der Figur 3 besteht die Wechselrichter-Hauptschaltung aus einer Gleichstrom-Energieversorgung 1, einem Glättungskondensator 2, einem dreiphasigen Wechselrichter 3, einem Ausgangstransformator 4, einer Filterspule 5, einem Filterkondensator 6 und einer Last 7. Die Regelung dieser Hauptschaltung wird auf der Basis von Probenahmeergebnissen von n Zeitpunkten pro jeder Periode der Ausgangsspannung durchgeführt, wobei die Probenahmeperiode durch T dargestellt ist.
Die Phasenausgangsspannungen Vu, Vv, Vw werden von einem Spannungsdetektor 12 an dem Ausgangsanschluß des Filters erfaßt, der aus der Spule 5 und dem Kondensator 6 besteht, und werden dann auf die Addierer 13U, 13V, 13W als ihre ersten Eingaben mit negativem Vorzeichen eingegeben. Somit werden drei Phasen-Bezugsspannungen Vu*, Vv*, Vw*, ausgedrückt durch die folgenden Gleichungen, durch einen Bezugsspannungsgenerator 14 auf der Basis der Ausgangs-Bezugsspannung V* und der Bezugsphase Θ* erzeugt:
Vu* = V* cos (Θ*)
Vv* = V* cos (Θ* - 2π/3)
Vw* = V* cos (Θ* + 2π/3) ... (3).
Wenn die Ausgangs-Winkelfrequenz des Wechselrichters 3 durch ω (rad/s) dargestellt wird, ist Θ* = ω t. Als ihre zweiten Eingaben in die Addierer 13U, 13V, 13W, werden Bezugsspannungen Vu*, Vv*, Vw*, die von dem Bezugsspannungsgenerator 14 erhalten worden sind, mit positivem Vorzeichen aufgegeben.
Diese Addierer 13U, 13V, 13W liefern Spannungsabweichungen ΔVu, ΔVv, ΔVw, die für jede Phase durch die jeweils folgenden Gleichungen ausgedrückt werden.
Δ Vu = Vu* - Vu
Δ Vv = Vv* - Vv
Δ Vw = Vw* - Vw ... (4).
Spannungskorrektur-Rechenelemente 15U, 15V, 15W berechnen Spannungskorrekturwerte für die repetierende Regelung ΔVr1, ΔVs1, ΔVt1 zum Ausgleichen von Spannungsabweichungen ΔVu, ΔVv, ΔVw, die jeweils wie oben ausgeführt erhalten wurden. Diese Spannungskorrekturwerte liefern eine Funktionsausgabe entsprechend der inversen Übertragungsfunktion des Filters, der aus Spule 5 und Kondensator 6 besteht, und diese Funktion wird wie folgt ausgedrückt:
F&supmin;¹ (Z&supmin;¹) = Z&spplus;¹-2 cos(ωFT)+Z&supmin;¹/ωF T sin(ωFT) ...(5)
wobei ωF eine Resonanz-Winkelfrequenz ist, die durch die Induktivität L (H) der Spule 5 und die Kapazität C (F) des Kondensators 6 bestimmt ist und bei der die Beziehung, die als ωF = 1 [L C] ausgedrückt wird, gilt, und Z&supmin;¹ ist ein Verzögerungsoperator und T ist dessen Verzögerungszeit. Beispielsweise kann Z&supmin;¹f(t) als f(t - T) geschrieben werden.
Wenn angenommen wird, daß die Ausgangsspannungsperiode des Wechselrichters T&sub0; ist und n die Beziehung erfüllt, die als T&sub0; = n T ausgedrückt wird, wird Z-nf(t) als f(t - n T) = f(t - T&sub0;) ausgedrückt. Dieser Wert stimmt mit dem Wert f(t) eine Periode zuvor überein. Zusätzlich ist Z&spplus;¹ ein prädiktiver Operator zum Bestimmen des Wertes nach dem Ablauf der Zeit T.
Die Spannungskorrekturwerte ΔVr1, ΔVs1, ΔVt1, die durch die Spannungskorrektur-Rechenelemente 15U, 15V, 15W erhalten worden sind, werden als ihre ersten Angaben zu den jeweiligen Addierern 16R, 16S, 16T geliefert. Weiterhin sind Verzögerungselemente 17R, 17S, 17T zwischen die Ausgänge der Addierer 16R, 16S, 16T und ihre zweiten jeweiligen Eingänge geschaltet. Diese Verzögerungselemente 17R, 17S, 17T sind Schaltungselemente zum Verzögern der Ausgaben ΔVr2, ΔVs2, ΔVt2 der Addierer 16R, 16S, 16T um eine