CN103891081B - 用于将电流馈送到电网中的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于以电网频率将电流馈送到三相电网中的方法，三相电网具有带有第一电压、第二电压和第三电压的第一相、第二相和第三相，该方法具有下述步骤：测量第一电压、第二电压和第三电压；根据对称分量法将第一电压、第二电压和第三电压变换成正序电压和负序电压；计算用于馈送到电网的第一相、第二相和第三相的第一期望电流、第二期望电流和第三期望电流，其中计算第一期望电流、第二期望电流和第三期望电流根据正序电压和/或负序电压的至少一个值来执行。

Description

用于将电流馈送到电网中的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于将电流馈送到三相电网中的方法和设备。此外，本发明涉及一种风能设备，所述风能设备配置为将电流馈送到三相电网中。

背景技术

用于将电流馈送到三相电网、例如欧洲联合电网或其一部分中的方法和设备普遍已知。大型发电厂为此使用同步发电机，所述同步发电机直接连接于电网。同步发电机为此以相应的转数运行，所述转数刚好与电网的频率相一致。根据同步发电机的构造形式，例如，在连接于频率为50Hz的电网的四极同步发电机的情况下，转数为每分钟1500转。如果在电网中出现干扰，例如电网负荷不对称(其中例如三个电网相中的一个承受更重的负荷)，那么这直接影响由同步发电机提供的电流。同步发电机的物理上所判决的特性在此又会至少部分地促进电网对称化。但是，同步发电机的这种促进的类型和方式会由于与电网的刚性的耦合而基本上不受影响。

风能设备在90年代还基本上被动地连接于电网，使得所述风能设备能够将基于主要的风力条件当前相应可能的能量馈送到电网中。在90年代末才认识到，风能设备也能够为对电网的电力支持做出贡献。因此，例如德国专利申请DE 100 22 974 A1描述了一种方法，在所述方法中，风能设备能够根据电网频率改变、尤其节流其功率馈送。DE 101 19 624A1提出，在有电网干扰的情况下，也即是尤其在短路的情况下，风能设备对其所馈送的电流进行限制，而不是与电网分离，以便也由此实现电网支持。从WO 02/086315 A1中描述了一种用于通过风能设备进行电网支持的方法，所述方法根据电网电压来设定所馈送的电流的相位角并进而与电压有关地将无功功率馈送到电网中，以便由此支持电网。DE 197 56 777A1同样涉及一种借助于风能设备进行电网支持的方法，其中风能设备同样根据电网电压来减少馈送到电网中的功率，以便由此尤其避免与电网的分离，以便由此实现通过风能设备来支持电网。

风能设备越来越重要。风能设备在电网支持方面也越来越重要。但是，在上面描述的用于电网支持的措施(也可将所述措施称作开拓步骤)在此在一定程度得以改善，使得也考虑到电网不对称性。

在此，考虑电网不对称性有一些问题。首先有问题的是，快速并且准确地检测电网不对称性。此外，在检测到不对称性的情况下出现有目的性地补偿所述不平衡性的问题，这在同步发电机牢固耦合的情况下不可能或仅受限可能。相同的问题在不使用同步发电机而是随后模仿这种特性的系统中出现。

作为现有技术通常还参考文献WO 2010/028689 A1，所述文献涉及具有双馈异步发电机的风能设备。

发明内容

因此，本发明基于下述目的，解决或减少至少一个上述问题。尤其地，实现下述解决方案，在所述解决方案中，应当有目的性地不对称馈送到电网中，以便应对在电网中存在的不对称性。至少要实现一种替选的解决方案。

根据本发明提出根据本发明的实施例所述的方法。

相应地，提出一种用于以电网频率将电流馈送到三相电网中的方法，其中该三相电网具有带有第一电压、第二电压和第三电压的第一相、第二相和第三相。因此，所述方法基于具有一频率、即电网频率的三相系统，其中每相具有自己的电压，所述电压能够不同于其他相的电压。因此，所述方法尤其也考虑不对称的三相系统。

根据一步骤，测量第一电压、第二电压和第三电压并且根据对称分量法将电压变换成正序电压和负序电压。因此，尽管考虑不对称性，但三相电压系统仍能够以简单和通常的方式描述。所基于的是：仅通常称作L1、L2和L3的三个线路引导电流并因此不存在零序或不需要进行描述零序，而是通过正序电压和负序电压进行的描述就足够了。

此外，对用于馈送到电网的第一相、第二相或第三相的第一期望电流、第二期望电流和第三期望电流进行计算。要指出的是，设计并且馈送这样的第一电流、第二电流和第三电流(这三个电流也能够共同称作三相电流)基本上并且明显不同于生成用于控制设备、例如电动机的三相电流。因此，在将电流馈送到电网时通常缺乏对馈送的直接的并且尤其判决性的反应，如其在负载清楚已知的情况中那样。虽然电网也对分别馈送的电流做出反应，但这种反应还是不能与直接存在并且可清楚识别的负载、例如电动机的反应相比。

对第一期望电流、第二期望电流和第三期望电流的计算根据正序电压和/或负序电压的至少一个值来进行。因此，首先提出，在馈送到三相电网中时考虑电网的不对称性并且相应地计算三个要馈送的电流。因此，对于电网不对称性的考虑，提出根据正序电压或负序电压来计算期望电流。由此，能够有目的性地对电网中的相应的不对称性做出反应。

