DD272749A1

DD272749A1 - Verfahren zur ausregelung von stoergroessen bei drehstromsystemen mit vektorieller stromregelung

Info

Publication number: DD272749A1
Application number: DD31618788A
Authority: DD
Inventors: Joachim Kaschel; Thomas Eulitz; Wilfried Hofmann
Original assignee: Elektroprojekt Anlagenbau Veb
Priority date: 1988-05-30
Filing date: 1988-05-30
Publication date: 1989-10-18

Abstract

Die Erfindung dient insbesondere zur Ausregelung von Stoergroessen, die durch Wechselanteile in der Zwischenkreisspannung von Pulsumrichtern hervorgerufen werden. Erfindungsgemaess wird die Stromregelung durch Zusatzregler fuer beide Stromkomponenten erweitert, die in einem Koordinatensystem mit festgelegter Frequenz (der dominierenden Stoergroessenfrequenz) arbeiten, indem die im synchronen Koordinatensystem der Grundfrequenz vorliegenden Regelabweichungen einer weiteren Koordinatentransformation unterworfen werden. Durch die Massnahme wird die Dynamik der Regelung erheblich verbessert. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur A usregelung von Siöreinflüssen bei von Wechselrichtern gespeisten Drehstromsystemen, die durch Wechselanteile in der Eingangsspannung des Wechselrichters hervorgerufen werdon. Sie ist beispielsweise anwendbar bei über einen Pulsumrichter betriebenen frequenzgesteuerten Drehstrommotoren, insbesondere bei der Verwendung von netzseitigen Stromrichtern mit niedriger Pulszahl bzw. geringer netzseitiger Phasenzahl (Netzstromrichter am Einphasennetz).

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Aus der DE-OS 3116342 (H02 P13/18) ist ein Verfahren bekannt, bei den durch Messung der Zwischenkreisspannung und nachfolgende Multiplikation mit der zur Pulsbreitenmodulation o'er Ausgangsspannung benötigten Dreieckhilfsspannung die durch Sinus-Pulsbreitenmodulation erzeugten Spannung3Ölöcke korrigiert werden können. Ähnliche Verfahren sind Gegenstand der DE-OS 3211183 (H02 P13/18) und der DD-PS 255011 (G 05 B13/02). Das Verfahren bringt bei derartigen spannungsgesteuerten Maschinen Vorteile, hat aber bei andoren Ansteuerverfahren, insbesondere, wenn überlagerte Stromregelschleifen vorhanden sind, dynamische Nachteile, da sich aufgrund der verschiedenen Signallaufzeiten in den Regelschleifen Phasenverschiebungen ergeben. Die Stromregelung ist aber allein nicht in der Lage, die Störgrößen zu kompensieren, da sich der Regler nicht gleichzeitig auf optimales Störgrößenverhalten und optimales Führungsgrößenverhalten einstellen läßt.

Aus der DE-OS 2932091 (H02 M Vm) ist eine Anordnung zur Unterdrückung von Störsignalcn in Regeleinrichtungen für den eingangsseitigen Stromrichter (Netzstromrichter) bekannt, bei dar ein zusätzlicher Regelkanal, bestehend aus einem selektivem Filter und einem PD-Glied, ausgehend vom störsignalbehafteten Istwert des Netzstromes, vorgesehen ist, dessen

Ausgangsgröße auf dem Reglerausgang des Netzsf romregelkreises aufgeschaltet wird. Damit wird erreicht, daß die Störfrequenz selektiv cedämpft werden kann, ohne daß die Dynamik des Hauptrogolkreises für den Netistrom nachteilig beeinflußt wird. Diese Lösung ist aber nur für Wechseigrößenregclungen geeignet.

Ziel der Erfindung

Ziel dar Erfindung ist ns den Einfluß von Wechselanteilon in der Zwischenkreisspannung auf den Oberschwingungsgehalt der Motorströme zu verr ngern und damit das Entstehen zusätzlicher Per.delmomente zu vermeiden.

Darlegung des West ns der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Avisregelung von Oberschwingungen 'n den Motorströmen zu schaffen, die durch Wechselanteile bekannter Frequenz in der Zwischenkreisspannung hervorgerufen werden.

