DE3312768C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zum Parallelbetrieb mehrerer Leistungswechselrichter an einer Verbraucher-Sammelschiene mit jeweils einem Wechsel­ richter zugeordneten Steuereinheiten, von denen eine erste Steuer­ einheit die unmittelbare Steuerung zum Betrieb des zugeord­ neten Wechselrichters bewirkt und eine zweite Steuereinheit mit Regelkreis der Leistungssteuerung dient.

Eine derartige Regeleinrichtung ist aus der DE-OS 32 42 993 bekannt. Zur Prüfung der Steuer- und Über­ wachungsfunktionen dienen Schaltungseinrichtungen, die in Verbindung mit gesonderten Steuereinheiten arbeiten, welche einem jeden Wechselrichter zugeordnet sind, und zwar je eine Steuereinheit für die Steuerung des Wechsel­ richters und Überwachung von dessen Ausgangsgrößen sowie je eine Steuereinheit für dessen Leistungssteuerung mit einem entsprechend ausgebildeten Regelkreis. Diese Prüfun­ gen werden nach dem Start des Wechselrichters durchgeführt, jedoch bevor der betreffende Wechselrichter in den Parallel­ verbund eingeschaltet wird.

Um zu verhindern, daß ein für den Parallelbe­ trieb defekter Wechselrichter in den Parallelverbund ge­ schaltet wird, welcher alsdann durch die geprüften Über­ wachungsmittel wieder abgeschaltet würde, hat man zusätz­ lich bisher die Parallelbetriebsbereitschaft eines Leistungs­ wechselrichters manuell unter Verwendung weiterer Schalt­ kreiselemente für die Einrichtung, darunter Schaltmittel geprüft. Diese Funktionsprüfung wurde praktisch aber nur im Falle eines Defektes eines Wechselrichters durchgeführt, und erfordert spezielle Kenntnisse der Bedienungsperson sowie einen erheblichen Aufwand an Schaltungsmitteln.

Aus der DE-OS 32 22 692 ist bereits ein Strom­ versorgungssystem, das beispielsweise in einem Flugzeug eingesetzt werden kann, bekannt, bei welchem zunächst die Betriebsbereitschaft für den Parallelbetrieb automatisch geprüft wird. Dazu ist eine zusätzliche Steuereinheit vor­ gesehen, die eine Reihe von Selbstprüfroutinen durchführt, um den Betriebszustand des Systems und dessen Komponenten zu überprüfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß bei der die Prüfung der Parallelbetriebsbereitschaft eines Leistungswechsel­ richters nach dessen Einschalten ohne erheblichen Mehrauf­ wand automatisch, sicher und störunempfindlich durchführ­ bar ist.

Diese Aufgabe wird durch die gekennzeichneten Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Bei der bekannten Regeleinrichtung ist eine dritte Steuereinheit vorzusehen, und zwar mit Funktionen für eine automatische Prüfung der Parallel­ betriebsbereitschaft des Leistungswechselrichters zusätz­ lich nach vorausgegangener Prüfung der Steuerungs- und Überwachungsfunktionen sowie des Regelkreises für die Leistungssteuerung. Die dritte Steuereinheit steht über Eingänge und Ausgänge in Wirkungsverbindung mit der ersten Steuereinheit sowie mit einem Parallelschaltschütz am Ausgang des betreffenden Wechselrichters und über einen weiteren Ausgang in Wirkungsverbindung mit der Zweit­ steuereinheit. Mittels der dritten Steuereinheit kann nach jedem Einschalten des zugeordneten Wechselrichters, auch falls dieser als Einzelstromquelle betrieben wird, die Regelschleife für das Parallelschalten von gleich groß oder unterschiedlich groß bemessenen Leistungsteilen auf Betriebsbereitschaft geprüft werden.

