CN116157695A - 非电流地耦联的电气网络的组合系统和用于运行的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的主题是非电流地耦联的网络(2、3)的组合系统(1)，所述组合系统具有两个电气网络(2、3)和耦联装置(4)，分别借助两个连接点(10、11和12、13)电流地与耦联装置(4)连接的电气网络(2、3)通过所述耦联装置相互耦联而本身不相互电流连接。耦联装置(4)由两个相互之间通过至少一个数据连接(7)而连接的不仅可以作为源而且可以作为汇运行的有源电偶极子(5、6)构成，所述有源电偶极子具有用于电流和电压的测量器件(8、9)。其构造用于为与其电流连接的相应的电气网络(2、3)提供与为此从由相应的另一个有源电偶极子(5、6)接收的目标值相应的电流和/或电压并且将然后在连接点(10、11或12、13)处分别测量的电流值和/或电压值传输给所述相应的另一个有源电偶极子(5、6)上作为用于通过该有源电偶极子(5、6)构造的源/汇的目标值。

Description

非电流地耦联的电气网络的组合系统和用于运行的方法

技术领域

本发明涉及一种具有非电流地相互耦联的网络的组合系统，更确切地说，涉及一种由两个电气网络和一个耦联装置组成的组合系统，借助于所述耦联装置将这两个电气网络相互耦联而在这两个电气网络之间不建立电流连接。在此，本发明的主题是相应的以特别的方式构造的组合系统以及用于运行该组合系统的方法。

背景技术

出于不同的原因，在实践中存在如下技术组合系统，在所述组合系统中，两个或必要时多个电气网络必须或应当彼此相互作用，而在此不电流地(即通过电导体)彼此连接。例如，非常常见的是如下组合系统，在所述组合系统中，两个电气网络或两个电子电路由于需要电位隔离(例如一方是低电压网络而另一方是具有更高电压或甚至高压的电气网络)而彼此电流隔离，但是为了能够进行相互作用，将所述两个电气网络或两个电子电路借助于变压器或光电耦合器在不解除电流隔离的情况下耦联。

然而，前述类型的系统和操纵所述系统的应用不构成在这里所要求保护的并且在下面描述的本发明的出发点。在各电气网络之间的电流隔离(各电气网络尽管如此仍应当相互作用)也可以由于各网络相互间的大的距离和这些网络的因此不可行的有线连接而产生，或者也出于其他原因，所述其他原因导致相应网络的直接(即有线的)连接几乎不可行或者至少出于实际考虑而看起来不合理。在这方面，在此，这种电气网络的配合作用除了远程进行的数字控制的情况之外还涉及在电模拟层上的配合作用。

考虑到在彼此相互作用的电气网络之间存在远的距离的上述方面，可以例如设想在分散的场所制造不同的电子部件的企业的情况。对于这种在国际分工的范畴内必要时也可以是多国经营的企业而言亦或对于各种相互协作的企业而言，在此例如可能需要的是，事先模拟和测试两个电气网络的配合作用，所述两个电气网络虽然在其实际应用中彼此电流耦联，但是在所述电气网络的测试期间例如由于彼此遥远的开发场地而不能运行。

发明内容

本发明的任务是，提供一种解决方案，所述解决方案能够实现非电流地相互连接的或可非电流地相互连接的电气网络的电配合作用。为此，提供相应的组合系统并且给出一种用于运行所述组合系统的可行的方法。

所述任务通过具有权利要求1的特征的组合系统来实现。在运行这种组合系统时实施的解决所述任务的方法的特征在于独立的方法权利要求。所述组合系统的有利的构型方案和进一步改进方案通过从属权利要求给出。

在上述任务方面所提出的技术解决方案涉及非电流地耦联的网络的组合系统，所述组合系统由两个电气网络和一个耦联装置组成。所述两个电气网络中的每一个电气网络分别以两个连接点与最后提到的耦联装置电流连接。在此，耦联装置将所述两个电气网络相互耦联，而所述两个电气网络本身不相互电流连接。