Erfindungsgemäß'wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine im synchronen Koordinatensystem (KOS) der G rundschwingungf frequenz f, arbeitende Stromvektorregelung, der eingangsseitig die Stromvektorsollwerte und -istwerte im synchronen Koordinatensystem zugeführt werden und die ausgangsseitig Steuerspannungskompohenten des Spannungsvektora u, im gleichen Koordinatensystem erzeugen, die danach über eine nachgeordneta Rücktransformation ins ruhende Koordinatensystem überführt werden, erweitert wird um zusätzliche Regler für beide Stromkomponenten. Diese arbeiten in dinem Koordinatensystem mit festgelegter Frequenz f_x = f, + f„ indem die im synchronen Koordinatensystem der Grundschwingungsfrequenz vorliegenden Regelabweichungen mit dem Winkel θ, = 2n · f, t in den mit der Störfrequenz ω, + ω, rotierende Koordinatensystem transformiert werden, so daß dort Gleichgrößen bzgl. der Störf.-equenz entstehen. Die Zusatzregier besitzen vorzugsweise gleiche Struktur mit I-Anteilen. Ihre Ausgangsgrößen y„ y_y werden über den Transformationswinkeld_z zurück ins synchrone Koordinatensystem der Grundschwingungsfrequenz f, transformiert und auf die Reglerausgangsgrößen der Stromkomponentenregler im synchronen Koordinatensystem aufgeschaltet.

Dabei ist es vorteilhaft die Zusatzregler und die zusätzliche Koordinatentransformation auf die höchs'e dominierende bzw. wesentliche Siörgrößenfrequenz abzustimmen.

Liegen mehrere wesentliche Störfrequenzen vor, so kann eine parallele Erweiterung um weitere Zusatzregler mit entsprechender Koordinatentransformation realisiert werden.

Weiterhin ist 3s günstig; die den Zusatzreglern nachfolgende Koordinatentransformation ins synchrone Koordinatensystem der Grundschwingungsfrequenz f, mit dem Zusatzwinkel θ = θ, + f (ωβ T) gegenüber der eingangsseitigen Transformation θ = -θ, vorzunehmen, um Laufzeiteffekte der Regelung zu kompensieren.

Außerdem ist es zweckmäßig, den Zusatzreglern ein Entkoppf ungsnetzwerk nachzui-chalten, um eine gegenseitige Verkopplung der Zusatzregelkreise in Abhängigkeit der auszuregelnden Sukfrequenzen zu vermeiden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispieles der Steuerung eines Drehstrommotors näher erläutert. Die Zeichnung zeigt die im synchronen KOS der Grundschwingungsfrequenz f₍ arbeitenden Stromkomponenten-Regelkreise, bestehend aus den beiden Reglern 1 dem Entkopplungsnetzwerk 2, dem Vektordreher 3 zur Koordinatentransformation vom synchronen ins ständerfeste KOS, dem Wechselrichter 5 zur Speisung des Drehstrommotors 6, dem Koordinatenwandler 7 zur Bildung der ständerfesten Stromkompor .ntenistwerte \,_αιιχ, i,pi,₍ aus den Strangstromistwerten und dem Vektordrjher 4 zur Koordinatentransformation der Stromistweite vom ständerfssten ins synchrone KOS, i_scj ist. isqist.

Sie werden durch weitere Regelkreise ergänzt, wobei die im synchronen KOS vorliegenden Regelabweichungen e_d, e_q einem Vekto^rdreher 8 zugeführt werden, der eine Transformation der Regelabweichungen ins KOS der dominierenden bzw. zu unterdrückenden Oberschwingung f„ = f_s + f, mittels des Transformationswinke¹ θ₂ = 2n · f, · t vornimmt, so daß die Regelabweichungen e_x, e_y entstehen, dio den beiden Reglern 9 für die χ und y-Komponenten übergeben· werden, die dann aufgrund der in ihren enthaltenen !-Anteile die Stellgrößen y„ y_y zur Ausregelung der Störanteile erzeugen. Danach werden diese beiden Stellgrößen dem Vektordreher 10 zugeleitet, der mittels des Transformationswinkels θ, eine Rücktransformation ins synchrone KOS vornimmt, so daß die Steuorspannungssignale U_1x, u„ entstehen. Für dfe Transformation im Vektordreher 8 gilt dabei

e„ = cosö,ed + sindiOg (1)

e_y = -sinOjed + cosö, e₀ (2)

Die Rücktransformation im Vektordreher 10 lautet:

_x-sinö₂y_y (3)

u,_y = si η θ, y, + cos Q₁ y_y (4)

Die Einkopplung der Steuerspannungssignale u„, u,_y der Zusatzregelkreise in die synchronen Regelkreise erfolgt abschließend

j über die Mischstellen 11, wobei die modifizierten Steuersignale u_S(j*, u_sq· entstehen.