Periode T&sub0; = n T der jeweiligen Wechselrichter-Ausgangsspannung. Sie können leicht aufgebaut werden, indem z.B. ein RAM vom Typ Ersteingang/Erstausgang (FIFO) benutzt wird. Die Addierer 16R, 16S, 16T addieren die Spannungskorrekturwerte ΔVr1, ΔVs1, ΔVt1, die durch die Spannungskorrektur-Rechenelemente 15U, 15V, 15W erhalten worden sind, und Spannungskorrekturwerte ΔVr3, ΔVs3, ΔVt3 von einer Periode zuvor, erhalten als die Ausgaben der Verzögerungselemente 17R, 17S, 17T, um weiterhin aufaddierte Werte an die jeweiligen Eingänge der Verzögerungselemente 17R, 17S, 17T zu liefern. Als ein Ergebnis der Tatsache, daß Spannungskorrekturwerte ΔVr3, ΔVs3, ΔVt3, die als die Ausgaben der Verzögerungselemente 17R, 17S, 17T erhalten worden sind, durch die Addierer 18R, 18S, 18T jeweils zu Bezugsspannungen Vu*, Vv*, Vw* addiert werden, die von dem Bezugsspannungsgenerator 14 erzeugt werden, werden Spannungs-Sollwerte Vr*, Vs*, Vt* zur Verfügung gestellt, und sie werden zu einer Gate-Steuerschaltung 19 geliefert. Die Gate-Steuerschaltung 19 moduliert Dreiphasen-Spannungs-Sollwerte Vr*, Vs*, Vt* durch eine dreieckförmige Trägerwelle es, die durch einen Trägerwellengenerator 20 erzeugt worden ist, und eine Frequenz hat, die ausreichend höher als die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters ist, wie es in Figur 4 gezeigt ist, um Dreiphasen-PWM-Gate-Signale Gr, Gs, Gt zu erzeugen, um somit den Wechselrichter 3 zu regeln, so daß eine Spannung, die an dem Ausgangsanschluß des Filters, der aus Spule 5 und Kondensator 6 besteht, erscheint, gleich einem vorbestimmten Wert wird.
Figur 5 ist ein Wellenformschaubild, das Signale in bezug auf die U-Phase und die R-Phase der oben genannten jeweiligen Signale zeigt, d.h. der erfaßten Ausgangsspannung Vu (Ausgabe aus dem Spannungsdetektor 12), der Bezugsspannung Vu* (Ausgabe aus dem Bezugsspannungsgenerator 14), der Spannungsabweichung ΔVu (Ausgabe aus dem Addierer 13U), dem Spannungskorrekturwert ΔVr1 (Ausgabe aus dem Spannungskorrektur-Rechenelement 15U), dem Spannungskorrekturwert ΔVr2 (Ausgabe aus dem Addierer 16R) und dem Spannungs-Sollwert Vr* (Ausgabe aus dem Addierer 18R). Wenn eine Abweichung ΔVu zwischen der Ausgangsspannung Vu und der Referenzspannung Vu * auftritt (siehe Figuren 5a, 5b), berechnet das Spannungskorrektur-Rechenelement 15U einen Spannungskorrekturwert ΔVr1, um diese Abweichung auszugleichen (siehe Figur 5c). Dec Addierer 16R berechnet einen Spannungskorrekturwert ΔVr2 entsprechend der Summe des Spannungskorrekturwerts ΔVr1 der vorliegenden Periode und eines Spannungskorrekturwerts ΔVr3, der um eine Periode verzögert ist (siehe Figur 5d). Durch Addieren des Spannungskorrekturwertes ΔVr3, der durch Verzögern des Spannungskorrekturwertes ΔVr2 um eine Periode erhalten worden ist, zu der Bezugsspannung Vu*, wird ein Spannungs-Sollwert Vr* zur Verfügung gestellt. Auf der Basis des so erhaltenen Spannungs-Sollwertes Vr* bewirkt die Gate-Steuerschaltung 19 die PWM-Regelung des Wechselrichters 3.
Wie oben beschrieben führt diese Erfindung eine solche Regelung aus, daß ein Spannungskorrekturwert zur Verfügung gestellt wird, welcher um eine Periode verzögert ist, indem die Periodizität der Verzerrung der Ausgangsspannung ausgenutzt wird, um somit die Bezugsspannung zu korrigieren, wodurch es möglich gemacht wird, auf befriedigende Weise eine Spannungsverstärkung durch eine repetierende Regelung aus zuschalten, wobei eine Regeleinrichtung mit einer Ansprechcharakteristik identisch der der herkömmlichen Einrichtung benutzt wird, um somit eine Ausgangsspannung mit einer befriedigenden Wellenform zu erzeugen.