根据本发明，耦联装置为此由两个一般彼此间隔开的、彼此通过至少一个数据连接而连接、但非电流连接的源/汇组成。在此涉及不仅能作为源而且能作为汇运行的两个有源电偶极子(Zweipole，二端网络)。所述两个有源电偶极子分别配备有用于测量电流强度和电压的测量器件、至少一个控制和处理装置(下面并且在权利要求中为了语言简化也被称为SVE)和至少一个数据发送和接收装置。有源电偶极子在此构造用于：

a)受所述有源电偶极子的相应的SVE控制(每个有源电偶极子或者说二端网络具有自己的SVE)，为与该有源电偶极子连接的相应的电气网络提供与从相应的另一个有源电偶极子接收的目标值对应的电流和/或电压，并且

b)检测然后在与接收目标值的有源电偶极子电流连接的电气网络的连接点处针对电流和/或电压出现的值作为测量值，以及借助于该有源电偶极子的SVE将所述测量值数字化，并且

c)将针对电流和/或电压的数字化的测量值借助于该有源电偶极子的数据发送和接收装置传输给相应的另一个偶极子作为用于由该偶极子构成的源/汇的目标值。

因此，这两个必要时也间隔开远的距离(例如彼此间隔开几公里、必要时也间隔开数百公里)的电气网络的(非电流的)耦联不是常规地在电气的意义上进行，而是借助于数据连接进行。所述数据连接存在于这两个一般基本上间隔开同样远距离的有源电偶极子(二端网络)之间，这两个有源电偶极子在此由于其配合作用而共同被称作耦联装置。

由于通过数据连接将在电气网络中的一个电气网络的与耦联装置连接的连接点处检测到的针对电流和/或电压的测量值作为目标值传输给相应的另一个电气网络，并且通过与所述另一个电气网络电流连接的源/汇(即通过耦联装置的与所述另一个电气网络电流连接的部分)提供对应于该目标值的电流和/或电压，并且因此通过电气网络中的一个电气网络在一定程度上将电流和/或电压施加到相应的另一个电气网络，由此产生的组合系统在所出现的情况方面与如下组合系统相当，在所述组合系统中，所述两个电气网络直接彼此电流连接。如在对所述方法的阐述的范畴内变得更明显的那样，特别是在将电流值和/或电压值作为目标值在所述两个电气网络之间经由耦联装置利用数据连接重复地交换时，出现最后提到的效果。

之前阐述的解决方案技术手段以这种形式在原则上能与借助耦联装置彼此非电流地耦联的所述两个电气网络是直流电运行的网络还是交流电运行的网络无关地进行应用。当然要考虑的是，网络的借助于数据连接的耦联的类型和与此相关联地需要的流程、例如分别针对电流和/或电压要传输的值的数字化以及实际的传输带来一定的延迟。

自然可行的是，根据本发明按照前述解释，由于在所述两个电气网络之间执行的同步(在电流和/或电压方面的同步)而考虑所述延迟。当延迟近似恒定时，这在任何情况下都适用。然而，根据所述两个电气网络的距离和在耦联装置中用于耦联所述两个电气网络的数据连接的类型，不总是存在这种恒定性，此外，针对电流和/或电压的数字化的测量值的传输也可能受到干扰。

在此背景下，具有快速变化的电流和电压情况(例如在交流电运行的情况下)的电气网络的耦联在使用根据本发明的解决方案的情况下可能是困难的或者可能甚至根本不能实现。因此，所提出的解决方案的焦点就这点而言在于被视作是特别与实际相关的构型方案，在所述构型方案中，借助于根据本发明的耦联装置非电流地耦联的所述两个电气网络是直流运行的电气网络，或者是如下电气网络：在所述电气网络中超过确定的时间段地出现静态的或准静态的情况。然而要明确地指出的是，本发明不限于此。

在特别优选的使用目的方面，在根据本发明的组合系统的一种可行的构型方案中，借助耦联装置耦联的电气网络中的一个电气网络构造为具有电压源的有源网络，并且另一个网络构造为无源网络，所述无源网络构成用于具有电压源的所述有源网络的电负载。在此，在有源电气网络或汇中的电压源此外——根据为所涉及的电气网络所设置的使用目的——以不同的模式运行。在此，源/汇可以在电压模式下以要提供的恒定电压运行，或者在电流模式下以要提供的恒定电流运行，在功率模式下以要提供的恒定功率运行，或者在电阻模式下运行，在所述电阻模式中，源表现为能可变地调节的但是恒定的电阻。

