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Title:
CONTROL SYSTEM FOR SUPPLY / RECOVERY OF ENERGY FROM A THREE-PHASE NETWORK INTO A CONVERTER WITH A VARIABLE VOLTAGE LINK
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/034335
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention aims to create a control system, which minimizes not only the harmonic component during supply/recovery of energy from the three-phase network into a variable voltage link but also corresponding switching losses. Furthermore, this control system is robust with regard to failure of at least one network phase or phase fluctuations. To this end, not only the digital values of trigonometric functions (SIN($g(f)u)), (SIN($g(f)v)), (SIN($g(f)w)), which are in correct phase relation, and equidistantly dephased in relation to each other, but also the associated digital signals (F(Uu), F(Uv)), each representing the respective sign of these trigonometric function values, are stored in at least one function memory (F). These digital signals are compared in a comparator stage (V) with digital signals from each network phase ($g(s)(Uu), $g(s)(Uv), $g(s)(Uw)) which are measured by means of a phase detector (PD). If these compared values do not coincide, a blocking signal (SP) is generated with which the control pulses for the power converter valves of the converter (UM) can be blocked.

Inventors:
GOEPFRICH KURT (DE)
Application Number:
PCT/DE1998/000165
Publication Date:
August 06, 1998
Filing Date:
January 20, 1998
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
GOEPFRICH KURT (DE)
International Classes:
H02M5/458; H02M7/219; (IPC1-7): H02M7/219; H02M5/458
Foreign References:
US5034874A1991-07-23
Other References:
YOUICHI ITOH ET AL: "EASY DIGITAL CONTROL OF THREE-PHASE PWM CONVERTER", PROCEEDINGS OF THE INTERNATIONAL TELECOMMUNICATIONS ENERGY CONFEREN (INTELEC), KYOTO, NOV. 5 - 8, 1991, no. CONF. 13, 5 November 1991 (1991-11-05), INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS, pages 727 - 734, XP000314657
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Claims:
Patentansprüche
1. Regelungsanordnung zur Ein/Rückspeisung von Energie aus einem Drehstromnetz in einen Umrichter (UM) mit Spannungs zwischenkreis mit folgenden Merkmalen: 1.1 ein Phasendetektor (PD), welcher für jede Phase (U,V,W) das aktuelle Vorzeichen (a(Uw),a(Uv),a(Uu)) der ent sprechenden Phase (U,V,W) als digitales Signal bereit stellt, 1.2 ein Phasenregelkreis (PLL) zur Erzeugung eines auf die erfa te Phasenlage synchronisierten binären Adressignales (ADR), welcher von einem der das aktuelle Vorzeichen (a(Uw) ,a(Uv) ,a(Uu)) der entsprechenden Phase (U,V,W) bereitstellenden digitalen Signale ansteuerbar ist, 1.3 einem Funktionsspeicherglied (F), welches durch das binäre Adressignal (ADR) ansteuerbar ist, zur Erzeugung von mindestens zwei phasenrichtigen digitalen voneinander phasenverschobenen Winkelfunktionswerten (SIN(#u), SIN((pv)) sowie von dazugehörigen das jeweilige Vorzeichen der Winkelfunktionswerte darstellenden digitalen Signalen (F(Uu) ,F(Uv)), 1.4 mindestens zwei Digital/AnalogUmsetzerstufen, welche eingangsseitig mit den jeweiligen digitalen Winkelfunk tionswerten (SIN(cpu) ,SIN((pv)) beaufschlagbar sind, 1.5 mindestens zwei Multiplikatorstufen (M), durch welche die eingangsseitig anstehenden analogen Winkelwerte mit einem vorgebbaren Stromsollwert (soll) gewichtbar sind, zur Erzeugung eines Systems von phasenrichtigen analogen, gegeneinander phasenverschobenen Wechselstromsollwerten (iu~soll, iv~soll, iw~soll) gleicher Amplitude, 1.6 einer Regelvergleichstufe (RV), welcher das analoge WechselstromsollwertSystem (1usoll, 1vsoll, Iw~soll) und ein durch Wechselstromme glieder erfa bares analoges Wechsel stromistwertSystem (Iu~ist, 1vAst, iw~ist) zur Bildung von phasenbezogenen Differenzwerten zuführbar ist, zur Erzeu gung eines analogen Referenzsignales für jede Phase (U,V,W) aus dem jeweils zugehörigen Differenzwert, 1.7 für jede Phase (U,V,W) ein durch das jeweilige Referenz signal dieser Phase ansteuerbarer Stromregler (IRu,IRv, IRw) zur Erzeugung von jeweiligen Ansteuerimpulsen (IMPu,IMPv,IMPw) für an die entsprechende Phase des wechselstromseitigen Anschlusses angeschlossene Strom richterventile, 1.8 einer Vergleicherstufe (VG) zur Erzeugung eines Sperr signales (SP) zum Sperren der Ansteuerimpulse (IMPu, IMPv,IMPw) für die Stromrichterventile für den Fall, da mindestens ein vom Phasendetektor (PD) bereitgestelltes, das aktuelle Vorzeichen (o(Uw),o(Uv),o(Uu)) einer Phase (U,V,W) darstellendes digitales Signal von dem entspre chenden vom Funktionsspeicherglied (F) bereitsgestellten das jeweilige Vorzeichen der Winkelfunktionswerte dar stellenden digitalen Signal (F(Uu),F(Uv)) abweicht.
2. Regelungsanordnung nach Anspruch 1, mit folgendem weiteren Merkmal: 2.1 ein mit einer Differenz aus einem vorgegebenen Spannungs sollwert (soll) und einem rückgeführten Spannungsistwert (rist) beaufschlagbarer Spannungsregler (PI) zur Erzeugung des Stromsollwertes (soll), wobei der Spannungsregler als proportionaler Regler mit integralem Verhalten ausgelegt ist.
3. Regelungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, mit folgendem weiteren Merkmal: 3.1 jeder Stromregler (IRu,IRv,IRw) für jede Phase ist als Hystereseregler mit vorgebbarer, endlicher Hysterese breite ausgelegt.
4. Regelungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, mit folgendem weiteren Merkmal: 4.1 jeder Stromregler (IRu,IRv,IRw) für jede Phase ist als Pulsweitenmodulationsregler mit vorgebbarer konstanter Frequenz ausgelegt.
5. Regelungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit folgendem weiteren Merkmal: 5.1 einem Rechenmittel (R) zur Erzeugung eines dritten phasenrichtigen Wechselstromsollwertes (Iusoll, sollt iw~soll) aus lediglich zweien von den über das Funktions speicherglied (F), die Digital/AnalogUmsetzerstufen und die Multiplikatorstufen (M) bereitsgestellten phasenrich tigen analogen, gegeneinander phasenverschobenen Wechsel stromsollwerten (i, sollriv~sollriw soll) gleicher Amplitude.
6. Regelungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit folgendem weiteren Merkmal: 6.1 einem Impulsverlängerungsglied (IG) mit vorgebbarer Verlängerungszeit zur Verlängerung des Sperrsignales (SP) 7. Regelungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit folgendem weiteren Merkmal: 7.1 es sind Winkelfunktionswerte (SIN((pu),SIN((pv)) sowie das jeweilige Vorzeichen der Winkelfunktionswerte darstel lende digitale Signale (F(Uu),F(Uv)) für mehrere Zuord nungen zur Phasenlage des Drehstromnetzes in dem Funk tionsspeicherglied (F) hinterlegt, wobei der entspre chende Speicherbereich für jede Zuordnung über das Adre signal (ADR) entsprechend einer Rechts/Linksdreh felderkennung einstellbar ist.
Description:
Beschreibung Regelungsanordnung zur Ein-/Rückspeisung von Energie aus einem Drehstromnetz in einen Umrichter mit Spannungszwischen- kreis Die Erfindung betrifft eine Regelungsanordnung zur Ein-/Rück- speisung von Energie aus einem Drehstromnetz in einen Umrich- ter mit Spannungszwischenkreis, welche bevorzugterweise als selbstgeführter Netzstromrichter eines Spannungszwischen- kreis-Umrichters eingesetzt werden kann.

