DE102020200673B3 - Regelvorrichtung, Regelverfahren und Computerprogramm für einen mehrphasigen Stromrichter unter Verwendung einer virtuellen Impedanz mit transienten Anteilen - Google Patents

Regelvorrichtung, Regelverfahren und Computerprogramm für einen mehrphasigen Stromrichter unter Verwendung einer virtuellen Impedanz mit transienten Anteilen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für einen mehrphasigen Stromrichter, wobei die Regelvorrichtung ausgelegt ist, um ein oder mehrere Steuergrößen für den Stromrichter basierend auf einer Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen unter Verwendung einer virtuellen Impedanz zu erhalten, wobei die virtuelle Impedanz ein oder mehrere transiente virtuelle Impedanzen aufweist, und wobei die virtuelle Impedanz ausgelegt ist, um ein oder mehrere transiente virtuelle Impedanzen getrennt für ein Mitsystem und für ein Gegensystem anzuwenden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Regelvorrichtung für einen mehrphasigen Stromrichter unter Verwendung einer virtuellen Impedanz mit transienten Anteilen. Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren zum Regeln eines mehrphasigen Stromrichters unter Verwendung einer virtuellen Impedanz mit transienten Anteilen. Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Computerprogramm zum Regeln eines mehrphasigen Stromrichters unter Verwendung einer virtuellen Impedanz mit transienten Anteilen. Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine virtuelle Impedanz mit transienten Anteilen im Mit- und Gegensystem.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Stromrichter in netzgekoppelten Erzeugungs- oder Speicheranlagen werden üblicherweise auf Netzseite stromgeregelt betrieben. So kann die Anlagenregelung (Betriebsführung) jederzeit die gewünschte Leistung einstellen. Die stromgeregelte Betriebsart führt jedoch zu Problemen hinsichtlich Stabilität, wenn sehr hohe Anteile der Erzeugung so betrieben werden. Daher muss voraussichtlich in Zukunft anstelle der Stromregelung eine netzbildende Regelung eingesetzt werden. Netzbildend geregelte Stromrichter arbeiten auf der Netzseite in der Regel als Spannungsquellen, d. h. sie stellen oder regeln ihre Ausgangsspannung. Dies ermöglicht den stabilen Betrieb auch bei sehr hohen Anteilen von Stromrichtern und führt dazu, dass bei Laständerungen oder kleinen Störungen eine sofortige stabilisierende Reaktion erfolgt.
  • Bei großen Spannungsänderung im Netz, z. B. aufgrund von Kurzschlüssen oder Schalthandlungen in direkter Nähe, würden jedoch große Ströme aus dem Stromrichter in das Netz fließen. Diese würden den Stromrichter zerstören, wenn die Regelung nicht darauf reagiert.
  • Die netzbildende Regelung muss also um Funktionen zur Strombegrenzung erweitert bzw. angepasst werden. Hierzu sind verschiedene Ansätze bekannt, die im folgenden Abschnitt beschrieben werden.
  • Bekannte Verfahren hinsichtlich Strombegrenzung können untergliedert werden in hardwarenahe Schutzfunktionen und Funktionen der Stromrichterregelung.
  • Hardwarenahe Schutzfunktionen sind beispielsweise eine Pulssperre für den PWM-Takt, eine hardwarenahe Zweipunkt-Stromregelung, eine Pulssperre für mehrere Takte, beispielsweise mit einer festen Sperrzeit, oder ein Ausschalten, wobei ein Ausschalten nach Anschlussrichtlinien nicht zulässig ist.
  • Funktionen der Stromrichterregelung sind nachfolgend für stromgeregelte und netzbildende Verfahren getrennt dargestellt. Eine Variante der Stromrichterregelung bei stromgeregelten Verfahren ist die unterlagerte Stromrichterregelung entsprechend den oben genannten hardwarenahen Schutzfunktionen. In einer weiteren Variante begrenzt eine Stromregelung den Strom (normale Regelung aktiv). Mögliche Varianten der Stromregelung sind dabei: eine Stromregelung ohne Mit- und Gegensystemtrennung, entweder in dq- oder in αβ-Koordinaten, eine Stromregelung im Mit- und Gegensystem, entweder in dq- oder in αβ-Koordinaten oder eine Phasenstromregelung in den drei Phasen A, B, C. Generell ist die Strombegrenzung für stromgeregelte Verfahren als ausgereift zu betrachten.
  • Für netzbildende Verfahren hingegen ist die Strombegrenzung nicht ausgereift. Auch für die Stromrichterregelung bei netzbildenden Verfahren existieren unterlagerte hardwarenahe Schutzfunktionen. Außerdem ist eine unterlagerte oder ablösende Stromregelung möglich. Die unterlagerten hardwarenahe Schutzfunktionen und die Umschaltung auf eine ablösende Stromregelung führen zu einem Verlust der netzbildenden Eigenschaft und sind daher nur für den Hardwareschutz vorteilhaft, siehe [1, 2]. Im Fall von geringeren Spannungsabweichungen, beispielsweise aufgrund von Kurzschlüssen in einiger Entfernung, soll die netzbildende Eigenschaft erhalten bleiben. In diesem Fall sind virtuelle Impedanzen geeignet, um die Fehlerstrom-Charakteristik einzustellen, siehe [2-6]. Durch die virtuell vergrößerte Gesamtimpedanz des Stromrichters werden Kurzschlussströme reduziert. So wird für viele Fälle das Ziel der Strombegrenzung erreicht, wobei die Netzbildung durchgehend erhalten bleibt. Somit ist es für netzbildende Verfahren zweckmäßig, das Kurzschlussverhalten durch eine virtuelle Impedanz zu definieren.
  • Virtuelle Impedanzen ermöglichen es allgemein, die Ausgangsimpedanz des netzbildend geregelten Stromrichters abweichend von der Hardware-Impedanz einzustellen. So stellt sich ein quasi-stationärer Strom entsprechend I = 1 Z ⋅ ( u i − u a )
    Figure DE102020200673B3_0001
    ein, wobei ui die innere Referenzspannung des Stromrichters und ua die äußere Netzspannung ist, sowie Z die gesamte Impedanz (Hardware plus virtuell) des Stromrichters.
  • Eine virtuelle Impedanz kann als RL-Glied modelliert werden. Dabei ist eine dynamische Modellierung oder quasi-stationäre Modellierung möglich. Eine weitere Möglichkeit ist eine harmonische Impedanz, die allerdings nur bei Harmonischen wirksam ist.
  • Für ein RL-Glied ist das dynamisch exakte Modell der obigen Gleichung gegeben durch: L ⋅ d i d t = ( u i − u a ) − R ⋅ i
    Figure DE102020200673B3_0002
  • Die virtuelle Impedanz mit dynamischer Modellierung basiert auf obiger Differentialgleichung (2). Die Nachbildung dieser Gleichung in der Stromrichter-Regelung erfordert jedoch entweder eine unterlagerte Stromregelung, was das Problem einer verzögerten Reaktion der netzbildenden Regelung mit sich bringt, oder eine zeitliche Ableitung des gemessenen Stroms , was Rauschen und eine Verstärkung von Harmonischen verursachen kann, siehe [6, 7]. Daher sind diese Verfahren nicht für den praktischen Einsatz geeignet. Komplexere Verfahren, wie etwa in [8] beschrieben, verursachen einen erhöhten Rechenaufwand, und damit höhere Kosten, und wurden bisher nicht in Verbindung mit netzbildender Regelung untersucht. Somit ist eine korrekte Nachbildung der Impedanz mit „dynamischen Modellen“ nicht möglich.
  • Die in Gleichung (1) genannte quasi-stationäre Näherung liegt der quasi-stationären virtuellen Impedanz zugrunde. Diese Implementierungen weisen die oben genannten Nachteile nicht auf [3, 4, 7]. Jedoch ist die quasi-stationär nachgebildete Impedanz zunächst nur bei symmetrischen Kurzschlüssen korrekt wirksam. Unsymmetrische Kurzschlüsse sind jedoch der Normalfall und müssen daher ebenso beherrscht werden.
  • Für eine virtuelle Impedanz sind verschiedene Impedanz-Charakteristika möglich. Möglich ist beispielsweise eine zeitlich konstante Impedanz, eine Impedanz mit zeitabhängigem, transientem Verhalten, oder ein spannungs- oder stromabhängiger Wert der Impedanz. Konstante Widerstands-Terme reduzieren Gleichströme im Fehlerfall, wirken sich jedoch negativ auf die Stabilität der netzbildenden Verfahren aus, insbesondere im niederfrequenten Bereich, siehe [3, 9]. Die quasi-stationäre virtuelle Impedanz wird daher vorteilhaft um transiente Widerstands-Terme ergänzt, die nur vorübergehend wirksam sind (d. h. Widerstand mit Hochpass-Charakteristik), siehe [6]. Dies reduziert Gleichströme im Fehlerfall und lässt diese schnell abklingen [10].
