DE102014223441B4 - Error detection for electrical networks - Google Patents

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Abstract

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Vorrichtung zur Fehlererkennung in einem elektrischen Wechselspannungsnetz. Die Vorrichtung umfasst eine dq-Transformationseinrichtung, welche ausgebildet ist, für mindestens eine Phase unter Verwendung einer einphasigen Transformation eine q-Komponente zu erzeugen. Ferner eine Auswerteeinheit die ausgebildet ist, eine Spannungsabweichung in dem elektrischen Wechselspannungsnetz abhängig von der q-Komponente zu erkennen und ein Fehlersignal auszugeben, wenn eine Spannungsabweichung vorliegt.Embodiments of the present invention provide a device for fault detection in an AC electrical network. The device comprises a dq transformation device which is designed to generate a q component for at least one phase using a single-phase transformation. Furthermore, an evaluation unit which is designed to detect a voltage deviation in the electrical AC voltage network as a function of the q component and to output an error signal if there is a voltage deviation.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung zur Fehlererkennung in einem elektrischen Wechselspannungsnetz. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zur Fehlererkennung in einem elektrischen Wechselspannungsnetz.Embodiments of the present invention relate to a device for fault detection in an electrical alternating voltage network. Further exemplary embodiments relate to a method for error detection in an electrical alternating voltage network.

Die vorliegende Erfindung beschreibt somit ein Konzept zur Detektion von Fehlern in elektrischen Netzen. Das Konzept kann z. B. in umrichtergekoppelten Energieversorgungsanlagen wie Solarwechselrichtern, Windkraftanlagen oder Blockheizkraftwerken (BHKW) eingesetzt werden, um Netzfehler zu erkennen. Ferner kann das Konzept zur dynamische Spannungshaltung verwendet werden (z. B. Fault-Ride-Through). Das Konzept zeichnet sich durch hohe Dynamik aus, und kann für Strom- und Spannungseinbrüche angewandt werden.The present invention thus describes a concept for the detection of faults in electrical networks. The concept can z. B. in inverter-coupled energy supply systems such as solar inverters, wind turbines or combined heat and power plants (CHP) can be used to detect network errors. Furthermore, the concept of dynamic voltage maintenance can be used (eg fault ride-through). The concept is characterized by high dynamics, and can be used for power and voltage dips.

Netzdienstleistungen zur Spannungshaltung (Spannungseinbruch) in elektrischen Netzen (z. B. TransmissionCode) sind in der BDEW Richtlinie (siehe Referenz [1]) und der VDE-AR-N 4105 (siehe Referenz [2]) festgelegt. Bei Stromrichtern in der Mittelspannung gehört die Spannungsstützung bei einem Spannungseinbruch durch Einspeisung von Blindleistung zum Stand der Technik. Es gibt Ansätze, dieses Verhalten auf die Niederspannung zu übertragen. Änderungsanträge zu Referenz [2] werden in Fachgremien besprochen.Mains services for voltage maintenance (voltage dip) in electrical networks (eg TransmissionCode) are specified in the BDEW guideline (see reference [1]) and VDE-AR-N 4105 (see reference [2]). In power converters in the medium voltage, the voltage support in a voltage dip by feeding reactive power to the state of the art. There are approaches to transfer this behavior to the low voltage. Amendments to reference [2] will be discussed in expert panels.

Der Spannungseinbruch erfolgt unvorhergesehen und hat je nach Netzbeschaffenheit und Fehlerentfernung große Kurzschlussströme zur Folge. Damit nicht unmittelbar die gesamte Erzeugungsleistung von dem fehlerbehafteten Netzabschnitt getrennt werden muss, wird versucht den Fehler zu „durchfahren”. Sowohl die Detektion des Fehlers als auch entsprechende Maßnahmen müssen daher schnellstmöglich stattfinden.The voltage dip occurs unpredictably and, depending on the network condition and error removal, results in large short-circuit currents. So that the entire generation power does not have to be separated directly from the faulty network section, an attempt is made to "drive through" the error. Both the detection of the error and corresponding measures must therefore take place as quickly as possible.

Aufgabe der Fehlererkennung ist es, möglichst schnell einen Netzfehler anzuzeigen und ggf. auch die Art des Fehlers zu bestimmen (z. B. symmetrisch oder unsymmetrisch). Als symmetrische Fehler werden dabei Netzfehler bezeichnet, welche sich auf sämtlichen Phasen gleichzeitig ereignen. Unsymmetrische Fehler betreffen eine oder mehrere Phasen. Als Netzfehler werden in diesem Dokument Spannungseinbrüche verstanden, die z. B. infolge von Kurz- oder Erdschlüssen entstehen können. Es ist z. B. für die dynamische Spannungshaltung neben der reinen Detektion des Fehlers ebenso wichtig, die Tiefe des Spannungseinbruchs möglichst schnell zu erkennen (Endwert).The task of error detection is to display a network error as quickly as possible and, if necessary, also to determine the type of error (eg symmetrical or asymmetrical). As symmetrical errors network errors are called, which occur simultaneously on all phases. Unbalanced errors affect one or more phases. As a network error voltage dips are understood in this document, the z. B. may arise as a result of short circuits or ground faults. It is Z. B. for the dynamic voltage maintenance in addition to the pure detection of the error just as important to detect the depth of the voltage drop as quickly as possible (final value).

Moderne Leistungselektronik in Stromrichtern kann im Gegensatz beispielsweise zu Synchrongeneratoren keine kurzfristigen Überströme zerstörungsfrei überstehen. Daher wird meist ein Überstromschutz durch Komparatoren hardwareseitig implementiert. Eine solche Schutzbeschaltung kommt in vielen Geräten bspw. mit moderner Leistungselektronik auch bei der Detektion eines Netzfehlers zum Tragen, um den Stromrichter zu schützen. Ist man in der Lage auf Grund der Topologie und einer schnellen Fehlerdetektion beim Spannungseinbruch auf Komparatoren zu verzichten, können in größeren Serien Kosten gesenkt werden, bei gleicher Sicherheit. Zusätzlich kann auf eine folgende Entsperrung der Leistungselektronik verzichtet werden, was das Reaktionsvermögen auf die Situation erhöht.In contrast to, for example, synchronous generators, modern power electronics in power converters can not withstand short-term overcurrents without destruction. Therefore, overcurrent protection by comparators is usually implemented on the hardware side. Such a protective circuit is used in many devices, for example, with modern power electronics even in the detection of a network failure to support in order to protect the power converter. If one is able to do without comparators on account of the topology and a quick fault detection during the voltage dip, costs can be reduced in larger series, with the same degree of safety. In addition, can be dispensed with a subsequent unlocking the power electronics, which increases the responsiveness to the situation.

Ein einfaches und intuitives Verfahren zur Fehlererkennung ist die Berechnung und Überwachung des gleitenden Effektivwertes der Netzspannung:

Figure DE102014223441B4_0002
mit dem wählbarem Parameter Tend. Der übliche Effektivwert wird über eine volle Periode ermittelt, womit sich bei 50 Hz Tend = 20 ms ergibt. Somit benötigt eine volle Bestimmung des Effektivwertes eine gesamte Netzperiode.A simple and intuitive method for error detection is the calculation and monitoring of the moving effective value of the mains voltage:
Figure DE102014223441B4_0002
with the selectable parameter T end . The usual rms value is determined over a full period, giving T end = 20 ms at 50 Hz. Thus, a full determination of the RMS value requires an entire network period.

Der Halbschwingungs-Effektivwert (die Idee sowie der Begriff Halbschwingungs-Effektivwert sind aus der FGW TR3 übernommen) wird nur über eine halbe Netzperiode berechnet (Tend = 10 ms) und ist somit doppelt so schnell. Die Fehlerauswertung kann dann z. B. über einen Schwellenvergleich mit oder ohne Hysterese erfolgen.The half-wave rms value (the idea and the term half-cycle rms value are taken from the FGW TR3) is calculated over half a grid period (T end = 10 ms) and is thus twice as fast. The error evaluation can then z. B. via a threshold comparison with or without hysteresis.

Die Umsetzung des Halbschwingungs-Effektivwerts ist einfach und sehr robust (Mittelwertbildung eliminiert hochfrequente Anteile wie Oberschwingungen und Rauschen). Symmetrische sowie unsymmetrische Fehler werden gleich gut erkannt. Die Dynamik des Verfahrens ist jedoch relativ niedrig, woraus sich eine längere Reaktionszeit ergibt.The implementation of the half-wave rms value is simple and very robust (averaging eliminates high-frequency components such as harmonics and noise). Symmetrical and unbalanced errors are recognized equally well. However, the dynamics of the process is relatively low, resulting in a longer reaction time.

Die WO 2014/162 156 A beschreibt eine Fehlererkennung in einer elektrischen Maschine, bei der die gemessenen Spannungs- und Stromwerte durch Clarke-Transformationen transformiert werden. Basierend auf den transformierten Werten wird ein momentaner Leistungswert bestimmt. Ein Fehler wird basierend auf einer Oberschwingungsanalyse des momentanen Leistungswerts in einem dq0-Referenzrahmen erkannt.The WO 2014/162 156 A describes an error detection in an electrical machine in which the measured voltage and current values are transformed by Clarke transformations. Based on the transformed values, an instantaneous power value is determined. An error is detected based on a harmonic analysis of the current power value in a dq0 reference frame.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine schnelle Erkennung von symmetrischen sowie unsymmetrischen Fehlern. Bei genügend steilen Fehlerflanken soll die Erkennung nur einen Abtastschritt benötigen. Das Konzept für die Fehlererkennung soll kostengünstig sein und eine hohe Dynamik aufweisen. Ferner soll mit zusätzlichen Freiheitsgraden die Robustheit des Verfahrens gegenüber der Dynamik einstellbar sein.Object of the present invention is a rapid detection of symmetrical and unbalanced errors. If the error edges are sufficiently steep, the detection should only be one sampling step need. The concept for error detection should be cost-effective and have high dynamics. Furthermore, the robustness of the method should be adjustable with respect to the dynamics with additional degrees of freedom.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 19, und ein Computerprogramm gemäß Anspruch 20 gelöst.This object is achieved by a device according to claim 1, a method according to claim 19, and a computer program according to claim 20.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Vorrichtung zur Fehlererkennung in einem elektrischen Wechselspannungsnetz. Die Vorrichtung umfasst eine dq-Transformationseinrichtung, welche ausgebildet ist, für mindestens eine Phase unter Verwendung einer einphasigen Transformation eine q-Komponente zu erzeugen. Ferner eine Auswerteeinheit die ausgebildet ist, eine Spannungsabweichung in dem elektrischen Wechselspannungsnetz abhängig von der q-Komponente zu erkennen und ein Fehlersignal auszugeben, wenn eine genügend große Spannungsabweichung vorliegt. An mindestens einer der Phasen ist ein Phasenverzögerer vorgesehen, wobei der Phasenverzögerer ausgebildet ist, ein jeweiliges Eingangssignal der jeweiligen Phase zu erfassen und ein jeweiliges gegenüber dem jeweiligen Eingangssignal um einen Phasenwinkel von 90° verzögertes Signal auszugeben. Ferner ist die dq-Transformationseinrichtung ausgebildet, das jeweilige Eingangssignal und das jeweilige verzögerte Signal zu empfangen. Durch den Phasenverzögerer wird aus dem Eingangssignal einer Phase des elektrischen Wechselspannungsnetzes das verzögerte Signal derselben Phase erzeugt. Das Eingangssignal und das verzögerte Signal werden verwendet, um eine dq-Transformation, welche auch als Park-Transformation bezeichnet wird, durchzuführen.Embodiments of the present invention provide a device for fault detection in an AC electrical network. The device comprises a dq transformation device which is designed to generate a q component for at least one phase using a single-phase transformation. Furthermore, an evaluation unit which is designed to detect a voltage deviation in the electrical AC voltage network as a function of the q-component and to output an error signal if there is a sufficiently large voltage deviation. A phase retarder is provided on at least one of the phases, the phase retarder being designed to detect a respective input signal of the respective phase and to output a respective signal which is delayed by a phase angle of 90 ° with respect to the respective input signal. Furthermore, the dq transformation device is designed to receive the respective input signal and the respective delayed signal. By the phase retarder, the delayed signal of the same phase is generated from the input signal of a phase of the electrical alternating voltage network. The input signal and the delayed signal are used to perform a dq transformation, also referred to as a park transform.