Es ist bekannt, da die Stromrichterventile eines an ein dreiphasiges Drehstromnetz angeschlossenen Stromrichters mit Ansteuersignalen angesteuert werden, die unter Verwendung eines Phasenregelkreises auf die Phasenlage des Spannungs- systemes des Netzes synchronisiert sind. Dieser bekannte Pha- senregelkreis geht davon aus, da ein dreiphasiges Dreh- stromsystem durch die orthogonalen Komponenten eines Vektors in einem geeigneten Koordinatensystem dargestellt werden kann. Dabei werden Istwerte des Drehstromsystemes mittels eines Vektordrehers in die Komponenten des Spannungsvektors in einem rotierenden Koordinatensystem transformiert. Die Transformationselemente dieser Vektortransformation werden dadurch gewonnen, da die mittlere Winkelabweichung des transformierten Vektors von einer im rotierenden Koordinaten- system fest vorgegebenen Richtung einem Winkelregler zuge- führt wird. Dessen Ausgangssignal bestimmt die Frequenz des rotierenden Koordinatensystemes und steuert die Frequenz von Oszillatoren, deren Ausgangssignale einerseits die als Trans- formationselemente benötigten Winkel funktionen des Transfor- mationswinkels, andererseits aber auch die Phasenlage der auf die Netzwechselspannung synchronisierten Referenzspannungen liefert.