特别是当相互耦联的电气网络中的一个电气网络是具有以功率模式运行的电压源的有源网络时，使用根据本发明的组合系统的一种构型方案，在所述构造方式中，耦联装置的源/汇构造为四象限源/汇。四象限源/汇是如下电子组件，所述电子组件与传统的供电装置

不同，所述电子组件能够不仅产生正电压而且能够产生负电压，以及所述电子组件还为其他的电气设备/组件提供正电流和负电流，并且能够——作为汇起作用——从其它的电气装置/组件接收所述正电流和负电流。

根据本发明的组合系统还可以有利地通过如下方式进一步改进：耦联装置的至少一个源/汇具有如下器件，所述器件用于记录由测量器件检测的在与所属的电气网络共同的连接点处分别针对电流和/或电压出现的值的时间变化曲线。相应地，特别是在构造用于测试或模拟用途的组合系统时是重要的，即，结合如下场景，在所述场景中应当关注并且必要时还进一步评估在所述两个电气网络之间进行的电流和/或电压的同步的变化曲线。

因此，在就此而言特别有利的进一步改进方案中，耦联装置的源或汇中的至少一者具有如下器件，所述器件用于使分别在与所属的电气网络共同的连接点处针对电流和/或电压所测量的值和/或所述值的时间变化曲线可视化。在此，相应的测量值和/或所述测量值的时间变化曲线为了可视化而被相应的有源二端网络(电偶极子)、即耦联装置的相应部分的所涉及的源/汇的SVE所处理。

将耦联装置的所述两个有源电偶极子相互连接以用于传输作为目标值起作用的针对电流和/或电压的数字化的值的所述至少一个数据连接例如可以是移动无线电连接或特殊的数据无线连接。从成本角度来看，特别是在彼此间隔开远的距离的借助于耦联装置非电流地耦联的电气网络(所述电气网络可能布置在不同的国家中或者甚至布置在不同的大陆上)中也可以是互联网连接。在相应地构造和配置设置在耦联装置的有源电偶极子中的通过其发送和接收装置控制数据传输的SVE的情况下，本发明也包括如下可行方案：在有源偶极子之间(必要时也同时地)存在多个必要时也通过不同介质实现的数据连接。

根据为了解决所述任务而提出的方法，耦联装置的所述两个有源电偶极子在分别与该有源电偶极子电流连接的电气网络的连接点处持续地检测针对电流和/或电压的测量值，并且将这些测量值在数字化之后交替地传输给相应的另一个电偶极子作为通过该有源电偶极子构成的电气的源/汇的目标值。也就是说，所述两个偶极子根据运行方式(电压模式、电流模式、功率模式或电阻模式)持续地使电流和/或电压彼此同步，由此像是各网络在其通往耦联装置的连接点处彼此直接电流连接那样出现所述电流和/或电压。

当然，这种过程也受由对值的测量、值的数字化和经由数据连接进行的传输所引起的延迟的影响，使得在网络中的一个网络中变化的电流和/或变化的电压仅以一定的延迟才在相应的另一个网络中起作用。由于接收一个或多个目标值的另一个偶极子又将响应于在其所属的电气网络的连接点处提供相应的电流和/或相应的电压而出现的(作为所涉及的电气网络的系统响应)值作为目标值传输给相应的另一个偶极子，并且所述组合系统的进行接收的部分也以一定延迟按此进行调整，所以整个系统在所述两个电气网络中的一个电气网络中的电流和/或电压情况相应改变之后在一定程度上振荡。

按照根据本发明的方法的一种可行的实现方式，所述方法用于在测量技术上检测和观察两个借助于根据本发明的耦联装置相互连接的电气网络的相互作用。在这方面，一种可能的使用情况是，对在作为有源电气网络的一部分的车辆电池与至少在相应的测试期间与所述车辆电池间隔开距离地布置的无源电气网络(例如带有变流器的电动机)之间的相互作用中针对电流和电压而出现的情况在这两个部件的后续组装之前进行分析。

