CN107251357B - 滤波器监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于交付电功率、尤其交付再生产生的电功率的装置，其具有至少一个变流器(5、6、11、12)和至少一个滤波器(7、8、9、14a、14)用于使变流器的功率交付匹配负载阻抗。本发明的目的是，提供一种用于交付电功率的装置以及用于运行交付电功率装置的相应方法，该方法允许改善地监测滤波器更确切地说电源滤波器的功能性，由此实现装置，即，设置用于确定至少一个滤波器中的至少一个滤波器电流的器件(7’、8’、9’、14a’、14’)，该器件构造为能够在装置运行期间确定至少一个滤波器电流，对此设置有比较器件，该比较器件在使用滤波器电流的理论值和实际值以及预定的误差标准情况下产生错误信息信号。

Description

滤波器监测系统
技术领域
本发明涉及一种用于将电功率、尤其再生产生的电功率交付给负载阻抗的装置，该装置具有至少一个变流器和至少一个滤波器。此外，本发明涉及一种用于运行用于将电功率、尤其再生产生的电功率交付给负载阻抗的装置的方法，该装置具有至少一个变流器和至少一个滤波器。最后，本发明还涉及一种用于运行根据本发明的方法的计算机程序产品。
背景技术
用于将电功率交付给负载阻抗的装置通过变流器交付电功率并且通常具有滤波器，以便使变流器的功率交付与负载阻抗匹配。这种装置的典型示例例如是光伏设备和风力发电机，它们将其电功率交付给负载或负载网络。装置的滤波器这时能够实现使变流器的功率损失最小化并且通常还用于抑制或减少将谐振动交付给负载。滤波器的正确的功能性对于装置与负载阻抗的匹配非常重要。如果滤波器过分偏离确定的规范，可出现装置的高的损失功率。这可由于滤波器的不足的功能性而导致设备的完全停止运转或破坏。尤其具有高功率交付的装置(例如在MW范围内的风力发电机)需要与负载阻抗(即，例如电网)的最佳连接，以便使损失功率和停止运转最小化。同样，减少变流器由于使用的开关频率而交付的谐振动(谐波)是使用的滤波器的一个重要功能。谐振动可在负载中引起干扰并且因此必须通过滤波器充分地抑制。尤其在将电功率交付给电网时，在此应考虑到电网运营商的要求，其规定了阻抗匹配以及谐波的谐振动的最高值(例如1kHz至10kHz)。但每个滤波器或滤波器组的正确的功能性对于用于将电功率交付给负载阻抗的装置的使用来说是重要的。
在现有技术中，由US文献US 8 898 025 B2已知，在风力发电机从预加载到正常运行的过渡期间通过比较算出的和预定的无功功率确定存在的滤波器的功能性。在此使用测量传感器，其用于测量输出功率。虽然由现有技术已知的方法允能验证风力发电机的滤波器更确切地说电源滤波器的功能性，然而使用的测量用互感器设计成用于风力发电机的相对高的输出功率。但输出电流是在滤波器更确切地说电源滤波器中出现的电流的10至100倍。因此，已知的方法仅能非常不精确地确定滤波器的功能性。因此，测量不能精确地反映各结构组的具体问题，例如由于老化或在装配时使用错误的构件。此外，可仅仅在设备的起动过程中验证滤波器，从而可仅在下次的起动过程中确定滤波器的缺陷。因此，存在的风险是，由于有缺陷的滤波器而出现风力发电机的损坏或由于计划外的维修时间而减少运行时间。这尤其对于很难接近的装置(例如海上风力发电机)是有问题的。
最后，由欧洲专利申请EP 0 645 866A1已知一种用于监测滤波器的每个相的在滤波器电流和滤波器电压之间的相位角的方法，以便验证滤波器的在理论频率的范围中的最佳的功能。由该专利申请不能得知针对滤波器电流的预定的理论值对滤波器电流进行监测。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种用于交付电功率的装置以及一种用于运行用于交付电功率的装置的相应的方法，其可改善地监测滤波器更确切地说电源滤波器的功能性。
根据本发明的第一教导，提出的目的由此实现，即，设置有用于确定至少一个滤波器中的至少一个滤波器电流的器件，该器件如此构造，即，其能够在装置的运行期间确定至少一个滤波器电流。