Für den stabilen Betrieb am Drehstromnetz müssen beim selbst- geführten Netzstromrichter eines Umrichters mit Spannungs- zwischenkreis die aus dem Netz genommenen Massenströme iu, 1V,1w geregelt werden. Meist soll dem Netz keine oder eine vorgegebene Blindleistung entnommen werden, so da die Pha- senlage der Ströme zu den Netzspannungen fest vorgegeben wer- den mu . Die Amplitude der Phasenströme dagegen ergibt sich als Funktion der zu übertragenden Wirkleistung und Blindlei- stung. Es ist somit erforderlich, die Ansteuersignale für die Stromrichterventile auf die Netzspannung zu synchronisieren.

Dies kann durch das im vorangehenden geschilderte Vektorfil- ter geschehen, was jedoch einen hohen Aufwand an Bauteilen und damit verbundene Kosten mit sich bringt. Darüber hinaus tritt bei Netzschwankungen aufgrund der endlichen Dynamik des Winkelregelkreises ein Fehlwinkel zwischen den Phasenspan- nungen und Referenzspannungen auf.

Problematisch sind auch die durch Stromrichter verursachten Netzrückwirkungen auf das Drehstromnetz. Bei einer Einspei- sung bzw. Rückspeisung von Energie aus dem Drehstromnetz in einen Spannungszwischenkreis mit Hilfe von blockförmigen Pha- senströmen treten Oberwellen (5., 7., 9. usw. Harmonische der Netzfrequenz) auf. Solche Netzrückwirkungen sind jedoch unter Gesichtspunkten der elektromagnetischen Verträglichkeit uner- wünscht.

Um solche Netzrückwirkungen zu minimieren, ist ein Stromrich- ter bekannt, der mittels eines Phasenreglers ein zu einer verketteten Spannung synchronisiertes analoges Winkelsignal bildet, um Funktionsspeicher zur Bildung von digitalen Win- kelfunktionswerten zu adressieren. Ein Gleichspannungsregler liefert den Sollwert für die Amplitude des dem Wechselspan- nungsnetz zu entnehmenden Systemes der Wechselströme. Durch Multiplikation der digitalen Winkelfunktionswerte mit der Sollamplitude liefern Digital/Analog-Umsetzer ein System von

Phasenstrom-Sollwerten, das mit entsprechenden Stromistwerten verglichen wird. Die Vergleichsergebnisse dienen zur Ansteuerung von unterlagerten Stromreglern, deren Ausgangs- signale Ansteuersignale für die Ventile des Stromrichters (z.B. Transistoren) liefern.

Ein solches Regelungskonzept besitzt jedoch den Nachteil, das es nicht robust gegen den Ausfall einer Phase des Drehstrom- netzes ist, da die Regelung in einem solchen Fall in Mit- kopplung geht, wodurch die als Stromrichterventile fungieren- den Transistoren zerstört werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Rege- lungsanordnung zu schaffen, durch die die Stromrichterventile eines Umrichters mit Spannungszwischenkreis so angesteuert werden können, da die Phasenströme synchron zu der Spannung des Drehstromnetzes sind (d.h. mit einer Phasenverschiebung von 0 oder einer anderen, vorgegebenen Phasenverschiebung) durch die Netzrückwirkungen in das Drehstromnetz insbesondere durch Oberwellen minimiert werden kann und durch die darüber hinaus verhindert werden kann, da die Regelung bei Ausfall einer Phase in Mitkopplung geht. Dadurch soll die Robustheit der Ein-/Rückspeiseeinheit gegenüber bisher bekannten Lösun- gen erhöht werden.

Gemä der vorliegenden Erfindung wird dieser Aufgabe durch eine Regelungsanordnung zur Ein-/Rückspeisung von Energie aus einem Drehstromnetz in einen Umrichter mit Spannungszwischen- kreis mit den folgenden Merkmalen gelöst: 1.1 ein Phasendetektor, welcher für jede Phase das aktuelle Vorzeichen der entsprechenden Phase als digitales Signal bereitstellt, 1.2 ein Phasenregelkreis zur Erzeugung eines auf die erfa te Phasenlage synchronisierten binären Adressignales, wel- cher von einem der das aktuelle Vorzeichen der entspre-