  • In Stromrichtern erfolgt häufig eine Zerlegung von gemessenen Größen in ein Mit- und Gegensystem mit „Decoupled-Double Synchronous-Reference-Frame Phase-Locked-Loops“ (DD-SRF-PLL), siehe [13]. Diese dienen dazu, ein gemessenes dreiphasiges Signal mit einer geringen Verzögerung in Mit- und Gegensystem-Komponenten zu zerlegen. Typische Verzögerungen liegen im Bereich von 20 Millisekunden. Eine schnellere Zerlegung ist mit dem Verfahren aus [14] möglich. Eine weitere Variante ist das Verfahrens aus [15] oder das Verfahren [16]. Zudem ist bekannt, das Mitsystem und das Gegensystem getrennt zu regeln [17], wobei auch transiente virtuelle Impedanzen in Betracht gezogen werden.
  • In derzeitig gültigen Netzanschlussrichtlinien wird das Verhalten des Blindstroms in Abhängigkeit von der Spannungseinbruchtiefe vorgegeben, siehe 7, [11]. Dieses Verhalten wird - im Mitsystem - durch eine virtuelle Impedanz nachgebildet, siehe [2, 4, 12]. Die Spezifikation in den Netzanschlussrichtlinien betrifft jedoch auch explizit das Gegensystem, welches von den herkömmlichen Verfahren für die virtuelle Impedanz nicht korrekt berücksichtigt wird.
  • Zusammenfassend sind derzeit weder die Verfahren mit dynamischer Modellierung, noch die Verfahren mit quasi-stationärer Modellierung uneingeschränkt für den praktischen Einsatz geeignet. Quasi-stationäre Modelle sind vorzuziehen, sind aber derzeit bei unsymmetrischen Fehlern nicht korrekt wirksam.
  • In Anbetracht dessen besteht ein Bedarf für ein Regelkonzept für einen mehrphasigen Stromrichter, das einen Kompromiss zwischen einer im Fehlerfall ausreichend schnellen und ausreichend wirksamen Strombegrenzung, einer möglichst zuverlässigen Erhaltung netzbildender Eigenschaften, und einem begrenzten Implementierungs- bzw. Rechenaufwand darstellt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung schafft eine Regelvorrichtung für einen mehrphasigen Stromrichter, z. B. einen Wechselrichter, wobei die Regelvorrichtung ausgelegt ist, um eine oder mehrere Steuergrößen für den Stromrichter, z. B. eine Soll-Spannung bzw. Stellspannung, basierend auf einer Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen, die beispielsweise von dem Stromrichter an ein Netz geliefert werden, unter Verwendung einer oder mehrerer transienter virtueller Impedanzen zu erhalten, wobei die virtuelle Impedanz ein oder mehrere transiente virtuelle Impedanzen aufweist. Beispielsweise weist die virtuelle Impedanz einen transienten Anteil auf. Ferner ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um die ein oder mehreren transienten virtuellen Impedanzen getrennt für ein Mitsystem und für ein Gegensystem anzuwenden (bzw. zu berücksichtigen, zu modellieren).
  • Die Regelvorrichtung basiert auf der Erkenntnis, dass ein mehrphasiger Stromrichter unter Verwendung von transienten virtuellen Impedanzen wirksam geregelt werden kann, indem die transienten virtuellen Impedanzen getrennt für das Mitsystem und das Gegensystem angewendet werden. Durch eine getrennte Anwendung der virtuellen Impedanz im Mit- und Gegensystem können Asymmetrien in einem System einer Mehrzahl von Phasenströmen ausgeglichen werden, beispielsweise kann einer Asymmetrie in einem mehrphasigen Stromnetz, beispielsweise einem dreiphasigen Stromnetz entgegengewirkt werden. Betreibt man den Stromrichter beispielsweise an einem Energieübertragungsnetz, um beispielsweise Energie in das Energieübertragungsnetz einzuspeisen, oder um Regelaufgaben für das Energieübertragungsnetz zu erfüllen, ist der Stromrichter in der Lage, einem schnellen Anstieg eines Stroms im Mitsystem und/oder im Gegensystem entgegenzuwirken. Beispielsweise muss im Falle eines Kurzschlusses in dem Energieübertragungsnetz ein Anstieg des von dem Stromrichter in das Netz eingespeisten Stroms effektiv begrenzt werden, um den Stromrichter zu schützen. Im Normalfall treten Kurzschlüsse oder Spannungseinbrüche in einem mehrphasigen Energieübertragungsnetz unsymmetrisch auf, d. h. die unterschiedlichen Phasen des Energieübertragungsnetzes sind unterschiedlich stark von dem Spannungseinbruch betroffen, bzw. der Spannungseinbruch tritt zumindest teilweise im Gegensystem auf. Durch die Anwendung einer oder mehrerer transienter virtueller Impedanzen im Mitsystem und im Gegensystem kann ein Anstieg eines Stromes sowohl im Falle eines symmetrischen Spannungseinbruchs als auch im Falle eines unsymmetrischen Spannungseinbruchs begrenzt werden. Das heißt beispielsweise, dass nach einem Spannungseinbruch durch das Verhalten der Regelvorrichtung Ströme auf zulässige Werte begrenzt werden und somit geeignet sind, den Stromrichter im Fall eines Spannungseinbruchs zu schützen und gleichzeitig eine netzbildende Eigenschaft der Regelvorrichtung zu erhalten. Somit kann durch die getrennte Modellierung der ein oder mehreren transienten virtuellen Impedanzen im Mit- und Gegensystem eine netzbildende Regelung geschaffen werden, die schnell auf Änderungen im Netz reagieren kann, d. h. beispielsweise, dass die Regelvorrichtung auf eine Änderung im Netz reagieren kann, ohne auf hardwarenahe Schutzfunktionen zurückgreifen zu müssen. Beispielsweise kann die Regelvorrichtung auf einen Einbruch einer Netzspannung so reagieren, dass die netzbildende Eigenschaft der Stromrichterregelung erhalten bleibt, und von der Stromrichterregelung ein unerwünschter Anstieg des Stroms wirksam begrenzt wird. Die Reduktion des Stroms kann die Häufigkeit des Eingreifens des Hardwareschutzes reduzieren, wobei gleichzeitig die geforderten Spezifikationen, beispielsweise die gültigen Netzanschlussrichtlinien erfüllt werden können.
  • Ein weiterer Vorteil der quasi-stationären Modellierung der virtuellen Impedanz liegt in dem Vermeiden von Rauschen oder einer Verstärkung von Harmonischen. Außerdem verursacht diese Art der Modellierung einen vergleichsweise geringen Rechenaufwand.
  • Die transiente Charakteristik bzw. der transiente Anteil der virtuellen Impedanz erlaubt es das Kurzzeitverhalten der virtuellen Impedanz, ohmsch zu gestalten und das Langzeitverhalten reaktiv. Dadurch können bei starken Spannungsveränderung im Kurzzeitbereich die Ströme wirksam begrenzt werden ohne die Stabilität einer netzbildenden Regelung, welche im Langzeitbereich ein reaktives Verhalten fordert, zu verschlechtern.
  • Aufgrund der korrekten Umsetzung in Mit- und Gegensystem kann die virtuelle Impedanz symmetrierend auf die lokale Spannung wirken. Zum Beispiel wirken andere Ansätze in dq-Koordinaten, die Mit- und Gegensystem nicht getrennt betrachten, nicht symmetrierend auf die Spannung.
  • Die Nutzung von transienten virtuellen Impedanzen wirkt sich besonders positiv auf die Stabilität der Regelung aus, insbesondere im niederfrequenten Bereich. Transiente virtuelle Impedanzen sind nach einem Ereignis nur vorübergehend wirksam, bzw. weisen im Kurzzeitbereich eine andere Impedanz auf als im Langzeitbereich. Die Anwendung der transienten virtuellen Impedanzen ermöglicht es, das Verhalten der Ausgangsgröße im Kurzzeitbereich ohmsch und im Langzeitbereich induktiv, d. h. reaktiv, zu gestalten. Dadurch werden beispielsweise bei schnellen Spannungsänderungen in einem Fehlerfall, z. B. im Falle eines Kurzschlusses, langsame Anteile des Stroms, z. B. Gleichstromanteile des Stroms, wirksam gedämpft bzw. unterdrückt. Dies ist insbesondere auch für große virtuelle Induktivitäten der Fall. Die Regelung mit transienten virtuellen Impedanzen ist auch im hohen Frequenzbereich stabil. Transiente virtuelle Impedanzen wirken sich außerdem vorteilhaft auf die Kleinsignal-Stabilität einer virtuellen Impedanz aus. Damit wird eine höhere Robustheit erreicht bzw. es können größere Werte der virtuellen Induktivität eingestellt werden.