不同于现有技术，明确使用了用于确定至少一个滤波器电流的器件。由此可不仅在起动过程期间，而且总在滤波器加载有电压期间，即，例如在预加载期间、在停车状态中或在功率交付的正常运行中，监测滤波器。借助确定的滤波器电流值可在设备的运行期间持久控制滤波器的功能性。不同于由现有技术已知的方法和已知的装置，用于确定滤波器电流的器件可没有问题地适应于滤波器电流的量级，从而在确定滤波器电流时实现更高的精度。结果可通过根据本发明的装置持续地或在确定的时间监测滤波器的功能性。更精确的滤波器电流确定还能够实现提早地得出老化过程或电源滤波器与其预定的规格的偏差。因此，例如已经可计划在出现装置停止运转之前安排维修或更换。例如，持续监测滤波器电流还使得能够在定期维护装置时可更换与规格有偏差的构件，只要确定的滤波器电流给出了对此的启示。由此可应对突然的停止运转。
按照根据本发明的装置的第一设计方案，用于确定至少一个滤波器电流的器件具有至少一个电流传感器以用于测量至少一个滤波器的至少一个相中的电流。用于将电功率交付给负载网络的装置通常三相地构造。滤波器以与装置的功率输出并联的星形连接或三角形连接运行。例如如果在至少一个滤波器的仅仅一个相中在使用电流传感器的情况下执行电流测量，可以最小的花费在滤波器的星形连接中探测到几乎所有的可能的误差源，尤其与分量的标称值的偏差。如果电源滤波器的两个相的滤波器电流例如通过借助于电流互感器的差动测量来测量，还可监测呈三角形连接拓扑的滤波器的所有分量的功能。显然，同样也适用于测量所有的三个滤波器电流相。
如果根据装置的另一设计方案设置至少一个电流传感器，其构造成用于测量至少一个滤波器的两个相的差动电流，可以最小的花费在星形连接以及三角形连接中进行滤波器监测，即，与相应的滤波器的拓扑无关，并且同时确定所有可能的潜在误差。
优选地，在测量滤波器电流时使用感应式电流互感器(其例如具有铁芯)、罗氏电流互感器或具有霍尔传感器的电流互感器，这对于本领域技术人员来说是熟知的。这些传感器的特征在于低的成本和足够的精度。但还可考虑电流传感器的其他的实施方案，例如分流器。
根据装置的另一设计方案，设置有至少一个滤波器组，其中，用于确定滤波器电流的器件能够实现至少部分地确定各滤波器组的滤波器电流，从而可监测各滤波器组的功能性。根据定义，滤波器组包括多个滤波器。例如如果各滤波器匹配特定的频率，例如开关频率或其谐波，此时使用滤波器组。另一原因可在于，装置的功率交付很大，例如至少为1.5MW或以便通过使用可用的零件和构件来保证成本有利的滤波器构造。多个滤波器组还在交付至少1.5MW的功率时予以使用，以便使用成本更有利的结构元件。滤波器组还可利用根据本发明的装置单独地进行监测。
如果根据另一设计方案的用于交付电功率的装置具有电源接口并且设置有至少一个电源滤波器，可确保在电网处的装置的更可靠的运行。在运行期间的电源滤波器监测保证了在偏离正常运行时可事先进行干预。尤其在具有功率超过1.5MW的装置中可通过有针对性的维护措施，例如通过提早更换滤波器的电容来缩短停机时间并且提升装置的经济性。
根据另一设计方案，用于交付电功率的装置是具有双馈异步发电机的风力发电设备或具有同步发电机的风力发电设备。在使用双馈异步发电机时，仅仅将产生的电功率的一部分引导通过变流器，而在使用同步发电机时，将整个功率引导通过变流器。在此，涉及哪种类型的同步发电机是无关紧要的，例如电激励或由永磁体激励。电源滤波器的正确的功能性通过电源滤波器监测来确保风力发电设备在电网处的高的可用性并且预防由于滤波器的停止运转而可能损伤风力发电设备。在具有双馈异步发电机的风力发电设备中，还可在使用时对不同地布置的滤波器组(其例如设置在定子和电网之间、设置在电网侧的变流器和电网之间或设置在定子和电网侧的变流器的连结点与电网之间)单独地进行监测，以便因此实现装置的最佳的运行。然而，还可考虑将根据本发明的装置用在将再生产生的电功率交付到电网中的、具有变流器的其他装置中，例如光伏设备或水力发电厂。
优选地，至少一个滤波器构造为吸收电路，高通滤波器、低通滤波器、RC滤波器或构造为高阶滤波器。通过监测不同的滤波器类型可尤其还在遵循电源接口参数方面进一步改进监测用于交付电能、例如将电能交付给电网的装置的运行。例如可在确定滤波器停止运转时以变化的开关频率使装置运行，以便补偿滤波器的停止运转并且进一步遵循电源联接条件。
根据装置的另一设计方案设置有比较器件，其在使用滤波器电流的理论值和实际值以及预定的误差标准的情况下产生错误信息信号(S)。在使用滤波器的三个相的电压值的情况下确定理论值。在考虑测量滤波器的一个相、两个相或所有的三个相的电流时，此时可算出实际值。借助相应的滤波器的结构元件的已知的标称值，其例如可预定为参数，或借助初始测量滤波器的实际的特征值，可基于了解滤波器的每相上的电压值算出在任何时间点的滤波器电流的参考值。为了简单起见，它们被作为αβ或αβ0分量计算出来。