chenden Phase bereitstellenden digitalen Signale ansteuerbar ist, 1.3 einem Funktionsspeicherglied, welches durch das binäre Adressignal ansteuerbar ist, zur Erzeugung von mindestens zwei phasenrichtigen digitalen voneinander phasenverscho- benen Winkelfunktionswerten sowie von dazugehörigen das jeweilige Vorzeichen der Winkelfunktionswerte darstellen- den digitalen Signalen, 1.4 mindestens zwei Digital/Analog-Umsetzerstufen, welche eingangsseitig mit den jeweiligen digitalen Winkelfunk- tionswerten beaufschlagbar sind, 1.5 mindestens zwei Multiplikatorstufen, durch welche die eingangsseitig anstehenden analogen Winkelwerte mit einem vorgebbaren Stromsollwert gewichtbar sind, zur Erzeugung eines Systems von phasenrichtigen analogen, gegeneinander phasenverschobenen Wechselstromsol lwerten gleicher Amplitude, 1.6 einer Regelvergleichstufe, welcher das analoge Wechsel- stromsollwert-System und ein durch Wechselstromme glieder erfa bares analoges Wechselstromistwert-System zur Bil- dung von phasenbezogenen Differenzwerten zuführbar ist, zur Erzeugung eines analogen Referenzsignales für jede Phase aus dem jeweils zugehörigen Differenzwert, 1.7 für jede Phase ein durch das jeweilige Referenzsignal dieser Phase ansteuerbarer Stromregler zur Erzeugung von jeweiligen Ansteuerimpulsen für an die entsprechende Phase des wechselstromseitigen Anschlusses angeschlossene Stromrichterventile, 1.8 einer Vergleicherstufe zur Erzeugung eines Sperrsignales zum Sperren der Ansteuerimpulse für die Stromrichter- ventile für den Fall, da mindestens ein vom Phasen- detektor bereitgestelltes, das aktuelle Vorzeichen einer Phase darstellendes digitales Signal von dem entsprechen- den vom Funktionsspeicherglied bereitsgestellten das

jeweilige Vorzeichen der Winkelfunktionswerte darstellen- den digitalen Signal abweicht.

Die mit einer Regelungsanordnung gemä der vorliegenden Er- findung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, das eine Synchronität zwischen den Phasenströmen und der Spannung des Drehstromnetzes erzielt wird, da der Oberwellenanteil bei der Ein-/Rückspeisung von Energie aus dem Drehstromnetz in den Spannungszwischenkreis minimiert wird und da die Regelungsanordnung robust gegenüber dem Ausfall mindestens einer Phase des Drehstromnetzes ist.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Regelungs- anordnung gemä der vorliegenden Erfindung wird die Anordnung um einen vorteilhaften Spannungsregler ergänzt. Dies ge- schieht durch folgendes weiteres Merkmal: 2.1 ein mit einer Differenz aus einem vorgegebenen Span- nungssollwert und einem rückgeführten Spannungsistwert beaufschlagbarer Spannungsregler zur Erzeugung des Stromsollwertes, wobei der Spannungsregler als propor- tionaler Regler mit integralem Verhalten ausgelegt ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Regelungs- anordnung gemä der vorliegenden Erfindung wird ein besonders vorteilhafter unterlagerter Stromregler zur Ansteuerung der Stromrichterventile geschaffen. Dadurch können darüber hinaus die Schaltverluste minimiert werden. Dies geschieht durch folgendes weiteres Merkmal: 3.1 jeder Stromregler für jede Phase ist als Hystereseregler mit vorgebbarer, endlicher Hysteresebreite ausgelegt.

In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der vorlie- genden Erfindung wird eine weitere Möglichkeit zur Optimie- rung des unterlagerten Stromreglers geschaffen. Dies ge- schieht durch folgendes weiteres Merkmal:

4.1 jeder Stromregler für jede Phase ist als Pulsweitenmo- dulationsregler mit vorgebbarer konstanter Frequenz ausgelegt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Regelungs- anordnung gemä der vorliegenden Erfindung wird der Aufwand an Bauelementen innerhalb der Regelungsanordnung weiter mi- nimiert, indem das Funktionsspeicherglied, die Digital/Ana- log-Umsetzerstufen sowie die Multiplikatorstufen lediglich für zwei Phasen des Drehstromnetzes ausgelegt werden müssen.

Dies geschieht durch folgendes weiteres Merkmal: 5.1 einem Rechenmittel (R) zur Erzeugung eines dritten pha- senrichtigen Wechselstromsollwertes aus lediglich zweien von den über das Funktionsspeicherglied, die Digital/Ana- log-Umsetzerstufen und die Multiplikatorstufen bereitge- stellten phasenrichtigen analogen, gegeneinander phasen- verschobenen Wechselstromsollwerten gleicher Amplitude.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Regelungs- anordnung gemä der vorliegenden Erfindung wird erreicht, da ein vorgebbarer Toleranzbereich für Phasenschwankungen vorge- sehen werden kann. Somit ist es beispielsweise möglich, das eine Phasenverschiebung von 100 zulässig ist, eine darüber hinausgehende Phasenverschiebung jedoch zu einer Sperrung der Ansteuerimpulse für die Stromrichterventile führt. Dies wird durch folgendes weiteres Merkmal erreicht: 6.1 einem Impulsverlängerungsglied mit vorgebbarer Verlänge- rungszeit zur Verlängerung des Sperrsignales.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Regelungs- anordnung gemä der vorliegenden Erfindung wird darüber hinaus erreicht, das Änderungen der Phasenreihenfolge erkannt werden können. Dies geschieht durch folgendes weiteres Merkmal:

7.1 es sind Winkelfunktionswerte sowie das jeweilige Vor- zeichen der Winkelfunktionswerte darstellende digitale Signale für mehrere Zuordnungen zur Phasenlage des Dreh- stromnetzes in dem Funktionsspeicherglied hinterlegt, wobei der entsprechende Speicherbereich für jede Zuord- nung über das Adressignal entsprechend einer Rechts- /Linksdrehfelderkennung einstellbar ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Darstellung eines Ausfüh- rungsbeispieles und im Zusammenhang mit der Figur. Es zeigt: FIG 1 ein Blockschaltbild einer Regelungsanordnung zur si- nusförmigen Ein-/Rückspeisung von Energie aus einem Drehstromnetz in einen Umrichter mit Spannungszwi- schenkreis, welche eine Synchronität zwischen den Phasenströmen und der Spannung des Drehstromnetzes ermöglicht und die robust gegen den Ausfall mindestens einer Netzphase ist.

In der Darstellung gemä FIG 1 ist eine Regelungsanordnung gemä der vorliegenden Erfindung am Beispiel einer sinusför- migen Ein-/Rückspeisung von Energie aus einem der besseren Übersichtlichkeit nicht gezeigten Drehstromnetz mit den Pha- sen U, W, V in einen Umrichter UM mit einem Spannungszwi- schenkreis gezeigt. Im allgemeinen ist man bestrebt, das Drehstromnetz symmetrisch zu belasten, was bedeutet, da den Phasen U, W, V am wechselspannungsseitigen Anschlu des Stromrichters Ströme entnommen werden, die einem symmetri- schen System von Stromsollwerten iu-sollt ~soll, iusoll ent- sprechen. Das System dieser genannten symmetrischen Wechsel- strom-Sollwerte kann durch einen Amplituden-Sollwert i5011 und einen entsprechenden Phasenwinkel beschrieben werden, aus denen jeweils die drei genannten Wechselstrom-Sollwerte als

1200 gegeneinander phasenverschobene Signale mit einer ge- meinsamen, zu 1soll proportionalen Amplitude hervorgehen.

Mittels eines Phasendetektors PD wird jeweils der Nulldurch- gang oder ein anderer vorgegebener fester Phasenwinkel für jede der einzelnen Netzphasen U, W, V erfa t. Die Phasenver- schiebung gegenüber dem Drehstromnetz kann beliebig sein, mu jedoch definiert sein. Daher mu ein solcher Phasenwinkel fest vorgegeben sein. Daraus wird über den Phasendetektor PD für jede der Netzphasen ein digitales Signal (um), v(Uv), s(Uw) abgeleitet, durch welches jeweils das Vorzeichen der entsprechenden Netzphase U, W, V in digitaler Form gekenn- zeichnet wird.

Mit einem beliebigen dieser genannten digitalen Signale wird ein Phasenregelkreis PLL ("Phase locked loop) angesteuert, welcher ausgangsseitig auf die erfa te Phasenlage synchroni- sierte binäre Adressignale ADR bereitstellt.

Mittels dieses binären Adressignales ADR werden ein oder als Alternative auch mehrere Funktionsspeicherglieder F ange- steuert, welche mindestens zwei phasenrichtige digitale, ge- geneinander äqudistant phasenverschobene Winkelfunktionswerte ausgeben. Dabei ist es für die Erfindung unerheblich, ob diese mindestens zwei Winkelfunktionswerte in einem einzigen oder aber separat dafür vorgesehenen Funktionsspeicherglie- dern f abgelegt sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Regelungsanordnung zur sinusförmigen Ein-/Rückspeisung von Energie aus einen Drehstromnetz gezeigt, weshalb die in dem oder den Funktionsspeichergliedern F abgelegten pha- senrichtigen digitalen Winkelfunktionswerte einen sinusför- migen Verlauf SIN((pu), SIN((pv) beschreiben. Es besteht die Möglichkeit, für alle drei Phasen U, W, V separate - im Aus- führungsbeispiel sinusförmige - Winkelfunktionswerte zu

hinterlegen. Wie im weiteren geschildert wird, ist es jedoch besonders vorteilhaft, lediglich solche Winkelfunktionswerte für diejenigen Netzphasen - im Ausführungsbeispiel die Phasen U und V - zu hinterlegen, welche nicht zur Ansteuerung des Phasenregelkreises PLL verwendet werden (im vorliegenden Aus- führungsbeispiel ist dies die Netzphase W).

Neben den bereits erwähnten Winkelfunktionswerten für minde- stens zwei Netzphasen U, V ist in dem oder den Funktions- speichergliedern F zusätzlich auch der Verlauf des zu den Winkelfunktionswerten zugehörigen jeweiligen Vorzeichens der Winkelfunktionswerte in Form von digitalen Signalen F(Uu) und F(Uv) hinterlegt, so da der oder die Funktionsspeicherglie- der F zu jedem für die entsprechende Netzphase bereitgestell- ten Winkelfunktionswert separat auch das jeweilige Vorzeichen der Winkelfunktionswerte bereitstellen. Die bereitgestellten Vorzeichenwerte F(Uu), F(Uv) besitzen dabei beispielsweise die gleiche Form von digitalen Signalen wie die vom Phasen- detektor PD bereitgestellten digitalen Vorzeichensignale 6(zu), 6(UM) und o(Uw).