Damit wird es möglich, d(in bei Wechselrichterspeisung über das Stellglied entstehenden Einfluß einer obfe· jchwingungsbehafteten Gleichspannung u_d mit

(5)

UiI

bzw. bei komplexer Darstellung

_U(I ü(1 ₊^(e _+θ (6)

Ud 2

auf den im ständerfesten Koordinatensystem wirkenden Ständerspannungsvektor

_Uz._(eJ(9.+^_z-_Wlt-v_z) _{+ e}J(9.+ Vz+_{) (7)}

2 ö_d

und die Ständerströme, die mit den Frequenzen ω,, ω. - ω, und ω, + ω, behaftet sind, zu unterdrücken. Die Vorteile der Erfindung gegenüber bisher bekannten Lösungen bestehen darin,

— daß eine schnelle Ausregelung bestimmter dominanter Oberschwingungen im Ständerstrom ohne wesentliche Geschwindigkeitsfehler möglich ist;

— daß sowohl das mitlaufende (+ω₂) als auch das gegenlaufende |-ω₂) Störgrößensystem ausregelbar ist, da es in das Übertragungsband der Zusatzregler fällt;

— daß alle Störgrößen, die mit einer Frequenz ω,<ω<ω₂ auftreten, ebenfalls schnell ausgeregelt werden kö'.nen, da diese Störgrößen im Koordinatensystem ω_χ = ω, + ω, als Unterschwingungen wirken;

— daß die Zusatzregler eine zu den Hauptreglern identische Struktur besitzen können, und damit die ansonsten größere Vi Ifalt von Regelprinzipien reduziert wird, wodurch Entwicklungs-, Inbetriebnahme- und Prüfaufwand sinken;

— daß zusätzliche Glättungsmittel im Zwischenkreis eingespart werden können und höherpulsige Eingangstromrichter nicht zwingend sind.

Claims

1. Verfahren zur Ausregelung von Störgrößen bei Drehstromsysiemen mit vektorieller Stromregelung, ζ. B. feldorientiert bb.. iebener Drehstrommotoren, bei der ausgehend von einem Soll-Islwert-Vergleich von Komponenten des Stromvektors im synchronen Koordinatensystem der Grundschwingungsfrequenz f_s die Regelung und ggf. Entkopplung beider Komponenten so vorgenommen wird, daß als Ausgangsgrößen die Steuerspannungskomponenten des Steuerspannungsvektors im gleichen Koordinatensystem entstehen, die danach über eine ausgangsseitig angeordnete Rücktransformation ins ruhende Koordinatensystem überführt und zur Bildung des Spannungsvektors über die Ansteuerung benutzt werden, gekennzeichnet dadurch,

— daß die Stromvektorregelung im synchronen Koordinatensystem der Grundschwingungsfrequenzfs um Zusatzregler (9) für beide Stromkomponenten erweitere wird, die in einem Koordinatensystem mit festgelegter Frequenz f_x = f_s + f_z arbeiten, indem die im synchronen Koordinatensystem der Grundschwingungsfrequenz vorliegenden Regelabweichungen (e_d, e_q) einer weiteren Koordinatentransformation mit dem Transformationswinkel θ_ζ = 2π · f_z · t unterworfen werden;

— daß die Zusatzregler (9) für beide Stromkomponenten I-Anteile sowie vorzugsweise die gleiche Struktur besitzen;

— daß die Ausgangsgrößen der Zusatzregler (9) y_x und y_y mittels Transformationswinkgl — θ_ζ zurück ins synchrone Koordinatensystem der Grundschwindungsfrequenz f_s transformiert und auf die Reglerausgangsgrößen (u_sd, u_sq) der Stromvektorregelung im synchronen Koordinatensystem aufgeschaltet werden, bevor diese ins ruhende Koordinatensystem überführt werden.

2. Verfahre ι nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zusatzregler (9) auf die höchste dominierende Störgrößenfrequenz im System ausgelegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere parallel arbeitende Zusatzregler (9) auf mehrere dominierende Störgrößenfrequenzen ausgelegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die den Zusatzreglern (9) nachgeordnete Rücktransformation ins synchrone Koordinatensystem der Grundschwingungsfrequenz f_s mit einem Zusatzwinkel θ - &_z + f (ω_θ· t) gegenüber der eingangsseitigen Koordinatentransformation mit θ = -θ_ζ für die Zusatzregelung erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß den Zusatzreglern ein Entkopplungsnetzwerk für beide Stromkomponenten zugeordnet ist.