与利用通过星形与电网耦合的同步发电机进行电网馈送的传统大型发电厂相比，现在，提出根据不对称性或在考虑不对称性的条件下有目的性地计算期望电流。

因此，对电网电压的可能的不对称性进行考虑，这造成对要馈送的电流进行计算。因此，电网电压的正序和/或负序对要馈送的电流产生影响。

根据一种实施形式提出，借助于变频器来产生并且馈送相应于用于馈送到三相电压电网中的第一期望电流、第二期望电流和第三期望电流的电流。因此，通过变流器基本上直接进行电流的产生，例如这能够通过脉宽调制来进行。对此，能够在直流中间回路中提供要馈送的能量，从所述直流中间回路开始执行脉宽调制，以便从直流中间回路的直流信号中分别生成振荡的、尤其正弦的电流。

优选地，对此的电能、尤其是用于示例性提及的直流中间回路的电能通过风能设备来提供，所述风能设备将所产生的交流电压能量借助于整流器转换成具有直流电压的能量。由此，尤其能够实现，风能设备或具有多个风能设备的风力发电站用于稳定电网并且尤其用于稳定不对称的电网。至少优选地将电能从风能设备馈送到电网中，使得不会增强可能存在的不对称性，即不会使电网状态变差。

根据一种实施形式，所述方法的特征在于，为了计算期望电流而基于计算相位角并且相位角根据电网故障的检测来确定，尤其利用确定过滤器或过滤块来确定。在此，当没有检测到电网故障时，从电网电压中的一个的检测到的相位角来确定计算相位角。否则，当检测到或假设有电网故障时提出，另外地、尤其从正序电压的相位角中确定计算相位角和/或利用预设的电网频率来确定计算相位角。

因此，确定或计算期望电流没有直接基于在测量三相电压时检测到的相位角，而是计算特定的相位角，所述特定的相位角基于期望电流的计算并且所述特定的相位角因此被称作计算相位角。计算相位角的特征例如应当在于高精确性和/或小噪声。计算相位角例如能够经由确定过滤器或过滤块来确定。所述确定过滤器或过滤块例如能够构成为状态观察器。相位角的计算例如能够如在公开文献DE 10 2009 031 017 A1中结合所述公开文献中的图4描述的那样进行。尤其地，确定能够如在那里描述的从检测到的相位角中确定相位角那样进行。

当检测到电网故障时，计算相位角优选地从正序电压的相位角中确定。在此，为了确定尤其切换到其他源，这也可以作为软件解决方案来执行。为此，提出应用正序电压的相位角。至少在开始出现电网故障时可能的是，正序电压的相位角提供相位角的可靠的值或至少足够可靠的值。通常电网故常也伴随着电压测量的问题。原因例如可能在于：电压不能够或不理想地被测量或者部分不能够或不理想地被测量。另一个问题可能在于，三相系统的电压的测量或检测基于可能在电网故障情况下不再存在的条件。

替选地或附加地提出，在电网故障的情况下为了对计算相位角进行计算而使用预设的电网频率。在最简单的情况下，固定频率、例如额定频率，即例如恰好为50Hz或恰好为60Hz的额定频率恒定地预设并且在最简单的情况下从其经由积分来确定相位角。优选地，将应用预设频率与应用来自正序电压中的相位角组合。这种组合能够进行成，使得确定正序电压并且在此还有负序电压本身使用预设频率，其中相应地也确定正序电压的相位角并且因此利用预设频率来确定。

更优选地提出，尤其在检测到电网故障时，为了计算期望电流，参考正序电压，尤其参考正序电压的相位角。在将电流馈送到交流电压电网、尤其是三相交流电压电网中时的一个重要的方面是用来馈送到电网中的相位角。预设三相期望电流的相位角或为每个期望电流预设相位角以对电网相位角的尽可能精确的认识为前提或尽可能精确的认识是期望的。因此，在馈送三相电流时的问题是对电网相位角的不精确的认识，这例如在存在电网故障时才会出现。同样(可能在不精确的测量的附加问题的情况下)也有问题的是不对称的电网，因为在确定适于这种不对称的情况的相位角时就已经会出现一些问题。

通过参考正序电压分量的相位角，在此能够提出针对这些问题的解决方案。从包含确定正序分量的相位角的正序分量的确定中得出相对稳定的值，所述值同时考虑三相电网的可能的不对称性。因此，作为确定期望电流的参考、即作为正序的相位角或由此计算的电压的相位角的基础，即使针对三相电网中不理想的条件也能够实现合适的期望电流预设。

尤其当在三相电网中存在理想条件时，能够切换到使用电网电压中的一个的所检测的相位角，反之亦然。这种切换优选地在过滤器的输入端侧、尤其在确定过滤器或过滤块的输入端侧来进行。通过使用确定过滤器或过滤块同样能够过滤相应的切换跳变。如果例如计算相位角从所检测的电网电压的相位角中或从正序电压的相位角中如在德国公开文献DE 10 2009 031 017 A1的图4中所描述的那样确定，则确定过滤器或过滤块具有二阶传递特性。在这种确定过滤器的输入端处的切换脉冲或切换跳变相应地对确定过滤器或过滤块的输出端有小的影响并且从而在进一步在计算期望电流时用作参考时仅出现小的或可忽略的问题。