附图说明

下面借助于以实施例的方式的附图再更详细地阐述本发明。图中：

图1示出根据本发明的组合系统的一种可行的实施方式的框图；

图2示出在各网络中的一个网络中的状态改变之后针对电流和电压出现的时间变化曲线的图表；

图3示出针对在根据图1的组合系统中虚拟地存在的状况的符号电路图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的组合系统1的一种可行的实施方式的粗略框图。组合系统1由第一电气网络2(N1)、第二电气网络3(N2)和将这两个电气网络2、3非电流地相互连接但是仍将这两个电气网络耦联的耦联装置4组成。在图1中示出的示例中，在左侧示出的电气网络2(N1)是具有电压源的有源网络。与此相对，在右侧示出的电气网络3(N2)是无源网络，所述无源网络在两个网络2、3直接电流连接的情况下在传统的意义上构成对于有源网络2(N1)的电压源(E1)的负载。但是，由于本发明和两个电气网络2、3的非电流地耦联的特殊型式，在附图中示出的组合系统中，尽管在电气网络2、3之间不存在电流连接，但是在右侧示出的无源网络3(N2)也作为对于在左侧示出的有源电气网络2(N1)的负载起作用。

耦联装置4由两个能够分别不仅作为源而且作为汇运行的有源电偶极子5、6构成，所述两个有源电偶极子彼此非电流连接，而是通过数据连接7连接、也就是说彼此耦联。这些有源电偶极子5、6中的每个有源电偶极子都具有在附图中未示出的控制和处理装置(SVE)、具有用于建立已经提及的数据连接的(也未示出的)数据发送和接收装置以及具有用于检测在分别所配属的电气网络2、3中的电流和电压的测量装置8、9。相应的电气网络2、3分别经由两个连接点10、11或者12、13与耦联装置4的分别所属的部分电流连接。

图2示出电流和电压情况(电压＝U和电流(强度)＝I)，如这些电流和电压情况在时间变化曲线中在有源电气网络2(N1)中的开关S1闭合之后不仅在将(左侧示出的)有源电气网络2(N1)与耦联装置4的所属的部分连接的连接点10、11处而且在将(右侧示出的)无源电气网络3(N2)与耦联装置4的所属的部分连接的连接点12、13处出现的那样。具有最终电压值R2/(R1+R2)*E1和最终电流值E1/(R1+R2)的相应情况与数据连接7的类型和在使用所述数据连接时产生的延迟有关地典型地出现在开关S1闭合后的大约0.5ms至15.0ms之内。在具有在功率模式中运行的电压源E1的有源电气网络2(N1)的开关S1闭合后，通过耦联装置4的所属的部分(有源电偶极子5)借助于耦联装置4的测量装置8测量电流强度(I)和电压(U)。相应的测量值由耦联装置4的所述部分(有源电偶极子5)的(未示出的)SVE来数字化，并且通过耦联装置4的(也未示出的)数据发送和接收装置将所述测量值作为目标值传输给耦联装置4的与(右侧示出的)无源电气网络3(N2)电流连接的另一个有源电偶极子6。接收这些目标值的构成源/汇的有源电偶极子6根据所述目标值来为具有电阻R2和与所述电阻并联的电容器C1的无源电气网络3(N2)调整电流和电压，并且然后所述有源电偶极子在其侧在通往所述无源电气网络3(N2)的连接点12、13处测量作为系统响应的电流强度和电压，以便然后将所述电流强度和电压的数字化的值作为目标值又传输给在附图的左侧示出的与有源电气网络2(N1)相配属的另一个有源电偶极子5。这种循环持续地以非常短的循环时间(微秒范围)重复，从而然后出现在图2中示出的情况。

图3示出在一定程度上以虚拟的形式通过根据图1的组合系统而构成的配置方案的符号电路图。因此，根据图1的组合系统(忽略延迟)以这两个电气网络像是在其连接点处通过四端电路彼此电流连接那样的方式起作用。在此，从该图示中清楚的是，通过根据本发明的在图1中示出的组合系统的耦联装置在一定程度上将四端电路(如在图3中符号化地给出的那样)分割成两个有源电偶极子。为了在此方面不产生根据图3的符号图的配置方案是根据图1的组合系统的备选构型方案的印象，在图3中有意地不提供附图标记。