Die Idee der sdq-Überwachung (einphasigen dq-Überwachung) ist es, die extrem schnelle Reaktion in der q-Komponente der Netzspannung auf einen Spannungseinbruch zu nutzen. Um das Verfahren auf alle Spannungsfehler ausweiten zu können, wird für jede Phase eine eigene, sdq-Transformation (einphasige dq-Transformation) durchgeführt. Von den so in einem dreiphasigen elektrischen Netz erhaltenen sechs Indikatorspannungen (drei d-Komponenten und drei q-Komponenten) werden nur die drei q-Komponenten verwendet, um mittels eines Schwellwertvergleiches einen Fehler festzustellen. Somit kann auch die Fehlerart (symmetrisch oder unsymmetrisch) genau erkannt werden.The idea of sdq monitoring (single-phase dq monitoring) is to use the extremely fast response in the q component of the line voltage to a voltage dip. In order to be able to extend the process to all voltage errors, a separate sdq transformation (single-phase dq transformation) is carried out for each phase. Of the six indicator voltages thus obtained in a three-phase electrical network (three d-components and three q-components), only the three q-components are used to detect an error by means of a threshold comparison. Thus, the type of fault (symmetric or unbalanced) can be accurately detected.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist das elektrische Wechselspannungsnetz als ein mehrphasiges elektrisches Netz ausgebildet. Elektrische Wechselspannungsnetze sind unter anderem zur effizienteren Energieübertragung mehrphasig ausgelegt. Ferner können beispielsweise Antriebe wie Elektromotoren mit einem mehrphasiges elektrischen Netz zuverlässiger gestartet bzw. angefahren werden.In a preferred embodiment, the electrical AC voltage network is designed as a multi-phase electrical network. Electrical alternating voltage grids are designed, among other things, for the more efficient energy transfer in multi-phase. Furthermore, for example, drives such as electric motors can be started or started more reliably with a multi-phase electrical network.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Phasenverzögerer als ein verallgemeinerte Integrator zweiter Ordnung (Second Order Generalized Integrator, SOGI) ausgebildet. Durch einen verallgemeinerten Integrator zweiter Ordnung kann für jede der Phasen ein verzögertes Signal mit einer Phasenverschiebung von 90° zu dem jeweiligen Eingangssignal erzeugt werden.In a further preferred embodiment, the phase retarder is designed as a generalized second order integrator (SOGI). By a generalized second-order integrator, a delayed signal with a phase shift of 90 ° to the respective input signal can be generated for each of the phases.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der verallgemeinerte Integrator zweiter Ordnung zeitdiskret ausgebildet. Bei einem zeitdiskreten Schaltungsaufbau können die Signale digital beispielsweise mittels eines digitalen Signalprozessors verarbeitet werden. Digitalsignalprozessoren sind bei komplexem Schaltungsaufbau häufig kostengünstiger als der Aufbau einer analogen bzw. diskreten Schaltung.In a preferred embodiment, the generalized second order integrator is time discrete. In a discrete-time circuit configuration, the signals can be processed digitally, for example by means of a digital signal processor. Digital signal processors are often more cost effective in complex circuit design than the construction of an analog or discrete circuit.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der verallgemeinerte Integrator zweiter Ordnung zeitkontinuierlich ausgebildet. Ein zeitkontinuierlicher Schaltungsaufbau kann mit analogen Schaltungselementen erfolgen. Dadurch reduziert sich der Programmieraufwand für einen Phasenverzögerer. Zusätzlich ist ein robuster Aufbau der Schaltung möglich.In a preferred embodiment, the generalized second-order integrator is formed continuous-time. A continuous-time circuit design can be done with analog circuit elements. This reduces the programming effort for a phase retarder. In addition, a robust construction of the circuit is possible.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung zusätzlich eine Clarke-Transformations-Einrichtung, welche ausgebildet ist, α-Komponenten und β-Komponenten aus einem dreiphasigen elektrischen Netz zu erzeugen. Durch eine Clarke-Transformation in der Clarke-Transformations-Einrichtung werden die dreiphasigen Größen (Strom, Spannung) eines elektrischen Netzes einer Drehstrommaschine in ein einfacheres zweiachsiges Koordinatensystem mit den Achsen α und β überführt. Die α-Komponente zeigt dabei in der komplexen Ebene den Realteil, während die β-Komponente den Imaginärteil abbildet.In a further preferred embodiment, the device additionally comprises a Clarke transformation device, which is designed to generate α components and β components from a three-phase electrical network. A Clarke transformation in the Clarke Transformer converts the three-phase quantities (current, voltage) of an electrical network of a three-phase machine into a simpler two-axis coordinate system with the axes α and β. The α-component shows the real part in the complex plane, while the β-component shows the imaginary part.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung zusätzlich eine Phasenregelschleife (PLL), welche ausgebildet ist, die α-Komponente und die β-Komponente von der Clark-Transformations-Einrichtung zu empfangen und ein auf die α-Komponente und die β-Komponente abgestimmtes Sinussignal sowie ein gegenüber dem Sinussignal um 90° phasenverschobenes Cosinussignal zu erzeugen. Für die dq-Transformation wird ein aus der α-Komponente und β-Komponente erzeugtes Sinussignal sowie ein gegenüber dem Sinussignal um 90° phasenverschobenes Cosinussignal benötigt. Das Sinussignal und das Cosinussignal kann durch die Phasenregelschleife erzeugt werden. Die Phasenverschiebung zwischen dem Sinussignal und dem Cosinussignal kann dabei eine Toleranz von ca. ±5° aufweisen.In a preferred embodiment, the device additionally includes a phase locked loop (PLL) configured to receive the α component and the β component from the Clark transform means and a sinusoidal signal tuned to the α component and the β component and to generate a cosine signal phase-shifted by 90 ° with respect to the sine signal. For the dq transformation, a sinusoidal signal generated from the α component and β component and a cosine signal phase-shifted by 90 ° with respect to the sine signal are required. The sine signal and the cosine signal can be generated by the phase locked loop. The phase shift between the sine signal and The cosine signal can have a tolerance of about ± 5 °.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein erster Signalverzögerer ausgebildet, um ein gegenüber dem Sinussignal um 120° verzögertes Sinussignal und ein gegenüber dem Cosinussignal um 120° verzögertes Cosinussignal zu erzeugen. Ferner ist ein zweiter Signalverzögerer ausgebildet, um ein gegenüber dem Sinussignal um 240° verzögertes Sinussignal und ein gegenüber dem Cosinussignal um 240° verzögertes Cosinussignal zu erzeugen. Die durch den ersten und zweiten Signalverzögerer verzögerten Sinussignale und Cosinussignale werden ebenfalls für die dq-Transformation benötigt. Die Phasenverschiebung zwischen dem um 120° bzw. um 240° verzögerten Sinussignal zu dem um 120° bzw. um 240° verzögerten Cosinussignal kann ebenfalls eine Toleranz von ca. ±5° aufweisen. Ein symmetrisches Dreiphasensystem (120°) mit der Amplitude A kann auf verschiedene Weise generiert werden, z. B. sin (ωt + 120°) etc.In a further preferred embodiment, a first signal delay is designed to generate a sinusoidal signal delayed by 120 ° with respect to the sine signal and a cosine signal delayed by 120 ° with respect to the cosine signal. Furthermore, a second signal delay is designed to generate a sinusoidal signal delayed by 240 ° with respect to the sine signal and a cosine signal delayed by 240 ° with respect to the cosine signal. The sine and cosine signals delayed by the first and second signal delays are also needed for the dq transformation. The phase shift between the sinusoidal signal delayed by 120 ° or by 240 ° to the cosine signal delayed by 120 ° or by 240 ° can likewise have a tolerance of approximately ± 5 °. A balanced three-phase system (120 °) with the amplitude A can be generated in different ways, eg. Sin (ωt + 120 °) etc.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung drei Phasenregelschleifen wobei jede der Phasenregelschleife ausgebildet ist, die α-Komponente und die β-Komponente von der Clark-Transformations-Einrichtung zu empfangen und für eine jeweilige der Phasen ein auf die α- Komponente und die β-Komponente abgestimmtes Sinussignal sowie ein gegenüber dem Sinussignal um 90° phasenverschobenes Cosinussignal zu erzeugen, wobei jede der drei Phasenregelschleifen das jeweilige Sinussignal und das jeweilige Cosinussignal einer anderen Phase erzeugt. Ferner kann auch eine Phasenregelschleife aus der α-Komponente und der β-Komponente für jede der Phasen ein auf die α-Komponente und die β-Komponente abgestimmtes Sinussignal sowie ein gegenüber dem Sinussignal um 90° phasenverschobenes Cosinussignal erzeugen. Durch die Erzeugung des Sinussignals und des Cosinussignals für jede der Phasen in einem elektrischen Netz kann auf zusätzliche die Signalverzögerer, welche das Sinussignal und das Cosinussignal verzögern, verzichtet werden. Die Phasenverschiebung zwischen jedem der Sinussignale und dem dazu 90° phasenverschobenen Cosinussignal kann wiederum eine Toleranz von ca. ±5° aufweisen.In a preferred embodiment, the apparatus comprises three phase-locked loops, each of the phase-locked loops being configured to receive the α-component and the β-component from the Clark transformation device and for each of the phases to be input to the α-component and the β-component. Component to generate tuned sinusoidal signal and a relation to the sine signal phase-shifted by 90 ° cosine signal, each of the three phase locked loops generates the respective sine signal and the respective cosine signal of another phase. Furthermore, a phase-locked loop of the α-component and the β-component for each of the phases can generate a sinusoidal signal tuned to the α-component and the β-component and a cosine signal phase-shifted by 90 ° with respect to the sinusoidal signal. By generating the sine signal and the cosine signal for each of the phases in an electrical network, the signal delayers delaying the sine signal and the cosine signal can be dispensed with in addition. The phase shift between each of the sinusoidal signals and the cosine signal phase-shifted to 90 ° can in turn have a tolerance of about ± 5 °.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die q-Komponente eine q-Spannung. Die q-Spannung kann mit einfachen Mitteln, wie beispielsweise einem Komparator, kostengünstig auf einen Schwellwert überwacht werden.In a further preferred embodiment, the q-component comprises a q-voltage. The q-voltage can be monitored inexpensively to a threshold value by simple means such as a comparator.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die dq-Transformationseinrichtung ausgebildet, mit einem Eingangssignal, einem verzögerten Signal, das auf das Eingangssignal abgestimmt ist, sowie mit einem Sinussignal sin(ωt) und einem Cosinussignal cos(ωt), welches gegenüber dem Sinussignal um 90° phasenverschoben ist, eine Park-Transformation für jede der Phasen auszuführen, wobei die Park-Transformation durch die Gleichung uq = cos(ωt)ur + sin(ωt)ui definiert ist. Die Parameter ur und ui sind Ausgänge einer 90° Verschiebungsvorrichtung (Clark-Transformations-Einrichtung). Die 90° Phasenverschiebung zwischen den Sinussignalen und den Cosinussignalen kann eine Toleranz von ca. ±5° aufweisen. Durch die Park-Transformation wird die q-Komponente bzw. die q-Spannung erzeugt. Abhängig vom Wert der q-Spannung lassen sich Rückschlüsse auf den Zustand des elektrischen Wechselspannungsnetzes und damit auf mögliche Fehler in dem elektrischen Wechselspannungsnetz ziehen.In a preferred embodiment, the dq transformation device is formed with an input signal, a delayed signal which is tuned to the input signal, as well as with a sine signal sin (ωt) and a cosine signal cos (ωt) which are phase-shifted by 90 ° with respect to the sine signal is to perform a park transformation for each of the phases, using the park transformation through the equation u q = cos (ωt) u r + sin (ωt) u i is defined. The parameters u r and u i are outputs of a 90 ° shift device (Clark transform device). The 90 ° phase shift between the sinusoidal signals and the cosine signals can have a tolerance of about ± 5 °. The park transformation generates the q-component or the q-voltage. Depending on the value of the q-voltage, conclusions can be drawn about the condition of the electrical alternating voltage network and thus about possible faults in the electrical alternating voltage network.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, die q-Komponente mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen und ein Fehlersignal auszugeben, wenn der Schwellwert über- oder unterschritten wird. Durch einen Schwellwert wird ein Wert für die q-Komponente definiert. Bis zum Erreichen dieses Schwelwertes kann davon ausgegangen werden, dass kein Fehler in dem elektrischen Wechselspannungsnetz vorliegt und das elektrische Wechselspannungsnetz somit fehlerfrei ist. Beim Über- oder Unterschreiten des Schwelwertes ist davon auszugehen, dass das elektrische Wechselspannungsnetz einen Fehler aufweist.In a preferred embodiment, the evaluation device is designed to compare the q-component with at least one threshold value and to output an error signal if the threshold value is exceeded or undershot. A threshold defines a value for the q component. Until this threshold value is reached, it can be assumed that there is no fault in the electrical alternating voltage network and the electrical alternating voltage network is thus faultless. When exceeding or falling below the threshold value, it can be assumed that the electrical AC voltage network has an error.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, ein Fehlersignal auszugeben, wenn in dem elektrischen Wechselspannungsnetz an mindestens einer der Phasen die q-Komponente den Schwellwert über- oder unterschreitet. Durch die Ausgabe eines Fehlersignals können Maßnahmen beispielsweise zum Schutz der im elektrischen Wechselspannungsnetz vorhandenen Komponenten getroffen werden. Ferner können auch Maßnahmen zur Isolierung der Fehler verursachenden Komponente getroffen werden. Ferner können Personen über den Zustand des elektrischen Wechselspannungsnetzes informiert werden.In a further preferred embodiment, the evaluation device is designed to output an error signal if the q component exceeds or falls below the threshold value in at least one of the phases in the electrical alternating voltage network. By issuing an error signal, measures can be taken, for example, to protect the components present in the electrical alternating voltage network. Furthermore, measures can also be taken to isolate the component causing the fault. Furthermore, persons can be informed about the state of the electrical alternating voltage network.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet zu bestimmen, ob ein symmetrischer oder ein unsymmetrischer Netzfehler vorliegt bzw. ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, einen Endwert der Spannungsabweichung zu bestimmen. Ferner ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, ein Fehlersignal auszugeben, welches abhängig ist von der Art des Fehlers. Durch eine möglichst schnelle Bestimmung der Fehlerart bzw. des Endwerts der Spannungsabweichung, welche durch den Fehler verursacht wird, kann beispielsweise eine mögliche Fehlerquelle schnell bestimmt werden. Dadurch können wiederum sehr schnell Maßnahmen zum Schutz weiterer Komponenten in dem elektrischen Wechselspannungsnetz getroffen werden. Auch kann durch eine schnelle und präzise Fehlerbestimmung weiterer Schaden an der den Fehler verursachenden Komponente verhindert werden. Dadurch lassen sich Folgekosten des Fehlers reduzieren.In a preferred embodiment, the evaluation device is designed to determine whether a symmetrical or an asymmetrical network fault is present or if the evaluation device is designed to determine a final value of the voltage deviation. Furthermore, the evaluation device is designed to output an error signal, which depends on the type of error. By the fastest possible determination of the type of error or the final value of the voltage deviation, which is caused by the error can For example, a possible source of error can be determined quickly. As a result, measures for protecting further components in the electrical alternating voltage network can again be taken very quickly. Also can be prevented by a fast and precise error determination further damage to the component causing the error. This reduces the consequential costs of the error.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Vorrichtung für eine Nennfrequenz von 50, 60 oder 162/3 Hz ausgebildet. Ferner kann die Vorrichtung frequenzadaptiv ausgebildet sein. Die Vorrichtung kann mit ihren Komponenten auf eine bestimmte Nennfrequenz ausgebildet sein, um bei entsprechenden Frequenzen betrieben zu werden und bei Abweichungen von der Nennfrequenz, welche eine bestimmte Toleranz überschreitet, ein Fehlersignal auszugeben. Ein Fehlersignal kann beispielsweise ausgegeben werden, wenn die Vorrichtung eine Abweichung der Frequenz gegenüber der Nennfrequenz von mehr als ±1% oder ±5% erkennt. Durch das Anpassen der Vorrichtung auf eine bestimmte Nennfrequenz ist ein einfacher Schaltungsaufbau mit kostengünstigeren Komponenten möglich. Ein frequenzadaptiver Schaltungsaufbau ermöglicht die Verwendung der Vorrichtung in verschiedenen elektrischen Netzen oder bei Netzen schwankender Netzfrequenz. In Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, beispielsweise durch vorgängige Auswahl der Nennfrequenz die Vorrichtung an die Nennfrequenz angepasst zu betreiben.In a further preferred embodiment of the apparatus for a nominal frequency of 50 is formed 60 or 16 2/3 Hz. Furthermore, the device can be designed to be adaptive to frequency. The device may be designed with its components at a specific nominal frequency in order to be operated at corresponding frequencies and to output an error signal in the event of deviations from the nominal frequency which exceeds a certain tolerance. For example, an error signal may be output if the device detects a frequency deviation from the nominal frequency greater than ± 1% or ± 5%. By adapting the device to a specific nominal frequency, a simple circuit construction with lower-cost components is possible. Frequency-adaptive circuitry allows use of the device in various electrical networks or in networks of fluctuating network frequency. In embodiments, it is also possible to operate the device adapted to the nominal frequency, for example, by preselecting the nominal frequency.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the present invention will be explained with reference to the accompanying figures. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 a schematic representation of a first embodiment of a device according to the invention;

2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 2 a schematic representation of another embodiment of the device according to the invention;

3 ein Simulationsschema eines Ausführungsbeispiels; 3 a simulation scheme of an embodiment;

4 eine schematische Darstellung eines verallgemeinerten Integrators zweiter Ordnung (Second Order Generalized Integrators, SOGI); 4 a schematic representation of a generalized second order integrator integrator (SOGI);

5 eine schematische Darstellung eines Filters, in welchem der SOGI integrierbar ist; 5 a schematic representation of a filter in which the SOGI is integrable;

6 ein Bode-Diagramm des SOGI-Filters; 6 a Bode diagram of the SOGI filter;