在测量滤波器电流的所有的三个相L1、L2和L3时，可根据以下等式算出αβ0分量：
Figure BDA0001370220490000051
并且直接比较滤波器电流的αβ0分量的理论值和实际值。
在测量滤波器电流的仅仅两个相L1和L2时，在假设不存在0分量的情况下由以下等式得到滤波器电流的αβ分量：
Figure BDA0001370220490000052
αβ分量在正交坐标系中延伸，从中可导出与时间相关的复空间矢量u F。如果现在仅仅考虑到一定频率的阻抗，例如基波振荡可确定在αβ坐标系中滤波器电流分量的参考值。
但即使仅测量滤波器电流的仅仅一个相位，也可确定相应的误差标准。在已知阻抗时可通过测量的电压值u F还根据相应的测量的电流相位确定参考值，例如iF，ref，L1，并且将其与例如在相L1中的滤波器电流的实际测量的值iF，L1进行比较。优选地，例如可形成相L1的参考滤波器电流和相L1的测量的滤波器电流的差的时间平均值。
优选地在以电网频率转动的αβ坐标系中来比较滤波器相的电流的参考值(理论值)iF，ref，L1与滤波器电流的实际测量的值或两个值的差的平均值。这可在纯电容滤波器或纯感应滤波器中用于仅仅在αβ坐标系的一个分量中(例如对于纯感应滤波器为α分量)在滤波器电流的参考值和实际值之间进行比较。这引起进一步简化装置和所使用的方法。
测量的电流与参考电流的偏差的相对值例如可按p.u.给出作为误差标准。如果在滤波器电流的参考电流和确定的实际值之间的差大于参考电流的10-15％，则例如可满足误差标准。如果满足误差标准，则产生相应的错误信息信号。可考虑制定不同的误差标准，以便例如可识别出构件的老化、部件的正常功能或错误部件的使用。误差标准可通过控制系统来评估，以便引入相应的动作。
显然还存在其他途径来确定在进行单相的电流测量时的错误信息信号。这例如可通过直接比较例如滤波器的相L1的参考电流和测量的电流的α和β分量来进行。为此，可形成和评估测量变量，例如电压u F的αβ分量和测量的滤波器电流i F的αβ分量的乘积。通过滤波器清除高频振动分量，可通过乘积说明在参考滤波器电流和测量的滤波器电流之间的差的直接值。
最后，根据另一设计方案的装置可由此有利地设计，即，设置有用于改变装置的运行的器件、用于切断至少一个滤波器或滤波器组的器件或用于根据错误信息信号改变开关频率的器件。这时装置例如还可在滤波器有缺陷时在可靠的状态中继续运行，直至可进行维修为止。由此可将相比于切断设备提高的功率输入到电网中，因此可提升设备的可用性以及能量产量。用于切断至少一个滤波器的器件例如可为接触器，借助于其可分开滤波器与其他的三相系统。
根据本发明的第二教导，提出的目的通过用于运行用于交付电功率的装置的方法由此实现，即，在用于交付电功率的装置运行期间确定在至少一个滤波器中的至少一个滤波器电流，并且根据确定的滤波器电流监测至少一个滤波器。
如之前已经阐述的那样，本发明的特征在于，不同于迄今已知的现有技术，在运行中进行滤波器的功能监测，从而还可通过滤波器电流测量探测逐渐的变化，例如结构元件的老化。监测滤波器在此意指连续或不连续地确定在滤波器处的滤波器电流。由此可已经在滤波器停止运转之前更换滤波器的零件。原则上，滤波器电流监测还可代替使用保险丝监测。在此涉及附加的硬件，其安装在保险丝上，并且一旦触发了保险丝就提供电信号。但借助于滤波器电流监测可通过滤波器中的电流的变化来检测保险丝的动作，并且因此产生相应的错误信息信号。由此可省去用于保险丝监测的硬件以及接线费用。还可考虑，如果存在用于切断滤波器的器件，则完全取消滤波器保险丝，该器件可基于滤波器电流监测的错误信息信号进行操控并且因此实现快速分开有缺陷的滤波器。
优选地，根据方法的第一设计方案，在使用至少一个电流传感器的情况下测量在至少一个滤波器的至少一个相中的滤波器电流或至少一个滤波器的两个相的差动电流。直接测量滤波器电流例如可通过感应式电流互感器、罗氏电流互感器或通过具有霍尔传感器的电流互感器实现。此外，差动电流测量可简单地通过电流互感器中的两个相的相反的走向实现。