Bei der Ausführungsform, die in Figur 3 gezeigt ist, ist ein prädiktives Operator-Element Z&spplus;¹ in die Spannungskorrektur- Rechenelemente 15U, 15V, 15W eingeschlossen. Im Gegensatz dazu ist bei einer anderen Ausführungsform, die in Figur 6 gezeigt ist, ein solcher prädiktiver Operator nicht eingeschlossen.
Bei der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform sind Spannungskorrektur-Rechenelemente 25U, 25V, 25W vorgesehen, die kein prädiktives Operatorelement an den Ausgangsanschlüssen der Addierer 13U, 13V, 13W umfassen. Die Übertragungsfunktion dieser Spannungskorrektur-Rechenelemente wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
Z&supmin;¹ F&supmin;¹ (Z&supmin;¹) = 1-2 Z&supmin;¹ cos(ωFT)+Z&supmin;²/ωF T sin(ωFT) ... (6)
wobei Z&supmin;² ein Verzögerungsoperator für die Verzögerungszeit 2T ist. Die Ausgänge der Spannungskorrektur-Rechenelemente sind mit den ersten Eingängen der Addierer 16R, 16S bzw. 16T verbunden. Mit den Ausgangsanschlüssen der Addierer 16R, 16S, 16T sind Verzögerungselemente 22R, 22S, 22T mit einer Verzögerungszeit (n-1) T verbunden. Zwischen den Ausgangsanschlüssen der Verzögerungselemente 22R, 22S, 22T und den zweiten Eingangsanschlüssen der Addierer 16R, 16S, 16T sind Verzögerungselemente 24R, 24S, 24T mit einer Verzögerungszeit T geschaltet. Die Ausgangsanschlüsse der Verzögerungselemente 22R, 22S, 22T sind auch mit den Eingangsanschlüssen der Addierer 18R, 18S, 18T verschaltet.
Gemäß der Ausführungsform, die in Figur 6 gezeigt ist, wird die Verzögerungszeit n T = T&sub0; durch die Spannungskorrektur-Rechenelemente 25U, 25V, 25W und die Verzögerungselemente 22R, 22S, 22T bereitgestellt, und die Verzögerungszeit T&sub0; wird auf ähnliche Weise durch die Verzögerungselemente 22R, 22S, 22T und die Verzögerungselemente 24R, 24S, 24T bereitgestellt. Dementsprechend kann diese Ausführungsform auch einen Effekt identisch zu der der Ausführungsform, die in Figur 3 gezeigt ist, liefern.
Figur 7 zeigt eine Ausführungsform, die so aufgebaut ist, daß sie einmal eine geregelte Variable in die des Drehkoordinatensystems transformiert, um somit eine Regelung zu bewirken. Bei der zuvor gezeigten Ausführungsform der Figur 3 sind die Variablen, die die Erfassung und den Sollwert anzeigen Wechselstromvariablen, die mit einer konstanten Winkelfrequenz rotieren, und alle Variablen schließen eine Frequenzkomponente ein. Im Gegensatz dazu ist die in Figur 7 gezeigte Ausführungsform vorteilhaft noch mehr vereinfacht, da es dort keine Notwendigkeit gibt, alle Variablen für den Regelbetrieb in Betracht zu ziehen, wie die Frequenzkomponente, sondern daß es ausreichend ist, sie als einen Gleichstrom zu betrachten. Die Ausgangsspannungen Vu, Vv, Vw, die von dem Spannungsdetektor 12 erfaßt worden sind und durch die stationäre Koordinate ausgedrückt werden, werden in Ausgangsspannungen Vd, Vq umgewandelt, ausgedrückt durch die Drehkoordinate durch einen Koordinatentransformator 26, wobei eine Bezugsphase Θ* benutzt wird. Hierbei werden Vd und Vq durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt.