Die Vorteile der Erfindung bestehen im wesent­ lichen darin, daß kein erheblicher Aufwand an Schaltkreis­ elementen und Schaltmitteln für die Ausstattung einer Schaltungseinrichtung einschließlich der dritten Steuer­ einheit nötig ist, da die damit zusammenwirkenden Schalt­ kreiselemente ohnedies bei der Schaltungseinrichtung und dem zugeordneten Wechselrichter vorhanden sind, wie zum Beispiel je ein den Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung erfassenden Übertrager, ein Spannungswächter und das Parallelschaltschütz des Wechselrichters.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die Schaltungseinrichtung eines Leistungswechsel­ richters, welchem sie zugeordnet ist, teilweise als Blockschaltbild, und

Fig. 2A, 2B Diagramme zur Erläuterung ihrer Wirkungsweise.

Der Ausgang des Wechselrichters WR ist über eine Leitung L mit einem Parallelschaltschütz K 3 durch Schließung desselben an einer Sammelschiene S für Verbraucher anschließbar, an der mehrere nicht darge­ stellte Wechselrichter einzeln für einen Parallelbetrieb miteinander anschließbar sind. Die Leitung L führt über die Primärwicklungen von zwei Übertragern, und zwar einen den Istwert der Ausgangsspannung u erfassenden Übertrager ü 1 und einen den Istwert des Ausgangsstromes i, mit dem der Wechselrichter belastet wird, erfassenden Stromwand­ ler und Übertrager ü 2, die beide für die Zwecke einer Spannungs- und Stromregelung oder die Regelung der von dem Wechselrichter WR abgegebenen Wirkleistung verwendet sind.

Die Schaltungseinrichtung enthält, wie herkömmlich, eine die Steuerung des Wechselrichters unmittelbar bewirkende Steuereinheit 1, der über einen Eingang 105 ein Regler 2/3 als ein Bestandteil einer mit 2 bezeichneten Steuer­ einheit vorgeordnet ist. Die Steuereinheit 1 enthält einen Spannungswächter SpW für die Ausgangsspannung u, die über Eingang 112′ von 1 zugeführt wird. Die Ausgangs­ spannung u des Leistungswechselrichters WR wird gleich­ zeitig über einen Eingang 112 einem mit 2/1 bezeichneten Leistungsrichtungserkennungsmittel als Bestandteil der Steuereinheit 2 zugeführt, welchem über einen zweiten Eingang 110 der Istwert des Ausgangsstromes i von WR zu­ geführt wird.

Die Steuereinheit 2 enthält einen Differenzverstärker 2/2, dessen Ausgang mit dem Eingang des Reglers 2/3 ver­ bunden und dessen zwei mit + und - angedeuteten Ein­ gängen eine Referenzspannung zugeführt wird, die ge­ bildet wird durch die Ausgangsspannung des als Wirk­ leistungs-Istwertgeber ausgebildeten Leistungsrichtungs­ erkennungsmittels 2/1 und die Spannung U _SS an der ge­ meinsamen, mit SS bezeichneten Steuer-Sammelschiene S im Parallelverbund auf eine Verbraucher-Sammelschiene S arbeitenden Leistungswechselrichtern. Die Spannung U _SS stellt den "Mittelwert" der Steuerspannungen aller auf die Schiene S arbeitender Leistungswechselrichter dar und bildet den Sollwert für die Wirkleistungsregelung des Leistungswechselrichters WR im Parallelbetrieb mit den auf die Sammelschiene S arbeitenden Leistungswechsel­ richtern.

Erfindungsgemäß enthält nun die Schaltungseinrichtung außer den erwähnten Steuereinheiten 1 und 2 eine dritte Steuereinheit 3, die über eine Anzahl Eingänge und Aus­ gänge in Wirkungsverbindung mit den Steuereinheiten 1 und 2 sowie mit der Leitung L am Ausgang des Wechsel­ richters steht. In der Zeichnung sind alle Eingänge und Ausgänge der Steuereinheit 3, die damit verbundenen Aus­ gänge bzw. Eingänge der Steuereinheiten 1 und 2 sowie die betreffenden Verbindungsleitungen, einschließlich der von der Leitung L und der von K 3 ausgehenden Melde­ leitung, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Dem­ entsprechend sind auch der erwähnte Eingang der Steuer­ einheit 1, der mit dem Ausgang des Reglers 2/3 der Steuereinheit 2 verbunden ist, und der betreffende Aus­ gang von 2 sowie die betreffende Verbindungsleitung mit 105 bezeichnet.