优选地，根据方法的第二设计方案，比较器件在使用至少一个滤波器的至少一个相的至少一个滤波器电流或至少一个滤波器的两个相的至少一个差动滤波器电流和在至少一个滤波器处的测量的电压值以及预定的误差标准的情况下产生错误信息信号。误差标准可如已经示出的那样在最简单的情况下仅仅为确定的滤波器电流与参考电流优选地在αβ系统中的偏差。
然而，还可在使用确定的滤波器电流的情况下算出时间平均值或无基波振荡的分量。由此可确定调节变量，其直接与滤波器电流和参考滤波器电流的偏差成比例。
根据方法的另一设计方案，监测多级地例如分成滤波器组的滤波器可简单地由此实现，即，测量在至少一个相中的滤波器电流或多个滤波器组的两个相的差动电流，并且根据确定的滤波器电流或差动滤波器电流至少部分地监测各滤波器组。然后可识别有故障的各滤波器组，以便例如切断各滤波器组。
根据方法的另一实施方式，有利的是，基于在至少一个滤波器电流的理论值和实际值(例如αβ分量)的比较或基于比较至少一个在使用确定的滤波器电流算出的变量的理论值和实际值以及至少一个预定的误差标准算出错误信息信号。例如为此提供在测量的滤波器电流相位的理论值和实际值之间的差的时间平均值。另一方面，作为算出的变量，例如还可考虑滤波器电压和测量的滤波器电流的αβ分量的乘积并且将其与参考电流的乘积进行比较。
优选地，至少一个预定的误差标准根据至少一个滤波器的待监测的特性来选择。滤波器的待监测的特性例如可为结构、构件的老化或缺陷。监测至少一个滤波器的结构并且因此监测装配时正确构件的使用例如可通过在制造商处最终验收用于交付电功率的装置时进行滤波器标准的比较来实现。如果滤波器电流过分偏离算出的值，可得出滤波器的结构有缺陷。滤波器的老化通常通过使用的构件的特征值的改变来表示，从而在此还可测量在参考电流和测量的滤波器电流之间的差，其可能增加。显然还可通过滤波器电流测量来确定滤波器的零件的缺陷。
特别优选地，可针对预定的频率、尤其基波振荡或谐波确定至少一个滤波器电流或至少一个差动滤波器电流。尤其用于基波振荡的变流器的性能对功率交付给负载并且因此对于装置的高效运行是重要的。测量在谐波频率的范围中的滤波器电流使得能够检查滤波器关于变流器的开关频率的谐波耦合到负载网络中的阻尼特性。显然还可考虑其他的频率，例如开关频率的谐振动，然而基波振荡和第一谐波是主要频率，滤波器电流在该频率中是重要的。
此外可按照根据本发明的方法的另一设计方案根据错误信息信号改变装置的运行、切断至少一个滤波器和/或改变变流器的开关频率。例如在存在滤波器缺陷时改变装置的运行可引起调整交付的功率。例如，如果设置有用于相同频率的两个结构相同的滤波器，以便由此提高滤波器性能，那么这是有意义的。如果滤波器中的一个有缺陷，必须调整设备的交付的功率，以便剩余的可工作的滤波器不过载。此外，同样有利的是，在出现错误时仅仅切断相应的滤波器或相应的滤波器组，以便同样避免滤波器例如由于有缺陷的构件的过载。同时同样可需要在滤波器有缺陷时除了调整交付的功率还改变变流器的开关频率，以便继续遵循预定的电源联接条件。例如如果针对单开关频率和双开关频率设置两个滤波器，并且用于单开关频率的滤波器有缺陷，则开关频率的谐振动将不受阻碍地交付到电网中。如果现在增加了双开关频率，那么这些谐振动可被仍然可工作的滤波器衰减掉。
最后，上述目的通过计算机程序产品实现，其实施使得能够执行根据本发明的用于运行用于交付电功率的装置的方法并且通过评估至少一个滤波器的错误信息信号监测至少一个滤波器。如之前已经阐述的那样，可通过计算机程序产品使用于交付电功率的装置在各电源滤波器或电源滤波器组停止运转时以更高的可靠性来运行。主动监测相应的装置的滤波器引起进一步优化装置的功率交付、运行时间和运行可靠性。优选地，通过评估错误信息信号来诊断有关安装时使用错误的零件的错误、构件的老化或滤波器的缺陷并且可选地将其显示在用户界面上。
附图说明
下面借助实施例结合附图进一步阐述本发明。其中：
图1以示意性的电路图示出了具有双馈异步发电机的、用于交付电功率的装置的实施例，
图2示出了用于交付电功率的、具有同步发电机的装置的另一实施例，
图3至图5示出了不同的滤波器拓扑结构的实施例的电路图，
图6示出了用于滤波器监测的根据本发明的方法的实施例的流程图，
图7示出了具有用于确定呈星形连接的滤波器的滤波器电流相位的电流互感器的实施例，
图8示出了具有用于测量呈三角形连接的滤波器的两个相的差动电流的电流传感器的实施例的电路图，