作为另外的实施形式提出一种方法，所述方法的特征在于，将第一电压、第二电压和第三电压变换成正序电压和负序电压包括：将第一电压、第二电压和第三电压借助于离散傅里叶变换(DFT)进行变化，其中尤其地，离散傅里叶变换在线地并且仅在半个周期时长中进行。离散傅里叶变换从所测量的三个相的电压值中为三个相确定复数的电压值，即为三个相电压中的每一个根据幅度和相位来确定电压。也为了能够考虑三相电网的不理想的条件，非常快速地检测电网情况、尤其是快速地检测电网中电压的变化有时对匹配的电流馈送会是重要的或者甚至会具有判决性意义。在使用正序分量和负序分量时，尤其在参照电压的正序分量的相位角时应当也在所述分量中尽可能快地反映电网状态的判决性的变化。相应地，离散傅里叶变换也应当尽可能快地处理。

通常，傅里叶变换并进而还有离散傅里叶变换基于至少一个完整的周期时长。这是作为基础的并且对于正确地执行傅里叶变换是必要的。但是，现在已认识到，将半个周期时长作为基础也可能是足够的。相应地，傅里叶变换、即离散傅里叶变换匹配于此。

优选地，变换在线地进行，即为在每个测量点记录三个电压的值并且将其输入到离散傅里叶变换中，所述离散傅里叶变换同样在每个测量时间点被执行。因此，所记录的测量值也立即影响离散傅里叶变换的结果。当前分别测量的测量值作为新的值输入并且当前半波的其余的、已经在之前测量的值同样输入。因此，电网中情况的变化借助第一测量值有第一影响，在半个周期时长的测量之后，所述变化全面影响离散傅里叶变换的结果。

因此，用于半个周期时长的离散傅里叶变换理解为，在游值的意义下，分别记录当前的测量值直至经过了半个周期时长的测量值并且输入到离散傅里叶变换中。

因此，到新的测量值全面影响离散傅里叶变换的结果的持续时间相对于关于完整的周期长度的传统离散傅里叶变换减半。相应地，离散傅里叶变换加倍快地得出结果或可能的识别时间能够减半。

根据一种实施形式提出一种方法，所述方法的特征在于，将第一电压、第二电压和第三电压变换成正序电压和负序电压替代测量当前的电网频率而使用预定频率。这种预定频率例如可以是电网的额定频率，即在欧洲联合电网的情况中尤其为50Hz或者在USA例如为60Hz。但是，预定频率也可以用另外的方式确定，作为其他的固定值或也通过计算规定或所应用的电网频率从模型中推出。

该实施方式基于下述思想：通过预设电网频率能够影响、尤其是改进变换，尤其在稳定变换的方面。当存在电网故障并且难于测量、能够不精确地测量或甚至不能够测量实际的电网频率时，那么刚好能够使用这种方式。

优选地，作为预定电网频率能够使用经过的测量时间点的电网频率的值。在该情况下，变换针对实际的电网频率的最后的、尤其能可靠测量的值。

一种优选的设计方案提出，该方法的特征在于，期望电流根据对称分量法经由正序电流和负序电流来预设。尤其地，在此，正序通过复数的正序电流分量根据幅值和相位来考虑并且负序通过复数的负序电流分量根据幅值和相位来考虑。

对称分量法作为用于检测存在的不对称的三相系统的方法已知，也就是基本上作为测量方法。现在在此提出，基于根据对称分量法的分解来预设电流。所述预设尤其能够进行成，使得预设两个复数的电流，即正序电流分量和负序电流分量。那么，基于此，分别根据幅值和相位来预设各三个期望电流。

因此，根据一种实施形式，计算第一电流期望值、第二电流期望值和第三电流期望值根据当前的三相电网电压的正序电压和/或负序电压的值来执行，其中要产生的三相电流的具体预设经由正序电流分量和负序电流分量的预设来进行。这在该情况下基于两个完全不同的处理方法或步骤。

在第一步骤中基于三相系统的、更确切地说三相电压系统的实际状态并且所述实际状态借助于对称分量法来描述。

在第二步骤中涉及期望电流，其中完全不同地进行，即通过在图像区域中进行预设。尤其地，能够经由正序分量和负序分量来预设期望的不对称度。同样地，在所述图像区域、即显示区域中通过使用正序分量和负序分量能够预设相位角。基于此，那么，实际的期望电流、即时域中的期望电流被确定并且最后相应地被转换。

优选地，期望电流经由正序和负序来预设。在将所述期望电流转变为时域中的各个期望电流时，所述期望电流优选参考正序电压的相位角，即正序的相位角，所述正序与三相电网中的电压的实际状态相关联。

优选地，根据正序电流或正序电流分量来计算期望电流并且在假设有电网故障的情况下所述期望电流附加地根据负序电流或负序电流分量来计算。因此，尤其能够经由正序电流分量和负序电流分量来预设三相期望电流，反之，根据电网情况使用两个分量，即在有电网故障的情况下，或者在不基于电网故障时，仅使用正序分量。由此，能够考虑电网问题，例如电网故障和/或电网不对称性。