Die Steuereinheit 3 enthält eingangsseitig zwei Zeit­ glieder 3/1 und 3/2, ferner einen Spannungsübertrager 3/ü 1 mit einer mittels eines Umpolers 3/K 2 umschaltbaren Sekundärwicklung, und zwei Quittierungs-Speicherglieder 3/3 und 3/4. Ausgangsseitig enthält die Steuereinheit 3 einen Wechselschalter 3/K 1 und ein Und-Glied 3/5, das den Zeitgliedern 3/1 und 3/2 nachgeordnet ist.

Den Bestandteilen sind bestimmte Funktionen im Rahmen der Prüfung der Bereitschaft des Wechselrichters WR für Parallelbetrieb mit anderen Leistungswechselrichtern zugedacht, die jeweils vor Hinzuschalten des Wechsel­ richters in einen Parallelverbund von Leistungswechsel­ richtern durchzuführen ist. Diese Funktionen werden in einer programmierten Zeitfolge von Einzelvorgängen, automatisch fortlaufend, zur Wirkung gebracht. Der Paral­ lelbetriebsbereitschaftsprüfung mit diesen Einzelvor­ gängen gehen als Vorprüfungen voraus, die wie bisher durchgeführt werden und nach dem Einschalten, d. h. nach dem Anschließen des Wechselrichters an Betriebsspannung eingeleitet werden, zuerst die Prüfung der Steuerungs- und Überwachungsmittel des Wechselrichters (Steuer­ einheit 1), Spannungswächter SpW einschließlich, sodann die Prüfung des Regelkreises für die Leistungssteuerung (Steuereinheit 2). Positives Ergebnis dieser Prüfungen, das heißt Feststellung, daß die erwähnten Steuerungs- und Überwachungsmittel sowie der Regelkreis für die Leistungs­ steuerung intakt, also einsatzbereit sind, bildet die Voraussetzung für eine sinnnvolle Durchführung der zusätz­ lichen und zugleich abschließenden Prüfung mittels der Steuereinheit 3.

Die Einsatzbereitschaft der Steuerungs- und Überwachungs­ mittel sowie des Regelkreises für die Leistungssteuerung eines Wechselrichters als Einzelgerät wird durch Bildung eines Signals am Ausgang 102 der Steuereinheit 1 signalisiert, das dem entsprechenden Eingang 102 der Steuereinheit 3 zugeführt wird. Dadurch wird das erwähnte Zeitglied 3/2 in Lauf gesetzt und damit die erwähnten Funktionen der Steuereinheit 3 zur Wirkung gebracht. Durch ein Signal am Ausgang 101 von 1, zuvor bereits beim Einschalten des Wechselrichters gebildet, wird das Zeitglied 3/1 in Lauf gesetzt. Beide Zeitglieder sind beispielsweise Monoflops mit bestimmten, ausgewählten Rückkippzeiten (Laufzeiten).

Durch das in Lauf gesetzte Zeitglied 3/2 wird der Wech­ selschalter 3/K 1 zur Umstellung betätigt, mit dem vorher in der gezeigten Ausgangsstellung die Ausgangsspannung u des Wechselrichters, die an der Sekundärwicklung des oben erwähnten Spannungsübertragers 3/ü 1 unabhängig von der Stellung des Umpolers 3/K 2 anliegt, über einem mit 3/R bezeichneten Widerstand kurzgeschlossen ist. Durch den nun umgestellten Wechselschalter 3/K 1 wird einerseits die an der Sekundärwicklung von 3/ü 1 anliegende Spannung über die Sekundärwicklung des Stromwandlerübertragers ü 2 (am Ausgang des Wechselrichters) und die Leitung 110 einem Eingang 110 des Leistungsrichtungserkennungsmittels 2/1 der Steuereinheit 2 zugeführt, und andererseits wird der positive Eingang des Differenzverstärkers 2/2 dieser Steuereinheit 2 über den Ausgang 104 von 3 mit Masse­ potential 0 verbunden und damit 2/2 aktiviert. Dies hat zur Folge, daß der Regler 2/3 von 2 über dessen Ausgang 105 die Steuereinheit 1 so beeinflußt, daß dadurch die Ausgangsspannung u des Wechselrichters WR höher als deren Nennwert eingestellt wird, was mittels des Spannungswäch­ ters SpW registriert wird und als Meldesignal der Steuer­ einheit 1 über die Leitung 106 und den gleichnamigen Eingang der Steuereinheit 3 an das erwähnte Speicherglied 3/3 quittiert wird. Dadurch wird von diesem ein Betäti­ gungssignal zur Umstellung des Umpolers 3/K 2 abgegeben.