图9示出了根据本发明的方法在测量仅仅一个滤波器电流相位时的实施例的示意性的流程图，
图10示出了在αβ坐标系中的空间矢量图，并且
图11示出了根据本发明的方法的另一实施例的示意性的流程图。
具体实施方式
图1和图2示出了用于交付电功率的装置的两个实施例，该装置例如通常用在风力发电机中。图1中的装置包括发电机1，该发电机的定子2直接与电网3(其例如为负载阻抗)连接。发电机1的转子4通过机器侧的变流器5、直流电压型中间回路10和电网侧的变流器6与电网3联接。发电机构造为异步发电机并且为双馈异步发电机，其例如经常用在风力发电机中。两个变流器5和6可通过不同的开关频率来运行，因此，可为有利的是，使用分开的滤波器7和8。但同样可行的是，使用仅仅一个滤波器或滤波器组9。因此，示出的滤波器7、8、9都可看作是可选的并且在实践中根据使用目的来进行选择。
在该实施例中，其呈现为滤波器组7、8和9，因为它们分别针对需要进行阻尼处理的各个系统来配置。因此，定子滤波器7必须抑制定子2对电网3的影响。而滤波器8必须匹配变流器6对电网的影响。滤波器9又应抑制包括电网侧的变流器和定子的整个系统和其对电网3的反作用。在图1的实施例中，直接存在多个滤波器，然而，它们应根据应用情况来进行选择并且因此应看作是可选的。图1中的呈异步发电机的形式的发电机1例如可与风力涡轮机的转子耦联，以便因此将风的机械能转换成电能。
在图1的实施例中，在每个滤波器7、8和9中分别设置有器件7’、8’和9’，通过它们可确定在相应的滤波器7、8和9中的滤波器电流。
图2示出了具有发电机1’的根据本发明的装置的实施例，发电机的定子2通过机器侧的变流器11、直流电压型中间回路13和电网侧的变流器12与电网3联接。发电机l’例如可具有永久激励的转子，从而不同于图1中的配置实现通过变流器12将所有的功率交付给电网3。在此，电源滤波器14应调节变流器12对电网的影响。就此而言，滤波器14还必须针对交付高的功率来构造并且例如可建造成提高用于相同频率的多个结构相同的滤波器(在此未示出)的滤波器功率。滤波器还可组合成各滤波器组。附加地可设置滤波器14a来抑制变流器11对发电机1’的反作用，反之亦然。滤波器还含有用于确定至少一个滤波器电流14a’的器件。
但是，原则上，代替发电机1或1’，用于交付电功率的装置还可具有用于提供电能的其他器件，例如提供直流电流的光伏数组，该直流电流通过变流器6、12交付到电网中。
根据本发明，在根据图1和图2的装置中设置有用于确定至少一个滤波器电流7’、8’、9’或14’的器件，其如此构造，即，该器件能够在装置的运行期间确定至少一个滤波器7、8、9或14的至少一个滤波器电流。在使用的滤波器7、8、9或14的至少一个中，可优选地设置用于直接测量滤波器电流的器件。确定的或直接测量的滤波器电流用于监测各滤波器并且保证滤波器的正确的功能在装置的运行中是已知的。因此，通过图1和图2中所示的用于交付电功率的装置可借助确定在运行期间的滤波器电流监测滤波器的功能性并且可在老化、缺陷结构或缺陷的情况下直接干预。
器件7’、8’、9’、14’或14a’可选地具有用于切断滤波器或分开滤波器的器件，以便例如可在缺陷的情况下将滤波器与装置分开。
在图3、图4和图5中的电路图示出了典型地使用的滤波器拓扑结构的具体结构。在图3中示出了呈三角形连接的所谓的吸收电路。三个滤波器相L1、L2、L3分别含有电感15、电阻16以及电容17。图3的吸收电路的三个相L1、L2和L3的连接分别通过电容17实现，从而产生三角形连接。对于图4中的滤波器的示出为呈星形连接吸收电路的实施例，三个滤波器相L1、L2、L3在中心点18处彼此连接。星形接点18还可具有零电位。各个相又含有电感15、电阻16和电容17。
图5以星形连接的方式示出了RC滤波器，其在每相仅由电阻16和电容17形成。在此，滤波器相L1、L2和L3同样在星形接点18处汇集。
然而，在图3至图5中示出的滤波器拓扑结构为可行的滤波器类型的仅仅很小的部分。因此，滤波器可设计为高通滤波器、低通滤波器、吸收电路或RC-滤波器或设计为高阶滤波器。然而，所有的滤波器与其设计无关地具有用于所有的三个相L1、L2和L3的接口，其适合于测量滤波器电流。此外，通常所有的滤波器针对各个相L1、L2和L3对称地来设计。
图6现在示出了在单相、两相或三相电流测量中根据本发明的方法的实施例的流程图。