在此，尤其在存在对称无故障电网的情况下提出用于馈送的有效的方法，所述方法在期望电流方面仅考虑正序电流分量，所述正序电流分量基本上反映出对称电网。如果电网在数学意义上是完全对称的，那么反向电流分量得出为零，并且相应地，在可能基于小的不对称性时，反向电流分量变得非常小。因此提出，在适当的情况下省去对反向电流分量的考虑。出于完整性，要指出的是，术语“反向电流分量”表示负序电流分量，并且术语“正向电流分量”表示正序电流分量。电网可以称作电压电网，以强调：电网基于电压工作。

根据一种优选的实施形式，该方法的特征在于，正序电流或正序电流分量和负序电流或负序电流分量根据正序的有功功率分量的预设、正序的无功功率分量的预设和/或负序电流分量的幅值相对于正序电流分量的幅值的商的预设来确定。

由此，能够以简单的类型和方式来预设有功功率分量和无功功率分量。优选地，使用反向电流分量，以便抵抗三相电网的不对称性。与此无关，能够经由正序电流分量来预设要馈送的电流的有功功率分量和无功功率分量。这尤其在期望电流的馈送参考正序电压的相位角时才有利和有意义的。因此，能够实现基本上匹配于对称的电压分量来馈送对称的电流分量并且同时在检测和馈送时考虑不对称性。

预设不对称度或对不对称度典型的量能够以简单的方式在经由正序分量和负序分量预设三相期望电流的情况下当其商即正序分量与负序分量之商被确定时进行。替选地，也能够替代固定值而预设不对称度的上限。

优选地，负序电流分量与正序电流分量无关地设定和/或改变。因此，例如，首先能够根据幅度经由正序电流分量来预设基本上要馈送的功率、尤其是有功功率。相应地，由此(简言之)总电流在其幅度上一阶近似地预设。在预设复数的正序电流分量时，也经由相位角进行有功功率和无功功率或有功功率分量和无功功率分量的划分，如上文中描述的那样。

通过负序电流分量，首先能够基本上预设不对称性。尤其地，尤其根据质量和数量，能够实现不对称分量，至少部分地预设对电压电网中的不对称性的补偿。相应地，使用正序电流分量和负序电流分量在预设要馈送的三相电流时获得高的自由度。正序电流分量的大小尤其也主要由风能设备的可用的功率并且在此根据主要的风力条件来设定。

优选地，该方法在线地执行。尤其地，优选所有方法步骤在线地执行。由此，能够尽可能快地对可能的电网变化做出反应并且电流的馈送相应地匹配。尤其地，所描述的实施形式配置用于如尤其对于将所检测的三相电压系统变换成正序电压分量和负序电压分量的情况那样的在线执行。尤其地，所描述的匹配于仅半周期时长的使用的离散傅里叶变换能够实现用于检测和馈送电流的方法的这种在线执行。

根据本发明，此外提出一种风能设备，所述风能设备使用至少一个所描述的实施形式的用于将电流馈送到三相电压电网中的方法。

根据本发明，此外提出一种具有多个这种风能设备的风力发电厂。这种风力发电厂能够采用下述数量级的现代风能设备，所述数量级能够实现对电网的显著影响，尤其是对电网的支持并且还有电网中电流的质量改进。

在此，风力发电厂理解为多个风能设备的积聚，所述风能设备彼此相互影响，尤其使用用于将电流馈送到电网中的一个或多个共同的馈送点。

附图说明

在下文中，根据实施例参考所附的附图来示例性阐述本发明。

图1示出风能设备。

图2示出用于阐述根据本发明的方法的实施形式的概览图表。

图3示出图2的计算框的细节。

具体实施方式

图1示出风能设备，所述风能设备尤其实现根据本发明的方法并且对此具有至少一个带有相应的控制装置的变频器，以便借此馈送到三相电网中。

根据图2的本发明的实施形式的结构基于三相电网10，变流器12经由输出端扼流圈14并且经由变压器16馈送到所述三相电网中。变压器16具有初级侧18和次级侧20。变压器16经由次级侧20与三相电网10连接，并且初级侧18经由输出端扼流圈14与变流器12连接。

变流器12经由直流电压中间回路22被供给直流电流或直流电压，优选地，直流电压中间回路22由风能设备或风能设备的发电机供电，在所述直流电压中间回路中，通过发电机产生的电流借助于整流器整流并且馈送到所述直流电压中间回路22中。

因此，变流器12从直流电压中间回路22的直流电流或直流电压中产生三相交流电流，所述三相交流电流具有三个单独电流i₁、i₂和i₃。三相交流电流或三个单独的电流借助于脉宽调制来产生。对此所必需的脉冲借助于根据相应的公差范围块24的公差范围控制来预设。公差范围块24对此包含作为期望值的要控制的电流i₁、i₂和i₃。

通过公差范围块24基于电流期望值对切换时间的计算以基本上已知的方式和方法根据公差范围方法来进行。因此(简而言之)在下述情况下引起对相应的半导体开关的切换操作以产生或结束脉冲：电流实际值偏离公差范围，也就是说超过相应的期望值多于一个公差值，或者低于相应的期望值多于一个公差值。基本上，也能够使用其他的方法，代替所述公差范围方法。