Durch den nun umgestellten Umpoler wird alsdann die umge­ polte, an der Sekundärwicklung des Spannungsübertragers 3/ü 1 anliegende Wechselrichterausgangsspannung u über den Ausgang 103 und das Erkennungsmittel 2/1 der Steuerein­ heit 2 dem Differenzverstärker 2/2 zugeführt, so daß der Regler 2/3 über dessen Ausgang 105 die Steuereinheit 1 dieses Mal so beeinflußt, daß dadurch die Ausgangsspan­ nung u von WR niederer als deren Nennwert eingestellt wird. Dieses wird wiederum mittels des Spannungswächters SpW der Steuereinheit 1 registriert und als Meldesignal über die Leitung 107 und den gleichnamigen Eingang der Steuereinheit 3 an das oben erwähnte Speicherglied 3/4 quittiert. Infolge dieser Speicherung wird über den -Eingang von 3/4 die Laufzeit des Zeitgliedes 3/2 unter­ brochen, wodurch dann von diesem das Betätigungssignal zur Umstellung des Wechselschalters 3/K 1 weggenommen wird und er dadurch in die Ausgangsstellung zurückgeht. Damit wird die Wirkungsverbindung zwischen der Steuer­ einheit 3 und der Steuereinheit 2 und ferner die Blockie­ rung des (zuvor geöffneten) Parallelschaltschützes K 3 infolge der Wegnahme des Ausgangssignales von 3/2 am Aus­ gang 108′ über die Steuereinheit 1 aufgehoben.

Nachdem das Schütz K 3 geschlossen und damit die Ausgangs­ spannung u von WR mit der Verbraucherschiene S verbunden ist, werden durch ein Signal von K 3 über den Eingang 109 auch das Speicherglied 3/3 und davon abhängig Speicher­ glied 3/4 in den Ausgangszustand zurückgesetzt.

Bei geschlossenem K 3 und 3/K 1 in Ausgangsstellung ist die Leistungsregelschleife für den Parallelbetrieb geschlos­ sen, wobei die an der Steuersammelschiene SS gebildete Spannung U _SS als Sollwert für die Leistungsregelung über 104 der Einheit 2 eingegeben wird.

Die vorstehend beschriebenen Prüfvorgänge sind im Teil A der Fig. 2 anhand von Zeitdiagrammen ersichtlich, die den zeitlichen Verlauf der Signale an den Eingängen und Aus­ gängen der Steuereinheit 3, beginnend bei der Abgabe des Signales der Steuereinheit 1 an den Eingang 101 von 3 im Zeitpunkt t ₁₀₁, wiedergegeben.

Die bei t ₁₀₁ beginnende Laufzeit des Zeitgliedes 3/1 ist im Zeitpunkt t _3/1 beendet. Im Zeitpunkt t ₁₀₂ wird das Zeitglied 3/2 durch das von der Steuereinheit 1 an den Eingang 102 abgegebene Signal in Lauf gesetzt. Während der Zeitdauer T _{3 /K 1} ist der Wechselschalter 3/K 1 umge­ stellt, der Differenzverstärker 2/2 der Steuereinheit 2 ist aktiviert und es besteht am Ausgang 108′ ein Signal, das an die Steuereinheit 1 abgegeben wird. Am Eingang 106 trifft das erste Rückmeldesignal ein, wodurch das Spei­ cherglied 3/3 gesetzt wird, sodann trifft, im Zeitpunkt t ₁₀₇, am Eingang 107 das zweite Rückmeldesignal der Steuereinheit 1 ein, wodurch das Speicherglied 3/4 ge­ setzt wird und die Laufzeit des Zeitgliedes 3/2 abbricht. Dadurch wird auch das am Ausgang 108′ bestehende Signal beendet. Das Parallelschaltschütz K 3 wird freigegeben und durch ein beim Schließen von K 3 im Zeitpunkt t _{K 3} ab­ gegebenes Signal das Speicherglied 3/3 und davon ab­ hängig Speicherglied 3/4 rückgesetzt.