在单相的电流测量的实施例中，确定至少一个滤波器电流，例如相L1的滤波器电流iF,L1。提供在滤波器处的相L1、L2和L3的电压值uF，因为如可从图1和图2看出的那样，其相当于电网电压并且总归要测量该电压以调节变流器。
由相L1、L2和L3的电压值在步骤20中通过αβ0变换确定电压的在αβ0系统中的分量。为此使用以下等式：
Figure BDA0001370220490000121
然后，滤波器22确定预定的频率(例如开关频率的基波振荡或第一谐波)的电压以及测量的滤波器电流iF,L1的αβ0分量的值。
在考虑到在αβ0系统中在相L1、L2和L3之间的固定的角度关系并且考虑到例如
Figure BDA0001370220490000124
的情况下由测量的电压值算出相L1的参考滤波器电流值iF,ref,L1。相应需考虑的相位角
Figure BDA0001370220490000125
如下表所示取决于滤波器电流或差动滤波器电流的相应测得的相位：
表1：
Figure BDA0001370220490000122
参考电流iF,ref,L1例如借助使用的结构元件(即，已知的电感、电阻和电容)的特征值在αβ0中算出。
例如如果呈星形连接的吸收电路(其例如在图7中示出)用作滤波器并且通过呈例如感应式电流互感器的电流传感器30测量相L1，则例如在随着电网频率转动的αβ坐标系中考虑到基波振荡ω的情况下由以下等式得到滤波器电压uF的αβ分量：
Figure BDA0001370220490000123
通过乘以e-jωt得到
Figure BDA0001370220490000131
然后，由以下等式算出参考电流iF,ref的两个αβ分量：
Figure BDA0001370220490000132
其中：
Z F＝RF(ω)+j·XF(ω) (6)
因此获得滤波器电流的参考值的两个分量，其仅仅取决于阻抗和相应的测量的滤波器电压的已知的参考值：
Figure BDA0001370220490000133
Figure BDA0001370220490000134
为了获得单相参考电流iF,ref,L1，还必须将矢量投影到具有通过测量的实施方式得到的表1的角
Figure BDA0001370220490000136
的、实际测得的电流的轴上。这通过以下等式得到：
Figure BDA0001370220490000135
在图10中示出了相关的空间矢量，从中得到在使用各个相L1、L2或L3的情况下尤其还在考虑到差动电流测量时的投影并且因此相当于表1的在以电网频率转动的αβ坐标系中的位差角的图示。
根据如图8中示出的另一实施例，还可在使用电流传感器31的情况下测量滤波器电流差，例如在相L1和L2之间的滤波器电流差。在这种情况下，为了算出参考电流应顾及其他的位差角
Figure BDA0001370220490000137
如可从表中得悉的那样，此时应使用–π/6的角度。
在图6中示出的比较器件25中，此时例如可在滤波器中通过相L1的参考滤波器电流iF,ref,L1(即，理论值27)确定在测得的相电流iF,L1、实际值28之间的差值。优选地在此形成差值的时间平均值，以便使可能的测量不可靠性和测量波动(即，测量误差)最小化。差值的平均值由下式给出
Figure BDA0001370220490000141
理论值的时间平均值由下式给出
Figure BDA0001370220490000142
如果满足以下等式，然后可通过比较器件25借助于误差标准产生错误信息信号S：
ΔiF，L1，MW(t)＞iF，ref，L1，MW(t)·limitF，rel (11)
limitF，rel是误差标准和预定的值，其例如为了监测滤波器缺陷而在10％和15％之间并且给出相对于参考滤波器电流的允许的偏差的宽度。该值可自由选择。然后可进一步评估错误信息信号S。根据滤波器的待监测的特性，即，例如构造、老化或缺陷，可选择不同的误差标准，它们的值与相应的应用情况匹配。
此外，在图6中还示出了两个其他的实施方式，在其中在使用电流传感器的情况下测量两个相(例如相L1和L2)或所有的三个相L1、L2、L3。
在测量两个电流相位L1和L2时，它们可通过以下变换21在αβ系统中进行变换：
Figure BDA0001370220490000143
在测量所有三个滤波器电流相位时，基于等式(1)在αβ0系统中进行滤波器电流的变换20。