本发明的一个主要方面是确定这些期望值i₁、i₂和i₃和/或这三个电流的变化。在此，期望电流的变化也结合电网特性来理解或评估。

为了根据需要馈送到电网中(替代术语“电网”也能够同义地使用术语“网络”)设有测量过滤器26，所述测量过滤器测量电网的三个相的电压并且对此分别具有测量电阻28和测量电容30，即电容器。为每个相设有这些元件，并且根据图2对变压器16的初级侧18处的电压进行测量。替选地，能够在变压器16的次级侧20上或者也在电网10的其他位置上进行测量。为了执行对三相电网的测量，也参照德国专利申请DE 10 2009 031 017 A1，所述专利申请在其图3中公开了一种测量过滤器，所述测量过滤器相应于该图2的测量过滤器26。

将所测量的电压U_L1(p)、U_L2(t)和U_L3(t)输入到变换块32中，所述变换块计算在一个时间点将在极坐标中测量的电压值变换成具有幅值和相位的复数量，即电网电压U_N作为幅值并且角度φ_N作为相位。相位角涉及第一电压。计算能够如下执行，其中U₁、U₂和U₃分别表示电压U_L1(t)、U_L2(t)和U_L3(t)的瞬时电压值：

此外，所述方程和下面对其的阐述在已经提及的德国公开文献DE 10 2009 031017 A1中推出。

这样确定的电网电压U_N和这样确定的电网相位角φ_N输入到也可称作为SO1块的状态观察器块34中。状态观察器块34的用于相位角的输入端还具有状态开关36，所述状态开关能够根据电网中可能的故障情况来切换，使得替代作为变换块32的输出端的电网相位角φ_N，能够将其他的相位角输入到状态观察器块34中，这在下文中进一步阐述。

状态观察器块34作为所观察的状态量输出估计量U作为估计的电网电压的有效值和输出所估计的相位角φ作为电网相位角的估计值。

变换块32结合状态观察器块34的可能的实施方案也能够在已经提及的德国公开文献DE 10 2009 031 017 A1中推出。对此参照图4连同与其相关的描述。变换块32例如能够与所述公开文献的图4的块6一样地构成。状态观察器块34例如能够与具有块10和12的块F1一样地构成。

所估计的相位角φ直接输入到判决块38中。判决块38计算三相电流i₁(t)、i₂(t)和i₃(t)的期望值。所述期望电流形成公差范围块24的输入端并且从而形成在变流器12中执行的调制的基础。所估计的相位角φ对此是重要的基本量，因为仅在了解电网中的相应瞬时的相位角时可以在运行的交流电流电网中馈送交流电流。尽管如此，判决块38至少间接考虑其他信息，即估计的电网电压U、要馈送的有功功率和/或无功功率的可能的预设值以及是否存在或可能存在(重大的)电网故障的信息。这些信息最后经由PQ控制块40到达到判决块38中。判决块38执行对期望电流i₁(t)、i₂(t)和i₃(t)的计算或确定，其中所基于的计算与是否已识别出电网故障相关。出于该原因，也为所述块38选择术语“判决块”。判决块38的内部计算在下文中予以更详细地解释。用于PQ控制块的其他信息同样在下文中再次给出。

判决块38使用：分解成正序和负序，这在下文中予以更详细地解释。相应地，正序电流或正序电流分量I ⁺和负序电流或负序电流分量I ^-分别形成判决块38的输入量。判决块38(至少在不存在电网故障时)基于正序，所述正序在本申请中通常通过上标的加号表示，而负序分量通过上标的减号表示。换言之，图2的系统、尤其在判决块38中的计算参考正序分量。

将测量到的电压U_L1(t)、U_L2(t)和U_L3(t)分解成正序或负序在计算块42中执行，所述计算块为此使用预设频率f_set。所述频率在最简单的情况下能够为假设的电网频率，即例如在欧洲联合电网中为50Hz或在US美国电网中为60Hz。但是，也能够选择其他值，必要时也能够选择变化值。

此外，判决块38至少还获得根据在计算块42中对三相电压的变换的负序的相位角φ _{U fest}，作为输入信号。此外，判决块38获得作为是否基于电网故障的指示器的标志，作为输入。在判决块38中对三个期望电流i₁(t)、i₂(t)和i₃(t)执行的计算与标志的值有关地执行。

如果标志为0，那么不存在故障情况，如下计算三个电流：

因此，相应的期望电流的相应的瞬时值基于正序期望电流I⁺的幅值、估计的电网相位角φ和正序的期望电流的相位角φ _I ⁺。在此，估计的电网相位角φ关于第一相给出电网电压的分别当前的绝对相位角。正序电流分量的相位角φ _I ⁺关于电网电压的相位角φ给出正序的电流的相位角。

当标志采用值1时(Flag＝1)，基于电网故障。属于这种电网故障或电网干扰的是：

-角度稳定性的损失，

-出现独立电网形成，

-出现三相短路，以及

-出现双极短路。

在已经提及的公开文献DE 10 2009 031 017 A1中也得出这种电网干扰的类型的其他实施方案。这种电网故障的出现尤其也会引起，所检测的电网状态、尤其是相位角φ和电压值U被错误地检测和/或很差地适合于或不适合于要馈送的电流的定向。因此，对于基于电网故障的情况，判决块38中的计算(通常来讲)更强地基于在计算块42中确定的量，并且进而更强地基于预设频率f_set。这仅要用于普遍的阐述并且就此而言预防性地指出，计算块42的计算经由正向电流分量I ⁺和反向电流分量I ^-的确定输入到判决块38中并且就此而言在不假设有网路故障的情况下对于判决块38中的计算是重要的。