  • Durch die Anwendung der ein oder mehreren transienten virtuellen Impedanz im Mit- und Gegensystem, kann die virtuelle Impedanz im Mit- und Gegensystem in gleicher Weise wirksam sein, wodurch nicht nur im Mitsystem, sondern auch im Gegensystem die gewünschte Wirkung eintritt. Die getrennte Modellierung und Anwendung der transienten virtuellen Impedanzen im Mit- und Gegensystem schafft somit eine Möglichkeit, die Vorteile transienter virtueller Impedanzen für die Regelung von Stromrichtern auszunutzen, und schafft damit eine schnelle, stabile und aufwandsarme Möglichkeit zur Regelung von Stromrichtern.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung so ausgelegt, dass die transienten virtuellen Impedanzen (ZVT=RVT+jXVT) jeweils einen transienten virtuellen Widerstand (RVT) und/oder eine transiente virtuelle Reaktanz aufweisen (XVT). Zum Beispiel bezeichnet ein Widerstand einen Realteil einer Impedanz, einen Wirkwiderstand oder eine Resistanz und eine Reaktanz einen Imaginärteil einer Impedanz. Dabei können der Widerstand (RVT) und die Reaktanz einer transienten virtuellen Impedanz (XVT) jeweils kleiner, größer oder gleich Null sein. Dabei sind transiente resistive Widerstandsterme besonders vorteilhaft, um Gleichströme zu verhindern bzw. zu unterdrücken bzw. ein schnelles Abklingen herbeizuführen oder zu dämpfen. Durch die Möglichkeit das Verhalten im Kurzzeitbereich ohmsch und im Langzeitbereich induktiv zu gestalten, werden beispielsweise die DC-Anteile des Stroms bei schnellen Spannungsänderungen (z.B. im Kurzschluss) wirksam unterdrückt. Dies ist für virtuelle Impedanzen mit dynamischer Modellierung (nach Gleichung (2)) nicht der Fall, insbesondere für große virtuelle Induktivitäten. Bei einer solchen Umsetzung wird das gesamte Stromverhalten echter Induktivitäten nachgebildet, welches zu hohen DC-Anteilen im Strom führt, die nur langsam abklingen.
  • Ein hinzufügen von konstanten virtuellen resistiven Widerstandstermen verbietet sich in diesem Fall aufgrund der destabilisierenden Wirkung. Die erfindungsgemäße Umsetzung einer virtuellen Impedanz als virtuelle Impedanz mit transienten Anteilen vermeidet diese Nachteile. In anderen Worten, die beschriebene virtuelle Impedanz vermeidet Ableitungen, wie sie z.B. notwendig sind, um einen Ansatz nach Gleichung (2), umzusetzen. Dadurch ist die virtuelle Impedanz in der Regel auch im hohen Frequenzbereich stabil. Zudem wirken sich die transienten Widerstands-Terme vorteilhaft auf die Kleinsignal-Stabilität der virtuellen Impedanz aus. So wird eine höhere Robustheit erreicht, bzw. es können größere Werte der virtuellen Induktivität eingestellt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung so ausgelegt, dass ein zeitlicher Verlauf einer Wirkung eines jeweiligen transienten virtuellen Widerstands (RVT) von einer ersten verzögernden Anordnung mit einer ersten Zeitkonstante und/oder einer ersten filternden Anordnung mit einer ersten Zeitkonstante mitbestimmt wird. Ein transienter virtueller Widerstand kann zum Beispiel ein Realteil einer transienten virtuellen Impedanz oder ein Wirkwiderstand einer transienten virtuellen Impedanz sein. Eine verzögernde Anordnung kann beispielsweise eine Anordnung sein, die den zeitlichen Verlauf eines Signals zeitlich verzögert. Eine verzögernde Anordnung kann auch eine filternde Anordnung sein. Eine filternde Anordnung kann ein Filter sein, beispielsweise ein Tiefpassfilter oder ein Hochpassfilter oder ein Bandpassfilter oder ein Bandsperrefilter. Ein Tiefpassfilter oder ein Hochpassfilter kann beispielsweise für eine Anwendung in dq-Koordinaten vorteilhaft sein. Ein Hochpassfilter oder ein Bandpassfilter oder ein Bandsperrefilter kann beispielsweise für eine Anwendung in αβ-Koordinaten vorteilhaft oder in manchen Fällen sogar notwendig sein. Durch eine Wahl der ersten Zeitkonstante kann also ein zeitlicher Verlauf des ohmschen Verhaltens der transienten virtuellen Impedanz eingestellt werden. Ferner ist die Regelvorrichtung so ausgelegt, dass ein zeitlicher Verlauf einer Wirkung einer jeweiligen transienten virtuellen Reaktanz (XVT) von einer zweiten verzögernden Anordnung mit einer zweiten Zeitkonstante und/oder einer zweiten filternden Anordnung mit einer zweiten Zeitkonstante mitbestimmt wird. Dabei kann die zweite verzögernde Anordnung oder die zweite filternde Anordnung den gleichen Aufbau oder die gleiche Charakteristik wie die erste verzögernde Anordnung oder die erste filternde Anordnung haben. Die erste und die zweite verzögernde und/oder filternde Anordnung können aber auch verschiedene Charakteristiken oder verschiedene Aufbauten haben. Ein Wert der ersten Zeitkonstante und ein Wert der zweites Zeitkonstante können beispielsweise gleich oder verschieden sein. Die zweite Zeitkonstante kann beispielsweise einen zeitlichen Verlauf des reaktiven Verhaltens der transienten virtuellen Impedanz beeinflussen. Durch eine geeignete Wahl der Zeitkonstanten für die transiente virtuelle Reaktanz und den transienten virtuellen Widerstand lässt sich das zeitliche Verhalten der transienten virtuellen Impedanz somit sehr genau einstellen. Insbesondere lässt sich der zeitliche Verlauf der Wirkung eines transienten virtuellen Widerstands unterschiedlich zum zeitlichen Verlauf der Wirkung einer transienten virtuellen Reaktanz wählen. Somit lässt sich der zeitliche Verlauf der Wirkung einer transienten virtuellen Impedanz sehr flexibel modellieren. Beispielsweise kann eine transienten virtuellen Impedanz das Kurzschlussverhalten einer Regelung des Stromrichters so gestalten, dass Kurzschlussströme effektiv begrenzt werden. Durch die Möglichkeit, die Zeitverläufe des ohmschen Verhaltens und des reaktiven Verhaltens unabhängig voneinander einzustellen, ist es möglich, den Stromrichter so zu regeln, dass er sowohl den Anforderungen an ein Kurzschlussverhalten als auch den Anforderungen an die Stabilität einer netzbildenden Regelung genügt. Beispielsweise ist es möglich, das Kurzzeitverhalten der virtuellen Impedanz mit transienten Anteilen ohmsch zu gestalten und das Langzeitverhalten der virtuellen Impedanz mit transienten Anteilen reaktiv zu gestalten. Dadurch können beispielsweise bei starken Spannungsveränderungen im Kurzzeitbereich die Ströme wirksam begrenzt werden, ohne die Stabilität einer netzbildenden Regelung, welche im Langzeitbereich ein reaktives Verhalten fordert, zu verschlechtern.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung so ausgelegt, dass die transienten virtuellen Impedanzen eine Charakteristik eines Filters aufweisen. Beispielsweise können die transienten virtuellen Impedanzen eine Charakteristik eines Tiefpassfilters oder eines Hochpassfilters aufweisen. Weist eine transiente virtuelle Impedanz beispielsweise eine Charakteristik eines Hochpassfilters auf, kann die transiente virtuelle Impedanz einer schnellen Änderung eines Signals entgegenwirken. Beispielsweise kann einem schnellen Anstieg eines Stromes in effektiver Weise entgegengewirkt werden. Somit kann ein Strom in einem Kurzschlussfall effektiv begrenzt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Regelvorrichtung zusätzlich eine oder mehrere stationäre virtuelle Impedanzen (ZV=RV+jXV) auf. Die stationären virtuellen Impedanzen weisen jeweils einen stationären virtuellen Widerstand (RV) und/oder eine stationäre virtuelle Reaktanz (XV) auf. Beispielsweise ist der Verlauf einer Wirkung einer stationären virtuellen Impedanz zeitlich konstant. Ein stationärer virtueller Widerstand ist beispielsweise ein Realteil einer stationären virtuellen Impedanz oder ein Wirkwiderstand einer stationären virtuellen Impedanz. Eine stationäre virtuelle Reaktanz ist beispielsweise ein Imaginärteil einer stationären virtuellen Impedanz oder ein Blindwiderstand einer stationären virtuellen Impedanz. Die Regelvorrichtung ist ferner ausgelegt, um eine oder mehrere stationäre virtuelle Impedanzen für das Mitsystem anzuwenden und um eine oder mehrere stationäre virtuelle Impedanzen für das Gegensystem anzuwenden. Dabei kann eine für das Mitsystem angewendete stationäre virtuelle Impedanz gleich oder verschieden oder komplex konjugiert zu einer für das Gegensystem angewendeten stationären virtuellen Impedanz sein. Eine stationäre virtuelle Impedanz kann auch konstante virtuelle Impedanz genannt werden. Entsprechend kann ein stationärer virtueller Widerstand auch konstanter virtueller Widerstand genannt werden und eine stationäre virtuelle Reaktanz auch konstante virtuelle Reaktanz genannt werden. Stationäre virtuelle Impedanzen, insbesondere stationäre virtuelle Widerstände, sind in der Lage, einen Gleichstrom im Falle eines Kurzschlusses zu reduzieren. Die Kombination von stationären und transienten Widerstandstermen ermöglicht es, einen guten Kompromiss zwischen der Stabilität einer netzbildenden Regelung und einer wirksamen Strombegrenzung zu erreichen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um eine erste Mehrzahl verschiedener virtueller Elemente parallel zueinander für das Mitsystem anzuwenden, um jeweilige Mitsystem-Beiträge zu bestimmen und um eine zweite Mehrzahl verschiedener virtueller Elemente parallel zueinander für das Gegensystem anzuwenden, um jeweilige Gegensystem-Beiträge zu bestimmen. Eine Mehrzahl verschiedener virtueller Elemente umfasst zwei oder mehr der folgenden Elemente: eine oder mehrere stationäre virtuelle Widerstände, eine oder mehrere stationäre virtuelle Reaktanzen, einen oder mehrere transiente virtuelle Widerstände, eine oder mehrere transiente virtuelle Reaktanzen. Ferner ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um die Mitsystembeiträge einem ersten Kombinierer zuzuführen und die Gegensystembeiträge einem zweiten Kombinierer zuzuführen. Ein Ausgang des ersten Kombinierers stellt eine Mitsystem-Steuergröße bereit und ein Ausgang des zweiten Kombinierers stellt eine Gegensystem-Steuergröße bereit. Durch die parallele Anwendung einer jeweiligen Mehrzahl verschiedener virtueller Elemente auf das Mitsystem bzw. auf das Gegensystem kann eine schnelle Implementierung der virtuellen Impedanzen gewährleistet werden. Eine schnelle Implementierung kann insbesondere im Kurzschlussfall von Vorteil sein. Ein Kombinierer kann beispielsweise ein Addierer sein. Eine Mitsystem-Steuergröße kann eine Steuergröße sein, die zur Regelung des Stromrichters verwendet wird, insbesondere zur Regelung eines Mitsystemanteils einer vom Stromregler geregelten Größe. Eine Gegensystem-Steuergröße kann eine Steuergröße sein, die zur Regelung des Stromrichters verwendet wird, insbesondere zur Regelung eines Gegensystemanteils einer vom Stromregler geregelten Größe. Die Mitsystem-Steuergröße und die Gegensystem-Steuergröße der virtuellen Impedanz können dabei auch mit einer Mitsystem-Steuergröße und/oder einer Gegensystem-Steuergröße und/oder einer Gesamtsystemsteuergröße einer inneren Stromrichterregelung kombiniert werden. In diesem Fall werden die ein oder mehreren resultierenden Steuergrößen zur Regelung des Stromrichters verwendet.