Figure BDA0001370220490000144
按照需考虑的频率的滤波器22，可在αβ0或αβ坐标系算出参考滤波器电流的根据步骤23’或23"的分量并且使之与测量的滤波器电流的αβ分量或αβ0分量进行比较，以确定误差标准。
图7和图8示出了滤波器电流测量或差动滤波器电流测量的实施例。在图7中，在相L1处布置有电流传感器30，例如罗氏电流互感器或具有霍尔传感器的电流互感器，其测量通过电流流动产生的磁通以确定电流。电流互感器30表现出很好的精度和可靠的测量行为并且可在其测量范围中与滤波器电流精确匹配，从而可实现最佳的测量值分辨率。如可在图8中看出的那样，还可利用唯一的电流传感器31通过在电流传感器31中反向布置相L1和L2直接测量差动电流。
通过还测量在滤波器的仅仅一个相中的滤波器电流可提早看出滤波器的阻抗变化。表2示出了不同的错误类型，其可在单相、两相或三相地测量滤波器电流时被探测出来。
可以看出，即使使用单相滤波器电流测量，即，在特别低的测量花费下，在滤波器的星形连接中，可探测到馈电线断线以及与滤波器的分量的标称值的偏差。对于呈三角形连接的滤波器，必须对此测量差动相电流Δi。在表2中，n/a＝不适用，x＝可识别，---＝不可识别，I＝单相电流测量，Δi＝两相差动电流测量
表2
Figure BDA0001370220490000151
当用于交付电功率的装置仅仅很难接近，例如海上设备时，监测滤波器电流尤其有利，因为电子地实现滤波器监测并且还提前识别到老化过程，这对于电容特别重要。
此外，由此尤其得到的优点是，能够在使用相应的用于分开滤波器组的器件的情况下通过切断各滤波器组实现设备的继续运行。
借助图9说明另一实施例，在其中在一个相中测量的滤波器电流IF,L1的αβ分量之间进行直接比较。
为此，首先在步骤32中，在相L1中测量的滤波器电流考虑到在αβ0坐标系中的提供的电压值33和34uf,alpha和uf,beta，在步骤35中算出在以电网频率旋转的αβ系统中的测量的滤波器电流iF的分量。紧接着在步骤36’、37’中利用αβ分量38、39的滤波器电流的参考值形成测量的滤波器电流的相应的αβ分量36、37的差值。根据步骤42通过具有在αβ坐标系中的差值40、41的差动矢量形成一个数值并且将其输送给比较步骤44。在比较步骤44中进行在αβ系统中的差动矢量的数值与滤波器电流参考矢量IF,ref,αβ的数值的比较并且例如形成商并且使之按p.u.给出的误差标准进行比较。然后可从中产生错误信息信号S。
在图11中示出了另一实施例，其为图9的实施例的简化。假设电压分量在β轴上并且滤波器电流分量位于α轴上，根据本发明的方法可简化到如此程度，即，仅须在αβ分量36、37中的一个中形成差值。这例如对于具有足够精度的电容滤波器是这种情况。
类似于图9，在图11中首先在步骤35中基于在相L1中测量的滤波器电流32在考虑到提供的αβ0坐标系中的电压值UF,alpha,33和UF,beta,34的情况下算出在以电网频率旋转的αβ坐标系中的测量的滤波器电流IF,α,36和IF,β,37的分量。紧接着仅形成α分量36与滤波器电流39的α分量的参考值的差以得到差值40。在步骤42中，由α分量40和β分量37形成总额矢量。然后，该值可在比较步骤44中与预定的误差标准进行比较。这例如可在考虑滤波器电流39的α分量的理论值的情况下形成。然后可基于该比较产生错误信息信号S并且例如引起用于交付电能的装置的运行状态的改变。类似于α分量36，还可考虑将相应的β分量37用于与参考变量进行比较，只要满足滤波器电流的该分量位于该轴上的条件。

Claims (16)

1.一种用于将电功率交付给负载阻抗(3)的装置，该装置具有至少一个变流器(5、6、11、12)和至少一个滤波器(7、8、9、14)，其特征在于，设置有用于确定至少一个滤波器(7、8、9、14)的至少一个滤波器电流的器件(7’、8’、9’、14’)，该器件如此构造，即，其使得能够在所述装置的运行期间确定所述至少一个滤波器电流，其中，设置有比较器件(25)，其在使用滤波器电流的理论值(27)和实际值(28)以及预定的误差标准的情况下产生错误信息信号(S)，其中在使用滤波器的三个相的电压值的情况下确定所述理论值(27)，其中作为用于确定所述至少一个滤波器电流的器件(7’、8’、9’、14’)而设置仅一个用于测量在所述至少一个滤波器的仅一个相中的电流的电流传感器(30)，或者用于测量在所述至少一个滤波器(7、8、9、14)的仅两个相中的电流的两个电流传感器(31)，或者设置有至少一个电流传感器(31)，其构造成用于测量至少一个滤波器(7、8、9、14)的两个相的差动滤波器电流。