Vd = (2/3){Vu cos(θ*)
+ Vv cos(θ* - 2π/3)
+ Vv cos(θ* - 2π/3)
+ Vw cos(θ* + 2π/3)
Vq = (2/3){Vu sin(θ*)
+ Vv sin(θ* - 2π/3)
+ Vw sin(θ* + 2π/3) ... (7) Auf ähnliche Weise wird ein Paar Bezugsspannungen Vd* und Vq* als folgender Ausdruck gebildet:
Vd * = V*, Vq* = 0 ... (8).
Durch Addierer 13D, 13Q werden Spannungsabweichungen ΔVd und ΔVq als ΔVd = Vd* - Vd bzw. ΔVq = Vq* - Vq bestimmt. Die Spannungskorrektur-Rechenelemente 15D, 15Q bestimmen Spannungskorrekturwerte ΔVd1, ΔVq1 zum Ausgleichen der Spannungsabweichungen ΔVd, ΔVq in genau derselben Weise wie bei den zuvor beschriebenen Spannungskorrektur-Rechenelementen 15U, 15V, 15W. Die Arbeitsweise der Addierer 16D, 16Q entspricht der der Addierer 16U, 16V, 16W. Diese Addierer 16D und 16Q berechnen die Summe der Spannungskorrekturwerte ΔVd1, ΔVq1 und die Spannungskorrekturwerte ΔVd3, ΔVq3, die als die Ausgaben der Verzögerungselemente 17D, 17Q (entsprechend den Verzögerungselementen 17U, 17V, 17W) erhalten werden. Durch die Addierer 18D und 18Q werden Bezugsspannungen VD*, VQ*, die durch Addieren der Spannungskorrekturwerte ΔVd3, ΔVq3 zu den Bezugsspannungen Vd*, Vq* korrigiert sind, geliefert. Die so erhaltenen Bezugsspannungen VD*, VQ* werden in Spannungs-Sollwerte Vr*, Vs*, Vt* transformiert, ausgedrückt durch die stationäre Koordinate gemäß der folgenden Gleichung durch einen Stationärkoordinatentransformator 27, wobei die Bezugsphase Θ* benutzt wird.
Vr* = VD* cos(θ*) + VQ* sin(θ*)
Vs* = VD* cos(Θ* - 2π/3)
+ VQ* sin(θ* - 2π/3)
Vt* = Vd* cos(θ* + 2π/3)
+ VQ* sin(θ* + 2π/3) ... (9)
Die Spannungs-Sollwerte, die auf diese Weise erhalten worden sind, sind vollständig dieselben wie die in Figur 3. Gemäß dieser Ausführungsform, da alle geregelten Variablen als gleichstromig behandelt werden können, ist der Fehler klein, und es reicht aus, daß die Menge der Regeloperationen klein ist.
Figur 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Momentanwertregelung gemeinsam auf die Regeleinrichtung angewendet wird, die in Figur 7 gezeigt wird. Bei der in Figur 7 gezeigten Regeleinrichtung, da die Regelung im wesentlichen nicht über eine Periode durchgeführt wird, nachdem die Spannungsverzerrung aufgetreten ist, ergibt sich ein schlechtes Ansprechen im Hinblick auf eine schrittweise Laständerung. Die Ausführungsform, die in Figur 8 gezeigt ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Momentanwertregelung zusätzlich ausgeführt wird, um das Ansprechen im Hinblick auf eine stufenförmige Laständerung zu verbessern.
In der Ausführungsform, die in Figur 8 gezeigt ist, sind Einschwingregelungs-Rechenelemente 28D, 28Q, in die Spannungsabweichungen ΔVd, ΔVq eingegeben werden, und Integratoren 29D, 29Q mit einer Integralverstärkung Ki zusätzlich an den Ausgangsanschlüssen der Addierer 13D bzw. 13Q vorgesehen. Bei der oben angegebenen Änderung sind Addierer 30D, 30Q zwischen den Spannungskorrektur-Rechenelementen 15D, 15Q und den Addierern 16D, 16Q vorgesehen, und zwei Sätze von Addierern 31D, 31Q und 32D, 32Q sind zwischen den Verzögerungselementen 17D, 17Q bzw. den Addierern 18D, 18Q vorgesehen. Die Ausgaben aus den Einschwingregelungs-Rechenelementen 28D, 28Q werden zu den Ausgaben aus den Spannungskorrektur-Rechenelementen 15D, 15Q in den Addierern 30D, 30Q hinzuaddiert und werden zu den Ausgaben aus den Verzögerungselementen 17D, 17Q in den Addierern 31D, 31Q addiert. Weiterhin werden die Ausgaben aus den Integratoren 29D, 29Q zu den Ausgaben der Addierer 31D, 31Q in den jeweiligen Addierern 32D, 32Q addiert.