在假设有电网故障的情况下(Flag＝1)，在计算或确定期望电流i₁(t)、i₂(t)和i₃(t)之后在下面提出三个步骤。下面的计算步骤(并且还有在没有电网故障的情况下)在每个时间点进行，在每个时间点针对三个期望电流i₁(t)、i₂(t)和i₃(t)分别将瞬时值传送给公差范围块24。

在第一步骤中，对于正序和负序分别如下计算cos分量I ^+C和I ^-C以及sin分量I ^+S或I ^-S：

在第一步骤的上述方程组中，I ⁺表示正向电流分量的幅值并且相应地I ^-表示反向电流分量的幅值。φ _I ⁺或φ _I ^-表示正序或负序的相位角。所述角根据图2的结构没有明确地传送给判决块38，但是为复数的正向电流分量I ⁺或复数的反向电流分量I ^-的固有组成部分。如在下文中还要阐述的如在计算块42中确定的电压的负序分量的相位角直接传送给判决块38。

要注意的是，在计算块42中进行将三相电网电压分解成正序分量和负序分量，即基于基本上已知的对称分量法。所述对称分量法也基于根据PQ控制块40来确定电流的正序分量和负序分量。这两个电流分量作为复数值传送给判决块38。当根据计算块42对电网电压的所述分解在理想情况下为电网电压的实际状况的表示时，在PQ控制块40中划分成电流的正序和负序包含期望的要馈送的电流的表示或准备期望的要馈送的电流的表示。因此，电流的正序和负序的表示例如能够包含电流相对于电压的所期望的相位移动，以便馈送期望的无功功率分量。

从这样所计算的正序和负序的cos分量和sin分量I ^+C、I ^+S、I ^-C、I ^-S中现在在第二步骤中如下计算辅助电流值i^*和辅助角度值φ^*：

最终，在第三步骤中，从辅助电流值i^*和辅助角度值φ^*中为每个期望电流i₁(t)、i₂(t)和i₃(t)分别如下计算在所涉及的时间点的值。

要注意的是，在所述第三步骤中，为三个期望电流i₁(t)、i₂(t)和i₃(t)计算三个单独的值。这在每个计算时间点进行，也就是对每个周期时长多次进行。还要注意的是，辅助电流值i^*和辅助角度值φ^*在每个时间点都变化。因此，根据这些值的变化，所述步骤3的计算的结果不一定得到对称的三相电流系统，虽然步骤3的计算的三个方程的不同之处仅在于2/3π或4/3π的角度偏差。因此，三个电流的不对称的预设并进而不对称的馈送同样与对称的馈送一样可能。当没有出现电网故障时，也就是当Flag＝0时，同样内容通常也同样适用于上文所述的在判决块38中对期望电流i₁(t)、i₂(t)和i₃(t)进行的计算。

图3示出在图2中示出的整体结构的计算块42的细节。因此，检测所测量的电网电压u₁(t)、u₂(t)和u₃(t)并且据此在称作为半周期DFT的变换块50中变换或换算成复数的电压U ₁、U ₂和U ₃。这些复数的电压U ₁、U ₂和U ₃在理想情况下仅为对所测量的电压u₁(t)、u₂(t)和u₃(t)的另外的表示并且以具有固定频率的正弦曲线为前提。

三个复数的电压U ₁、U ₂和U ₃因此限定三相电压系统，但是，所述三相电压系统可以是不对称的。相应地，基于对称分量法将所述三相系统分解成正序分量和负序分量。正序系统分量、即其幅值U⁺ _fset和其相位φ_U ⁺ _fset在正序变换块52中计算，并且负序系统分量、即其幅值U^- _fset和其相位φ_U ^- _fset在负序变换块54中计算。也可简单地称作DFT变换块的半周期DFT计算块50以及正序变换块52和负序变换块54为其计算使用所设置的、从外部输入的频率f_set或由此计算的角度φ_fset。预设的或规定的角度φ_fset通过预设的或设置的频率f_set在积分块56中积分得出。

对也可称作为正序分量的正序以及对也可称作为负序分量的负序的计算基本上从对称分量法的原理中已知。在此，将所谓的相量的不对称的三相系统划分成正序、负序和零序。正序具有与所基于的三相系统相同的旋转方向，而负序具有相对于原始系统相反的方向。正序从本市来看并且负序本身来看分别是对称的。零序表示下述系统，在所述系统中，所有的相量具有相同的方向和相同的长度。所述零系统补偿与从原始系统的加和的零的可能的偏离。但是，在当前情况下(也由于零线不存在或没有被考虑)不考虑并且进而也不计算零系统，而是仅考虑和计算正序或正序分量以及负序或负序分量。

从不对称的三相系统计算正序和负序对于本领域技术人员从教科书中已知并且就此而言在此不详细阐述。

计算复数的电压值U ₁、U ₂和U ₃基于基本已知的离散傅里叶变换法，也简称为DFT。在离散傅里叶变换中，将周期信号以一一对应的、即可逆的方式描述为恒定分量、基本振荡和其谐波振荡的叠加即在最简单的情况下，恒定分量或谐波振荡都不存在或者这些分量都可忽略。在该情况下，省去所描述的相应分量并且仅使用根据幅值、相位和频率对信号的描述。为了执行这种离散傅里叶变换，检测周期信号的周期时长。如同在欧洲联合电网中的电压的情况如此，如果存在频率为50Hz的正弦信号，那么周期长度为T＝1/f＝1/50Hz＝20ms(这同样能够转用于例如在U.S.A中的60Hz电网)。因此，对于50Hz的电压电网的电压信号的离散傅里叶变换而言，需要至少20ms。当要在电网中快速地对电网故障做出反应时，所述时间能够是非常长的。

