DD281062A1 - ARRANGEMENT FOR PARALLEL SWITCHING OF INVERTERS IN BOARD NETWORKS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Parallelschalten von Wechselrichtern in Bordnetzen. Sie beinhaltet das Gebiet der Stromversorgung von Schiffen, die eine Wellengeneratoranlage besitzen und mit Wechselrichtern arbeiten. Die Erfindung verfolgt das Ziel, das Leistungsvermoegen der Wechselrichter besser auszunutzen und eine hoehere Energiedarbietung unter guenstigen oekonomischen Bedingungen zu erreichen. Zu diesem Zwecke wird eine neue Anordnung spannungsbegrenzender Elemente vorgeschlagen, die geeignet ist, die Frequenz- und Leistungsbedingungen fuer den Parallelbetrieb von Wechselrichtern besser zu erfuellen. Mit der Erfindung wird eine Bemessungsregel fuer die Stranginduktivitaeten angegeben fuer den Fall, dass mindestens zwei selbstkommutierende Wechselrichter gleicher schaltungstechnischer Ausfuehrung parallel arbeiten.The invention relates to an arrangement for the parallel connection of inverters in on-board networks. It covers the area of power supply of ships that have a wave generator system and work with inverters. The invention aims to better exploit the performance of the inverters and to achieve higher energy performance under favorable economic conditions. For this purpose, a new arrangement of voltage-limiting elements is proposed, which is suitable to better meet the frequency and performance conditions for the parallel operation of inverters. The invention specifies a design rule for the strand inductances in the event that at least two self-commutating inverters of the same circuit design execute in parallel.
Description
wobei k = Faktor (0,67 - 0,5)where k = factor (0.67-0.5)
Ud = Spannung im GleichstromzwischenkreisU d = voltage in the DC intermediate circuit
Ik = maximal kommutierbarer Strom der betreffenden BaugruppeIk = maximum commutable current of the relevant module
In = Nennstrom der betreffenden BaugruppeI n = rated current of the relevant module
ömin= minimale relative Einschaltdauerdes steuerbaren Stromrichterventils in den ö min = minimum duty cycle of the controllable converter valve in the
Gleichstromleitungen des WechselrichtersDC cables of the inverter
f = Frequenz des Drehstromnetzesf = frequency of the three-phase network
bestimmt ist und alle steuerbaren Stromrichterventile sich im Synchronismus befinden. Hierzu 1 Seite Zeichnungis determined and all controllable converter valves are in synchronism. For this 1 page drawing
Der Einsatz der Parallelschaltanordnung von Wechselrichtern ist vorzugsweise an Bord von Schiffen vorgesehen, die mit einer Wellengoneratoranlage ausgerüstet sind.The use of the parallel switching arrangement of inverters is preferably provided on board ships, which are equipped with a Wellengoneratoranlage.
Die Parallelschaltung von Stromrichtern zur Leistur gserhöhung ist bereits bekannt. So ist es nach der DE-AS 2345571 bekannt, jeder parallel zu schaltenden Wechselrichtereinheit /woi auf einen gemeinsamen Kern gewickelte Drosseln zuzuordnen. Während eine Drossolzuleitung auf die Phase des Netzes geschaltet ist, kann die Zuleitung der anderen Drossel wahlweise mit derselben Phase oder mit dem Ausgang der Wechselrichtereinheit v'bunden sein. Weiterhin ist eine Kopplung zur paddel zu schaltenden Wechselrichtereinheit über einen Umschaltkontakt vorgesehen. Der Nachteil dieser bekannten Anordnung ergibt sich daraus, daß bei Stromrichtern großer Leistung und damit verbunden größere Ströme auftreten. Daraus entstehen Schwierigkeiten bei den Kontakten. Das gilt ebenso für die Kontaktsteuerung. Auch treten diese Nachteile dann auf, wenn die nach der DE-AS 2345571 bekannte Lösung bei Wechselrichtern mit Drehstromsusgang eincesetzt würden. Eino andere nach o'er DD-PS 230122 bekannte Anordnung betrifft einen selbstkommutiorenden Wechselrichter, der zur Beeinflussung einen wellengeneratorgespeisten Bordnetzes eingesetzt ist.The parallel connection of power converters to boost power is already known. Thus, it is known from DE-AS 2345571 to assign each parallel to be switched inverter unit / woi wound on a common core chokes. While one Drosselolzuleitung is connected to the phase of the network, the supply of the other throttle can be v'bunden either with the same phase or with the output of the inverter unit. Furthermore, a coupling to the paddle to be switched inverter unit is provided via a changeover contact. The disadvantage of this known arrangement results from the fact that in power converters high power and associated larger currents occur. This creates difficulties in the contacts. This also applies to the contact control. These disadvantages also occur when the solution known from DE-AS 2345571 would be used for inverters with three-phase current output. Eino other according to o'er DD-PS 230122 known arrangement relates to a self-commutating inverter, which is used to influence a shaft-powered vehicle electrical system.