Bei der in der Figur 8 gezeigten Ausführungsform wird, wenn ein Fehler bei der Ausgangsspannung auftritt, eine geregelte Variable als der momentane Wert durch die Einschwingregelungs-Rechenelemente 28D, 28Q rückgekoppelt, um die Verzerrung zu verringern. Weiterhin, wenn eine Änderung in der Ausgangsspannung erzeugt wird, wird die Spannungsabweichung von den Integratoren 29D, 29Q integriert, und eine Integralverstärkung Ki wird weiterhin mit der integrierten Spannungsabweichung multipliziert und wird dann rückgekoppelt. Somit wird eine Regelung derart durchgeführt, daß die Ausgangsspannung konstant wird. In der nächsten Periode, da die einschwinggeregelten Variablen Δd0, Δq0, die in dieser Periode aufaddiert worden sind, und die Variable, die durch Multiplizieren der Abweichungen ΔVd, ΔVq erhalten worden sind, die noch nicht vollständig durch die Einschwingregelung ausgeglichen worden sind, durch die übertragungsfunktion F&supmin;¹(Z&supmin;¹) der Spannungskorrektur-Rechenelemente 15D, 15Q dem Spannungs-Sollwert des Wechselrichters überlagert werden, kann die Verzerrung bei der zweiten Periode ausgeglichen werden, wenn die Ausgangsspannung Periodizität hat.
Andere unterschiedliche Ausführungsformen, die gemeinsam die Momentanwertregelung benutzen, sind in den Figuren 9 bzw. 10 gezeigt.
Figur 9 zeigt die Ausführungsform, die ein Rückkopplungssystem für einen Laststrom umfaßt. Lastströme Iu, Iv, Iw, die von einem Stromdetektor 33 erfaßt worden sind, werden in Lastströme Id, Iq transformiert, die durch die Drehkoordinate durch einen Drehkoordinatentransformator 34 ausgedrückt worden sind. Diese Lastströme Id, Iq werden negativer Kückkopplung zu den Addierern 31D, 31Q durch Einschwingregelungs-Rechenelemente 28D, 28Q unterworfen.
Figur 10 zeigt die Ausführungsform einschließlich eines Rückkopplungssystemes für einen Kondensatorstrom. Die von dem Stromdetektor 8 erfaßten Kondensatorströme Icu, Icv, Icw werden in Kondensatprströme Icd, Icq umgewandelt, ausgedrückt durch die Drehkoordinate, durch einen Drehkoordinatentransformator 35. Andererseits wird nun angenommen, daß die Kondensator-Bezugsströme Icd*, Icq*, ausgedrückt durch die Drehkoordinate, jeweils wie folgt gegeben sind:
Icd* = 0, Icq* = -ω C V* ... (10),
wobei ω eine Winkelfrequenz der Ausgangspannung ist, C eine Kapazität des Kondensators 6 ist und V* eine Ausgangs-Bezugsspannung ist. Abweichungen zwischen den Kondensator-Bezugsströmen Icd*, Icq* und den Kondensatorströmen Icd, Icq werden durch Addierer 16D bzw. 16Q berechnet. Die so erhaltenen Abweichungen werden einerseits zu den Ausgaben der Spannungskorrektur-Rechenelemente 15D, 15Q durch Addierer 30D, 30Q addiert und werden andererseits zu den Ausgaben der Verzögerungselemente 17D, 17Q durch Addierer 31D, 31Q addiert.
Wie oben angegeben wird repetierende Regelung zusammen mit Momentanwert-Rückkopplungsregelung für den Laststrom oder den Kondensatorstrom ausgeführt, wodurch eine ausgezeichnete Regelung sowohl in der Einschwingkennlinie als auch in der Kennlinie des stabilen Zustandes erreicht werden kann.