7a den Spannungsverlauf eines symmetrischen Fehlers in einem dreiphasigen elektrischen Netz; 7a the voltage curve of a symmetrical fault in a three-phase electrical network;

7b eine Netzüberwachung mit einem zweifachen verallgemeinerten Integrator zweiter Ordnung (Dual Second Order Generalized Integrators, DSOGI); 7b a network monitor with a dual generalized second order integrator (DSOGI);

7c eine Halb-Perioden-Effektivwert Netzüberwachung; 7c a half-period RMS network monitoring;

7d den Spannungsverlauf des symmetrischen Fehlers in einem dreiphasigen elektrischen Netz wie in 7a dargestellt; 7d the voltage curve of the symmetrical fault in a three-phase electrical network as in 7a shown;

7e eine Netzüberwachung mit einer dq-Überwachung; 7e a network monitoring with a dq monitoring;

7f eine Netzüberwachung mit einer erfindungsgemäßen einphasigen dq-Überwachung; 7f a network monitoring with a single-phase dq monitoring according to the invention;

8a den Spannungsverlauf eines unsymmetrischen Fehlers in einem dreiphasigen elektrischen Netz; 8a the voltage curve of an unbalanced fault in a three-phase electrical network;

8b eine Netzüberwachung mit einem zweifachen verallgemeinerten Integrator zweiter Ordnung (Dual Second Order Generalized Integrators, DSOGI); 8b a network monitor with a dual generalized second order integrator (DSOGI);

8c eine Halb-Perioden-Effektivwert Netzüberwachung; 8c a half-period RMS network monitoring;

8d den Spannungsverlauf des unsymmetrischen Fehlers in einem dreiphasigen elektrischen Netz wie in 8a dargestellt; 8d the voltage curve of the unbalanced fault in a three-phase electrical network as in 8a shown;

8e eine Netzüberwachung mit einer dq-Überwachung; 8e a network monitoring with a dq monitoring;

8f eine Netzüberwachung mit einer erfindungsgemäßen einphasigen dq-Überwachung; 8f a network monitoring with a single-phase dq monitoring according to the invention;

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwertige Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen austauschbar ist.In the following description of the embodiments of the invention, the same or equivalent elements in the figures are given the same reference numerals, so that their description in the different embodiments is interchangeable.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zur Fehlererkennung in einem elektrischen Wechselspannungsnetz. Das elektrische Wechselspannungsnetz kann mehrere Phasen umfassen. Vorzugsweise umfasst das mehrphasige elektrische Netz wie in der 1 gezeigt drei Phasen. Die Vorrichtung 10 kann aber auch ausgebildet sein, um Fehler in einem elektrische Netz mit einer, zwei, vier, fünf oder mehr Phasen zu erkennen. Bei mehreren Phasen können die Phasen zueinander einen Phasenwinkel gleicher Größe aufweisen. Das heißt, der Wert des Phasenwinkels entspricht 360° geteilt durch die Anzahl der Phasen des elektrischen Netzes. Bei einem dreiphasigen elektrischen Netz beträgt der Phasenwinkel zwischen den drei Phasen je 120°. 1 shows a schematic representation of a device 10 for fault detection in an electrical alternating voltage network. The electrical alternating voltage network can comprise several phases. Preferably, the multiphase electrical network comprises as in 1 shown three phases. The device 10 but can also be designed to detect faults in an electrical network with one, two, four, five or more phases. In the case of several phases, the phases can have a phase angle of the same size relative to each other. That is, the value of the phase angle is 360 ° divided by the number of phases of the electric network. For a three-phase electrical network, the phase angle between the three phases is 120 ° each.

Als Wechselspannungsnetz wird ein elektrisches Netz bezeichnet welches eine Wechselspannung an einen elektrischen Verbraucher (z. B. Motor, Heizung, Beleuchtung usw.) ausgibt. Als Wechselspannungsnetz kann auch ein Wechselstromnetz oder allgemein gesagt ein elektrisches Netz mit einer elektrischen Wechselgröße bezeichnet werden.An alternating voltage network is an electrical network which outputs an alternating voltage to an electrical consumer (eg motor, heating, lighting, etc.). As an alternating voltage network, an alternating current network or, generally speaking, an electrical network with an electrical alternating quantity can also be designated.

Als Fehler kann eine Abweichung vom normalen Spannungswert bezeichnet werden. Dabei kann die Spannung einen Wert über dem normalen Spannungswert oder einen Wert unter dem normalen Spannungswert annehmen. Beispielsweise kann ein normaler Spannungswert dem Effektivwert von 230 V entsprechen. Abhängig von Netznormierungen kann eine Abweichung von ±10% als Netzspannungstoleranz angesehen werden, d. h. es wird kein Fehler ausgegeben, wenn der Spannungswert innerhalb der Netzspannungstoleranz liegt. Das Vorliegen eines Fehler kann beispielsweise angenommen werden, wenn der Effektivwert des Spannungswertes um 15% über oder um 15% unterschritten wird.An error can be a deviation from the normal voltage value. In this case, the voltage may assume a value above the normal voltage value or a value below the normal voltage value. For example, a normal voltage value may correspond to the rms value of 230V. Depending on network normalization, a deviation of ± 10% can be considered as a line voltage tolerance, ie. H. no error is output if the voltage value is within the mains voltage tolerance. The presence of an error can be assumed, for example, if the rms value of the voltage value is exceeded by 15% or 15%.

Die Vorrichtung umfasst eine dq-Transformationseinrichtung, welche ausgebildet ist, für mindestens eine der Phasen unter Verwendung einer einphasigen Transformation eine q-Komponente zu erzeugen. Die in der 1 gezeigte Vorrichtung weist drei dq-Transformationseinrichtungen 12a, 12b, 12c auf, wobei jede der dq-Transformationseinrichtungen 12a, 12b, 12c eine der drei Phasen transformiert. Die dq-Transformationseinrichtungen 12a, 12b, 12c sind ausgebildet, eine Park-Transformation durchzuführen. Dabei werden die Größen (Strom bzw. Spannung) eines elektrischen Netzes in ein zweiachsiges Koordinatensystem mit den Komponenten d und q überführt. Die d- und q-Komponenten können im stationären Fall mit dem Rotor einer Drehstrommaschine rotieren. Das Wertepaar d und q stellt zeitlich konstante Größen dar. Der Wert d kann die magnetische Flussdichte der magnetischen Feldstärke anzeigen. Der Wert q kann ein Ausdruck für das vom Rotor erzeugte Drehmoment sein.The device comprises a dq transformation device which is designed to generate a q component for at least one of the phases using a single-phase transformation. The in the 1 The device shown has three dq transformation devices 12a . 12b . 12c on, with each of the dq transformation facilities 12a . 12b . 12c one of the three phases transformed. The dq transformation facilities 12a . 12b . 12c are trained to perform a park transformation. In this case, the quantities (current or voltage) of an electrical network are converted into a two-axis coordinate system with the components d and q. The d and q components can rotate in the stationary case with the rotor of a three-phase machine. The value pair d and q represents time-constant quantities. The value d can indicate the magnetic flux density of the magnetic field strength. The value q may be an expression for the torque generated by the rotor.

Die q-Komponente umfasst beispielsweise den Wert einer analogen elektrische Spannung oder eines analogen elektrischen Stroms. Vorzugsweise ist die q-Komponente eine q-Spannung. Die q-Komponente kann anstelle eines analogen Signales auch ein digitales Signal sein und damit als Bitkombination vorliegen. Eine Bitkombination und damit ein digitaler Wert kann einfach in einem digitalen Speicher, beispielsweise einem RAM oder auf einer Harddisk, abgelegt werden. Ferner kann ein digitaler Wert durch beispielsweise einen Algorithmus in einem digitalen Computer oder Prozessor verarbeitet werden.The q component includes, for example, the value of an analog electrical voltage or an analog electrical current. Preferably, the q-component is a q-voltage. The q component can also be a digital signal instead of an analog signal and thus be present as a bit combination. A bit combination and thus a digital value can simply be stored in a digital memory, for example a RAM or on a hard disk. Further, a digital value may be processed by, for example, an algorithm in a digital computer or processor.

Bei der dq-Transformation bzw. der Park-Transformation wird ein Eingangssignal SRA, SRB, SRC mit dem Formelzeichen ur sowie ein um 90° verzögertes Signal SIA, SIB, SIC mit dem Formelzeichen ui, das auf das Eingangssignal SRA, SRB, SRC abgestimmt ist, zur Transformation verwendet. Die Verzögerung zwischen dem Eingangssignal SRA, SRB, SRC sowie dem verzögerten Signal SIA, SIB, SIC sollte eine Phasenverschiebung zwischen den Signalen von vorzugsweise 90° ± 5° (Toleranz ≤ ±5°) betragen. Ferner wird ein Sinussignal sin(ωt) und ein Cosinussignal cos(ωt), wobei das Cosinussignal cos(ωt) gegenüber dem Sinussignal sin(ωt) um 90° phasenverschoben ist, für die dq-Transformation benötigt. Die dq-Transformation wird für jede der Phasen des elektrischen Wechselspannungsnetzes ausgeführt. Die dq-Transformation ist durch die Gleichung uq = cos(ωt)ur + sin(ωt)ui definiert.In the dq transformation or the parking transformation, an input signal SRA, SRB, SRC with the symbol u r and a delayed by 90 ° signal SIA, SIB, SIC with the symbol u i , the input signal SRA, SRB, SRC is tuned, used for transformation. The delay between the input signal SRA, SRB, SRC and the delayed signal SIA, SIB, SIC should be a phase shift between the signals of preferably 90 ° ± 5 ° (tolerance ≤ ± 5 °). Further, a sinusoidal signal sin (ωt) and a cosine signal cos (ωt) with the cosine signal cos (ωt) phase-shifted from the sinusoidal signal sin (ωt) by 90 ° are required for the dq transformation. The dq transformation is performed for each of the phases of the AC electrical network. The dq transformation is through the equation u q = cos (ωt) u r + sin (ωt) u i Are defined.

Die q-Komponente SQA, SQB, SQC mit dem Formelzeichen uq ist gemäß vorhergehender Gleichung abhängig von dem Eingangssignal ur (SRA, SRB, SRC), welches den Spannungsverlauf der überwachten Phasen des elektrischen Wechselspannungsnetzes aufzeigt, sowie dem verzögerten Signal ui (SIA, SIB, SIC), welches einen um 90° ± 5° verzögerten Signalverlauf gegenüber dem Eingangssignal ur (SRA, SRB, SRC) aufweist. Somit ist die q-Komponente SQA, SQB, SQC direkt abhängig vom Wert des Eingangssignals SRA, SRB, SRC bzw. dem verzögerten Signal SIA, SIB, SIC der überwachten Phasen des elektrischen Wechselspannungsnetzes. Durch die drei parallel zueinander angeordneten dq-Transformationseinrichtungen 12a, 12b, 12c, welche jede der überwachten Phasen einzeln transformieren, werden das Eingangssignal SRA, SRB, SRC bzw. das verzögerte Signal SIA, SIB, SIC der drei Phasen einzeln überwacht.The q-component SQA, SQB, SQC with the symbol u q is dependent on the input signal u r (SRA, SRB, SRC), which shows the voltage profile of the monitored phases of the AC electrical network and the delayed signal u i (FIG. SIA, SIB, SIC), which has a delayed by 90 ° ± 5 ° waveform with respect to the input signal u r (SRA, SRB, SRC). Thus, the q-component SQA, SQB, SQC is directly dependent on the value of the input signal SRA, SRB, SRC or the delayed signal SIA, SIB, SIC of the monitored phases of the AC electrical network. By the three parallel dq transformation facilities 12a . 12b . 12c , which individually transform each of the monitored phases, the input signals SRA, SRB, SRC and the delayed signals SIA, SIB, SIC of the three phases are individually monitored.

Die Eingangssignale SRA, SRB und SRC entsprechen den Eingangsspannungen mit dem Formelzeichen ur, wobei jedes Signal das Eingangssignal einer der drei Phasen A, B, C bezeichnet. Die Signale SIA, SIB und SIC entsprechen dem verzögerten Signal mit dem Formelzeichen ui, wobei wiederum jedes Signal das Eingangssignal einer der drei Phasen bezeichnet. Die Signale Si1, Si2 und Si3 entsprechen dem Sinussignal mit dem Formelzeichen sin(ωt), wobei das Signal Si2 gegenüber dem Signal Si1 eine Phasenverschiebung von 120° und das Signal Si3 gegenüber dem Signal Si1 eine Verzögerung von 240° aufweist. Die Signale C1, Co2 und Co3 entsprechen dem Cosinussignal mit dem Formelzeichen cos(ωt), wobei das Signal Co2 gegenüber dem Signal Co1 eine Phasenverschiebung von 120° und das Signal Co3 gegenüber dem Signal Co1 eine Verzögerung von 240° aufweist. Die Signale SQA, SQB und SQC entsprechen der q-Komponente mit dem Formelzeichen uq, wobei jedes Signal SQA, SQB, SQC die q-Komponente einer der drei Phasen bezeichnet.The input signals SRA, SRB and SRC correspond to the input voltages with the symbol u r , where each signal designates the input signal of one of the three phases A, B, C. The signals SIA, SIB and SIC correspond to the delayed signal with the symbol u i , where again each signal denotes the input signal of one of the three phases. The signals Si1, Si2 and Si3 correspond to the sine signal with the symbol sin (ωt), wherein the signal Si2 has a phase shift of 120 ° with respect to the signal Si1 and the signal Si3 has a delay of 240 ° with respect to the signal Si1. The signals C1, Co2 and Co3 correspond to the cosine signal with the symbol cos (ωt), wherein the signal Co2 has a phase shift of 120 ° with respect to the signal Co1 and the signal Co3 has a delay of 240 ° with respect to the signal Co1. The signals SQA, SQB and SQC correspond to the q-component with the symbol u q , where each signal SQA, SQB, SQC designates the q-component of one of the three phases.

Ferner umfasst die Vorrichtung eine Auswerteeinheit 14, die ausgebildet ist, eine Spannungsabweichung in dem elektrischen Wechselspannungsnetz abhängig von der q-Komponente SQA, SQB, SQC zu erkennen. Die Auswerteeinheit kann als Teil einer elektronischen Schaltung mit elektrischen Bauelementen aufgebaut sein oder Teil eines Programmcodes, beispielsweise innerhalb eines Signalprozessors, sein. Die Auswerteeinheit empfängt die Signale der q-Komponente SQA, SQB, SQC, beispielsweise an einer Schnittstelle zwischen der dq-Transformationseinrichtung 12a, 12b, 12c und der Auswerteeinheit 14. Beispielsweise ist bei einem diskreten Schaltungsaufbau mit elektrischen Bauelementen die Auswerteeinheit 14 mit jeder der dq-Transformationseinrichtungen 12a, 12b, 12c elektrisch verbunden.Furthermore, the device comprises an evaluation unit 14 , which is designed to detect a voltage deviation in the AC electrical network depending on the q-component SQA, SQB, SQC. The evaluation unit can be constructed as part of an electronic circuit with electrical components or be part of a program code, for example within a signal processor. The evaluation unit receives the signals of the q-component SQA, SQB, SQC, for example at an interface between the dq transformation device 12a . 12b . 12c and the evaluation unit 14 , For example, in a discrete circuit construction with electrical components, the evaluation unit 14 with each of the dq transformation facilities 12a . 12b . 12c electrically connected.

