CN101421631A - 测量借助逆变器生成的交流电流的方法和执行方法的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量借助逆变器所生成的被馈入到交流电网中的交流电流(±Ip)的方法，其中，预先规定交流电网的过零信号(Sig)，和其中由过零信号(Sig)触发，以以下方式实现所测量的交流电流(±Ip)的周期性调整，即预先规定分配给过零信号(Sig)的调整值，使以相同方式分配给过零信号(Sig)的测量值与该调整值相适应。该方法也在运行期间能够实现利用调整值周期性地调整由测量电路所检测的测量信号(U0)。

Description

测量借助逆变器生成的交流电流的方法和执行方法的装置
本发明涉及一种用于测量借助逆变器所生成的被馈入到交流电网中的交流电流的方法，其中，预先给定交流电网的过零信号。本发明还涉及一种用于执行本方法的装置。
逆变器通常被用于使来自直流电源的能量转换成交流电流，并将所述交流电流馈入到交流电网中或发送给负载。在此，使电压变化和相位角与电网中的交流电压相匹配，使得直流电压分量和相移最小化。这首先在公共电网中是重要的，因为这里由电网运营商预先规定具有最大允许直流电压分量的准确的馈入准则。
为了可以相应地调节逆变器，因此持续地检测电网中的过零(Nulldurchgang)，并将之预先规定为过零信号。在逆变器的输出端处此外还作为调节量测量交流电流。在包括例如分流电阻或变流器的在此所使用的测量电路中，可能引起元件决定的误差。这可以例如是在变流器中的不受欢迎的偏移电压或温度漂移。因此，按照现有技术，人们知道用于调整测量电路的方法。
一种方法例如在于，在制造之后手工调整每一测量电路。另一种方法使用微控制器，其中所述微控制器在每一接通过程之后执行调整过程。
在为了检测电流而使用分流电阻的测量电路中，可以考虑在分流电阻处出现的损耗。
按照现有技术，因此在较高功率的逆变器的情况下规定采用变流器，以便测量在逆变器输出端处的电流。对于这些变流器，使用具有在制造时手工调整的方法，用于消除不受欢迎的偏移电压。但是也公知以下的方法，在所述方法中，使用集成到测量电路中的微控制器用于在设备的每一接通过程时调整变流器。
但是利用所述方法不消除由于温度漂移或变流器芯的剩磁而造成的偏差。在此，由于变流器芯的磁滞，通过电流方向的变化而引起剩磁。在运行中所生成的热量或外部温度改变导致了温度漂移，也即发生变流器的误差，该误差归因于变流器构件的与温度有关的特性。
本发明所基于的任务在于，对于开始时所述类型的方法，说明相对于现有技术的改进。还应说明一种用于执行本方法的装置。
通过一种用于测量借助逆变器所生成的被馈入到交流电网中的交流电流的方法来解决该任务，其中，预先规定交流电网的过零信号，其中，由过零信号触发，以以下方式来实现对所测量的交流电流的周期性调整，即预先规定分配给过零信号的调整值(Abgleichwert)，将以相同方式分配给过零信号的测量值调整为所述调整值。
该方法在运行期间也能够实现用调整值来周期性调整由测量电路所检测的测量信号。在此，借助交流电网的过零信号来控制调整。因此一方面实现，与交流电网同步地实现调整，并且也补偿由温度漂移或剩磁所引起的偏差。
在本发明的一种有利的扩展方案中，给电网电流的每一过零分配等于零安培的调整值，并且使在电网电流的过零时所检测的每个测量值与该调整值相适应。于是在电网电流的每一过零时实现调整。将调整值确定为零安培还导致，在无由误差所引起的直流分量的情况下，测量在逆变器输出端处所测量的电流。因此准确的测量输出信号可供逆变器的调节使用，使得与电网电流同步地和在没有直流分量的情况下实现向交流电网中的馈入。
在过零期间的调整还利用借助逆变器所生成的交流电流的特点。在电流方向反向时，电流值在开关元件的转接过程的时间保持恒定。将该时间间隔用于调整测量信号。
此外，如果在每次调整时从调整值和所检测的测量值中求出修正值，并且如果直至下一次调整，作为测量输出信号来输出用修正值所校正的测量信号，则是有利的。这是用于调整测量信号的简单方法，所述简单方法可以要么借助分立的电路，要么借助微控制器来执行。