Claims

1. Regeleinrichtung für einen Wechselrichter mit einem Filter, der aus einer Spule (5) und einem Kondensator (6) besteht und mit dem Wechselstrom-Ausgangsanschluß des Wechselrichters (3) verbunden ist, einer ersten Vorrichtung (12) zum Erfassen einer Ausgangsspannung des Filters,

einer zweiten Vorrichtung (14) zum Erzeugen einer Bezugsspannung für das Ausgangssignal von dem Filter, einer dritten Vorrichtung (13U, 13V, 13W) zum Berechnen einer Spannungsabweichung zwischen der Bezugsspannung und der Ausgangsspannung,

einer vierten Vorrichtung (15U, 15V, 15W; 16R, 16S, 16T; 17R, 17S, 17T) zum Ausgeben eines Spannungskorrekturwertes, um die Spannungsabweichung nach einer Verzögerungszeit von einer Periode einer Wechselrichter-Ausgangsspannung auszugleichen,

einer fünften Vorrichtung (18R, 18S, 18T) zum Berechnen einer Summe aus der Bezugsspannung und einem Ausgangssignal von der vierten Vorrichtung, um die Summe als einen Spannungs-Sollwert auszugeben, und

einer sechsten Vorrichtung (19, 20) zum Steuern des Betrags und der Phase der Ausgangsspannung des Wechselrichters abhängig von dem von der fünften Vorrichtung erhaltenen Spannungs-Sollwert.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der die vierte Vorrichtung folgenden Merkmale aufweist:

eine Spannungskorrekturwert-Rechenvorrichtung (15U, 15V, 15W) mit einer Übertragungsfunktion, welche durch die folgende Gleichung gegeben ist:

F&supmin;¹(Z&supmin;¹) = Z&spplus;¹-2 cos(ωFT)+Z&supmin;¹/ωF T sin(ωFT)

wobei Z&spplus;¹ ein prädiktiver Operator zum Bestimmen eines Wertes nach der Zeit T ist, Z&supmin;¹ ein Verzögerungsoperator für die Verzögerungszeit T ist, ωF eine Winkel- Resonanzfrequenz ist, welche durch die Induktivität L der Spule und die Kapazität C des Kondensators bestimmt wird und gegeben ist durch ωF = 1 [L C], und eine Verzögerungsvorrichtung (16R, 16S, 16T; 17R, 17S, 17T) zum Verzögern eine Ausgangssignals der Spannungskorrekturwert-Rechenvorrichtung um eine Periode der Wechselrichter-Ausgangsspannung.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, bei der die vierte Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:

eine Spannungskorrekturwert-Rechenvorrichtung (25U, 25V, 25W) mit einer Übertragungsfunktion, welche durch die folgende Gleichung gegeben ist:

Z&supmin;¹ F&supmin;¹(Z&supmin;¹) = 1-2 Z&supmin;¹ cos(ωFT)+Z&supmin;²/ωF T sin(ωFT)

wobei Z&supmin;¹ ein Verzögerungsoperator für die Verzögerungszeit T ist, Z&supmin;² ein Verzögerungsoperator für die Verzögerungszeit 2T ist, ωF eine Winkel-Resonanzfrequenz ist, welche durch die Induktivität L der Spule und die Kapazität C des Kondensators bestimmt wird und gegeben ist durch ωF = 1 [L C] und

eine Verzögerungsvorrichtung (16R, 16S, 16T; 22R, 22S, 22T; 24R, 24S, 24T) zum Verzögern eines Ausgangssignals von der Spannungskorrekturwert-Rechenvorrichtung um eine Zeit, welche durch Subtrahieren der Zeit T von einer Periode der Wechselrichter-Ausgangsspannung erhalten wird.

4. Regeleinrichtung für einen Wechselrichter mit einem Filter, welcher aus einer Spule (5) und einem Kondensator (6) besteht und mit dem Wechselstrom-Ausgangsanschluß des Wechselrichters (3) verbunden ist, einer ersten Vorrichtung (12) zum Erfassen einer Ausgangsspannung des Filters,

einer zweiten Vorrichtung (26) zum Transformieren der von der ersten Vorrichtung erfaßten Ausgangsspannung zu einer Spannungim Drehkoordinatensystem,

einer dritten Vorrichtung zum Vorsehen einer Bezugsspannung für das Ausgangssignal vom Filter, welches durch die Drehkoordinaten ausgedrückt ist,

einer vierten Vorrichtung (13D, 13Q) zum Berechnen einer Spannungsabweichung zwischen der von der dritten Vorrichtung gelieferten Bezugsspannung und der von der zweiten Vorrichtun gelieferten Ausgangsspannung,

einer fünften Vorrichtung (15D, 15Q; 16D, 16Q; 17D, 17Q) zum Ausgeben eines Spannungskorrekturwertes, um die Spannungsabweichung nach einer Verzögerungszeit von einer Periode einer Wechselrichter-Ausgangsspannung auszugleichen,

einer sechsten Vorrichtung (18D, 18Q) zum Berechnen einer Summe aus der von der dritten Vorrichtung erzeugten Bezugsspannung und einen Ausgangssignal von der fünften Vorrichtung, um diese als einen Spannungs- Sollwert auszugeben,

einer siebten Vorrichtung (27) zum Transformieren des Spannungs-Sollwertes zu einem Wert im stationären Koordinatensystem, und

einer achten Vorrichtung (19, 20) zum Steuern des Betrags und der Phase einer Ausgangsspannung vom Wechselrichter abhängig von den von der siebten Vorrichtung erhaltenen Spannungs-Sollwert.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, bei der die fünfte Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:

eine Spannungskorrekturwert-Rechenvorrichtung (15D, 15Q) mit einer Übertragungsfunktion, welche durch die folgende Gleichung gegeben ist