Die Auswerteeinheit 14 erfasst den Wert der q-Komponenten SQA, SQB, SQC von jeder der dq-Transformationseinrichtungen 12a, 12b, 12c. Der Wert der q-Komponente SQA, SQB, SQC kann an die Auswerteeinheit 14 als digitales oder analoges elektrisches Signal übertragen werden. Das elektrische Signal kann eine variable Strom- oder Spannungsgröße aufweisen.The evaluation unit 14 detects the value of the q components SQA, SQB, SQC of each of the dq transformers 12a . 12b . 12c , The value of the q-component SQA, SQB, SQC can be sent to the evaluation unit 14 be transmitted as a digital or analog electrical signal. The electrical signal may have a variable current or voltage magnitude.

Die Auswerteeinheit 14 ist ferner ausgebildet, ein Fehlersignal FS auszugeben, wenn ein Fehler beziehungsweise eine Spannungsabweichung im elektrischen Wechselspannungsnetz vorliegt. Das Fehlersignal FS kann an einer Schnittstelle zu einer weiteren Einheit, welche beispielsweise bei einem Fehlersignal eine Maßnahme ergreifen kann, ausgegeben werden. Die Auswerteeinheit 14 kann auch ausgebildet sein, beispielsweise abhängig vom Fehlersignal FS, selbst Maßnahmen zu ergreifen. Maßnahmen können beispielsweise zur Einschränkung des Fehlers beziehungsweise zur Behebung des Fehlers getroffen werden, indem Fehler verursachende oder Fehler betroffene Bereiche zugeschaltet, ausgeschaltet oder überbrückt werden.The evaluation unit 14 is further configured to output an error signal FS if there is an error or a voltage deviation in the electrical alternating voltage network. The error signal FS can be output at an interface to a further unit, which can take a measure, for example, in the case of an error signal. The evaluation unit 14 can also be designed, for example, depending on the error signal FS to take action itself. Measures can be taken, for example, to limit the error or to remedy the error by switching on, switching off or bridging areas that cause errors or are affected by errors.

Zur Erkennung, ob ein Fehler vorliegt, kann die Auswerteeinrichtung 14 ausgebildet sein, die q-Komponente SQA, SQB, SQC mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen und ein Fehlersignal FS auszugeben, wenn der Schwellwert über- oder unterschritten wird. Mit dem Schwellwert wird ein Wert festgelegt, bei dessen Erreichen angenommen wird, dass ein Fehlerzustand erreicht ist. Beispielsweise kann die q-Komponente im Normalzustand einen Wert von 5 Volt aufweisen. Ein Schwellwert kann bei 4 Volt gesetzt werden. Falls der Wert des Signales SQA, SQB oder SQB kleiner oder gleich 4 Volt ist, wird ein Fehlersignal FS ausgegeben. Falls Signal SQA, SQB oder SQB den Schwellwert von 4 Volt wieder überschreitet, kann das Fehlersignal zurückgesetzt werden. Es ist auch möglich, dass ein Schwellwert beispielsweise bei 6 Volt gesetzt ist und beim Überschreiten des Schwellwerts ein Fehlersignal FS ausgegeben wird. Ferner ist es möglich sowohl beim Unter- als auch beim Überschreiten eines Schwellwertes (4 V, 6 V) ein Fehlersignal FS auszugeben. Das Erreichen des Fehlerzustands bedeutet, dass ein Fehler in dem elektrischen Wechselspannungsnetz aufgetreten ist. Die Schwellwerte können darüber hinaus mit einer Schalthysterese versehen werden.To detect whether an error is present, the evaluation 14 be configured to compare the q-component SQA, SQB, SQC with at least one threshold and output an error signal FS when the threshold is exceeded or fallen below. The threshold defines a value that, when reached, assumes that an error condition has been reached. For example, the q-component may have a value of 5 volts in the normal state. A threshold can be set at 4 volts. If the value of the signal SQA, SQB or SQB is less than or equal to 4 volts, an error signal FS is output. If signal SQA, SQB or SQB again exceeds the threshold of 4 volts, the error signal can be reset. It is also possible for a threshold value to be set at 6 volts, for example, and an error signal FS to be output when the threshold value is exceeded. Furthermore, it is possible to output an error signal FS both when a threshold value (4 V, 6 V) is undershot and exceeded. Achieving the fault condition means that an error has occurred in the AC electrical network. The threshold values can also be provided with a switching hysteresis.

Die Auswerteeinrichtung 14 kann ausgebildet sein, ein Fehlersignal FS auszugeben, wenn in dem elektrischen Wechselspannungsnetz an mindestens einer der Phasen das Signal der q-Komponenten SQA, SQB, SQC den Schwellwert über- oder unterschreitet. Die Ausgabe des Fehlersignals FS zeigt an, dass in dem elektrischen Wechselspannungsnetz ein Fehler aufgetreten ist. Somit kann das Ergreifen von Maßnahmen zur Behebung des Fehlers bzw. zur Isolierung einzelner im elektrischen Wechselspannungsnetz vorhandenen Komponenten eingeleitet werden. Ein schnelles Einleiten von Maßnahmen kann dazu beitragen, das Ausmaß des Schadens eines Fehlers gering zu halten.The evaluation device 14 can be configured to output an error signal FS, if in the electrical AC voltage network at least one of the phases, the signal of the q-components SQA, SQB, SQC exceeds or falls below the threshold. The output of the error signal FS indicates that an error has occurred in the AC electrical network. Thus, the taking of measures for correcting the error or for the isolation of individual components present in the electrical alternating voltage network can be initiated. Rapid action can help minimize the extent of damage done to a fault.

Die Auswerteeinrichtung 14 kann ausgebildet sein zu bestimmen, ob ein symmetrischer oder ein unsymmetrischer Netzfehler vorliegt. Durch die Bestimmung der Art des Fehlers können mögliche Maßnahmen beispielsweise zur Behebung des Fehlers geprüft oder ausgeschlossen werden, wobei wiederum ein schnelles Ergreifen von Maßnahmen dazu beitragen kann, das Ausmaß des Schadens, welcher durch den Spannungsfehler erzeugt wird, gering zu halten.The evaluation device 14 may be configured to determine whether there is a symmetric or an unbalanced network error. By determining the nature of the error, possible measures can be checked or eliminated, for example, to remedy the error, in which case rapid action can help to minimize the extent of damage caused by the voltage error.

Die Auswerteeinrichtung 14 kann auch ausgebildet sein, einen Endwert der Spannungsabweichung zu bestimmen. Durch die Bestimmung des Endwerts des Spannungseinbruchs kann beispielsweise verhindert werden, dass Komponenten des elektrischen Wechselspannungsnetzes isoliert werden, obwohl kein Schaden für die entsprechenden Komponenten zu erwarten ist und ferner auch keine Schadensgefahr von den entsprechenden Komponenten ausgeht. Ferner können durch die Bestimmung des Endwerts Komponenten isoliert werden, noch bevor der Spannungseinbruch einen Wert erreicht hat, bei welchem diese Komponenten Schaden nehmen könnten.The evaluation device 14 may also be designed to determine a final value of the voltage deviation. By determining the end value of the voltage drop, it is possible, for example, to prevent components of the electrical alternating voltage network from being isolated, although no damage is to be expected for the corresponding components and furthermore no risk of damage from the corresponding components. Further, by determining the final value, components can be isolated even before the voltage dip reaches a value at which these components could be damaged.

Die Auswerteeinrichtung 14 kann ausgebildet sein, ein Fehlersignal FS auszugeben, welches abhängig ist von der Art des Fehlers. Die Ausgabe eines Fehlersignals FS, welches möglichst präzise den Fehler beschreibt bzw. einem Fehler zuzuordnen ist, unterstützt das schnelle Ergreifen von Maßnahmen zur Behebung des Fehlers. Das Fehlersignal FS kann an eine Netzüberwachung übertragen werden. Die Netzüberwachung oder die Auswerteeinrichtung kann beim Vorliegen eines bestimmten Wertes des Fehlersignales, abhängig vom Wert des Fehlersignales FS, bestimmte Maßnahmen zur Fehlerbehebung bzw. zur Fehler- oder zur Schadensbegrenzung veranlassen. Beispielsweise können durch Schaltschütze oder Relais, welche elektrisch oder pneumatisch betrieben werden, gewisse Schaltungsbereiche oder Komponenten zu- oder abgeschaltet werden. The evaluation device 14 can be configured to output an error signal FS, which depends on the nature of the error. The output of an error signal FS, which describes the error as precisely as possible or is attributable to an error, supports the rapid adoption of measures for correcting the error. The error signal FS can be transmitted to a network monitor. The network monitoring or the evaluation device can, if a certain value of the error signal, depending on the value of the error signal FS, certain measures for troubleshooting or for error or damage limitation cause. For example, by switching contactors or relays, which are operated electrically or pneumatically, certain circuit areas or components are switched on or off.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zusätzlich sind in der 2 gegenüber der in der 1 gezeigten Darstellung weitere Komponenten zur Erzeugung der für die dq-Transformation benötigten Signale gezeigt. 2 shows a schematic representation of another embodiment of the device according to the invention. In addition, in the 2 opposite in the 1 shown further components for generating the signals required for the dq transformation shown.

Die Eingangssignale SRA, SRB, SRC der dq-Transformationseinrichtungen 12a, 12b, 12c sind verbunden mit den drei Phasen A, B, C, welche durch die Vorrichtung 10 überwacht werden. Die um 90° verzögerten Signale SIA, SIB, SIC werden durch einen Phasenverzögerer 16a, 16b, 16c erzeugt. Phasenverzögerer können beispielsweise als verallgemeinerter Integrator zweiter Ordnung (Second Order Generalized Integrators, SOGI) ausgebildet sein. Ein verallgemeinerter Integrator zweiter Ordnung wird später bezugnehmend auf die 4 und 5 beschrieben.The input signals SRA, SRB, SRC of the dq transformation facilities 12a . 12b . 12c are connected to the three phases A, B, C, which pass through the device 10 be monitored. The delayed by 90 ° signals SIA, SIB, SIC by a phase retarder 16a . 16b . 16c generated. Phase retarders can be designed, for example, as a generalized second-order integrator (SOGI). A generalized second order integrator will be discussed later with reference to FIGS 4 and 5 described.

An jeder der Phasen A, B, C kann einer der Phasenverzögerer 16a, 16b, 16c vorgesehen sein, wobei der Phasenverzögerer 16a, 16b, 16c ausgebildet ist, ein jeweiliges Eingangssignal SRA, SRB, SRC der jeweiligen Phase PA, PB, PC zu erfassen und eine jeweilige gegenüber dem Eingangssignal SRA, SRB, SRC um einen Phasenwinkel von 90° verzögertes Signal SIA, SIB, SIC auszugeben. Die dq-Transformationseinrichtung 12a, 12b, 12c kann ausgebildet sein, das jeweilige Eingangssignal SRA, SRB, SRC und das jeweilige verzögerte Signal SIA, SIB, SIC der Phase A, B, C zu empfangen.At each of the phases A, B, C, one of the phase retarders 16a . 16b . 16c be provided, wherein the phase retarder 16a . 16b . 16c is designed to detect a respective input signal SRA, SRB, SRC of the respective phase PA, PB, PC and to output a respective signal SIA, SIB, SIC delayed from the input signal SRA, SRB, SRC by a phase angle of 90 °. The dq transformation facility 12a . 12b . 12c may be configured to receive the respective input signal SRA, SRB, SRC and the respective delayed signal SIA, SIB, SIC of the phase A, B, C.

Ferner ist eine Clarke-Transformations-Einrichtung 18 mit den drei Phasen A, B, C verbunden. Die Clarke-Transformations-Einrichtung 18 ist ausgebildet, α-Komponenten und β-Komponenten aus einem dreiphasigen elektrischen Netz zu erzeugen. Dabei werden die Größen (Strom bzw. Spannung) der drei Phasen in ein zweiachsiges Koordinatensystem mit den Achsen α und β überführt. Die drei Phasenströme bzw. -spannungen werden aus dem rechtwinkligen Koordinatensystem in zwei dazu gleichwertige Ströme bzw. Spannungen mit einem Realteil α und einem Imaginärteil β abgebildet.There is also a Clarke transformation facility 18 connected to the three phases A, B, C. The Clarke transformation facility 18 is designed to produce α-components and β-components from a three-phase electrical network. The quantities (current or voltage) of the three phases are converted into a two-axis coordinate system with the axes α and β. The three phase currents or voltages are mapped from the rectangular coordinate system into two equivalent currents or voltages with a real part α and an imaginary part β.

Die Clarke-Transformations-Einrichtung 18 kann mit einer Phasenregelschleife (PLL) 20 verbunden sein, um die α-Komponenten und β-Komponenten der Clarke-Transformations-Einrichtung 18 als αβ-Komponenten-Signal AB von der Clarke-Transformations-Einrichtung 18 an die Phasenregelschleife 20 zu übertragen. Die Phasenregelschleife 20 ist ausgebildet, die α-Komponente und die β-Komponente bzw. das αβ-Komponenten-Signal AB von der Clark-Transformations-Einrichtung 18 zu empfangen und ein auf die α-Komponente und die β-Komponente abgestimmtes Sinussignal sowie ein gegenüber dem Sinussignal um 90° phasenverschobenes Cosinussignal zu erzeugen. Die Verzögerung zwischen dem Sinussignal sowie dem verzögerten Cosinussignal sollte einem Phasenwinkel von vorzugsweise 90° ± 5° (Toleranz ≤ ±5°) entsprechen. Am Ausgang der Phasenregelschleife 20 wird das Sinussignal und das Cosinussignal ausgegeben. Die Phasenregelschleife 20 kann eine elektronische Schaltungsanordnung sein, bei welcher die Frequenz eines veränderbaren Oszillators über einen geschlossenen Regelkreis so beeinflusst wird, dass die Phasenabweichung zwischen einem äußeren Referenzsignal und dem Oszillator oder einem daraus abgeleiteten Signal möglichst konstant ist.The Clarke transformation facility 18 can with a phase locked loop (PLL) 20 be connected to the α components and β components of the Clarke transformation device 18 as the αβ component signal AB from the Clarke Transformer 18 to the phase locked loop 20 transferred to. The phase locked loop 20 is formed, the α component and the β component and the αβ component signal AB from the Clark transformation device 18 and to generate a sine signal tuned to the α component and the β component and a cosine signal phase-shifted by 90 ° with respect to the sine signal. The delay between the sine signal and the delayed cosine signal should correspond to a phase angle of preferably 90 ° ± 5 ° (tolerance ≤ ± 5 °). At the output of the phase locked loop 20 the sine signal and the cosine signal are output. The phase locked loop 20 may be an electronic circuit in which the frequency of a variable oscillator is influenced via a closed loop so that the phase deviation between an external reference signal and the oscillator or a signal derived therefrom is as constant as possible.