In der Darstellung gemä FIG 1 der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte Digital/Analog-Umsetzerstufen setzen die diesen eingangsseitig zugeleiteten jeweiligen digitalen Winkelfunktionswerte SIN((pu), SIN((pv) in entspre- chende analoge gegeneinander äquidistant phasenverscbobene Signale um. Diese analogen gegeneinander äquidistant phasen- verschobene Werte werden mindestens zwei Multiplikatorstufen M zugeleitet, durch welche die anstehenden analogen Winkel- werte mit einem vorgebbaren Stromsollwert i5011 gewichtet werden.

Dieser Stromsollwert i5011 kann beispielsweise ausgangsseitig durch einen Spannungsregler PI bereitgestellt werden, welcher

durch die Differenz aus einem vorgebbaren Spannungssollwert u5011 und einen rückgeführten Spannungsistwert ui5t beauf- schlagbar ist. Dieser Spannungsregler PI ist bevorzugterweise als proportionaler Regler mit integralem Verhalten ausgelegt.

Die Ausgangssignale der mindestens zwei Multiplikatorstufen M stellen dann direkt die analogen Wechselstrom-Sollwerte dar.

Für den Fall, da in dem oder den Funktionsspeichergliedern F für alle drei Phasen phasenrichtige digitale voneinander äquidistant phasenverschobene Winkelfunktionswerte hinterlegt sind, sind entsprechend drei Digital-Analog-Umsetzerstufen soei drei Multiplikatorstufen M notwendig, so da ausgangs- seitig bereits alle drei analogen Wechselstrom-Sollwerte i sollri vsoll und soll bereitstehen. In dem in der Darstellung gemä FIG 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind jedoch - wie bereits erwähnt - lediglich die zwei nicht zur Ansteuerung des Phasenregelkreises PLL verwendeten Phasen U und V in dem oder den Funktionsspeichergliedern F hinterlegt, so da le- diglich zwei Digital-Analog-Umsetzerstufen und zwei Multipli- katorstufen M benötigt werden und gezeigt sind. In dem letz- teren in der Darstellung gemä FIG 1 gezeigten Ausführungs- fall wird die Tatsache ausgenutzt, da die algebraische Summe der Stromistwerte, die als Nullkomponente bezeichnet wird, gleich Null ist. Dieser Zusammenhang wird durch die folgende Berechnungsvorschrift verdeutlicht: in ist + in ist + iw~ist = 0.

Damit lä t sich der Stromsollwert für die dritte, nicht in dem oder den Funktionsspeichergliedern als Winkelfunktions- werte hinterlegte Phase W durch ein Rechenglied R nach fol- gender Berechnungsvorschrift bestimmen: iwsoll = - (iu~soll + iv-soll ) .

Das Rechenglied R kann beispielsweise in Form eines Addierers oder in Form eines entsprechend programmierten Mikroprozes- sors ausgestaltet sein. Somit steht am Ausgang des Rechen- gliedes R der letzte benötigte Wechselstrom-Sollwert iw~soll bereit, so da ein System von phasenrichtigen analogen ge- geneinander phasenverschobenen Wechselstromsollwerten 1u~soll, iV-solls iw,,ll gleicher Amplitude bereitsteht.

Prinzipiell mu die Phasenverschiebung zwischen den Aus- gangssignalen des oder der Funktionsspeicherglieder F nicht 1200 betragen. Zum Beispiel kann auch eine Phasenverschiebung um 900 vorgesehen sein, wodurch die gebildeten Winkelfunk- tionswerte dann die orthogonalen Komponenten eines betrags- nomierten Vektors in einem runden Koordinatensystem darstel- len. Aus diesem können durch Multiplikation mit dem vorge- gebenen Stromsollwert 1soll die Komponenten eines Strom-Soll- wertvektors gebildet werden. Ein derartiger Vektor wird häu- fig zur vollständigen Beschreibung eines Nullkomponenten freien Dreiphasensystemes verwendet, wobei die einzelnen Wechselstromsollwerte Io~soll, soll und 1soll als Projektionen des Vektors auf drei gegeneinander räumlich um 1200 gedrehte Achsen gebildet werden. Diese werden häufig mittels eines sogenannten "Zwei/Drei-Koordinatenwandlers" berechnet.