In jeder Gleichstrom.'eitung sind steuerbare Stromrichterventile angeordnet. Damit wird eine belastungsunabhängige Kommutierung der Wechselrichterventile erreicht. Mit der bekannten Anordnung können Wellongeneratoranlagen auch im Leerlauf betrieben werden, wie das beispielsweise bei Lastabwurf oder vor dem Synchronisieren auf ein bereits vorhandenes Bordneu der Fail ist.In each Gleichstrom.'eitung controllable converter valves are arranged. This achieves a load-independent commutation of the inverter valves. With the known arrangement Wellongeneratoranlagen can also be operated at idle, as for example, in load shedding or before synchronization to an existing Bordneu the Fail.
Ein Mangel der bekannten Anordnung jedoch besteht darin, daß das Leistungsvermögen der Anlage nicht voll ausgeschöpft werden kann, indem der Größe der möglichen Belastung Grenzen gesetzt sind. Die Ursache dafür ist das eingeschränkte Vermögen zur Kommutierung des Wechselrichters. Die Kommutierung wird bewirkt durch ein periodisches alternierer.des Unterbrechen des Stromes jeweita einer Brückenhälfte des Wechselrichters. Dieses geschieht mittels eines in jeder Gleichstromleitung des Wechselrichters angeordneten stouerbaren Stromrichterventils. Die Ursache für die begrenzte Kommutierungsfähigkeit liegt darin, daß die Kommutierungsschwingkreise auf eine in Abhängigkeit von den vom Wechselrichter zu realisierenden Betriebsparameter eng tolerierte Eigenfrequenz abgestimmt sein müssen. In Abhängigkeit von der Grobe der Belastung nimmt die Größe der zu kommutierendon Ströme zu. Das bedeutet, dnft die Kapazität des Kommutierungskondensdtors zu vergrößern ist. Um aber die Eigenfrequenz des Kommutierungsschwingkreises konstant zu halten, müßten dann die Kommutierungsinduktivitäten verringert werden. Auf Grund der der Anlage eigenen Bedingungen ist ein Wert R' r die geringste Größe der Induktivitäten konstruktiv bestimmt. Er ergibt sich aus den Induktivitäten der Leitungen und anderer Bauelemente. Unabhängig davon ist hinsichtlich der Vergrößerung der Kapazität die Grenze durch die Belastbarkeit der Bauelemente gegeben.A shortcoming of the known arrangement, however, is that the performance of the system can not be fully exploited by limiting the size of the possible load. The reason for this is the limited ability to commutate the inverter. The commutation is effected by a periodic alternierer.des interrupting the current jeweita a bridge half of the inverter. This is done by means of an arranged in each DC power line of the inverter stouerbaren power converter valve. The reason for the limited commutation capability is that the commutation resonant circuits must be tuned to a closely tolerated natural frequency depending on the operating parameters to be implemented by the inverter. Depending on the magnitude of the load, the magnitude of the currents to be commutated increases. This means that the capacitance of the commutation capacitor must be increased. However, in order to keep the natural frequency of the commutation resonant circuit constant, the commutation inductances would then have to be reduced. Due to the inherent conditions of the system, a value R 'r the smallest size of the inductors is constructively determined. It results from the inductances of the cables and other components. Regardless, the limit is given by the capacity of the components in terms of increasing the capacity.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, das Leistungsvermögen der Wechelrichter besser auszunutzen und damit eine höhere Energiedarbietung unter ökonomisch vorteilhaften Bedingungen zu erreichen.The object of the invention is to make better use of the performance of the inverters and thus achieve higher energy performance under economically advantageous conditions.
Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch eine neue Anordnung spannungsbegrenzender Elemente die Frequenz- und Leistungsbedingungen für den Parallelbetrieb von Wechselrichtern in Verbindung mit einem vorhandenen Netz besser zu erfüllen. Erfindungsgemäß sind mindestens zwei selbstkommutierende Wechselrichter gleicher schaltungstechnischer Ausführung eingangsseitig an den Klemmen des Gleichspannungszwischenkreises und ausgangsseitig über je drei Stranginduktivitäten an den Klemmen des Drehstromnetzes parallelgeschaltet, wobei jede Stranginduktivität durch die BeziehungThe technical problem which is solved by the invention. The object of the invention is to better meet the frequency and performance conditions for the parallel operation of inverters in conjunction with an existing network by a new arrangement of voltage-limiting elements. According to the invention, at least two self-commutating inverters of the same circuit design are connected in parallel at the terminals of the DC intermediate circuit and on the output side via three line inductances at the terminals of the three-phase system, each strand inductance being determined by the relationship
L = kUd L = kU d
6f(lk-l„) ,6f (l k -l "),
wobei k = Faktor (0,67 - 0,5)where k = factor (0.67-0.5)
lk = maximal, kommutierbarer Strom der betreffenden Baugruppel k = maximum, commutatable current of the relevant module
°min = minimale relative Einschaltdauer der steuerbaren Stromrichterventile in den Gleichstromleitungen° min = minimum duty cycle of the controllable converter valves in the DC lines
des Wechselrichtersof the inverter
f = Frequenz des Drehstromnetzesf = frequency of the three-phase network
bestimmt ist und alle steuerbaren Stromrichterventile der einzelnen selbstkommutierenden Wechselrichter sich imis determined and all controllable converter valves of the individual self-commutating inverter in the
erfindungsgemäße Auslegung der zwischen Wechselrichter und Drehstromnetz angeordneten Stranginduktivitäten wird eine weit größere Leistungsauslastung der Stromrichter erreicht, als das bisher üblich war. Die erfindungsgemäße Auslegung derAccording to the invention design of arranged between the inverter and three-phase network strand inductors a much greater power utilization of the converter is achieved, as was usual. The inventive design of
die Erfindung gegenüber dem bekannten Stand der Technik durch eine hohe Frequenzkonstanz aus.the invention over the prior art by a high frequency stability.
Figur 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer Wellengeneratoranlage, die aus einem über die Hauptmaschine 1 des Schiffos angetriebenen Synchrongenerator 2 besteht, einem ungosteuerten Gleichrichter 3, einem Gleichspannungszwischenkreis 4 mit den Klemmen P und N als eingangsseitige Verbindung der erfindungsgemäß parallel arbeitenden selbstkommutierenden Wechselrichter als Baugruppe der neuen Anordnung. Jeder der parallel arbeitenden Baugruppen besteht aus einer Blindstromdiodenbrücke 5 und einer Wechselrichterbrücke 6 sowie aus steuerbaren Stromrichterventilen 7 in den Gleichstromleitungen des Wechselrichters, d. h. zwischen der Wechselrichterbrücke 6 und der Blindstromdiodenbrücke 5. Diese steuerbaren Stromrichterventile 7 sind entweder direkt oder mittels einer Kommutierungseinrichtung abschaltbar, die aus Löschventilen 8 und 8' zur Löschung des mit der Klemme P des Gleichspannungszwischenkreises 4 verbundenen steuerbaren Stromrichterventils 7 besteht, aus Löschventilen 9 und 9' zur Löschung des mit der Klemme N verbundenen Stromrichtervctils 7, des weiteren aus einem Kommutierungskondensator 10 in Reihe mit einer Kommutierungsinduktivität 11, gegebenenfalls aus Rückschwingeinrichtungen, bestehend aus einer mit den Stromrichterventilen 7 in Reihe liegenden Induktivitäten 12 sowei einer Rückschwingdiode 13. Die angegebene Kommutierungsanordnung ist ergänzt durch zwei Nachladeeinrichtungen, jeweils bestehend aus einem Widerstand 14 und einem steuerbaren Stromrichterventil 15. Die Ausgänge der Wechselrichter werden über je drei Stranginduktivitäten 16 mit dem Drehstromnetz 17 verbunden.Figure 1 shows the schematic diagram of a wave generator system consisting of a driven via the main engine 1 of the ship's synchronous generator 2, an uncontrolled rectifier 3, a DC voltage intermediate circuit 4 with the terminals P and N as the input side connection of the invention parallel working self-commutating inverter as an assembly of the new arrangement , Each of the parallel operating assemblies consists of a reactive current diode bridge 5 and an inverter bridge 6 and controllable converter valves 7 in the DC lines of the inverter, d. H. between the inverter bridge 6 and the reactive current diode bridge 5. These controllable converter valves 7 can be switched off either directly or by means of a commutation device consisting of extinguishing valves 8 and 8 'for extinguishing the controllable converter valve 7 connected to the terminal P of the DC intermediate circuit 4, from extinguishing valves 9 and 9 'To delete the connected to the terminal N power converter 7, further comprising a Kommutierungskondensator 10 in series with a Kommutierungsinduktivität 11, optionally from Rückschwingeinrichtungen consisting of a series with the converter valves 7 in series inductors 12 and a Rückschwingdiode 13. The specified commutation is supplemented by two recharging devices, each consisting of a resistor 14 and a controllable converter valve 15. The outputs of the inverter are connected via three line inductances 16 with the three-phase network 17 n.