Der Ausgang der Phasenregelschleife 20 kann mit dem Eingang der dq-Transformationseinrichtung 12a verbunden sein, so dass das Sinussignal sowie das Co-sinussignal an die dq-Transformationseinrichtung 12a übertragen werden können.The output of the phase locked loop 20 can with the input of the dq transformation device 12a be connected so that the sine signal and the co-sinusoidal signal to the dq transformation means 12a can be transmitted.

Ferner kann zwischen den Ausgang der Phasenregelschleife 20 und den Eingang der dq-Transformationseinrichtung 12b ein erster Signalverzögerer 22a geschaltet sein. Der erste Signalverzögerer 22a ist ausgebildet, das Sinussignal Si1 beispielsweise um 120° zu verzögern und ein verzögertes Sinussignal Si2 zu erzeugen. Das verzögerte Sinussignal Si2 kann an die dq-Transformationseinrichtung 12b übertragen werden. Der erste Signalverzögerer 22a ist ferner ausgebildet, ein beispielsweise um 120° verzögertes Cosinussignal Co2 aus dem Cosinussignal Co1 zu erzeugen, wobei das Cosinussignal Co2 ebenfalls an die dq-Transformationseinrichtung 12b übertragen werden kann.Furthermore, between the output of the phase locked loop 20 and the input of the dq transformation device 12b a first signal retarder 22a be switched. The first signal retarder 22a is configured to delay the sine signal Si1 by 120 °, for example, and to generate a delayed sine signal Si2. The delayed sinusoidal signal Si2 can be sent to the dq transformation device 12b be transmitted. The first signal retarder 22a Furthermore, it is configured to generate a cosinusoid signal Co2 delayed by 120 °, for example, from the cosinusoidal signal Co1, wherein the cosinusoidal signal Co2 is likewise sent to the dq transformation device 12b can be transferred.

Weiter kann zwischen den Ausgang der Phasenregelschleife 20 und dem Eingang der dq-Transformationseinrichtung 12c ein zweiter Signalverzögerer 22b geschaltet sein. Der zweite Signalverzögerer 22b ist ausgebildet, das Sinussignal Si1 beispielsweise um 240° zu verzögern und ein verzögertes Sinussignal Si3 zu erzeugen. Das verzögerte Sinussignal Si3 kann an die dq-Transformationseinrichtung 12c übertragen werden. Der zweite Signalverzögerer 22b ist ferner ausgebildet, ein beispielsweise um 240° verzögertes Cosinussignal Co3 aus dem Cosinussignal Co1 zu erzeugen, wobei das Cosinussignal Co2 ebenfalls an die dq-Transformationseinrichtung 12c übertragen werden kann.Next can be between the output of the phase locked loop 20 and the input of the dq transformation device 12c a second signal retarder 22b be switched. The second signal retarder 22b is configured to delay the sine signal Si1 for example by 240 ° and to generate a delayed sine signal Si3. The delayed sine signal Si3 can be sent to the dq transformation device 12c be transmitted. The second signal retarder 22b It is further configured to generate a cosinusoid signal Co3 delayed by 240 °, for example, from the cosinusoidal signal Co1, the cosinusoidal signal Co2 also being sent to the dq transformation device 12c can be transferred.

In Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung auch drei Phasenregelschleifen umfassen, bzw. eine Phasenregelschleife für jede der Phasen A, B, C. Jede der Phasenregelschleife ist ausgebildet, die α-Komponente und die β-Komponente von der Clark-Transformations-Einrichtung 18 zu empfangen und für eine jeweilige der Phasen A, B, C ein auf die α-Komponente und die β-Komponente abgestimmtes Sinussignal sowie ein gegenüber dem Sinussignal um 90° phasenverschobenes Cosinussignal zu erzeugen. Bei mehreren Phasenregelschleifen kann jede der beispielsweise drei Phasenregelschleifen ausgebildet sein, das jeweilige Sinussignal und das jeweilige Cosinussignal einer anderen Phase zu erzeugen.In embodiments, the device may also include three phase locked loops, or a phase locked loop for each of the phases A, B, C. Each of the phase locked loops is formed, the α component and the β component, from the Clark transform means 18 and to generate for each of the phases A, B, C a sine wave signal tuned to the α component and the β component and a cosine signal phase-shifted by 90 ° with respect to the sine wave signal. In the case of a plurality of phase locked loops, each of the three phase locked loops, for example, can be designed to generate the respective sine signal and the respective cosine signal of another phase.

In Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung eine Phasenregelschleife umfassen, welche ausgebildet ist, die α-Komponente und die β-Komponente von der Clark-Transformations-Einrichtung 18 zu empfangen und für jede der Phasen A, B, C ein auf die α-Komponente und die β-Komponente abgestimmtes Sinussignal sowie ein gegenüber dem Sinussignal um 90° phasenverschobenes Cosinussignal zu erzeugen. Die Phasenregelschleife ist somit ausgebildet, das Sinussignale Si1 sowie das Cosinussignal Co1 an die dq-Transformationseinrichtung 12a, das Sinussignal Si2 sowie das Cosinussignal Co2 an die dq-Transformationseinrichtung 12b und das Sinussignal Si3 sowie das Cosinussignal Co3 an die dq-Transformationseinrichtung 12c auszugeben.In embodiments, the device may include a phase locked loop that is configured, the α component, and the β component of the Clark transform device 18 and to generate for each of the phases A, B, C a sine signal tuned to the α component and the β component and a cosine signal phase-shifted by 90 ° with respect to the sine signal. The phase locked loop is thus formed, the sine signal Si1 and the cosine signal Co1 to the dq transformation means 12a , the sine signal Si2 and the cosine signal Co2 to the dq transformation device 12b and the sine signal Si3 and the cosine signal Co3 to the dq transformation means 12c issue.

In Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung für eine Nennfrequenz von 50, 60 oder 162/3 Hz ausgebildet. Somit können elektrische Netze mit Frequenzen, welche insbesondere in Europa bzw. den USA bei der öffentlichen Stromversorgung typisch sind, sowie elektrische Netze, welche beispielsweise bei Schienenverkehrssystemen verbreitet sind, überwacht werden. Die Angleichung an elektrische Netze mit unterschiedlichen Frequenzen kann dabei durch die Verwendung unterschiedlicher Komponenten oder durch Parametrisierung beispielsweise der Phasenregelschleife 20, der Phasenverzögerer 16a, 16b, 16c oder der Signalverzögerer 22a, 22b erfolgen. In Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung frequenzadaptiv ausgebildet, d. h. die Vorrichtung kann bei unterschiedlichen Nennfrequenzen betrieben werden, ohne dass Komponenten ausgetauscht oder die Parametrisierung verändert werden muss.In embodiments, the apparatus for a nominal frequency of 50, 60 formed or 16 2/3 Hz. Thus, electrical networks with frequencies which are typical especially in Europe or the US in the public power supply, as well as electrical networks, which are common, for example, in rail transport systems are monitored. The adaptation to electrical networks with different frequencies can be achieved by the use of different components or by parameterization, for example, the phase locked loop 20 , the phase retarder 16a . 16b . 16c or the signal retarder 22a . 22b respectively. In embodiments, the device is designed to be adaptive to frequency, ie the device can be operated at different nominal frequencies without having to exchange components or to change the parameterization.

3 zeigt ein Simulationsschema (Prinzipschaltbild) des Verfahrens zur Fehlererkennung in einem elektrischen Wechselspannungsnetz. Das Simulationsschema (Blockschaltbild) zeigt das sdq-Verfahren für drei Phasen. Das Sinussignal und das Cosinussignal werden in dem Simulationsschema mit einer gemeinsamen Verbindung an die dq-Transformationseinrichtungen 12a, 12b, 12c übertragen. Ferner wird in dem Simulationsschema das Eingangssignal SRA, SRB, SRC, welches den Spannungsverlauf der überwachten Phasen A, B, C des elektrischen Wechselspannungsnetzes anzeigt, sowie das verzögerte Signal SIA, SIB, SIC mit einer gemeinsamen Verbindung an die dq-Transformationseinrichtungen 12a, 12b, 12c übertragen. 3 shows a simulation scheme (block diagram) of the method for fault detection in an electrical alternating voltage network. The simulation scheme (block diagram) shows the sdq procedure for three phases. The sine signal and the cosine signal are in the simulation scheme with a common connection to the dq transformers 12a . 12b . 12c transfer. Furthermore, in the simulation scheme, the input signal SRA, SRB, SRC, which indicates the voltage profile of the monitored phases A, B, C of the AC electrical network, and the delayed signal SIA, SIB, SIC with a common connection to the dq transformation means 12a . 12b . 12c transfer.

Die Auswertung der Spannungen SQA erfolgt in der Auswerteeinheit 14a. Die Auswertung der Spannungen SQB erfolgt in der Auswerteeinheit 14b und die Auswertung der Spannungen SQC erfolgt in der Auswerteeinheit 14c, Die Auswerteeinheiten 14a, 14b, 14c können ein Fehlersignal FS ausgeben.The evaluation of the voltages SQA takes place in the evaluation unit 14a , The evaluation of the voltages SQB takes place in the evaluation unit 14b and the evaluation of the voltages SQC takes place in the evaluation unit 14c , The evaluation units 14a . 14b . 14c can output an error signal FS.

Bekannte dq-Transformationen sind für dreiphasige Systeme definiert. Für einphasige Systeme muss die dq-Transformation deshalb modifiziert werden. Hierzu muss man pro Phase ein um 90° versetztes Signal erzeugen, welches im Blockschaltbild zunächst einfach als Zeitverzögerung dargestellt ist (siehe z. B. die Referenz [3] und [4]). Somit erhält man die αβ-Komponenten jeder Phase, Diese können dann in die dq-Komponenten gewandelt werden, indem man den Netzwinkel (Phasenverschiebung, Phasendifferenz) jeder Phase zur Transformation verwendet. Als Netzwinkel wird die Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Phasen bezeichnet. In einem dreiphasigen elektrischen Netz beträgt der Netzwinkel je 120°.Known dq transformations are defined for three-phase systems. For single-phase systems, therefore, the dq transformation must be modified. To do this, one must generate a signal offset by 90 ° per phase, which is initially simply represented as a time delay in the block diagram (see, for example, references [3] and [4]). Thus, one obtains the αβ components of each phase, which can then be converted into the dq components by using the network angle (phase shift, phase difference) of each phase for transformation. The network angle is the phase shift between the individual phases. In a three-phase electrical network, the network angle is 120 ° each.

Die einphasige dq-Transformation selbst ergibt sich dann aus folgenden Gleichungen (siehe auch z. B. die Referenz [3]) ud = sin(ωt)ur – cos(ωt)ui uq = cos(ωt)ur + sin(ωt)ui, wobei der Netzwinkel θNetz = ωt aus der Phasenregelschleife 20 (PLL) versorgt wird und die Spannungen ur, ui (Eingangssignale SRA, SRB, SRC (ur), verzögertes Signal SIA, SIB, SIC (ui)) aus der künstlichen Phasenverschiebung der jeweiligen Phase A, B, C (des Originalsystems) um 90° hervorgehen.The single-phase dq transformation itself then results from the following equations (see, for example, the reference [3]) u d = sin (ωt) u r - cos (ωt) u i u q = cos (ωt) u r + sin (ωt) u i , where the network angle θ network = ωt from the phase locked loop 20 (PLL) and the voltages u r , u i (input signals SRA, SRB, SRC (u r ), delayed signal SIA, SIB, SIC (u i )) from the artificial phase shift of the respective phase A, B, C ( of the original system) by 90 °.

Die 90°-Phasenverschiebung mit den Phasenverzögerern 16a, 16b, 16c und die Netzwinkel der einzelnen Phasen mit den Signalverzögerern 22a, 22b können auf verschiedene Art realisiert werden. Im einfachsten Fall kann dies wie in 3 dargestellt durch Zeitverzögerungen, bspw. durch einen abgestimmten Integrator oder ein First In First Out Register geschehen.The 90 ° phase shift with the phase retarders 16a . 16b . 16c and the network angles of the individual phases with the signal delays 22a . 22b can be realized in different ways. In the simplest case this may be as in 3 represented by time delays, for example by a tuned integrator or a First In First Out Register.

Um die Robustheit zu erhöhen, kann die Phasenverschiebung auch mittels SOGI-Tiefpass (G2(s)) realisiert werden, welcher höhere Frequenzen als die Netzfrequenz dämpft. Hierdurch werden z. B. Oberschwingungen besser unterdrückt, die Dynamik des Verfahrens wird jedoch verschlechtert, da im Spannungssprung des Fehlers hohe Frequenzen auftreten. To increase the robustness, the phase shift can also be realized by means of SOGI low pass (G 2 (s)), which attenuates higher frequencies than the mains frequency. As a result z. B. harmonics better suppressed, the dynamics of the process is degraded, however, since high frequencies occur in the voltage jump of the error.

Die Netzwinkel der Phasenregelschleife 20 (PLL) können über eine Phasenregelschleife 20 (PLL) mit Phasenverschiebung oder 3 einphasigen Phasenregelschleifen (PLLs) realisiert werden.The network angles of the phase locked loop 20 (PLL) can via a phase locked loop 20 (PLL) with phase shift or 3 single-phase phase locked loops (PLLs) can be realized.

Die Robustheit des sdq-Verfahrens wurde schon aufgegriffen und soll hier nochmals dargestellt werden. Das Verfahren besitzt einen Freiheitsgrad, mit dem die Robustheit und somit auch die Dynamik eingestellt werden kann. Wesentliche Stellglieder hierfür sind die Realisierung der 90°-Phasenverschiebungen sowie der Verstärkungsfaktor k der SOGI-Struktur.The robustness of the sdq method has already been taken up and will be shown here again. The method has a degree of freedom with which the robustness and thus also the dynamics can be adjusted. Essential actuators for this are the realization of the 90 ° phase shifts and the gain factor k of the SOGI structure.

Da die Netzfrequenz aus der Phasenregelschleife nachgeführt wird, ist das Verfahren robust gegenüber kleinen Frequenzänderungen (z. B. zwischen 49.8 Hz und 50.2 Hz). Dabei spielt es keine Rolle, ob die Frequenzänderungen langsam oder sprunghaft sind. Auch bei einer SOGI-Struktur, welche frequenzstarr auf 50 Hz festgelegt wird, kann eine Verstimmung des Verfahrens aufgrund einer von 50 Hz abweichenden Frequenz nicht festgestellt werden.Since the line frequency is tracked out of the phase locked loop, the method is robust against small frequency changes (eg between 49.8 Hz and 50.2 Hz). It does not matter if the frequency changes are slow or erratic. Even with a SOGI structure, which is fixed in a frequency-locked manner to 50 Hz, a detuning of the method due to a frequency deviating from 50 Hz can not be determined.

Eine Anpassung des Verfahrens auf andere Frequenzen wie 162/3 Hz (Bahnnetz) oder 60 Hz (USA) ist möglich und einfach zu implementieren.An adaptation of the procedure to other frequencies such as 16 2/3 Hz (rail systems) or 60 Hz (USA) is possible and easy to implement.

In Ausführungsbeispielen kann das gesamte Verfahren frequenzadaptiv ausgeführt werden, was allerdings zu einem komplexeren System führt.In embodiments, the entire method may be frequency adaptive, but this leads to a more complex system.