Das im vorangehenden geschilderte System von gegeneinander äquidistant phasenverschobenen Wechselstromsollwerten iu-sollt soll und iw-soll wird für jede Phase einer Regelvergleichs- stufe RV zugeleitet, welcher eingangsseitig ebenfalls ein analoges Istwertsystem der Wechselströme iu-isttiv-ist und iwist zugeführt wird. Die entsprechenden Wechselstromistwerte werden über Wechselstromme glieder erfa t. Dabei kann man sich wiederum die Tatsache zunutze machen, da sich eine Netzphase aus den beiden anderen Netzphasen entsprechend den beiden im vorangehenden dargestellten Berechnungsvorschriften rekonstruieren lä t. Ein solcher dritter Wechselstromistwert,

beispielsweise 1wAst' wird analog wie in dem Rechenglied R mittels eines zweiten Rechengliedes R2 ermittelt. Am Ausgang der genannten Regelvergleichsstufen RW steht für jede Phase ein phasenbezogener Differenzwert bereit, welcher als ana- loges Referenzsignal für jede Phase U, V, W zur Ansteuerung eines für jede Phase getrennt vorgesehenen unterlagerten Stromreglers Iru, Irv, IRw dient.

Jeder dieser genannten Stromregler Iru, Irv, IRw dient zur Erzeugung von jeweiligen Ansteuerimpulsen IMPu, IMPv, IPMw für die an die entsprechende Phase des wechselstromseitigen Anschlusses angeschlossenen Stromrichterventile des Umrich- ters UM. Somit werden die drei Phasen U, V, W getrennt von- einander geregelt. Für die Realisierung der jeweils unterla- gerten Stromregler IRu, IRv, IRw sind zwei Möglichkeiten von Vorteil.

Zum einen können die genannten Stromregler als Pulsweiten- modulation-Stromregler PWM ausgelegt sein. Bei solchen Puls- weitenmodulations-Reglern wird eine konstante Frequenz vor- gegeben. Die Stromwelligkeit ist innerhalb einer Periode der Netzphase nicht konstant. Sie nimmt im Bereich der Nulldurch- gänge zu. Im Frequenzbereich zeigt sich in diesem Fall, da die Taktfrequenz und deren Vielfache deutlich hervortreten.

Mit wesentlich geringerem Aufwand lassen sich die unterla- gerten Stromregler als Hysteresestromregler realisieren. Da- bei wird ein Toleranzband - die Hysterese - als endlicher Wert fest vorgegeben. Variabel ist in diesen Fall die Fre- quenz. Sie nimmt im Bereich der Spannungsnulldurchgänge zu.

Genau dies stellt jedoch einen enormen Vorteil dar. Da die Spannungs- und Stromnullduchgänge phasengleich sind (Synch- ronität), bleiben die Schaltverluste trotz hoher Frequenz in diesem Bereich minimal. Im Falle eines als Hystereseregler ausgeprägten unterlagerten Stromreglers IRu,IRv,IRw werden

die Stromrichterventile (der besseren Übersichtlichkeit hal- ber nicht gezeigt) stets dann umgeschaltet, wenn sich der zugehörige Stromistwert dieser Phase vom zugehörigen Strom- sollwert um mehr als die vorgegebene Hysteresebreite unter- scheidet. Dadurch entsteht eine Zweipunktregelung des Stromes für jede Phase U,V,W, der sich somit praktisch stets inner- halb eines vorgegebenen Toleranzbandes um den Sollwert be- wegt. Der Differenzbereich tritt anstelle der Taktfrequenz und deren Oberwellen als geringfügig angehobenes Rauschband auf, welches jedoch im Hinblick auf die Grenzwerte bei als Pulsweitenmodulations-Stromregler ausgelegten unterlagerten Stromreglern um Grö enordnungen niedriger bleibt.

Um die bereits in der Einleitung angesprochene Gefahr zu um- gehen, da beim Ausfallen mindestens einer Phase die Rege- lungsanordnung in Mittkopplung geht, wodurch die Stromrich- terventile, welche beispielsweise als sogenannte IGBT-Tran- sistoren (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor) ausge- prägt sind, zerstört werden können, ist die in der Darstel- lung gemä FIG 1 gezeigte Regelungsanordnung gemä der vor- liegenden Erfindung um Schaltungsma nahmen erweitert, welche dies verhindern. Dazu ist eine Vergleicherstufe VG vorge- sehen, welche bei Ausfall mindestens einer Netzphase U,V,W oder aber bei unerwünschten Phasenschwankungen ein Sperr- signal SP erzeugt, mit welchem die Ansteuerimpulse IMPu, IMPv und IMPw für die Stromrichterventile gesperrt werden. Das Sperren kann beispielsweise über einen Transistor, einen Schütz oder ein beliebiges anderes Schaltmittel erfolgen. Der Vergleicherstufe VG werden die ausgangsseitig am Phasendetek- tor PD bereitgestellten digitalen Vorzeichensignale o(Uw), 6(UM), 6(zu) sowie die durch das oder die Funktionsspeicher- glieder F bereitgestellten das jeweilige Vorzeichen der Winkelfunktionswerte darstellenden digitalen Signale F(Uu), F(Uw) zugeführt. So wird ein Vergleich zwischen dem aus dem

oder den Funktionsspeichergliedern F ausgelesenen Vorzeichen F(Uu) bzw. F(Uw) ermöglicht.