Claims (9)

1.一种非电流地耦联的网络(2、3)的组合系统，所述组合系统具有两个电气网络(2、3)和一个耦联装置(4)，分别以两个连接点(10、11和12、13)与耦联装置(4)电流连接的所述两个电气网络(2、3)通过所述耦联装置相互耦联，而所述两个电气网络本身不相互电流连接，其特征在于，所述耦联装置(4)由两个彼此通过至少一个数据连接(7)连接但是不电流连接的源/汇组成，即，所述耦联装置由不仅能作为源而且能作为汇运行的两个有源电偶极子(5、6)组成，所述有源电偶极子分别配备有用于电流和电压的测量器件(8、9)、至少一个控制和处理装置SVE和至少一个数据发送和接收装置，其中，所述两个有源电偶极子(5、6)构造用于：

a)受所述有源电偶极子的相应的SVE控制，为与该有源电偶极子电流连接的相应的电气网络(2、3)提供与从相应的另一个有源电偶极子(5、6)接收的目标值对应的电流和/或电压，并且

b)检测然后在与接收目标值的有源电偶极子(5、6)电流连接的电气网络(2、3)的连接点(10、11或12、13)处针对电流和/或电压出现的值作为测量值，并借助于该有源电偶极子的相应的SVE将所述测量值数字化，并且

c)将针对电流和/或电压的数字化的测量值借助于该有源电偶极子的相应的数据发送和接收装置经由数据连接(7)传输给相应的另一个有源电偶极子(5、6)作为用于由该有源电偶极子(5、6)构成的源/汇的目标值。

2.根据权利要求1所述的组合系统，其特征在于，所述电气网络(2、3)是直流电运行的电气网络(2、3)。

3.根据权利要求1或2所述的组合系统，其特征在于，所述有源电偶极子(5、6)的源/汇分别构造为四象限源/汇。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合系统，其特征在于，构成源/汇的有源电偶极子(5、6)中的至少一个有源电偶极子具有如下器件，所述器件用于记录由该有源电偶极子的测量器件(8、9)检测的在与所属的电气网络(2、3)共同的连接点(10、11、12、13)处分别针对电流和/或电压出现的值的时间变化曲线。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的组合系统，其特征在于，构成源/汇的有源电偶极子(5，6)中的至少一个有源电偶极子具有如下器件，所述器件用于使分别在与所属的电气网络(2，3)共同的连接点(10，11，12，13)处针对电流和/或电压所测量的值和/或所述值的时间变化曲线可视化，其中，测量值和/或测量值的时间变化曲线为了可视化而被耦联装置(4)的相应部分的SVE所处理。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的组合系统，其特征在于，借助于耦联装置(4)耦联的电气网络(2、3)中的一个电气网络是有源网络(2)，所述有源网络具有以功率模式工作的电压源，并且另一个网络(3)是无源网络，所述无源网络构成用于具有电压源的所述有源网络(2)的电负载。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的组合系统，其特征在于，将所述两个有源电偶极子(5、6)相互连接的数据连接(7)是移动无线电连接。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的组合系统，其特征在于，将所述两个有源电偶极子(5、6)相互连接的数据连接(7)是互联网连接。

9.一种用于运行根据权利要求1所述的组合系统(1)的方法，其特征在于，耦联装置(4)的所述两个有源电偶极子(5、6)在分别与该有源电偶极子电流连接的电气网络(2、3)的连接点(10、11、12、13)处持续地检测和数字化针对电流和/或电压的测量值，并且各有源电偶极子(5、6)将数字化的测量值交替地传输给相应的另一个有源电偶极子(5、6)作为通过该有源电偶极子构成的源/汇的目标值，使得在所述两个电气网络(2、3)的与耦联装置(4)连接的连接点(10、11、12、13)处出现像各电气网络(2、3)在这些连接点(10、11、12、13)处彼此电流连接那样的电流和/或电压。

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