Oberschwingungen im Originalsystem der Netzspannung führen zu Schwingungen in den Indikatorspannungen (ud, uq) des sdq-Verfahrens, wodurch eine Auswertung über einen Schwellwert erschwert wird. Sobald die Schwingungen das Hystereseband der Auswertung übersteigen, ist keine sichere Detektion mehr möglich. Wird die 90°-Phasenverschiebung durch SOGI-Strukturen erzeugt, kann die Robustheit gegenüber Oberschwingungen deutlich erhöht werden.Harmonics in the original system of the mains voltage lead to oscillations in the indicator voltages (u d , u q ) of the sdq method, whereby an evaluation over a threshold value is made more difficult. As soon as the vibrations exceed the hysteresis band of the evaluation, reliable detection is no longer possible. If the 90 ° phase shift is generated by SOGI structures, the robustness to harmonics can be significantly increased.

Das Messrauschen hat auf das Verfahren einen tendenziell sehr geringen Einfluss, da das Messrauschen üblicherweise sehr hochfrequent ist. Oberschwingungen sind gegenüber dem Messrauschen deutlich dominanter im Einfluss auf die Indikatorspannungen.The measurement noise tends to have a very low influence on the method since the measurement noise is usually very high-frequency. Harmonics are significantly more dominant in terms of measurement noise in influencing the indicator voltages.

Bei Ausführungsbeispielen in realen Anlagen kann es z. B. durch die Netzimpedanz (z. B. durch den Blocktransformator) zu langen und extrem starken Schwingungen der Netzspannung am Fehleranfang und Fehlerende kommen. Eine Leermessung an einem 6-MVA Prüfcontainer zeigte z. B. ein solch extremes Verhalten sehr deutlich. Dies stellt prinzipiell kein Problem für das sdq-Verfahren dar. Bei sehr langen Schwingungen kann es aber dazu führen, dass ein Netzfehler mehrfach erkannt und als geklärt erscheinen kann.In embodiments in real systems, it may, for. B. by the network impedance (eg., By the block transformer) to long and extremely strong oscillations of the mains voltage at the beginning and end of error come. An empty measurement on a 6-MVA test container showed z. B. such extreme behavior very clearly. In principle, this poses no problem for the sdq method. However, in the case of very long oscillations, it can lead to a network fault being recognized several times and appearing to have been clarified.

Die dq-Transformation ist eigentlich dreiphasig. Dabei ist die dq-Transformation sowohl im einphasigen als auch im dreiphasigen Fall eine rein algebraische Berechnung.The dq transformation is actually three-phase. The dq transformation is a purely algebraic calculation both in the single-phase and in the three-phase case.

Die Implementierung der Schaltung kann, wie hier beschrieben, zeitkontinuierlich erfolgen. Es ist aber auch eine zeitdiskrete Umsetzung der SOGI-Struktur möglich. Dies erfordert einen gewissen zusätzlichen Aufwand. Anleitung zu einer zeitdiskreten Umsetzung gibt es in Spezialliteratur (siehe z. B. Referenz [5]).The implementation of the circuit can, as described here, be continuous-time. However, a discrete-time implementation of the SOGI structure is also possible. This requires a certain additional effort. Guidance on discrete-time implementation can be found in special literature (see, for example, reference [5]).

Der große Vorteil des Verfahrens ist die extrem schnelle Erkennung von symmetrischen sowie unsymmetrischen Fehlern, die bei genügend steilen Fehlerflanken nur einen Abtastschritt benötigt. Weiterhin gibt es Freiheitsgrade, um die Robustheit des Verfahrens gegenüber der Dynamik einzustellen.The big advantage of the method is the extremely fast detection of symmetrical and unbalanced errors, which requires only one scanning step with sufficiently steep error edges. Furthermore, there are degrees of freedom to adjust the robustness of the method to the dynamics.

Gegenüber gewissen bekannten Systemen kann eine sdq-Fehlererkennung eine geringere Robustheit bei hoher Komplexität aufweisen. Für eine Umsetzung der SOGI-Struktur auf digitalen Systemen existieren effiziente und etablierte Möglichkeiten.Compared to certain known systems, sdq error detection can have lower robustness and high complexity. For the implementation of the SOGI structure on digital systems exist efficient and established possibilities.

Bekannte, dem sdq-Verfahren ähnliche Verfahren sind sogenannte Delayed Signal Cancellation- oder die T/4-Methode (siehe Referenz [6] und [7]). Diese basieren nicht auf der einphasigen dq-Transformation, sondern auf der Aufspaltung in symmetrische Komponenten. Ausführungsbeispiele der Erfindung weisen jedoch gegenüber diesen Systemen eine größere Dynamik auf, da keine Aufspaltung in symmetrische Komponenten vorgenommen wird und es werden unsymmetrische Fehler detektiert Gemeinsam ist den Verfahren auch die künstliche Phasenverschiebung der Eingangssignale um 90° (T/4).Known procedures similar to the sdq method are so-called delayed signal cancellation or the T / 4 method (see reference [6] and [7]). These are not based on the single-phase dq transformation, but on the splitting into symmetrical components. Embodiments of the invention, however, have greater dynamics than these systems, since no splitting into symmetrical components is performed and unbalanced errors are detected. Common to the methods is also the artificial phase shift of the input signals by 90 ° (T / 4).

Gemäß den Referenzen [6] und [7] werden die Signale im αβ-System um 90° verschoben und dann in symmetrische Komponenten zur Auswertung aufgespalten.According to references [6] and [7], the signals in the αβ system are shifted by 90 ° and then split into symmetrical components for evaluation.

In 4 und 5 ist der Aufbau einer SOGI-Struktur (SOGI = Second Order Generalized Integrators, verallgemeinerter Integrator zweiter Ordnung) an einem Simulationsschaltbild gezeigt. In Ausführungsbeispielen ist der Phasenverzögerer als ein Integrator zweiter Ordnung ausgebildet. Der Integrator zweiter Ordnung kann dabei zeitdiskret oder zeitkontinuierlich ausgebildet sein. Im Prinzip handelt es sich bei der Struktur SOGI_BP in 5 je nach Aus- bzw. Eingang um einen Tief- oder Bandpass. Die Übertragungsfunktionen lauten:

Figure DE102014223441B4_0003
Figure DE102014223441B4_0004
mit der wählbaren Dämpfung k und der Frequenz ω. (ω = 2πf).In 4 and 5 is the construction of a SOGI structure (SOGI = Second Order Generalized Integrators, generalized second-order integrator) shown on a simulation diagram. In embodiments, the phase retarder is designed as a second-order integrator. The second-order integrator can be designed to be time-discrete or continuous-time. In principle, the structure SOGI_BP is in 5 depending on the output or input to a low or band pass. The transfer functions are:
Figure DE102014223441B4_0003
Figure DE102014223441B4_0004
with the selectable damping k and the frequency ω. (ω = 2πf).

Bei k = v ergibt sich eine kritische Dämpfung. Der Wert wird als Standard verwendet. Die Struktur kann frequenzadaptiv gestaltet werden, indem die Netzfrequenz ω aus der Phasenregelschleife (phase-locked loop, PLL) nachgeführt wird. In Ausführungsbeispielen wird die Nennfrequenz ω = ω0 = 2π 50 rad/s verwendet.K = v results in a critical damping. The value is used as default. The structure can be designed to be frequency-adaptive by tracking the network frequency ω from the phase-locked loop (PLL). In embodiments, the nominal frequency ω = ω 0 = 50 rad / s is used.

6 zeigt die Bode-Diagramme der SOGI-Strukturen. Aus 6 wird ersichtlich, dass die Struktur hervorragend zur Erzeugung orthogonaler Signale geeignet ist, da bei der Frequenz ωw eine Phasenverschiebung von genau 90° zwischen G1 und G2 und somit zwischen den Ausgängen v und v' liegt. Höhere Frequenzen werden hingegen gedämpft. 6 shows the Bode diagrams of the SOGI structures. Out 6 It can be seen that the structure is perfectly suitable for generating orthogonal signals, since at the frequency ωw there is a phase shift of exactly 90 ° between G 1 and G 2 and thus between the outputs v and v '. Higher frequencies, however, are attenuated.

In den Referenzen [4] und [8] wird die beschriebene Struktur verwendet, um Netzfehler zu detektieren. Dabei werden zwei SOGI-Bandpässe zu einer DSOGI-Struktur (= Dual Second Order Generalized Integrators, doppelt verallgemeinerter Integrator zweiter Ordnung) verbunden. Mithilfe der DSOGI-Struktur können positive und negative Sequenzen der Netzspannung gebildet werden. Pro Sequenz wird dann eine dq-Transformation durchgeführt, deren Komponenten dann als Indikatorspannungen (ud, uq) agieren.In references [4] and [8], the described structure is used to detect network errors. Two SOGI bandpasses are combined to form a DSOGI structure (dual second order generalized integrators, double-generalized second-order integrator). By means of the DSOGI structure, positive and negative sequences of the mains voltage can be formed. For each sequence, a dq transformation is then carried out, the components of which then act as indicator voltages (u d , u q ).

Die d-Komponente der positiven Sequenz zeigt einen symmetrischen Fehler an. Die d-Komponente der negativen Sequenz weist auf einen unsymmetrischen Fehler hin. Die beiden Spannungen können über Schwellwertvergleiche ausgewertet werden.The d component of the positive sequence indicates a symmetric error. The d-component of the negative sequence indicates an unbalanced error. The two voltages can be evaluated via threshold comparisons.

Das DSOGI-Verfahren basiert auf der Aufspaltung der Netzspannung in symmetrische Komponenten. Jeweils für positive und negative Sequenzen wird dann eine dq-Transformation durchgeführt, deren 4 Komponenten (d+, d–, q+, q–) überwacht werden. Basis des Verfahrens bilden sogenannte Verallgemeinerte Integratoren (SOGI). Diese Struktur kann für viele Zwecke verwendet werden, z. B. zur Zerlegung von unsymmetrischen Signalen in symmetrische Komponenten, als Phasenregelschleife (PLL) oder auch zur Netzstromregelung. Die Struktur des SOGI ist weiterhin hervorragend zur Erzeugung orthogonaler Signale geeignet (siehe Referenz [4] und Referenz [5]) und wird auch in Ausführungsbeispielen der Erfindung genutzt.The DSOGI method is based on the splitting of the mains voltage into symmetrical components. In each case for positive and negative sequences, a dq transformation is carried out, the 4 components (d +, d-, q +, q-) are monitored. Basis of the method are so-called generalized integrators (SOGI). This structure can be used for many purposes, e.g. As for the decomposition of unbalanced signals into symmetrical components, as a phase-locked loop (PLL) or for power control. The structure of the SOGI is also excellent for generating orthogonal signals (see reference [4] and reference [5]) and is also used in embodiments of the invention.

7a zeigt die Netzspannung mit einem symmetrischen Fehler mit 5% Restspannung. Die Spannungen UL1, UL2, UL3 können dabei den Phasen A, B und C entsprechen. Wie in 7b gezeigt, wird bei einem symmetrischen Fehler zunächst ein unsymmetrischer Fehler detektiert (siehe auch Referenz [8]). Dadurch ist die Erkennung für symmetrische Fehler relativ langsam und zunächst ungenau. Für unsymmetrische Fehler funktioniert die Fehlererkennung auf Basis der d-Komponente sehr gut. Dabei zeichnet sich das Verfahren durch große Robustheit aus; es ist jedoch komplex aufgebaut. 7c zeigt die Fehlererkennung mit Halb-Perioden-Effektivwert-Überwachung. 7a shows the mains voltage with a symmetrical error with 5% residual voltage. The voltages U L1 , U L2 , U L3 can correspond to the phases A, B and C. As in 7b In the case of a symmetrical error, an asymmetrical error is first detected (see also Reference [8]). This makes symmetric error detection relatively slow and initially inaccurate. For unbalanced errors, fault detection based on the d-component works very well. The process is characterized by great robustness; but it is complex. 7c shows fault detection with half-period RMS monitoring.

7d zeigt ebenfalls die Netzspannung mit einem symmetrischen Fehler mit 5% Restspannung. Bei der dq-Überwachung, wie in der 7e gezeigt, wird die dreiphasige dq-Transformation (Park-Transformation) der Netzspannungen zur Fehlererkennung benutzt. Die so erhaltenen dq-Komponenten der Netzspannungen können dann direkt über einen Schwellwertvergleich zur Fehlererkennung benutzt werden. 7d also shows the mains voltage with a symmetrical error with 5% residual voltage. When dq monitoring, as in the 7e shown, the three-phase dq transformation (park transformation) of the mains voltages is used for error detection. The thus obtained dq components of the mains voltages can then be used directly via a threshold comparison for error detection.

Das dq-Verfahren ist im Vergleich zu den vorhergehend genannten einfacher aufgebaut. Dabei findet für symmetrische Fehler eine extrem schnelle Erkennung statt. Dies liegt daran, dass die Berechnung der dq-Komponenten zunächst rein algebraisch erfolgt und der Netzwinkel sowie die Netzfrequenz aus der Phasenregelschleife (PLL) im ersten Moment konstant bleiben.The dq method is simpler compared to the previous ones. Thereby an extremely fast detection takes place for symmetrical errors. This is due to the fact that the computation of the dq components initially occurs purely algebraically and the network angle and the network frequency from the phase-locked loop (PLL) remain constant at first.

7f zeigt die Indikatorspannung und die Fehlererkennung bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen einphasigen dq-Überwachung bei einem symmetrischen Fehler. Die Spannungen Uq,L1, Uq,L2, Uq,L3 können dabei den Indikatorspannungen SQA, SQB, SQC der Phasen A, B und C zugeordnet werden. Die Erkennung eines Fehlers kann aufgrund der sich schnell ändernden Indikatorspannungen Uq,L1, Uq,L2, Uq,L3 extrem schnell erfolgen. Auch die Rückkehr der Netzspannung und damit der Normalzustand lässt sich schnell detektieren. Ein Fehlersignal kann ausgegeben werden abhängig von der Flanke oder dem Spannungswert, welche die Netzspannungen UL1, UL2, UL3 bzw. Indikatorspannungen Uq,L1, Uq,L2, Uq,L3 aufweist. Der Zeitpunkt ab welchem die Fehlersignale FL1, FL2, FL3 nach einem fehlerhaften Spannungswert der Netzspannung UL1, UL2, UL3 ein gültiges Signal anzeigen, kann vom Zeitpunkt und damit der Phasenlage der Spannung abhängig sein, an welchem die Netzspannungen UL1, UL2, UL3 wieder einsetzt. Dabei können die Fehlersignale FL1, FL2, FL3, durch eine logische UND-Verknüpfung miteinander verbunden sein, d. h. nur wenn die Fehlersignale FL1, FL2, FL3 aller Phasen keinen Fehler und damit ein gültiges Signal anzeigen, wird das elektrische Wechselstromnetz als fehlerfrei und damit im Normalzustand angesehen. 7f shows the indicator voltage and the error detection in one embodiment of the inventive single-phase dq monitoring in a symmetric error. The voltages U q, L1, U q, L2, U q, L3 possibility the indicator voltages SQA, SQR, SQC of the phases A, B and C are assigned. The detection of an error can be extremely fast due to the rapidly changing indicator voltages U q , L 1 , U q, L 2 , U q, L 3 . Also, the return of the mains voltage and thus the normal state can be detected quickly. An error signal can be output dependent from the edge or the voltage value, which has the mains voltages U L1 , U L2 , U L3 or indicator voltages U q, L1 , U q, L2 , U q, L3 . The time from which the error signals F L1 , F L2 , F L3 indicate a valid signal after a faulty voltage value of the mains voltage U L1 , U L2 , U L3 , may be dependent on the time and thus the phase position of the voltage at which the mains voltages U L1 , U L2 , U L3 is reinstated. In this case, the error signals F L1 , F L2 , F L3 , be connected to each other by a logical AND, ie only if the error signals F L1 , F L2 , F L3 all phases indicate no error and thus a valid signal, the electric AC mains as faultless and thus viewed in normal condition.