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um den stationären virtuellen Widerstand einer stationären virtuellen Impedanz auf die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen anzuwenden, um einen Gesamtsystem-Beitrag zu bestimmen und um den Gesamtsystem-Beitrag dem ersten Kombinierer oder dem zweiten Kombinierer zuzuführen. Durch eine solche Auslegung der Regelvorrichtung ist es möglich, eine gleiche oder eine ähnliche Wirkung zu erzielen wie durch eine getrennte Anwendung einer oder mehrerer stationärer virtueller Widerstände getrennt voneinander auf das Gegensystem und das Mitsystem. Durch die Anwendung eines stationären virtuellen Widerstands auf die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen kann Rechenaufwand eingespart werden. Somit kann die Geschwindigkeit der Regelung erhöht werden und/oder Kosten gespart werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um die stationäre virtuelle Reaktanz einer ersten stationären virtuellen Impedanz auf das Mitsystem anzuwenden, um einen ersten Mitsystem-Beitrag zu erhalten. Ferner ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um den transienten virtuellen Widerstand und die transiente virtuelle Reaktanz einer transienten virtuellen Impedanz auf das Mitsystem anzuwenden, um einen zweiten und einen dritten Mitsystem-Beitrag zu erhalten. Ferner ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um die stationäre virtuelle Reaktanz einer ersten stationären virtuellen Impedanz auf das Gegensystem anzuwenden, um einen ersten Gegensystem-Beitrag zu erhalten. Ferner ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um den transienten virtuellen Widerstand und die transiente virtuelle Reaktanz einer transienten virtuellen Impedanz auf das Gegensystem anzuwenden, um einen zweiten und einen dritten Gegensystem-Beitrag zu erhalten. Dabei können das Mitsystem bzw. das Gegensystem, auf das die jeweilige transiente virtuelle Reaktanz oder der jeweilige transiente virtuelle Widerstand angewendet werden, ein durch eine verzögernde Anordnung und/oder eine filternde Anordnung verarbeitetes, beispielsweise verzögertes, Mitsystem bzw. Gegensystem sein. Dabei kann das Mitsystem bzw. das Gegensystem, auf das die jeweilige transiente virtuelle Reaktanz angewendet wird, ein anders verarbeitetes Mitsystem bzw. Gegensystem sein als das Mitsystem bzw. Gegensystem, auf das der jeweilige transiente virtuelle Widerstand angewendet wird. Eine solche Auslegung der Regelvorrichtung ermöglicht eine exakte Modellierung einer Wirkung der virtuellen Impedanzen, das heißt des zeitlichen Verlaufs der Wirkung der virtuellen Impedanzen und der Stärke der Wirkung der virtuellen Impedanzen. Insbesondere lässt sich die Wirkung der virtuellen Impedanzen auf das Mitsystem und auf das Gegensystem unabhängig voneinander einstellen. Somit ermöglicht diese Auslegung der Regelvorrichtung die virtuellen Impedanzen so zu implementieren, dass sie sowohl im Mitsystem als auch im Gegensystem korrekt wirken.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um eine erste transiente virtuelle Impedanz auf das Mitsystem anzuwenden, und um eine zweite transiente virtuelle Impedanz auf das Gegensystem anzuwenden, wobei die erste transiente virtuelle Impedanz komplex konjugiert zu der zweiten transienten virtuellen Impedanz ist. Eine Anwendung zweier komplex konjugierter transienter virtueller Impedanzen auf das Mit- und Gegensystem kann gewährleisten, dass die transienten virtuellen Impedanzen im Mit- und Gegensystem in einander entsprechender Weise wirksam sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung ausgelegt ist, um eine Mitsystem-Signaldarstellung (z. B. iαβ+ oder idq+, beispielsweise über der Zeit) zu erhalten, die das Mitsystem (einen Mitsystemanteil der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen, die beispielsweise durch iαβ oder idq dargestellt werden) beschreibt, und um eine Gegensystem-Signaldarstellung (z.b. iαβ - oder idq -, beispielsweise über der Zeit) zu erhalten, die das Gegensystem (einen Gegensystemanteil der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen, die beispielsweise durch iαβ oder idq dargestellt werden) beschreibt. Eine Mitsystem-Signaldarstellung bzw. eine Gegensystem-Signaldarstellung kann beispielsweise ein zeitlicher Verlauf einer Größe des Mitsystems bzw. des Gegensystems sein. Die Mitsystem-Signaldarstellung bzw. die Gegensystem-Signaldarstellung kann beispielsweise in αβ-Koordinaten oder in dq-Koordinaten dargestellt werden. Ferner ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um eine erste transiente virtuelle Impedanz (ZVT=RVT+jXVT) auf die Mitsystem-Signaldarstellung anzuwenden, um einen oder mehrere Mitsystem-Beiträge (z.B. udq +, zu einer oder mehreren Steuergrößen) zu erhalten, und um eine zweite transiente virtuelle Impedanz (ZVT=RVT-jXVT) auf die Gegensystem-Signaldarstellung anzuwenden, um einen oder mehrere Gegensystem-Beiträge (z.b. udq -, zu einer oder mehreren Steuergrößen) zu erhalten. Dabei können die erste und die zweite transiente virtuelle Impedanz beispielsweise gleich oder verschieden oder komplex konjugiert sein. Eine gleiche oder eine komplex konjugierte Wahl der ersten und der zweiten transienten virtuellen Impedanz kann beispielsweise sicherstellen, dass die transienten virtuellen Impedanzen im Mitsystem und im Gegensystem in entsprechender Weise oder in gleicher Weise wirksam sind.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um eine Gesamtsystem-Signaldarstellung (z.B. iαβ oder idq) zu erhalten, die die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen beschreibt. Die Gesamtsystem-Signaldarstellung beschreibt die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen beispielsweise ungetrennt, zum Beispiel nicht getrennt im Mitsystemanteil und Gegensystemanteil, beispielsweise mit einer einzigen gemeinsamen Größe, beispielsweise einem Vektor, der die Phasenströme mit mehreren reellen oder komplexen Werten beschreibt. Die Gesamtsystem-Signaldarstellung kann dabei den zeitlichen Verlauf der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen beschreiben. Die Gesamtsystem-Signaldarstellung kann beispielsweise in dq-Koordinaten oder in αβ-Koordinaten dargestellt sein. Ferner ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um zumindest einen stationären virtuellen Widerstand auf die Gesamtsystem-Signaldarstellung anzuwenden, um einen Gesamtsystem-Beitrag, zum Beispiel zu einer oder mehreren Steuergrößen, zu erhalten und um den Gesamtsystem-Beitrag dem ersten Kombinierer oder dem zweiten Kombinierer zuzuführen. Die Anwendung einer stationären virtuellen Impedanz auf die Gesamtsystem-Signaldarstellung spart gegenüber einer Anwendung der stationären virtuellen Impedanz getrennt auf eine Mitsystem-Signaldarstellung und eine Gegensystem-Signaldarstellung Rechenaufwand ein. Somit kann durch diese Auslegung der Regelvorrichtung eine Zeitersparnis und/oder eine Kostenersparnis erzielt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um eine Gesamtsystem-Signaldarstellung und/oder die Mitsystem-Signaldarstellung und/oder die Gegensystem-Signaldarstellung in dq-Koordinaten oder in αβ-Koordinaten zu erhalten und um eine Gesamtsystem-Signaldarstellung und/oder eine Mitsystem-Signaldarstellung und/oder eine Gegensystem-Signaldarstellung von αβ-Koordinaten in dq-Koordinaten zu transformieren. Die Gesamtsystem-Signaldarstellung beschreibt die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen, beispielsweise wie mit Bezug auf das vorherige Beispiel beschrieben. Ferner ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um eine erste transiente virtuelle Impedanz auf die Mitsystem-Signaldarstellung in dq-Koordinaten anzuwenden, um einen Mitsystem-Beitrag, beispielsweise einen Beitrag zu einer oder mehreren Steuergrößen, zu erhalten und um eine zweite transiente virtuelle Impedanz auf die Gegensystem-Signaldarstellung in dq-Koordinaten anzuwenden, um einen Gegensystem-Beitrag, beispielsweise einen Beitrag zu einer oder mehreren Steuergrößen, zu erhalten. Eine Anwendung der ersten und der zweiten transienten virtuellen Impedanz auf die Mitsystem-Signaldarstellung bzw. die Gegensystem-Signaldarstellung in dq-Koordinaten begünstigt eine effiziente, schnelle Implementierung der transienten virtuellen Impedanzen.