Falls während der selbsttätigen Durchführung der Prüf­ funktionen der Steuereinheit 3 ein und/oder beide Rück­ meldesignale der Steuereinheit 1 über die Eingänge 106 bzw. 107 an die Speicherglieder 3/3 bzw. 3/4 infolge einer durch diese Prüfung festgestellten Störung aus­ bleiben, so wird dadurch die Nichtbereitschaft der Lei­ stungsregelschleife des Wechselrichters WR für den Paral­ lelbetrieb an der Sammelschiene S angezeigt. Dann ist nach Ende der Laufzeit von 3/1 die Und-Bedingung an den bei­ den Eingängen des den Zeitgliedern 3/1 und 3/2 nachgeord­ neten UND-Gliedes 3/5 gegeben, so daß mittels eines Aus­ gangssignales von diesem über den Ausgang 108 an die Steuereinheit 1 die Abschaltung des Wechselrichters be­ wirkt wird.

Im Teil B der Fig. 2 sind die Prüfvorgänge im Falle einer das Ausbleiben des zweiten Rückmeldesignales verursachen­ den Störung anhand von Zeitdiagrammen, die denen des Teils A der Fig. 2 entsprechen, ersichtlich. Infolge des Ausbleibens des zweiten Rückmeldesignales (vgl. das Zeit­ diagramm 107) wird die Laufzeit von 3/2 nicht abgebrochen, so daß sie bis zum Ende (Zeitpunkt t _3/2) fortdauert. Hier wird damit die Zeitdauer T _{3 /K 1 und das währenddessen be­ stehende, am Ausgang 108′ abgegebene Signal beendet. Im Zeitpunkt t 3/1 ist die Laufzeit des Zeitgliedes 3/1 beendet. Dadurch, daß seine Laufzeit beendet ist, aber die Laufzeit des Zeitgliedes 3/2 noch andauert, ergibt sich an den beiden Eingängen des nachgeschalteten Und- Gliedes 3/5 Und-Bedingung, so daß an seinem Ausgang 108 ein Signal an die Steuereinheit 1 abgegeben wird, welches den Wechselrichter abschaltet und damit auch die von der Steuereinheit 1 an die Eingänge 101 und 102 der Steuereinheit 3 abgegebenen Signale beendet werden. Im Zeitpunkt t 3/2 ist die vorgegebene Laufzeit des Zeit­ gliedes 3/2 beendet und damit auch das Abschaltsignal 108, resultierend aus der Und-Bedingung an den Eingängen des Und-Gliedes 3/5. An dem Eingang 109 der Steuer­ einheit 3 trifft kein Signal von K 3 ein, da der Wechsel­ richter durch das Und-Bedingungs-Signal 108 vorher abge­ schaltet worden ist.}

Claims (1)

1. Regeleinrichtung zum Parallelbetrieb mehrerer Leistungswechselrichter an einer Verbraucher-Sammelschiene mit jeweils einem Wechselrichter zugeord­ neten Steuereinheiten (1, 2), von denen eine erste Steuereinheit (1) die unmittelbare Steuerung zum Betrieb des zugeordneten Wechselrichters be­ wirkt und eine zweite Steuereinheit (2) mit Regelkreis der Leistungssteue­ rung dient, dadurch gekennzeichnet,