8a zeigt die Netzspannung mit einem unsymmetrischen Fehler mit 5% Restspannung (Kurzschluss UL1-N. Die Spannungen UL1, UL2, UL3 können dabei wiederum den Phasen A, B und C entsprechen. 8a shows the mains voltage with an unbalanced fault with 5% residual voltage (short circuit U L1 -N.) The voltages U L1 , U L2 , U L3 can again correspond to the phases A, B and C.

Wie in 8b gezeigt, funktioniert bei unsymmetrischen Fehlern die Fehlererkennung auf Basis der d-Komponente sehr gut. Das Wegfallen der Störung und damit die Rückkehr des Normalzustandes der Spannung wird jedoch erst mit einer gewissen Verzögerung detektiert. Das Verfahren ist komplex aufgebaut, weist jedoch eine gewisse Robustheit auf. 8c zeigt die Fehlererkennung mit Halb-Perioden-Effektivwert-Überwachung.As in 8b In the case of asymmetrical errors, error detection based on the d-component works very well. However, the elimination of the fault and thus the return of the normal state of the voltage is detected only with a certain delay. The process is complex, but has a certain robustness. 8c shows fault detection with half-period RMS monitoring.

8d zeigt ebenfalls die Netzspannung mit einem unsymmetrischen Fehler mit 5% Restspannung. Für unsymmetrische Fehler tritt bei der Auswertung mit der dreiphasigen dq-Transformation ein Gegensystem mit doppelter Frequenz (z. B. 100 Hz) auf, welches, wie in 8e gezeigt, zu einer starken Schwingung in den Indikatorspannungen (Ud und Uq) führt. Eine sichere Auswertung ist damit nicht mehr unmittelbar möglich. Eine mögliche Lösung wäre z. B. die Ermittlung der positiven Sequenz der Indikatorspannung über einen Notch-Filter, ein Entkopplungsnetzwerk oder eine Fourier-Analyse. Die Maßnahmen verschlechtern jedoch die Dynamik des Verfahrens und erhöhen den Aufwand deutlich. 8d also shows the mains voltage with an unbalanced error with 5% residual voltage. For unbalanced errors, a two-frequency negative sequence (eg 100 Hz) occurs in the evaluation with the three-phase dq transformation, which, as in 8e shown, leads to a strong oscillation in the indicator voltages (U d and U q ). A secure evaluation is thus no longer immediately possible. One possible solution would be z. Example, the determination of the positive sequence of the indicator voltage via a notch filter, a decoupling network or a Fourier analysis. The measures, however, worsen the dynamics of the process and significantly increase the effort.

8f zeigt die Indikatorspannung und die Fehlererkennung bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen einphasigen dq-Überwachung bei einem unsymmetrischen Fehler. Die Spannungen Uq,L1, Uq,L2, Uq,L3 können dabei den Indikatorspannungen SQA, SQB, SQC der Phasen A, B und C zugeordnet werden. Auch hier kann die Erkennung eines Fehlers aufgrund der sich schnell ändernden Indikatorspannung Uq extrem schnell erfolgen. Die Rückkehr der Netzspannung und damit der Normalzustand lässt sich ebenfalls extrem schnell detektieren. 8f shows the indicator voltage and the error detection in one embodiment of the inventive single-phase dq monitoring in a single-ended error. The voltages U q, L1, U q, L2, U q, L3 possibility the indicator voltages SQA, SQR, SQC of the phases A, B and C are assigned. Again, the detection of an error due to the rapidly changing indicator voltage Uq can be extremely fast. The return of the mains voltage and thus the normal state can also be detected extremely quickly.

Das sdq-Verfahren ermöglicht in Ausführungsbeispielen eine extrem schnelle Fehlererkennung. Die Funktionsfähigkeit des Verfahrens wurde in Simulationen und in Labormessungen für verschiedene Fehlerarten validiert, wobei positive Eigenschaften gezeigt werden konnten. Durch einen Verzicht auf eine Sequenztrennung in symmetrische Komponenten, kann im Vergleich zu bekannten Verfahren eine Erhöhung der Dynamik erzielt werden. In Ausführungsbeispielen kann auf eine Hardwarebeschaltung für Sicherheitskreis-Überstrom bei Netzfehlern verzichtet werden.The sdq method allows in embodiments an extremely fast error detection. The functionality of the method was validated in simulations and in laboratory measurements for different types of defects, whereby positive properties could be shown. By dispensing with sequence separation into symmetrical components, an increase in dynamics can be achieved in comparison with known methods. In embodiments, a hardware circuit for safety circuit overcurrent in case of network errors can be dispensed with.

Das Konzept kann grundsätzlich in allen Stromrichtern verwendet werden, die an ein elektrisches Netz angeschlossen sind. Dazu gehört nicht nur ein Verbundnetz, sondern auch Inselnetze, wie bspw. USV, etc. Dazu gehören vor allem:

  • • Windkraftanlagen
  • • Solarwechselrichter
  • • BHKWs
  • • Batteriestromrichter
The concept can basically be used in all converters that are connected to an electrical network. This includes not only a network, but also island networks, such as. UPS, etc. These include above all:
  • • Wind turbines
  • • solar inverter
  • • CHPs
  • • Battery inverter

Die Netzfrequenz von 50 Hz ist in Ausführungsbeispielen beispielhaft angenommen. Andere Netzfrequenzen sind mit den beschriebenen Verfahren, wie mit dem sdq-Verfahren abgedeckt.The mains frequency of 50 Hz is assumed by way of example in exemplary embodiments. Other line frequencies are covered by the described methods, such as the sdq method.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, so dass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als entsprechender Verfahrensschritt oder als Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können unter Verwendung eines Hardware-Apparats, wie zum Beispiel einem Mikroprozessor, einem programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.Although some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device. Some or all of the method steps may be performed using a hardware device, such as a microprocessor , a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus.

Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BIu-ray Disk, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. The implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a BIu-ray disk, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetic disk or optical memory are stored on the electronically readable control signals that are connected to a programmable computer system can cooperate or cooperate in such a way that the respective procedure is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer readable.

Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.Thus, some embodiments according to the invention include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system such that one of the methods described herein is performed.

Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.In general, embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is operable to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.

Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.The program code can also be stored, for example, on a machine-readable carrier.

Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.Other embodiments include the computer program for performing any of the methods described herein, wherein the computer program is stored on a machine-readable medium.

Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das aufgezeichnete Medium sind üblicherweise greifbar bzw. nicht-flüchtig.In other words, an embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer. The data medium, the digital storage medium or the recorded medium are usually tangible or non-volatile.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.A further embodiment of the inventive method is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program is recorded for carrying out one of the methods described herein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.A further embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals, which represent the computer program for performing one of the methods described herein. The data stream or the sequence of signals may be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.Another embodiment includes a processing device, such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das dazu konfiguriert ist, ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren an einen Empfänger zu übertragen, Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms an den Empfänger umfassen.Another embodiment according to the invention comprises a device or system configured to transmit a computer program for performing at least one of the methods described herein to a receiver. The transmission may be, for example, electronic or optical. The receiver may be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device. For example, the device or system may include a file server for transmitting the computer program to the receiver.

Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray (ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder eine für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.In some embodiments, a programmable logic device (eg, a field programmable gate array (an FPGA) may be used to perform some or all of the functionality of the methods described herein.) In some embodiments, a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform any of the methods described herein. In general, in some embodiments, the methods are performed by any hardware device, such as a general purpose hardware such as a computer processor (CPU), or hardware specific to the method, such as an ASIC.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others of ordinary skill in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Vorrichtung zur FehlererkennungDevice for error detection
1212
dq-Transformationseinrichtungdq transformation means
1414
Auswerteeinheitevaluation
1616
Phasenverzögererretarders
1818
Clarke-Transformations-EinrichtungClarke transformation means
2020
PhasenregelschleifePhase-locked loop
2222
SignalverzögererSignalverzögerer
AA
Phase APhase A
BB
Phase BPhase B
CC
Phase CPhase C
SRASRA
Eingangssignal (Ur) der Phase AInput signal (Ur) of phase A
SRBSRB
Eingangssignal (Ur) der Phase BInput signal (Ur) of phase B
SRCSRC
Eingangssignal (Ur) der Phase CInput signal (Ur) of phase C
SIASIA
verzögertes Signal (Ui) der Phase Adelayed signal (Ui) of phase A
SIBSIB
verzögertes Signal (Ui) der Phase Bdelayed signal (Ui) of phase B
SICSIC
verzögertes Signal (Ui) der Phase Cdelayed signal (Ui) of phase C
Si1Si1
Sinussignalsinewave
Si2Si2
Sinussignal mit 120° VerzögerungSine signal with 120 ° delay
Si3Si3
Sinussignal mit 240° VerzögerungSine signal with 240 ° delay
Co1Co1
Cosinussignalcosine
Co2Co2
Cosinussignal mit 120° VerzögerungCosine signal with 120 ° delay
Co3Co3
Cosinussignal mit 240° VerzögerungCosine signal with 240 ° delay
SQASQA
Q-Komponente (Uq) der Phase AQ component (Uq) of phase A
SQBSQR
Q-Komponente (Uq) der Phase BQ component (Uq) of phase B
SQCSQC
Q- Komponente (Uq) der Phase CQ component (Uq) of phase C
ABFROM
αβ-Komponenten-Signalαβ-component signal
FSFS
Fehlersignalerror signal

Referenzenreferences

  • [1] BDEW, Technische Richtlinie: „Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz”, 2008 URL: http://www.bdew.de/internet.nsf/id/DE_NetzCodes-und-Richtlinien[1] BDEW, Technical Guideline: "Generation Plants on Medium-Voltage Grid", 2008 URL: http://www.bdew.de/internet.nsf/id/DE_NetzCodes-und-Richtlinien
  • [2] VDE-Anwendungsregel ”VDE-AR-N 4105:2011-08 Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz, Technische Mindestanforderungen für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz”, 2011 URL: http://www.bdew.de/internet.nsf/id/DE_NetzCodes-und-Richtlinien[2] VDE application regulation "VDE-AR-N 4105: 2011-08 Generation plants on the low-voltage network, Minimum technical requirements for connection and parallel operation of generation plants in the low-voltage network", 2011 URL: http://www.bdew.de/internet.nsf/ id / DE_NetzCodes and guidelines
  • [3] Gonzalez, M.; Cardenas, V.; Pazos, F., ”DQ transformation development for single-phase systems to compensate harmonic distortion and reactive power,” Power Electronics Congress, 2004. CIEP 2004. 9th IEEE International. vol., no., pp. 177, 182, 17–22 Oct. 2004 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1437575&isnumber=309 57[3] Gonzalez, M .; Cardenas, V .; Pazos, F., "DQ Transformation Development for Single-Phase Systems to Compensate Harmonic Distortion and Reactive Power," Power Electronics Congress, 2004. CIEP 2004. 9th IEEE International. vol., no., pp. 177, 182, 17-22 Oct. 2004 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1437575&isnumber=309 57
  • [4] Rodriguez, P.; Teodorescu, R.; Candela, I.; Timbus, A. V.; Liserre, M.; Blaabjetg, F., ”New Positive-sequence Voltage Detector for Grid Synchronization of Power Converters under Faulty Grid Conditions,” Power Electronics Specialists Conference, 2006. PESC'06. 37th IEEE. vol., no., pp. 1, 7, 18–22 June 2006 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1712059&isnumber=360 90[4] Rodriguez, P .; Teodorescu, R .; Candela, I .; Timbus, A. V .; Liserre, M .; Blaabjetg, F., "New Positive-sequence Voltage Detector for Grid Synchronization of Power Converters Under Faulty Grid Conditions," Power Electronics Specialists Conference, 2006. PESC'06. 37th IEEE. vol., no., pp. 1, 7, 18-22 June 2006 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1712059&isnumber=360 90
  • [5] Rodriguez, F. J.; Bueno, E.; Aredes, M.; Rolim, L. G B; Neves, F. A. S.; Cavalcanti, M. C., ”Discrete-time Implementation of second order generalized Integrators for grid converters,” Industrial Electronics, 2008. IECON 2008. 34th Annual Conference of IEEE, vol., no., pp. 176, 181, 10–13 Nov. 2008 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4757948&isnumber=475 7911 [5] Rodriguez, F. J .; Bueno, E .; Aredes, M .; Rolim, L. G B; Neves, F.A.S. Cavalcanti, M.C., "Discrete-time implementation of second order generalized integrators for grid converters," Industrial Electronics, 2008. IECON 2008. 34th Annual Conference of IEEE, vol., No., Pp. 176, 181, 10-13 Nov. 2008 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4757948&isnumber=475 7911
  • [6] Benz, C. H.; Franke, W.-T.; Fuchs, F. W., ”Low voltage ride through capability of a 5 kW grid-tied solar inverter,” Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), 2010 14th International, vol., no., pp. T12–13, T12–20, 6–8 Sept. URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5606829&isnumber=560 6503[6] Benz, C.H .; Franke, W.-T .; Fuchs, F.W., "Low voltage ride through capability of a 5kW grid-tied solar inverter," Power Electronics and Motion Control Conference (EPE / PEMC), 2010 14th International, vol., No., Pp. T12-13, T12-20, 6-8 Sept. URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5606829&isnumber=560 6503
  • [7] Alepuz, S.; Busquets, S.; Bordonau, J.; Pontt, J.; Sllva, C.; Rodriguez, J., ”Fast on-line symmetrical components separation method for synchronization and control purposes In three phase distributed power generation systems.,” Power Electronics and Applications, 2007 European Conference on, vol., no., pp. 1, 1 o, 2–5 Sept. 2007 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4417343&isnumber=441 7197[7] Alepuz, S .; Busquets, S .; Bordonau, J .; Pontt, J .; Sllva, C .; Rodriguez, J., "On-line Symmetrical Components Separation Method for Synchronization and Control In Three-Phase Distributed Power Generation Systems", "Power Electronics and Applications, 2007 European Conference on, vol., No., Pp. 1, 1 o, 2-5 Sept. 2007 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4417343&isnumber=441 7197
  • [8] Wessels, C., ”Durchfahren von Netzfehlern bei Windenergieanlagen mit FACTS,” Dissertation, Uni Kiel, 2012 Saccomando, G.; Svensson, J., ”Transient operation of grid-connected voltage soSRCe converter under unbalanced voltage conditions,” Industry Applications Conference, 2001. Thirty-Sixth IAS Annual Meeting. Conference Record of the 2001 IEEE, vol. 4, no., pp. 2419, 2424 vol. 4, Sept. 30 2001-Oct. 4 2001 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=955960&isnumber=2067 5[8] Wessels, C., "Traversing Network Faults in Wind Turbines with FACTS," Dissertation, Uni Kiel, 2012 Saccomando, G .; Svensson, J., "Transient operation of grid-connected voltage soSRCe converter under unbalanced voltage conditions," Industry Applications Conference, 2001. Thirty-Sixth IAS Annual Meeting. Conference Record of the 2001 IEEE, vol. 4, no., Pp. 2419, 2424 vol. 4, Sept. 30 2001-Oct. 4 2001 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=955960&isnumber=2067 5