Im Falle des Ausführungsbeispieles, in dem lediglich für zwei Netzphasen U, V entsprechende Winkelfunktionswerte sowie dazugehörige das jeweilige Vorzeichen der Winkelfunktions- werte darstellende digitale Signale in dem oder den Funk- tionsspeichergliedern F hinterlegt sind, wird lediglich für die beiden genannten Phasen ein Vergleich zwischen den aus dem oder den Funktionsspeichergliedern F ausgelesenen und den über den Phasendetektor PD gemessenen Vorzeichen vorgenommen.

Dies geschieht über entsprechende Vergleichsbausteine "= 1", welche ausgangsseitig bei Übereinstimmung ein digitales Signal "1" bzw. High bereitstellen. Die nicht in dem oder den Funktionsspeichergliedern F hinterlegte Phase W, welche zur Ansteuerung des Phasenregelkreises PLL dient, wird durch den Phasenregelkreis durchgeschleift und ebenfalls zur Verglei- cherstufe VG geführt. Die Ausgangssignale der Vergleicher "=1" sowie das letztgenannte gemessene digitale Vorzeichen- signal der Phase W werden an einen negierendes UND-Gatter NAND geführt, welches ausgangsseitig das bereits erwähnte Sperrsignal SP bereitstellt. In der Darstellung gemä FIG 1 ist dieses Sperrsignal an den Umrichter UM geführt, in welchem die bereits erwähnten Stromrichterventile angeordnet sind.

Eine zusätzliche Verbesserung ergibt sich, indem hinter dem Ausgang der Vergleicherstufe VG ein Impulsverlängerungsglied IG mit vorgebbarer Impulsverlängerungszeit geschaltet wird.

Dadurch kann eine Toleranz bei Phasenschwankungen eingestellt werden, welche noch nicht zu einem Sperren der Stromrich- terventile führen soll. So ist beispielsweise vorgebbar, da eine Phasenverschiebung von 100 erlaubt ist, indem ein durch diese Phasenverschiebung herbeigeführtes kurzes "1"Signal am Ausgang der Vergleicherstufe VG durch das Impulsverlänge-

rungsglied IG unterdrückt wird. Die Impulsverlängerungszeit kann dabei so bemessen werden, da die Impulsverlängerung genau das bei einer maximalen Phasenverschiebung von 100 auftretende Einsignal unterdrückt. Somit ist durch das Impulsverlängerungsglied IG eine Toleranz bei Phasenschwan- kungen fest vorgebbar, wodurch verhindert wird, da die Stromrichterventile auch bei geringen Phasenschwankungen gesperrt werden. Ein Ausfall mindestens einer der Phasen U, V, W jedoch führt trotz des Impulsverlängerungsgliedes dazu, da das Sperrsignal SP den Zustand "1" bzw. High einnimmt und über das entsprechende Schaltmittel die Ansteuerimpulse für die Stromrichterventile sperrt.

Bei den bisherigen Erläuterungen wurde stets von einer festen Zuordnung zwischen der Phasenlage des Drehstromnetzes und des Inhaltes des oder der Funktionsspeicherglieder F (Winkelfunk- tionswerte und zugehöriges Vorzeichen) ausgegangen. Bei einer Änderung der Phasenreihenfolge stimmt dies jedoch nicht mehr.

Um auch in einem solchen Fall einen sicheren Betrieb der Re- gelungsanordnung gemä der vorliegenden Erfindung zu ermög- lichen, können Winkelfunktionswerte sowie das jeweilige Vor- zeichen der Winkelfunktionswerte darstellende digitale Sig- nale für mehrere Zuordnungen zur Phasenlage des Drehstrom- netzes in dem oder den Funktionsspeichergliedern F für die entsprechenden Netzphasen hinterlegt werden. Mit Hilfe einer Rechts-/Linksdrehfelderkennung kann dann die benötigte Zu- ordnung über den entsprechenden Speicherbereich mittels des binären Adressignales ADR eingestellt werden.

Denkbar ist darüber hinaus auch eine Anwendung der Regelungs- anordnung gemä der vorliegenden Erfindung in abgeänderter Form im Bereich von Kompensationsanlagen, indem dadurch eine auftretende Blindleistung verhindert wird. Dies kann bei- spielsweise dadurch erreicht werden, indem die Phasenlage der einzelnen Drehstromphasen U, V, W über einen Phasendetektor PD am Fabrikeingang ermittelt wird, so da entsprechende di- gitale Vorzeichensignale 6 bereitgestellt werden, die die Phasenlage am Fabrikeingang beschreiben. Durch diese kann dann beispielsweise ein Addierer angesteuert werden, welcher nach dem oder den Funktionsspeichergliedern angeordnet ist.