   • - daß für eine Prüfung der Parallelbetriebsbereitschaft je eines Wechselrich­ ters (WR) eine dritte Steuereinheit (3) vorgesehen ist, die über Eingänge (101, 102, 106, 107; 109, 111) und einem ersten und zweiten Ausgang (108, 108′) in wechselseitiger Wirkungsverbindung mit der ersten Steuerein­ heit (1) sowie mit einem Parallelschaltschütz (K 3) am Wechselrichteraus­ gang und des weiteren über einen dritten Ausgang (104) mit der zweiten Steuereinheit (2) steht,
   • - daß die zweite Steuereinheit (2) über einen Aus­ gang (105) ihres Reglers (2/3) mit der ersten Steuereinheit (1) in Wir­ kungsverbindung steht und über einen ersten Eingang (112) mit einem der ersten Steuereinheit (1) zugehörigen Spannungswächter (SpW) und mit der Reihenschaltung der Primärwicklungen je eines den Ausgangsstrom (i) und die Ausgangsspannung (u) des Wechselrichters (WR) erfassenden Über­ tragers (ü 2, ü 1) und des Parallelschaltschützes (K 3), die dem Wechsel­ richterausgang nachgeordnet sind, verbunden ist,
   • - daß die dritte Steuereinheit (3) ferner aufweist:
     • a) ein erstes Zeitglied (3/1), das durch ein Signal der ersten Steuerein­ heit (1) über einen ersten Eingang (101) in Lauf gesetzt wird,
     • b) ein zweites Zeitglied (3/2), das durch ein Signal der ersten Steuer­ einheit (1) mit der Meldung der Bereitschaft der Leistungssteuerung des Wechselrichters (WR) für den Parallelbetrieb über einen zweiten Eingang (102) in Lauf gesetzt wird,
     • c) einen Wechselschalter (3/K 1), welcher durch ein Signal des laufenden zweiten Zeitgliedes (3/2) betätigt wird und mit dem die über einen sechsten Eingang (111) zugeführte Ausgangsspannung (u) des Wechsel­ richters (WR) über einen Übertrager (3/ü 1) und einen entsprechend ge­ stellten Umpoler (3/K 2) an einen vierten Ausgang (103) geschaltet wird und weiter über die Sekundärwicklung des Übertragers (ü 2) an einen zweiten Eingang (110) der zweiten Steuereinheit (2) geschaltet wird, und mit dem gleichzeitig über den dritten Ausgang (104) der Regler (2/3) der zweiten Steuereinheit (2) aktiviert wird,
     • d) ein erstes Speicherglied (3/3), welchem ein Signal des Spannungs­ wächters (SpW) der ersten Steuereinheit (1) über einen dritten Ein­ gang (106) zugeführt wird, wenn die Ausgangsspannung (u) oberhalb des Nennwertes eingestellt ist, und mit dem der Umpoler (3/K 2) zur Umstel­ lung betätigt wird,
     • e) ein zweites Speicherglied (3/4), welchem über einen vierten Eingang (107) ein Signal des Spannungswächters (SpW) der ersten Steuerein­ heit (1) zugeführt wird und in diesem gespeichert wird, wenn die Ausgangsspan­ nung (u) unterhalb des Nennwertes eingestellt ist, das dabei ein den Zeitlauf des zweiten Zeitgliedes (3/2) beendendes Signal abgibt, von dessen Ausgang über den zweiten Ausgang (108′) zur ersten Steuerein­ heit (1) ein Signal abgegeben wird, das die Zurückstellung des Wechsel­ schalters (3/K 1) bewirkt und die Blockierung des während der Funktions­ prüfung geöffneten Parallelschaltschützes (K 3) aufhebt,
   • - daß bei geschlossenem Parallelschaltschütz (K 3) über einen fünften Ein­ gang (109) der dritten Steuereinheit (3) ein Signal zugeführt wird, das das erste Speicherglied (3/3) und davon abhängig auch das zweite Speicherglied (3/4) in den Ausgangszustand zurücksetzt,
   • - und daß den Zeitglieder (3/1, 3/2) ein UND-Glied (3/5) nachgeordnet ist, dessen Eingängen jeweils ein Signal der Zeitglieder (3/1, 3/2) zuge­ führt wird, wenn ein Signal des Spannungswächters (SpW) an das erste Speicherglied (3/3) und/oder das zweite Speicherglied (3/4) ausbleibt, von dessen Ausgang daraufhin ein die Abschaltung des Wechselrich­ ters (WR) bewirkendes Signal über den ersten Ausgang (108) an die erste Steuereinheit (1) abgegeben wird.