Claims (20)

Vorrichtung zur Fehlererkennung (10) in einem elektrischen Wechselspannungsnetz, mit folgenden Merkmalen: einer dq-Transformationseinrichtung (12a, 12b, 12c), welche ausgebildet ist, für mindestens eine Phase (A, B, C) unter Verwendung einer einphasigen Transformation eine q-Komponente (SQA, SQB, SQC) zu erzeugen, und einer Auswerteeinheit (14; 14a, 14b, 14c) die ausgebildet ist, eine Spannungsabweichung in dem elektrischen Wechselspannungsnetz abhängig von der q-Komponente (SQA, SQB, SQC) zu erkennen und ein Fehlersignal (FS) auszugeben, wenn eine Spannungsabweichung vorliegt, wobei an mindestens einer der Phasen (A, B, C) ein Phasenverzögerer (16a, 16b, 16c) vorgesehen ist, wobei der Phasenverzögerer (16a, 16b, 16c) ausgebildet ist, ein Eingangssignal (SRA, SRB, SRC) der jeweiligen Phase (A, B, C) zu erfassen und ein gegenüber dem Eingangssignal (SRA, SRB, SRC) um einen Phasenwinkel von 90° verzögertes Signal (SIA, SIB, SIC) auszugeben, und wobei die dq-Transformationseinrichtung (12a, 12b, 12c) ausgebildet ist, das Eingangssignal (SRA, SRB, SRC) und das verzögerte Signal (SIA, SIB, SIC) zu empfangen.Device for error detection ( 10 ) in an electrical alternating voltage network, with the following features: a dq transformation device ( 12a . 12b . 12c ) which is designed to generate a q-component (SQA, SQB, SQC) for at least one phase (A, B, C) using a single-phase transformation, and an evaluation unit ( 14 ; 14a . 14b . 14c ) which is designed to detect a voltage deviation in the AC electrical network as a function of the Q component (SQA, SQB, SQC) and to output an error signal (FS) if there is a voltage deviation, whereby at least one of the phases (A, B, C) a phase retarder ( 16a . 16b . 16c ), wherein the phase retarder ( 16a . 16b . 16c ) is adapted to detect an input signal (SRA, SRB, SRC) of the respective phase (A, B, C) and a signal (SIA, SIB, delayed by a phase angle of 90 ° with respect to the input signal (SRA, SRB, SRC) SIC), and wherein the dq transformation device ( 12a . 12b . 12c ) is adapted to receive the input signal (SRA, SRB, SRC) and the delayed signal (SIA, SIB, SIC). Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das elektrische Wechselspannungsnetz als ein mehrphasiges elektrisches Netz ausgebildet ist. Contraption ( 10 ) according to claim 1, wherein the AC electrical network is formed as a multi-phase electric network. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Phasenverzögerer (16a, 16b, 16c) als ein verallgemeinerter Integrator zweiter Ordnung SOGI ausgebildet ist.Contraption ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the phase retarder ( 16a . 16b . 16c ) is formed as a generalized second order integrator SOGI. Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei der verallgemeinerte Integrator zweiter Ordnung zeitdiskret ausgebildet ist.Contraption ( 10 ) according to claim 3, wherein said generalized second order integrator is time discrete. Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei der verallgemeinerte Integrator zweiter Ordnung zeitkontinuierlich ausgebildet ist.Contraption ( 10 ) according to claim 3, wherein said generalized second order integrator is continuous time. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorrichtung (10) zusätzlich eine Clarke-Transformations-Einrichtung (18) umfasst, welche ausgebildet ist, α-Komponenten und β-Komponenten aus einem dreiphasigen elektrischen Netz zu erzeugen.Contraption ( 10 ) according to any one of claims 1 to 5, wherein the device ( 10 ) additionally a Clarke transformation facility ( 18 ) configured to generate α components and β components from a three-phase electrical network. Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung zusätzlich eine Phasenregelschleife (20) umfasst, welche ausgebildet ist, die α-Komponente und die β-Komponente von der Clark-Transformations-Einrichtung (18) zu empfangen und ein auf die α-Komponente und die β-Komponente abgestimmtes Sinussignal (Si1, Si2, Si3) sowie ein gegenüber dem Sinussignal (Si1, Si2, Si3) um 90° phasenverschobenes Cosinussignal (Co1, Co2, Co3) zu erzeugen.Contraption ( 10 ) according to claim 6, wherein the device additionally comprises a phase locked loop ( 20 ), which is formed, the α-component and the β-component of the Clark transformation device ( 18 ) and to generate a sinusoidal signal (Si1, Si2, Si3) tuned to the α-component and the β-component and a cosinusoid signal (Co1, Co2, Co3) phase-shifted with respect to the sine signal (Si1, Si2, Si3) , Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei ein erster Signalverzögerer (22a) ausgebildet ist, ein gegenüber dem Sinussignal (Si1) um 120° verzögertes Sinussignal (Si2) und ein gegenüber dem Cosinussignal (Co1) um 120° verzögertes Cosinussignal (Co2) zu erzeugen und wobei ein zweiter Signalverzögerer (22b) ausgebildet ist, ein gegenüber dem Sinussignal (Si1) um 240° verzögertes Sinussignal (Si3) und ein gegenüber dem Cosinussignal (Co1) um 240° verzögertes Cosinussignal (Co3) zu erzeugen.Contraption ( 10 ) according to claim 7, wherein a first signal retarder ( 22a ) is configured to generate a sinusoidal signal (Si2) delayed by 120 ° with respect to the sine signal (Si1) and a cosinusoid signal (Co2) delayed by 120 ° with respect to the cosine signal (Co1) and with a second signal retarder ( 22b ) is designed to generate a sinusoidal signal (Si3) delayed by 240 ° with respect to the sine signal (Si1) and a cosine signal (Co3) delayed by 240 ° with respect to the cosine signal (Co1). Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung (10) drei Phasenregelschleifen (20) umfasst und wobei jede der Phasenregelschleifen (20) ausgebildet ist, die α-Komponente und die β-Komponente von der Clark-Transformations-Einrichtung (18) zu empfangen und für eine jeweilige der Phasen (A, B, C) ein auf die α-Komponente und die β-Komponente abgestimmtes Sinussignal (Si1, Si2, Si3) sowie ein gegenüber dem Sinussignal (Si1, Si2, Si3) um 90° phasenverschobenes Cosinussignal (Co1, Co2, Co3) zu erzeugen, wobei jede der drei Phasenregelschleifen (20) das jeweilige Sinussignal (Si1, Si2, Si3) und das jeweilige Cosinussignal (Co1, Co2, Co3) einer anderen Phase (A, B, C) erzeugt.Contraption ( 10 ) according to claim 6, wherein the device ( 10 ) three phase locked loops ( 20 ) and wherein each of the phase locked loops ( 20 ), the α-component and the β-component from the Clark transformation device ( 18 ) and, for each of the phases (A, B, C), a sinusoidal signal (Si1, Si2, Si3) tuned to the α-component and the β-component and to the sinusoidal signal (Si1, Si2, Si3) by 90 Phase-shifted cosine signal (Co1, Co2, Co3), each of the three phase-locked loops ( 20 ) generates the respective sine signal (Si1, Si2, Si3) and the respective cosine signal (Co1, Co2, Co3) of another phase (A, B, C). Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die q-Komponente eine q-Spannung umfasst.Contraption ( 10 ) according to one of claims 1 to 9, wherein the q-component comprises a q-voltage. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei die dq-Transformationseinrichtung (12a, 12b, 12c) ausgebildet ist, mit einem Eingangssignal (SRA, SRB, SRC), einem verzögerten Signal (SIA, SIB, SIC), die auf das Eingangssignal (SRA, SRB, SRC) abstimmt ist, sowie mit einem Sinussignal (Si1, Si2, Si3) und einem Cosinussignal (Co1, Co2, Co3), das gegenüber dem Sinussignal (Si1, Si2, Si3) um 90° phasenverschoben ist, eine Park-Transformation für jede der Phasen (A, B, C) auszuführen, wobei die Park-Transformation durch die Gleichung uq = cos(ωt)ur + sin(ωt)ui definiert ist.Contraption ( 10 ) according to claim 10, wherein the dq transformation device ( 12a . 12b . 12c ), an input signal (SRA, SRB, SRC), a delayed signal (SIA, SIB, SIC) tuned to the input signal (SRA, SRB, SRC), and a sine signal (Si1, Si2, Si3 ) and a cosine signal (Co1, Co2, Co3) which is 90 ° out of phase with the sine signal (Si1, Si2, Si3), perform a park transformation for each of the phases (A, B, C), the parking Transformation by the equation u q = cos (ωt) u r + sin (ωt) u i is defined. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Auswerteinrichtung (14; 14a, 14b, 14c) ausgebildet ist die q-Komponente (SQA, SQB, SQC) mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen und ein Fehlersignal (FS) auszugeben, wenn der Schwellwert über- oder unterschritten wird.Contraption ( 10 ) according to one of claims 1 to 11, wherein the evaluation device ( 14 ; 14a . 14b . 14c ) is configured to compare the q-component (SQA, SQB, SQC) with at least one threshold value and output an error signal (FS) if the threshold value is exceeded or undershot. Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, wobei die Auswerteinrichtung (14; 14a, 14b, 14c) ausgebildet ist, ein Fehlersignal (FS) auszugeben, wenn in dem elektrischen Wechselspannungsnetz an mindestens einer der Phasen (A, B, C) die q-Komponente den Schwellwerte über- oder unterschreitet.Contraption ( 10 ) according to claim 12, wherein the evaluation device ( 14 ; 14a . 14b . 14c ) is configured to output an error signal (FS) when the q-component exceeds or falls below the threshold values in at least one of the phases (A, B, C) in the electrical AC voltage network. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Auswerteinrichtung (14; 14a, 14b, 14c) ausgebildet ist zu bestimmen, ob ein symmetrischer oder ein unsymmetrischer Netzfehler vorliegt.Contraption ( 10 ) according to one of claims 1 to 13, wherein the evaluation device ( 14 ; 14a . 14b . 14c ) is designed to determine whether a symmetrical or an asymmetrical network error is present. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Auswerteinrichtung (14; 14a, 14b, 14c) ausgebildet ist einen Endwert der Spannungsabweichung zu bestimmen.Contraption ( 10 ) according to one of claims 1 to 14, wherein the evaluation device ( 14 ; 14a . 14b . 14c ) is designed to determine a final value of the voltage deviation. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Auswerteinrichtung (14; 14a, 14b, 14c) ausgebildet ist ein Fehlersignal (FS) auszugeben, welches abhängig ist von der Art des Fehlers.Contraption ( 10 ) according to one of claims 1 to 15, wherein the evaluation device ( 14 ; 14a . 14b . 14c ) is designed to output an error signal (FS), which depends on the type of error. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Vorrichtung (10) für eine Nennfrequenz von 50, 60 oder 162/3 Hz ausgebildet ist.Contraption ( 10 ) according to one of claims 1 to 16, wherein the device ( 10 ) Is designed for a nominal frequency of 50, 60 or 16 2/3 Hz. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Vorrichtung (10) frequenzadaptiv ausgebildet ist.Contraption ( 10 ) according to one of claims 1 to 17, wherein the device ( 10 ) is designed to be adaptive to frequency. Verfahren zur Fehlererkennung in einem elektrischen Wechselspannungsnetz, mit folgenden Merkmalen: Erzeugen einer q-Komponente mittels einer dq-Transformation, für mindestens eine Phase unter Verwendung einer einphasigen Transformation, Erkennen einer Spannungsabweichung, abhängig von der q-Komponente (SQA, SQB, SQC), Ausgeben eines Fehlersignals (FS), wenn eine Spannungsabweichung vorliegt, wobei an mindestens einer der Phasen (A, B, C) ein Eingangssignal (SRA, SRB, SRC) der jeweiligen Phase (A, B, C) erfasst wird, und ein gegenüber dem Eingangssignal (SRA, SRB, SRC) um einen Phasenwinkel von 90° verzögertes Signal (SIA, SIB, SIC) ausgegeben wird, und wobei die dq-Transformation das Eingangssignal (SRA, SRB, SRC) und das verzögerte Signal (SIA, SIB, SIC) empfängt.A method for error detection in an AC electrical network, comprising: generating a q-component by means of a dq-transformation, for at least one phase using a single-phase transformation, Detecting a voltage deviation, dependent on the q-component (SQA, SQB, SQC), outputting an error signal (FS) if a voltage deviation is present, whereby an input signal (SRA, SRB, S) is applied to at least one of the phases (A, B, C) SRC) of the respective phase (A, B, C) is detected, and a signal (SIA, SIB, SIC) delayed from the input signal (SRA, SRB, SRC) by a phase angle of 90 ° is output, and wherein the dq- Transformation receives the input signal (SRA, SRB, SRC) and the delayed signal (SIA, SIB, SIC). Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 19, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor abläuft.A computer program comprising program code for performing the method of claim 19 when the computer program runs on a computer or processor.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019214682A1 (en) * 2019-09-25 2021-03-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method for protecting at least part of a network segment of an electrical energy distribution network
WO2022034120A1 (en) 2020-08-14 2022-02-17 Pionierkraft Gmbh Grid converter and regulation method for operation in distorted single-phase grids
EP3972067A1 (en) 2020-09-18 2022-03-23 Smart Wires Inc. Method and apparatus for detecting faults using current unbalance
DE102022211107A1 (en) 2022-10-20 2024-04-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Monitoring three-phase periodic electrical signals using an artificial neural network

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113702863A (en) * 2021-09-22 2021-11-26 北京微科能创科技有限公司 Three-phase power failure detection method and device and electronic equipment

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014162156A1 (en) * 2013-04-05 2014-10-09 The University Of Nottingham Electric machine fault detection

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014162156A1 (en) * 2013-04-05 2014-10-09 The University Of Nottingham Electric machine fault detection

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019214682A1 (en) * 2019-09-25 2021-03-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method for protecting at least part of a network segment of an electrical energy distribution network
WO2021058413A1 (en) 2019-09-25 2021-04-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method for protecting at least part of a network segment of an electrical energy distribution network
DE102019214682B4 (en) 2019-09-25 2021-07-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method for protecting at least part of a network segment of an electrical energy distribution network and network segment of an electrical energy distribution network
US11955792B2 (en) 2019-09-25 2024-04-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method for protecting at least a part of a network segment of an electrical power distribution network
WO2022034120A1 (en) 2020-08-14 2022-02-17 Pionierkraft Gmbh Grid converter and regulation method for operation in distorted single-phase grids
EP3972067A1 (en) 2020-09-18 2022-03-23 Smart Wires Inc. Method and apparatus for detecting faults using current unbalance
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