对于没有相移(即没有无功电流分量)的交流电网有利的是，在过零时刻用调整值来调整测量值。于是与过零信号同步地在没有直流分量的情况下实现到交流电网中的馈入。
在将由逆变器所生成的电流馈入到独立电网(Inselnetz)中时，由于不可补偿的阻抗而通常在电网电压和电网电流之间存在相移。于是有利地在电网电流的过零的时刻，用调整值来调整测量值。
在此有利的是，通过检测电网电压和相移来确定电网电流的过零的时刻，原因在于电网电压的检测本来在逆变器装置之内作为电流馈入的预先规定是必要的。
此外，利用被设置用于执行所要求的方法的装置来解决该任务，其中，设置变流器用于测量交流电流，和其中在变流器的输入端处施加由逆变器所生成的交流电流，和其中在输出端处施加作为测量信号的电压，和其中根据过零信号使测量信号周期性地与调整值相适应。在此，被持续调整的变流器几乎无损耗地工作，由此相对于具有分流电阻的测量电路，改善了逆变器的总效率。
在装置的有利扩展方案中，设置具有至少两个输入端的微控制器，其中，在第一输入端处施加由变流器所生成的测量信号，以及在第二输入端处施加过零信号，和其中此外还给微控制器预先规定变流器的分配给零安培电流值的电压值作为调整值，和其中在微控制器的输出端处可以量取用修正值所校正的测量输出信号。微控制器的采用允许可容易地与具有不同变流器的不同逆变器相匹配的简单装置。
根据要制造的件数，如果设置所谓的采样和保持放大器，其中在该采样和保持放大器的输入端处施加来自变流器的测量信号和过零信号，如果作为输出信号施加输送给运算放大器的正输入端的修正值，和如果还在运算放大器的负输入端处施加测量信号，使得在运算放大器的输出端处可以量取经校正的测量输出信号，则是有利的。在利用分立元件所建立的该电路中不需要微控制器。
以下以示范的方式参照附图来阐述本发明。以示意图的方式
图1示出用于借助分立元件调整测量信号UC的装置，
图2示出交流电网中的电流INETZ的信号变化和所导出的过零信号Sig。
在图1中示出了用于借助整流器(Stromrichter)1测量借助逆变器所生成的交流电流±Ip的装置。将在整流器1的输出端处的测量信号U0连接到所谓的采样和保持放大器2的输入端Uin。给采样和保持放大器2的定时器输入端CK施加过零信号Sig。采样和保持放大器2还经由电容器与作为参考电位的接地电位M相连接。采样和保持放大器2的输出端与运算放大器3的正输入端相连接。用正的和负的电压+V、-V供应该运算放大器3。在运算放大器3的负输入端处，经由第一电阻R1施加由变流器1所输出的测量信号U0。运算放大器3的输出端经由另一电阻R2与负的输入端相连接，使得产生差分放大器。
变流器(Stromwandler)1连接在电源电压UCC上和连接在接地电位M上。大多环形的变流器芯包围要测量的交流电流所流经的线路。借助霍尔传感器检测在变流器芯中的由交流电流变化所引起的磁通，并转换成等效的电压变化。借助接线成差分放大器的运算放大器来放大该电压变化，其中参考电压URef决定相当于输入端处的零安培的该电压的电平。于是测量信号U0的还未经调整的变化施加在变流器的输出端上。
在图1中所示出的具有分立组件的变型方案中，以首先在采样和保持放大器2中形成修正值ΔU的方式来实现调整。为此在施加于定时器输入端CK处的过零信号Sig的每一脉冲时，持续(anhalten)施加在输入端Uin处的测量信号U0。于是直至过零信号Sig的下一脉冲，在此所产生的相对接地电位M的电压值作为修正值ΔU施加在采样和保持放大器2的输出端处。
该修正值ΔU因此也施加在运算放大器3的正输入端处。经由第一电阻R1施加在负输入端处的测量信号U0于是在运算放大器的输出端处产生所调整的测量输出信号UOUT。在此，如此选择电阻R1和R2，使得在变流器输入端处的零安培时，测量信号U0相当于变流器的参考电压URef。