  • Gemäß einem weiterer Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um einen Mitsystem-Beitrag und/oder einen Gegensystem-Beitrag und/oder eine Mitsystem-Stellgröße und/oder eine Gegensystem-Stellgröße von dq-Koordinaten in αβ-Koordinaten zu transformieren.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um eine transiente virtuelle Impedanz auf eine Mitsystem-Signaldarstellung in αβ-Koordinaten anzuwenden. Alternativ oder zusätzlich ist die Regelvorrichtung ausgelegt um eine transiente virtuelle Impedanz auf eine Gegensystem-Signaldarstellung in αβ-Koordinaten anzuwenden. Eine derartige Auslegung der Regelvorrichtung erlaubt es, ein oder mehrere transiente virtuelle Impedanzen im Mit- und/oder Gegensystem zu implementieren, ohne das Mitsystem bzw. das Gegensystem von αβ-Koordinaten in dq-Koordinaten zu transformieren.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um basierend auf der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen eine Mitsystem-Steuergröße bereitzustellen, so dass eine von der Mitsystem-Steuergröße beeinflusste Mitsystemausgangsgröße innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, und um basierend auf der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen eine Gegensystem-Steuergröße bereitzustellen, so dass eine von der Gegensystem-Steuergröße beeinflusste Gegensystemausgangsgröße innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Die Mitsystemausgangsgröße und die Gegensystemausgangsgröße sind beispielsweise Ausgangsgrößen des Stromrichters, die von der Regelvorrichtung geregelt werden. Der vorgegebene Bereich ist beispielsweise ein für eine Ausgangsgröße des Stromrichters, beispielsweise für eine Mitsystemausgangsgröße oder eine Gegensystemausgangsgröße, definierter Bereich, der beispielsweise in einer Netzanschlussrichtlinie spezifiziert ist oder durch andere Gegebenheiten einer an den Stromrichter angeschlossenen Vorrichtung, beispielsweise eines Netzes, vorgegeben ist. Eine solche Auslegung der Regelvorrichtung bietet den Vorteil, dass sowohl die Mitsystemausgangsgröße als auch die Gegensystemausgangsgröße den Anforderungen, beispielsweise den durch den vorgegebenen Bereich definierten Anforderungen oder den durch eine Netzanschlussrichtlinie definierten Anforderungen, entsprechend geregelt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um basierend auf einer Gesamtsystem-Signaldarstellung unter Verwendung einer Mit- und Gegensystemzerlegung eine Mitsystem-Signaldarstellung und eine Gegensystem-Signaldarstellung zu erhalten. Die Mit- und Gegensystemzerlegung weist eine Einschwingzeit auf, die kürzer als die Hälfte einer Periode eines Phasenstroms, d.h. eines von der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen beschriebenen Phasenstroms, oder kürzer als ein Fünftel einer Periode eines Phasenstroms oder kürzer als ein Zehntel einer Periode eines Phasenstroms ist. Ferner ist die Mit- und Gegensystemzerlegung ausgelegt, um innerhalb der Einschwingzeit eine Mitsystem-Signaldarstellung und eine Gegensystem-Signaldarstellung zu erhalten. Eine Einschwingzeit ist z. B. eine Zeit, die benötigt wird, um eine Mitsystem-Signaldarstellung und eine Gegensystem-Signaldarstellung zu erhalten, die innerhalb einer Fehlertoleranz von beispielsweise 10 % oder 20 % um eine exakte Mitsystem-Signaldarstellung und eine exakte Gegensystem-Signaldarstellung herum liegen. Als exakte Referenz der Mit- und Gegensystem-Signaldarstellung kann beispielsweise ein Signalverlauf dienen, der im Mit- und Gegensystem synthetisch erzeugt wird. Die schnelle Einschwingzeit der Mit- und Gegensystemzerlegung bietet den Vorteil, dass die Regelvorrichtung auch auf besonders schnelle Änderungen der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen, beispielsweise eines Phasenstroms oder einer Spannung, reagieren kann, das heißt beispielsweise, dass die Regelvorrichtung einem schnellen Anstieg eines Stromes entgegenwirken kann. In anderen Worten, die Implementierung der virtuellen Impedanz wie hier beschrieben, beispielsweise mit einer Mit-und-Gegensystemzerlegung mit einer kurzen Einschwingzeit, ist schnell genug, um im Fehlerfall den Strom wirksam zu begrenzen. Übliche Implementierungen in Mit-und Gegensystem sind beispielsweise zu langsam, um im Fehlerfall wirken zu können.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Mit- und Gegensystemzerlegung ein Filter, beispielsweise ein Tiefpassfilter oder ein Hochpassfilter, auf. Ferner ist die Mit-und Gegensystemzerlegung ausgelegt, um basierend auf einer Gesamtsystem-Signaldarstellung unter Verwendung des Filters eine gefilterte Gesamtsystem-Signaldarstellung zu erhalten und um eine Mitsystem-Signaldarstellung unter Verwendung einer ersten Linearkombination aus der Gesamtsystem-Signaldarstellung und der gefilterten Gesamtsystem-Signaldarstellung zu erhalten und um eine Gegensystem-Signaldarstellung unter Verwendung einer zweiten Linearkombination aus der Gesamtsystem-Signaldarstellung und der gefilterten Gesamtsystem-Signaldarstellung zu erhalten. Diese Implementierung der Mit- und Gegensystemzerlegung bietet den Vorteil, dass durch eine Wahl einer Zeitkonstante des Filters die Einschwingzeit der Mit- und Gegensystemzerlegung frei gewählt werden kann. Somit kann insbesondere auch eine besonders kurze Einschwingzeit gewählt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die erste Linearkombination und die zweite Linearkombination durch eine Verrechnungsmatrix beschrieben, wobei die Verrechnungsmatrix zumindest einen Zeitparameter (T) aufweist, der einer Zeitkonstante des Filters entspricht und der die Einschwingzeit der Mit-und-Gegensystem-Zerlegung bestimmt. Durch eine geeignete Wahl des Zeitparameters kann für die Mit- und Gegensystemzerlegung ein guter Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Signaltreue bzw. Rauschverhalten gefunden werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die erste Linearkombination und die zweite Linearkombination der Mit- und Gegensystemzerlegung durch eine Berechnungsmatrix beschrieben, wobei die Berechnungsmatrix zumindest einen Zeitparameter aufweist, der einer Zeitkonstante des Filters entspricht und der die Einschwingzeit der Mit-und Gegensystemzerlegung bestimmt. Der Zeitparameter und die Zeitkonstante können dabei frei gewählt werden, insbesondere kann für den Zeitparameter und die Zeitkonstante eine kurze Zeit gewählt werden, wodurch eine kurze Einschwingzeit der Mit- und Gegensystemzerlegung erreicht werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Verrechnungsmatrix, die beispielsweise A genannt werden kann, die Form A = [ T ω 0 − 1 j 2 T ω 0 j T 2 ω 0 2 + 1 j 2 T ω 0 T ω 0 + 1 j 2 T ω 0 − j T 2 ω 0 2 + 1 j 2 T ω 0 ]
    Figure DE102020200673B3_0003
    auf. Dabei bestimmt der Parameter T die Einschwingzeit der Mit- und Gegensystemzerlegung oder beschreibt diese sogar. ω0 bezeichnet eine Nennwinkelgeschwindigkeit des Mitsystems. j bezeichnet die imaginäre Einheit. Ferner ist die Regelvorrichtung so ausgelegt, dass das Filter der Mit-und Gegensystemzerlegung eine Übertragungsfunktion, beispielsweise eine Laplace transformierte Darstellung einer Übertragungsfunktion, der Form G ( s ) = 1 1 + T s
    Figure DE102020200673B3_0004