F&supmin;¹(Z&supmin;¹) = Z&spplus;¹-2 cos(ωFT)+Z&supmin;¹/ωF T sin(ωFT)

wobei Z&spplus;¹ ein prädiktiver Operator zum Bestimmen eines Wertes nach der Zeit T ist, Z&supmin;¹ ein Verzögerungsoperator für die Verzögerungszeit T ist, ωF eine Winkel- Resonanzfrequenz ist, welche durch die Induktivität L der Spule und die Kapazität C des Kondensators bestimmt wird und gegeben ist durch ωF = 1 [L C] und eine Verzögerungsvorrichtung (16D, 16Q; 17D, 17Q) zum Verzögern eine Ausgangssignals der Spannungskorrekturwert-Rechenvorrichtung um eine Periode der Wechselrichter-Ausgangsspannung.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, welche ferner eine Einschwingregelungs-Rechenvorrichtung (28D, 28Q) aufweist, um eine Einschwingregelungs-Berechnung auf der Basis der von der vierten Vorrichtung ausgegebenen Spannungsabweichung durchzuführen, um ein Ausgangssignal von der Spannungskorrekturwert-Rechenvorrichtung und ein Ausgangsssignal von der Verzögerungsvorrichtung mit einem von der Einschwingregelungs-Rechenvorrichtung erhaltenen Ausgangssignal zu modifizieren.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, welche ferner eine Integral-Reglervorrichtung (29D, 29Q) aufweist, um eine Integralregler-Berechnung auf der Basis der von der vierten Vorrichtung ausgegebenen Spannungsabweichung durchzuführen, um ein Ausgangssignal von der Verzögerungsvorrichtung mit dem von der Integralregler-Berechnung erhaltenen Ausgangssignal zu modifizieren.

8. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, mit ferner einer Stromrückführschleife (33, 34, 28D, 28Q, 31D, 31Q) fur die Momentanwertregelung für den Wechselrichter-Ausgangsstrom.

9. Regeleinrichtung nach Anspruch 8, bei der die Stromrückführschleife einen Stromdetektor (33) zum Erfassen des Wechselrichter-Ausgangsstromes, eine Vorrichtung (34) zum Transformieren des von dem Stromdetektor erfaßten Wechselrichter-Ausgangsstromes in einen Strom im Drehkoordinatensystem und eine Einschwingregelungs- Rechenvorrichtung (28D, 28Q) zur Implementierung einer Einschwingregelungs-Berechnung mit dem in einen Strom im Drehkoordinatensystem transfornierten Inverter-Ausgangsstrom aufweist, um einen Spannungskorrekturwert vorzusehen, um das Ausgangssignal von der Verzögerungsvorrichtung mit dem Spannungskorrekturwert zu modifizieren.

10. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, welche ferner eine Stromrückführschleife (8,35, 28D, 28Q) für die Momentanwertregelung für einen in dem Kondensator fließenden trom aufweist.

11. Regeleinrichtung nach Anspruch 10, bei der die Stromrückführschleife einen Stromdetektor (8) zum Erfassen eines in dem Kondensator fließenden Stromes, eine Vorrichtung (35) zum Transformieren des von dem Stromdetektor erfaßten Kondensatorstromes in einen Strom im Drehkoordinatensystem und eine Einschwingregelungs- Rechenvorrichtung (28D, 28Q) zur Implementierung einer Einschwingregelungs-Berechnung mit dem in einen Strom im Drehkoordinatensystem transformierten Kondensatorstrom aufweist, um ein Ausgangssignal von der Spannungskorrekturwert-Rechenvorrichtung und ein Ausgangssignal von der Verzögerungsvorrichtung mit dem Spannungskorrekturwert zu modifizieren.