现在提出，仅使用要变换的信号的半个周期长度。因此目前，每个电压信号U₁(t)、U₂(t)和U₃(t)分别仅考虑半个周期长度。在此也称作半周期DFT的经修改的DFT的结果在变换块50中计算并且输出。相应地，为三个电压相中的每一个得出电压幅值U_i和电压相位φ _{U i}。变量“i”能够采用值1、2或3并且相应地称作第1相、第2相和第3相。

所述计算针对每相进行计算，这通过索引i来表示，因此所述索引根据相位采用值1、2或3。因此，首先借助于分别给出的积分计算第一电压分量U_i’和第二电压分量U_i”。因此，即计算从0到的确定的积分。在此，并且因此计算关于半个周期时长T的确定的积分。对于第一电压分量U_i ^C*还要考虑缩放因数K_C，并且对于第二电压分量U_i ^S要相应地考虑缩放因数K_S，其中这两个缩放因数也可以是相同的。两个所示的积分能够以不同的方式计算。例如，也考虑的是，执行理事计算，尤其是在考虑如下情况下：相应的电压值u_i(t)存在于过程控制计算机中并且进而也作为采样值存在于变换块50中。这种或相似的积分形成例如在过程控制计算机中的具体转化对本领域技术人员是常用的。通常要指出的是，第一电压分量U_i ^C和第二电压分量U_i ^S能够解释为虚数部分和实数部分。

在针对第一电压分量和第二电压分量计算两个积分时，要注意的是，分别考虑经过直至半个周期时长的电压值u_i(t)。在频率为50Hz的正弦电压信号(为了列举实际例子)的情况下，半个周期时长为10ms。因此，大约在10ms之后通过经修改的DFT或半周期DFT完全检测变化。但是，第一影响已经在其出现时有这种改变。因此，在图3的变换块50中提出的对复数的电压值、即U ₁、U ₂和U ₃的变换或计算能够非常快速地执行。变换块50所使用的采样频率例如能够为5KHz，并且因此每隔200μs得出计算值。因此，200μs(在本例中)是到电网电压的变化的第一影响在所计算的复数的电压值中反映出来的持续时间。

相应地，也大约在该时间之后得出在正序和负序的值中的影响，也就是针对U⁺ _fset、φ _{U fset}、U^- _fset和φ _U ^- _fset进行设定。

图2示出在计算块42中为正序和负序计算的分量的如下的其他应用。

状态开关36根据故障信号、即标志来切换。当Flag＝0时，也就是当以不存在电网故障为出发点时，切换状态开关36，使得在变换块32中计算的电网相位角φ_N用作为用于状态观察器块34的输入量。

然而，如果基于有电网故障，Flag＝1并且切换状态开关36，使得相位角φ _U ⁺ _fset、即所计算的正序的相位角形成状态观察器块34的输入、即输入角。因此，在该情况下，正序的相位角形成状态观察器块34的基础。这也能够解释成，在任何情况下，关于相位角都参考正序。

负序的相位角φ _U ^- _fset形成判决块38的输入信号。所述角度在判决块38中对于基于有电网故障的情况是必要的，如已经在上文中结合在判决块38中的计算或过程所阐述的那样。就此而言，在假设有电网故障的情况下判决块38将正序的和负序的相位角结合并且就此而言考虑电网电压的不对称性。如所阐述的那样，在该情况下，负序的相位角φ _U ^- _fset直接地并且正序的相位角φ _U ⁺ _fset间接地与状态观察器块34的状态观察相关。

在计算块42中计算的正序的电压幅值U⁺ _fset和负序的电压幅值U^- _fset在PQ控制块40中使用。在PQ控制块中确定基本期望的要馈送的电流，即关于全部三个要馈送的电流。也可称作预设的确定相应地分别给出复数的正序电流I ⁺和复数的负序电流I ^-。因此，至少基于下述可能性：三相电流是不对称的并且因此使用根据对称分量法的描述。PQ控制块40虽然使用在计算块42中得出和提供的电压幅度U⁺ _fset和U^- _fset，但是对正序电流分量I ⁺和负序电流分量I ^-的计算执行各自的计算，即分解成正序和负序。

对预设电流的计算可以考虑不同的预设，即要馈送的有功功率分量，尤其是正序的有功功率分量P⁺和要馈送的无功功率分量，即尤其是正序的有功功率分量Q⁺。此外，可以考虑负序的电流的I^-与正序的电流I⁺的幅值关系，即I^-/I⁺。所述商是用于三相系统的不对称性的度量，所述度量通过正序分量和负序分量来描述。

此外，PQ控制块40考虑控制判据，从所述控制判据中能够推导出电网故障，并且在基于不存在电网故障的情况下，生成已经阐述的采用值0的标志，并且在基于存在电网故障的情况下，采用值1。这种故障判据例如能够是大的频率变化、相位的下降或还有全部相的幅度的大的减小或下降。但是，故障判据也能够是直接信号，所述直接信号已经是外部分析的结果或者所述信号由电网运营商传送并且必要时在此也详细说明电网故障的类型。