    aufweist, wobei G einen Übertragungsanteil, beispielsweise einen durch das Filter transmittierten Anteil, für ein Signal mit einer durch s beschriebenen Frequenz darstellt. Eine Auslegung der Regelvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel gewährleistet eine besonders effiziente, d. h. schnelle und aufwandsarme, d. h. rechenaufwandsarme, Mit-und Gegensystemzerlegung.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um ein Mitsystem-Filter, beispielsweise ein Tiefpassfilter oder ein Hochpassfilter, auf die unter Verwendung der ersten Linearkombination der Gesamtsystem-Signaldarstellung und der gefilterten Gesamtsystem-Signaldarstellung erhaltenen Mitsystem-Signaldarstellung anzuwenden, um beispielsweise ein Artefakt in der Mitsystem-Signaldarstellung, das beispielsweise aus der Mit- und Gegensystemzerlegung stammt, zu dämpfen und/oder um ein Gegensystem-Filter, beispielsweise ein Tiefpassfilter oder ein Hochpassfilter, auf die unter Verwendung der zweiten Linearkombination der Gesamtsystem-Signaldarstellung und der gefilterten Gesamtsystem-Signaldarstellung erhaltene Gegensystem-Signaldarstellung anzuwenden, um beispielsweise ein Artefakt in der Gegensystem-Signaldarstellung, das beispielsweise aus der Mit- und Gegensystemzerlegung stammt, zu dämpfen. Dabei können das Mitsystemfilter und das Gegensystemfilter beispielsweise gleich oder verschieden sein. Durch die Anwendung des Mitsystemfilters bzw. des Gegensystemfilters auf die aus der Mit- und Gegensystemzerlegung gewonnene Mitsystem-Signaldarstellung bzw. Gegensystem-Signaldarstellung können von der Mit- und Gegensystemzerlegung erzeugte Artefakte, beispielsweise Signalverläufe, die nicht den Signalverlauf der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen widerspiegeln, gedämpft werden, oder unterdrückt werden, oder herausgefiltert werden. Dadurch ist es möglich, eine besonders kurze Zeitkonstante des Filters der Mit- und Gegensystemzerlegung bzw. einen besonders kurzen Zeitparameter der Verrechnungsmatrix der Mit- und Gegensystemzerlegung zu wählen. Eine Wahl einer kurzen Zeitkonstante des Filters der Mit- und Gegensystemzerlegung kann zu einer Erzeugung von Artefakten in der Mitsystem-Signaldarstellung und der Gegensystem-Signaldarstellung durch die Mit- und Gegensystemzerlegung führen. Dieser Umstand kann eine untere Grenze für die Wahl der Zeitkonstante des Filters der Mit- und Gegensystemzerlegung festlegen. Das Anwenden des Mitsystemfilters bzw. des Gegensystemfilters auf die unter Verwendung der ersten bzw. der zweiten Linearkombination der Gesamtsystem-Signaldarstellung und der gefilterten Gesamtsystem-Signaldarstellung erhaltene Mitsystem-Signaldarstellung bzw. Gegensystem-Signaldarstellung ermöglicht es somit, auch eine kurze Zeitkonstante des Filters der Mit-und Gegensystemzerlegung zu wählen und damit eine kurze Einschwingzeit der Mit- und Gegensystemzerlegung zu erreichen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen das Mitsystemfilter und das Gegensystemfilter eine Zeitkonstante auf, die in einem Bereich von 1 % bis 100 %, bevorzugt in einem Bereich von 1 % bis 25 %, einer Periodendauer der Mehrzahl von Phasenströmen liegen. Eine solche Zeitkonstante des Mitsystemfilters und des Gegensystemfilters gewährleistet eine ausreichend gute Qualität eines Mitsystem-Signals und eines Gegensystem-Signals auch in Fällen einer schnellen Mit-und-Gegensystemzerlegung, d.h. im Fall einer kurzen Einschwingzeit der Mit-und-Gegensystemzerlegung.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schafft ein Verfahren zum Regeln eines mehrphasigen Stromrichters, wobei das Verfahren ein Erhalten einer Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen beinhaltet. Ferner beinhaltet das Verfahren ein Anwenden einer oder mehrerer transienter virtueller Impedanzen getrennt für ein Mitsystem und ein Gegensystem um eine oder mehrere Steuergrößen für den Stromrichter zu erhalten.
  • Das entsprechende Verfahren basiert auf denselben Überlegungen wie die oben erläuterte Vorrichtung. Ferner sei darauf hingewiesen, dass das Verfahren um alle Merkmale, Funktionalitäten und Details ergänzt werden kann, die hierin in Hinblick auf die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. Regelvorrichtung beschrieben sind. Das Verfahren kann um die genannten Merkmale, Funktionalitäten und Details sowohl einzeln als auch in Kombination ergänzt werden.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 ein Blockschaltbild einer Regelvorrichtung für einen mehrphasigen Stromrichter gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 2 ein Blockschaltbild einer Regelvorrichtung für einen mehrphasigen Stromrichter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
    • 3 ein Blockschaltbild einer Implementierung der virtuellen Impedanz gemäß einem Ausführungsbeispiel
    • 4 ein Blockschaltbild einer Regelvorrichtung für einen mehrphasigen Stromrichter umfassend eine Mit-und-Gegensystemzerlegung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
    • 5 ein Blockschaltbild einer Mit-und-Gegensystemzerlegung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 6 Blockschaltbild eines Gesamtsystems zur Regelung eines Stromrichters umfassend eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 7 eine Spannungsblindstromkennlinie gemäß einer Netzanschlussrichtlinie;
    • 8 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Regeln eines mehrphasigen Stromrichters gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 9 Diagramme eines Zeitverlaufs von Spannungen und Strömen für einen symmetrischen Spannungseinbruch;
    • 10 Diagramme eines Zeitverlaufs von Spannungen und Strömen für einen unsymmetrischen Spannungseinbruch.
  • Regelvorrichtung gemäß Fig. 1
  • 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Regelvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Regelvorrichtung 100 ist ausgelegt, um ein oder mehrere Steuergrößen 112 für den Stromrichter basierend auf einer Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 110 zu erhalten.
  • Die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 110 kann beispielsweise ein Strom oder eine Spannung oder eine andere ein elektrisches Signal charakterisierende Größe sein. Beispielsweise kann die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 110 eine Größe sein, die den von dem Stromrichter an ein Netz, beispielsweise ein Energieübertragungsnetz, gelieferten Strom beschreibt.
  • Die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 110 kann beispielsweise ein Mitsystem 120 und ein Gegensystem 122 enthalten oder die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 110 kann ausgelegt sein, um aus ihr ein Mitsystem 120 und ein Gegensystem 122 erhalten zu können, beispielsweise kann die Regelvorrichtung 100 zu diesem Zweck einen optionalen Mit-Gegensystem-Zerleger 130 aufweisen. Das Mitsystem 120 und das Gegensystem 122 können beispielsweise jeweils Teil eines Gesamtsystems sein. Beispielsweise können das Mitsystem 120 und das Gegensystem 122 gemeinsam das Gesamtsystem zumindest teilweise beschreiben. Beispielsweise können das Mitsystem und das Gegensystem eine Zerlegung oder einen Teil einer Zerlegung des Gesamtsystems darstellen.
  • Die ein oder mehreren Steuergrößen 112 für den Stromrichter können beispielsweise in dq-Koordinaten oder in αβ-Koordinaten bereitgestellt werden. Die ein oder mehreren Steuergrößen 112 können beispielsweise Beiträge zu einer oder mehreren Ausgangssteuergrößen oder Gesamtsteuergrößen der Stromrichterregelung sein oder Beiträge zu einem Zielwert für eine zu regelnde Größe, beispielsweise für eine zu regelnde Spannung oder einen zu regelnden Strom.
  • Zum Beispiel ist die Regelvorrichtung 100 ausgelegt, um die ein oder mehreren Steuergrößen 112 unter Verwendung einer virtuellen Impedanz 105 zu erhalten, wobei die virtuelle Impedanz 105 ausgelegt ist, um ein oder mehrere transiente virtuelle Impedanzen 151; 161 getrennt für ein Mitsystem 120 und für ein Gegensystem 122 anzuwenden. Die virtuelle Impedanz 105 kann beispielsweise mehrere virtuelle Impedanzen oder mehrere Beiträge aufweisen. Beispielsweise kann die virtuelle Impedanz 105 ausgelegt sein, um eine transiente virtuelle Impedanz 151 auf das Mitsystem 120 anzuwenden und um eine transiente virtuelle Impedanz 161 auf das das Gegensystem anzuwenden, wobei die auf das Mitsystem 120 angewendete transiente virtuelle Impedanz 151 und die auf das Gegensystem 122 angewendete transiente virtuelle Impedanz 161 die gleiche oder verschiedene transiente virtuelle Impedanzen sein können. Eine transiente virtuelle Impedanz auf das Mitsystem 120 und das Gegensystem 122 anzuwenden kann beispielsweise bedeuten, dass die auf das Gegensystem 122 angewendete transiente virtuelle Impedanz 161 gleich oder komplex konjungiert zu der auf das Mitsystem 120 angewendeten transienten virtuellen Impedanz ist.