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置用于将再生产生的电功率交付给负载阻抗(3)的装置。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设置有至少一个滤波器组，并且用于确定滤波器电流的器件至少部分地构造成用于确定各滤波器组的滤波器电流或差动滤波器电流。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于交付电功率的装置具有电源接口(3)，并且设置有至少一个电源滤波器。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于交付电功率的装置为具有双馈异步发电机的风力发电设备或者为具有同步发电机的风力发电设备。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个滤波器构造为吸收电路、高通滤波器、低通滤波器、RC滤波器或构造为高阶滤波器。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设置有用于改变装置的运行的器件、用于切断至少一个滤波器或滤波器组的器件或用于根据错误信息信号改变所述变流器的开关频率的器件。
8.一种用于运行根据权利要求1至7中任一项所述的用于将电功率交付给负载阻抗的装置的方法，其中，所述装置具有至少一个变流器和至少一个滤波器，其特征在于，在用于交付电功率的装置的运行期间，确定在至少一个滤波器中的至少一个滤波器电流，并且根据确定的滤波器电流监测所述至少一个滤波器，其中，设置有比较器件，该比较器件在使用所述滤波器电流的理论值和实际值以及预定的误差标准的情况下产生错误信息信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在使用至少一个电流传感器的情况下测量在所述至少一个滤波器的至少一个相中的滤波器电流或所述至少一个滤波器的两个相的差动滤波器电流。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，比较器件在使用至少一个滤波器的至少一个相的至少一个滤波器电流或至少一个滤波器的两个相的至少一个差动滤波器电流和测量的在所述至少一个滤波器处的电压值以及预定的误差标准的情况下产生错误信息信号。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，分别测量在至少一个相中的滤波器电流，或者分别测量至少一个滤波器组的两个相的差动滤波器电流，并且根据确定的滤波器电流或差动滤波器电流至少部分地监测各滤波器组。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，由在所述至少一个滤波器电流的理论值和实际值之间的比较或通过比较使用确定的滤波器电流算出的至少一个变量的理论值和实际值以及至少一个预定的误差标准算出所述错误信息信号。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述至少一个滤波器的待监测的特性选择所述至少一个预定的误差标准。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，针对预定的频率确定所述至少一个滤波器电流或所述至少一个差动滤波器电流。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，针对基波振荡或谐波确定所述至少一个滤波器电流或所述至少一个差动滤波器电流。
16.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述错误信息信号改变所述装置的运行、切断所述至少一个滤波器和/或改变所述变流器的开关频率。
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