Da bei ihrer Auslegung die Stromverhältnisse jeder einzelnen Stromrichterbaugruppe in Verbindung mit der synchronisierten Stromrichteransteuerung berücksichtigt werden, wird das bisher mögliche Auftreten von Kreisströmen zwischen den Stromrichtern und Schwebungserscheinungen im Neu verhindert. Der dabei zu beachtende Faktor k ist in Abhängigkeit von dem Steueralgorithmus für die Ventile der Wechselrichterbrücken 6 bestimmt. Dabei gilt k = 0,5 für 2n/s-Einschaltung und k = 0,67 für n-Einschaltung. Der Synchronismus bei der Ansteuerung der steuerbaren Stromrichierventile der parallel arbeitenden Baugruppen wird durch verschiedene Möglichkeiten erreicht:Since the current conditions of each individual power converter module in connection with the synchronized converter control are taken into account in their design, the hitherto possible occurrence of circulating currents between the converters and Schwebungserscheinungen in Neu is prevented. The factor k to be observed here is determined as a function of the control algorithm for the valves of the inverter bridges 6. Where k = 0.5 for 2 n / s turn-on and k = 0.67 for n turn-on. The synchronism in the control of the controllable Stromrichierventile the parallel operating modules is achieved by various means:
Entweder wird eine zentrale Ansteuereinrichtung vorgesehen, die alle steuerbaren Stromrichterventile der Gesamtanordnung über potentialtrennende Leistungsverstärker, dem Steuerregime der Gesamtanordnung entsprechend, ansteuert, oder jede der parallel arbeitenden Baugruppen hat ihre eigene Ansteuereinrichtung, die sich dem Regime einer bevorzugten Ansteuereinrichtung unterwirft.Either a central control device is provided, which controls all controllable power converter valves of the overall arrangement via potential-separating power amplifiers, the control regime of the overall arrangement, or each of the parallel operating modules has its own drive device, which submits to the regime of a preferred drive device.
Zur Vermeidung von Kreisströmen zwischen den parallel geschalteten Baugruppen ist wesentlich, daß eine etwaige Phasenverschiebung der Ansteuersignale insbesondere beim Beginn jedes Kommutierungsvorganges, der durch periodisches alternierendes Abschalten jeweils eines der steuerbaren Stromrichterventile in den Gleichstromleitungen jedes Wechselrichters bzw. durch Ansteuern der dieses Abschalten bewirkenden Kommutierungseinrichtung erwirkt wird, gering bleibt und null wird, wenn eine der parallel arbeitenden Baugruppen ihren maximal kommutierbaren Strom erreicht hat. Gegebenenfalls muß die Phasenverschiebung in bekannter Weise durch eine Kreisstromunterdrückungsregelung minimiert werden.To avoid circulating currents between the parallel-connected modules is essential that any phase shift of the drive signals in particular at the beginning of each Kommutierungsvorganges, which is obtained by periodically alternately switching off each one of the controllable converter valves in the DC lines of each inverter or by controlling the switching-off effecting this commutation , remains low and becomes zero when one of the parallel operating modules has reached its maximum commutatable current. Optionally, the phase shift must be minimized in a known manner by a Kreisstromunterdrückungsregelung.
Claims (1)
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