  • Beispielsweise ist Regelvorrichtung 100 ausgelegt, um die transiente virtuelle Impedanz 151 auf das Mitsystem 120 anzuwenden um eine Mitsystem-Steuergröße 114 zu erhalten, und um die transiente virtuelle Impedanz 161 auf das das Gegensystem anzuwenden um eine Gegensystem-Steuergröße 116 zu erhalten. Die Mitsystem-Steuergröße und die Gegensystem-Steuergröße können beispielsweise in αβ-Koordinaten oder dq-Koordinaten bereitgestellt werden. Eine Mitsystem-Steuergröße in αβ-Koordinaten bzw. in dq-Koordinaten kann beispielsweise uαβ + bzw. udq + genannt werden. Eine Gegensystem-Steuergröße in αβ-Koordinaten oder dq-Koordinaten kann beispielsweise uαβ - bzw. udq -genannt werden. Eine Steuergröße 112 in αβ-Koordinaten bzw. in dq-Koordinaten kann auch uαβ bzw. udq genannt werden. Optional weist die Regelvorrichtung 100 einen Mit-und-Gegensystem-Kombinierer 180 auf, der ausgelegt ist, um die Mitsystem-Steuergröße 114 und die Gegensystem-Steuergröße 116 zu kombinieren, um die Steuergröße 112 zu erhalten.
    Die transienten virtuellen Impedanzen 151; 161 weisen ein transientes Verhalten auf. Eine transiente virtuelle Impedanz 151; 161 kann beispielsweise eine virtuelle Impedanz sein, deren Wirkung auf einen zeitlichen Verlauf eines Signals transient ausgestaltet ist. Beispielsweise wirkt sich die transiente virtuelle Impedanz 151;161 im Fall einer Änderung eines Signals zeitlich verzögert, bzw. gefiltert auf die Stellgröße aus. Das heißt beispielsweise, die transiente virtuelle Impedanz 151;161 kann als Reaktion auf eine Signaländerung eines Signals wirken. Eine virtuelle Impedanz kann beispielsweise eine Impedanz sein, die eine Gesamtimpedanz des Stromrichters virtuell vergrößert. Eine virtuelle Impedanz kann beispielsweise durch eine komplexe Zahl beschrieben werden.
  • Eine virtuelle Impedanz anzuwenden, kann beispielsweise bedeuten, aus einem Eingangsstromwert einen Ausgangsspannungswert zu berechnen oder aus einem Eingangsspannungswert einen Ausgangsstromwert zu berechnen. Diese Berechnung kann beispielsweise auf einer oder mehreren Korrelationen zwischen einem Strom und einer Spannung basieren, wobei die ein oder mehreren Korrelationen von einem Wert oder einer Größe einer oder mehrerer Beiträge der virtuellen Impedanz 105 mitbestimmt wird. Das Mitsystem 120 und das Gegensystem 122 können beispielsweise jeweils einen Eingangsspannungswert oder einen Eingangsstromwert darstellen. Eine virtuelle Impedanz getrennt für das Mitsystem 120 und das Gegensystem 122 anzuwenden, kann bedeuten, aus dem Mitsystem 120, beispielsweise einer das Mitsystem 120 beschreibenden Größe, unter Verwendung der virtuellen Impedanz einen Beitrag zu den ein oder mehreren Steuergrößen 112 zu bestimmen oder zu berechnen und getrennt davon, z. B. parallel dazu, aus dem Gegensystem 122, beispielsweise einer das Gegensystem 122 beschreibenden Größe, einen Beitrag zu den ein oder mehreren Steuergrößen 112 zu bestimmen.
  • Beispielsweise kann die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 110 einen Strom beinhalten, der von der Stromrichterregelung geregelt bzw. beeinflusst wird, oder der aus einer Spannung resultiert, die von der Stromrichterregelung geregelt bzw. beeinflusst wird, beispielsweise eine von der Stromrichterregelung geregelte an ein Energienetz oder eine Schaltung angelegte Spannung. Kommt es in dem Energienetz oder der Schaltung zu einem Ereignis, z. B. zu einem Kurzschluss oder einem Schaltvorgang, kann dies zu einem Abfall der von dem Stromregler geregelten bzw. beeinflussten Spannung in einer oder mehreren Phasen kommen. Ein solcher Spannungsabfall kann zu einem Anstieg des Stromes führen, der von der Stromrichterregelung geregelt bzw. beeinflusst wird, oder der aus der Spannung resultiert, die von der Stromrichterregelung geregelt bzw. beeinflusst wird. Durch einen solchen Anstieg des Stromes, kann der Stromrichter oder andere Hardware beschädigt werden. Aus diesem Grund soll ein solcher Anstieg des Stromes wirksam begrenzt werden. Die Regelvorrichtung ist beispielsweise ausgelegt, um eine Gesamtimpedanz des Stromrichters zu verändern oder zu vergrößern, beispielsweise virtuell zu verändern oder zu vergrößern. Das kann beispielsweise heißen, basierend auf dem Strom der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 110 durch ein Anwenden der virtuellen Impedanz 105 eine Spannung, die beispielsweise Teil der Steuergröße 112 ist, zu berechnen. Die derart bestimmte Spannung kann beispielsweise zum Regeln des Stromrichters verwendet werden, beispielsweise in eine Zielgröße, beispielsweise einer Spannung oder einer Ausgangsspannung, einfließen.
  • Erfolgt ein Spannungsabfall bzw. ein Anstieg des Stromes nicht in allen Phasen gleichermaßen, kann es außerdem wünschenswert sein, dass die Regelvorrichtung 100 den Stromrichter so regelt, dass dem Spannungsabfall bzw. dem Anstieg des Stroms in der jeweiligen Phase entgegengewirkt wird, so dass eine Asymmetrie zwischen den Phasenströmen bzw. Phasenspannungen ausgeglichen werden kann. Die Regelvorrichtung 100 ist in der Lage, durch die Anwendung der virtuellen Impedanz 105, eine Steuergröße 112 bereitzustellen, die beispielsweise ausgelegt ist um eine Gesamtimpedanz des Stromrichters so zu verändern oder zu regeln, dass ein Anstieg des von dem Stromrichter geregelten Stromes verhindert bzw. abgeschwächt werden kann. Die Veränderung der Impedanz des Stromrichters wird dabei unter Verwendung der ein oder mehreren transienten virtuellen Impedanzen 151; 161 bestimmt oder berechnet und als Steuergröße 112 bereitgestellt. Durch die Anwendung von transienten virtuellen Impedanzen 151; 161, die zeitlich vorübergehend wirken, kann einem Anstieg des Stromes auf einer kurzen Zeitskala entgegengewirkt werden. Durch die vorübergehende Wirkung der transienten virtuellen Impedanzen 151; 161 kann eine regelnde Funktion des Stromrichters erhalten werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung 100 ausgelegt, um eine erste transiente virtuelle Impedanz 151 auf das Mitsystem 120 anzuwenden, und um eine zweite transiente virtuelle Impedanz 161 auf das Gegensystem 122 anzuwenden, wobei die erste transiente virtuelle Impedanz 151 komplex konjugiert zu der zweiten transienten virtuellen Impedanz 161 ist.
  • Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass die Regelvorrichtung 100 gemäß 1 optional um alle Merkmale, Funktionalitäten und Details ergänzt wird, die hier in dem Bezug auf die anderen Regelvorrichtungen beschrieben sind. Die entsprechenden Merkmale, Funktionalitäten und Details können beispielsweise einzeln oder in Kombination in den Spannungswandler 100 aufgenommen werden.
  • Regelvorrichtung gemäß Fig. 2
  • 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Regelvorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Regelvorrichtung 200 kann beispielsweise der Regelvorrichtung 100 aus 1 entsprechen.
  • Die Regelvorrichtung 200 weist eine virtuelle Impedanz 205 auf, die beispielsweise der Implementierung der virtuellen Impedanz 105 aus entsprechen kann. Die Regelvorrichtung 200 erhält als Eingangsgröße eine Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 210, beispielsweise die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 110 gemäß .
  • Die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 210 kann mehrere Größen beinhalten oder mehrere Koordinaten aufweisen, die auf Informationen der einzelnen Phasenströme der Mehrzahl von Phasenströmen zurückschließen lassen. Die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 210 kann beispielsweise in einer Darstellung iαβ in αβ-Koordinaten oder in αβ0-Koordinaten vorliegen. Einer Darstellung in αβ-Koordinaten kann beispielsweise eine Clarke-Transformation zugrunde liegen. Die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 210 kann auch in dq-Koordinaten oder in dq0-Koordinaten vorliegen, beispielsweise als idq.