PQ块可以以不同的类型和方式构成。例如，能够同时考虑U⁺ _fset和U^- _fset和U。例如，基本上是合成值的U⁺ _fset和U^- _fset不一定正确地描述代表真实电压的U。因此，U⁺ _fset和U^- _fset例如可以具有频率错误。根据具体情况，使用一个值或另一个值或两个值。

Claims (14)

1.一种用于以电网频率将电流馈送到三相电网中的方法，该三相电网具有带有第一电压、第二电压和第三电压的第一相、第二相和第三相，其中电能借助于风能设备产生并且馈送到所述三相电网中，并且该方法具有下述步骤：

-测量所述第一电压、第二电压和第三电压；

-将所述第一电压、第二电压和第三电压根据对称分量法变换成正序电压和负序电压，

-计算用于馈送到三相电网的所述第一相、第二相和第三相中的第一期望电流、第二期望电流和第三期望电流；

-其中对所述第一期望电流、第二期望电流和第三期望电流的计算根据所述正序电压和/或所述负序电压的至少一个值来执行；

-为了计算所述第一期望电流、第二期望电流和第三期望电流而基于计算相位角(φ)；其中

-当没有检测到电网故障时，所述计算相位角(φ)从电网电压中的一个的所检测的相位角来确定，和/或

-当检测到电网故障时，所述计算相位角从所述正序电压的相位角来确定和/或在使用预设的电网频率(f_set)的情况下来确定，

-借助于变频器产生与用于馈送到所述三相电网中的所述第一期望电流、第二期望电流和第三期望电流对应的电流并且将与用于馈送到所述三相电网中的所述第一期望电流、第二期望电流和第三期望电流对应的电流馈送到所述三相电网中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算相位角(φ)根据电网故障的检测来确定。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在使用确定过滤器或过滤块(34)的情况下来确定计算相位角。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在检测到电网故障时，对于所述期望电流的计算，参考所述正序电压和/或参考所述正序电压的相位角。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述第一电压、第二电压和第三电压变换成正序电压和负序电压包括：借助于傅里叶变换(DFT)来变换所述第一电压、第二电压和第三电压，其中所述傅里叶变换在离散地执行和/或执行仅半个周期时长。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述第一电压、第二电压和第三电压变换成正序电压和负序电压使用预定频率。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，相比于对当前的电网频率的测量，而使用经过的测量时间点的电网频率的值、电网频率的额定值和/或外部预设值，作为预定频率。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述期望电流根据对称分量法经由正序电流和负序电流来预设，和/或通过复数的正序电流分量根据幅值和相位来考虑正序并且通过复数的负序电流分量根据幅值和相位来考虑负序。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述期望电流根据正序电流或正序电流分量并且在假设有电网故障的情况下附加地根据负序电流或负序电流分量来计算。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，正序电流或正序电流分量以及负序电流或负序电流分量根据正序的有功功率分量的预设值、正序的无功功率分量的预设值和/或负序电流分量的幅值与正序电流分量的幅值之商的预设值来确定。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，负序电流分量与正序电流分量无关地设定和/或变化。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在线地执行方法和/或在线地执行所有方法步骤。

13.一种风能设备(100)，所述风能设备包括发电机和变频器，所述风能设备使用根据权利要求1至12中任一项所述的用于馈送电流的方法或者在所述风能设备中实施根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中

-以电网频率将电流馈送到三相电网中，该三相电网具有带有第一电压、第二电压和第三电压的第一相、第二相和第三相，其中

-电能借助于所述风能设备产生并且馈送到所述三相电网中，其中

-变流器(12)经由中间回路(22)来供电，所述中间回路又被发电机馈送，其中由所述发电机产生的电流借助于整流器整流并且馈送到所述中间回路(22)中，

-所述变流器(12)从所述中间回路(22)产生三相交流电流，所述三相交流电流具有三个单独电流(i₁，i₂，i₃)，

并且所述风能设备还包括：

-测量过滤器(26)，用于测量所述第一电压、第二电压和第三电压；

-变换块(32)，用于将所述第一电压、第二电压和第三电压根据对称分量法变换成正序电压和负序电压，

-判决块(38)，用于计算用于馈送到电网的所述第一相、第二相和第三相中的第一期望电流、第二期望电流和第三期望电流；

-其中对所述第一期望电流、第二期望电流和第三期望电流的计算根据所述正序电压和/或所述负序电压的至少一个值来执行；以及

-为了计算所述第一期望电流、第二期望电流和第三期望电流而基于计算相位角(φ)；其中

-当没有检测到电网故障时，所述计算相位角(φ)从电网电压中的一个的所检测的相位角来确定，和/或

-当检测到电网故障时，所述计算相位角从所述正序电压的相位角来确定和/或在使用预设的电网频率(f_set)的情况下来确定，

-所述变流器(12)用于借助于变频器产生与用于馈送到所述三相电网中的所述第一期望电流、第二期望电流和第三期望电流对应的电流并且将与用于馈送到所述三相电网中的所述第一期望电流、第二期望电流和第三期望电流对应的电流馈送所述三相电网中。

14.一种风力发电厂，所述风力发电厂具有多个风能设备，具有至少一个根据权利要求13所述的风能设备。