代替具有采样和保持放大器和后接的运算放大器的电路，也可以布置微控制器。该微控制器于是具有至少两个输入端和一个输出端，其中，在第一输入端处施加测量信号U0，在第二输入端处施加过零信号Sig。随着过零信号Sig的每一脉冲，微控制器将测量信号U0的瞬时值作为修正值ΔU来存放，直至下一脉冲为止。于是借助微控制器，以从测量信号U0扣除修正值ΔU的方式计算出所调整的测量输出信号UOUT。在微控制器的输出端处可以量取所调整的测量输出信号UOUT。
在图2中示出了电网电流INETZ的时间上的变化和从中导出的过零信号Sig。过零信号Sig在电网电流INETZ的过零时具有基本上矩形的脉冲，其中，脉冲持续时间相当于逆变器中的开关元件的转接过程在电流流向反向时所需要的该时间间隔。该过零信号Sig于是要么在分立元件装置的情况下被输送给采样和保持放大器，要么被输送给微控制器。在不具有在电流和电压之间的相移的公共电网中，以此方式，电网电压也可以代替电网电流用于推导过零信号。
对于例如馈入到独立电网(Inselnetz)中的情况，电网电流超前或迟后于电网电压，其中在所述独立电网中，具有不可补偿的电容式或电感式分量的阻抗起作用。于是可直接从电网电流的过零中推导出过零信号Sig。但是由于在设置用于电网馈入的逆变器的情况下总归持续地检测电网电压，所以也可以从电网电压的修正了相移的过零中来形成过零信号Sig。

Claims (9)

1.用于测量借助逆变器所生成的被馈入到交流电网中的交流电流(±Ip)的方法，其中，预先规定交流电网的过零信号(Sig)，其特征在于，由所述过零信号(Sig)触发地，以以下方式实现所测量的交流电流(±Ip)的周期性调整，即预先规定分配给所述过零信号(Sig)的调整值，其中使以相同方式分配给所述过零信号(Sig)的测量值与所述调整值相适应。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，给电网电流(INETZ)的每一过零分配等于零安培的调整值，和使在电网电流(INETZ)的过零时所检测的每个测量值与所述调整值相适应。
3.按照权利要求1或2之一的方法，其特征在于，在每一调整时，从所述调整值和所检测的测量值中求出修正值(ΔU)，和直至下一调整，把利用所述修正值(ΔU)校正的测量信号(U0)作为测量输出信号(UOUT)输出。
4.按照权利要求1至3之一的方法，其特征在于，在没有相移的交流电网中，在过零的时刻，利用所述调整值来调整测量值。
5.按照权利要求1至3之一的方法，其特征在于，在具有相移的独立电网中，在电网电流的过零的时刻，利用所述调整值来调整测量值。
6.按照权利要求5的方法，其特征在于，通过检测电网电压和相移来决定电网电流(INETZ)的过零的时刻。
7.用于执行按照权利要求1至6之一所述的方法而设立的装置，其特征在于，设置变流器(1)用于测量交流电流(±Ip)，在所述变流器(1)的输入端处施加由逆变器所生成的交流电流(±Ip)，在输出端处施加作为测量信号(U0)的电压，和根据过零信号(Sig)，使测量信号(U0)周期性地与调整值相适应。
8.按照权利要求7的装置，其特征在于，设置具有至少两个输入端的微控制器，在第一输入端处施加由变流器(1)所生成的测量信号(U0)，以及在第二输入端处施加过零信号(Sig)，此外给微控制器预先规定变流器(1)的分配给零安培电流值的电压值(URef)作为调整值，和在微控制器的输出端处能够量取利用修正值(ΔU)校正的测量输出信号。
9.按照权利要求7的装置，其特征在于，设置所谓的采样和保持放大器(2)，在所述采样和保持放大器(2)的输入端(Uin，CK)处施加来自变流器(1)的测量信号(U0)和所述过零信号(Sig)，作为输出信号施加输送给运算放大器(3)的正输入端的修正值(ΔU)，此外在运算放大器(3)的负输入端处施加测量信号(U0)，使得在运算放大器(3)的输出端处能够量取所校正的测量输出信号(UOUT)。
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