  • Die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 210 kann beispielsweise ein Gesamtsystem der Mehrzahl von Phasenströmen aufweisen oder die Mehrzahl von Phasenströmen als Gesamtsystem beschreiben, beispielsweise in einer Größe, beispielsweise einem Vektor, der beispielsweise αβ-Koordinaten, αβ0-Koordinaten, dq-Koordinaten oder dq0-Koordinaten enthalten kann.
  • Die Regelvorrichtung 200 stellt als Ausgangsgröße eine oder mehrere Steuergrößen 212, beispielsweise die ein oder mehreren Steuergrößen 112 gemäß , bereit.
  • Die virtuelle Impedanz 205 ist ausgelegt um als Eingangsgröße ein Mitsystem 220 zu erhalten, das beispielsweise dem Mitsystem 120 aus 1 entsprechen kann, und um als weitere Eingangsgröße ein Gegensystem 222 zu erhalten, das beispielsweise dem Gegensystem 122 aus 1 entsprechen kann. Optional weist die Regelvorrichtung 200 einen Mit-Gegensystem-Zerleger 130 auf, der das Mitsystem 120 und das Gegensystem 220 aus der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 110 erhalten kann.
  • Die Regelvorrichtung 200 ist ausgelegt, um basierend auf dem Mitsystem 220 und, optional, ferner basierend auf der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 210, unter Verwendung der virtuellen Impedanz 205 eine Mitsystem-Steuergröße 214 zu erhalten, beispielsweise die Mitsystem-Steuergröße 114. Ferner ist die Regelvorrichtung 200 ausgelegt, um basierend auf dem Gegensystem 222 und, optional, ferner basierend auf der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 210, unter Verwendung der virtuellen Impedanz 205 eine Gegensystem-Steuergröße 216 zu erhalten, beispielsweise die Gegensystem-Steuergröße 116. Optional erhält die virtuelle Impedanz 205 als weitere Eingangsgröße die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 210. Die Regelvorrichtung ist ausgelegt, um die Mitsystem-Steuergröße 214 und die Gegensystem-Steuergröße 216 als Beiträge zu den ein oder mehreren Steuergrößen 212 bereitzustellen. Optional weist die Regelvorrichtung 200 den Mit-Gegensystem-Kombinierer 180 gemäß 1 auf.
  • Die virtuelle Impedanz 205 weist eine transiente virtuelle Impedanz 251 auf, beispielsweise die transiente virtuelle Impedanz 151 gemäß 1. Die transiente virtuelle Impedanz 251 weist einen transienten virtuellen Widerstand 252 auf. Ein zeitlicher Verlauf einer Wirkung des transienten virtuellen Widerstands 252 wird von einer verzögernden Anordnung 254, beispielsweise einer filternden Anordnung, mitbestimmt. Die transiente virtuelle Impedanz 251 weist ferner eine transiente virtuelle Reaktanz 256 auf. Ein zeitlicher Verlauf einer Wirkung der transienten virtuellen Reaktanz 256 wird von einer verzögernden Anordnung 258 mitbestimmt.
  • Die virtuelle Impedanz 205 weist ferner eine transiente virtuelle Impedanz 261 auf, die beispielsweise der transienten virtuellen Impedanz 161 gemäß 1 entspricht. Die transiente virtuelle Impedanz 261 weist einen transienten virtuellen Widerstand 262 auf. Ein zeitlicher Verlauf einer Wirkung des transienten virtuellen Widerstands 262 wird von einer verzögernden Anordnung 264 mitbestimmt. Ferner weist die transiente virtuelle Impedanz 261 eine transiente virtuelle Reaktanz 266 auf. Ein zeitlicher Verlauf einer Wirkung der transienten virtuellen Reaktanz 266 wird von einer verzögernden Anordnung 268 mitbestimmt.
  • In anderen Worten, die Regelvorrichtung 200 ist so ausgelegt, dass die ein oder mehreren transienten virtuellen Impedanzen 251;261 jeweils einen transienten virtuellen Widerstand 252;262 und/oder eine transiente virtuelle Reaktanz 256;266 aufweisen.
  • Eine verzögernde Anordnung 254, 258, 264, 268, kann beispielsweise eine filternde Anordnung sein, beispielsweise ein Filter, beispielsweise ein Tiefpassfilter oder ein Hochpassfilter oder ein Bandpassfilter oder ein Bandsperrefilter. Beispielsweise kann eine transiente Charakteristik eines virtuellen Widerstands oder einer transienten Reaktanz dadurch erreicht werden, eine verzögernde Anordnung 254, 258, 264, 268, auf ein Signal, auf welches der virtuelle Widerstand oder die transiente Reaktanz angewendet wird, anzuwenden.
  • In anderen Worten, die Regelvorrichtung 200 ist so ausgelegt ist, dass ein zeitlicher Verlauf einer Wirkung eines jeweiligen transienten virtuellen Widerstands 252;262 von einer ersten verzögernden Anordnung 254;264 mit einer ersten Zeitkonstante und/oder einer ersten filternden Anordnung 254;264 mit einer ersten Zeitkonstante mitbestimmt wird und ein zeitlicher Verlauf einer Wirkung einer jeweiligen transienten virtuellen Reaktanz 256;266 von einer zweiten verzögernden Anordnung 258;268 mit einer zweiten Zeitkonstante und/oder einer zweiten filternden Anordnung 258;268 mit einer zweiten Zeitkonstante mitbestimmt wird.
  • Aufgrund der verzögernden Anordnung 254, 258, 264, 268, kann eine transiente virtuelle Impedanz auf ein Signal beispielsweise wie ein Filter, beispielsweise wie ein Tiefpassfilter oder ein Hochpassfilter wirken.
  • In anderen Worten, die Regelvorrichtung 200 ist so ausgelegt, dass die ein oder mehreren transienten virtuellen Impedanzen 251;261 eine Charakteristik eines Filters aufweisen.
  • Ferner weist die virtuelle Impedanz 205 ein oder mehrere stationäre virtuelle Impedanzen 243;246 auf. Die stationäre virtuelle Impedanz 243 weist eine stationäre virtuelle Reaktanz 244 auf. Die stationäre virtuelle Impedanz 246 weist eine stationäre virtuelle Reaktanz 247 auf. Eine stationäre virtuelle Impedanz ist beispielsweise eine virtuelle Impedanz, die ein zeitlich konstantes Verhalten aufweist oder deren Wirkung unabhängig von einem zeitlichen Verlauf eines Signals, auf welches die stationäre virtuelle Impedanz angewendet wird, ist. Beispielsweise kann eine Wirkung einer stationären virtuellen Impedanz, d.h. beispielsweise eine mittels der stationären Impedanz berechnete Größe, proportional zu dem Signal sein aber unabhängig von einer zeitlichen Änderung des Signals.
  • In anderen Worten, die Regelvorrichtung 200 weist zusätzlich eine oder mehrere stationäre virtuelle Impedanzen 240;243;246 auf, wobei die stationären virtuellen Impedanzen 240;243;246 jeweils einen stationären virtuellen Widerstand 241 und/oder eine stationäre virtuelle Reaktanz 244;247 aufweisen, und wobei die Regelvorrichtung 200 ausgelegt ist, um eine oder mehrere stationäre virtuelle Impedanzen 243 für das Mitsystem 220 anzuwenden, und um eine oder mehrere stationäre virtuelle Impedanzen 246 für das Gegensystem 222 anzuwenden.
  • Optional sind die stationäre virtuelle Impedanz 243 und die transiente virtuelle Impedanz 251 Teil einer ersten Sequenzimpedanz 250, und die stationäre virtuelle Impedanz 246 und die transiente virtuelle Impedanz 261 Teil einer zweiten Sequenzimpedanz 260. Die erste Sequenzimpedanz 250 und die zweite Sequenzimpedanz 260 sind beispielsweise Beiträge zu der virtuellen Impedanz 205. In anderen Worten, die Sequenzimpedanzen 250, 260 weisen jeweils einen stationären Anteil 243, 246 und einen transienten Anteil 251, 261 auf.
  • Die virtuelle Impedanz 205 ist ausgelegt, um virtuelle Elemente umfassend die virtuelle stationäre Reaktanz 244, den transienten virtuellen Widerstand 252 und die transiente virtuelle Reaktanz 256 parallel zueinander auf das Mitsystem 220 anzuwenden, um jeweils einen Beitrag zu der Mitsystem-Steuergröße 214 zu erhalten, wobei die jeweiligen Beiträge zu der Mitsystem-Steuergröße 214 dem Kombinierer 290 zugeführt werden, der die Mitsystem-Steuergröße 214 bereitstellt, beispielsweise als Teil der Steuergröße 212.
  • Die stationäre virtuelle Impedanz 246 weist eine stationäre virtuelle Reaktanz 247 auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die stationäre virtuelle Impedanz 246 optional ferner einen stationären virtuellen Widerstand auf, der ausgelegt ist, um parallel zu der stationären virtuellen Reaktanz 247 auf das Gegensystem angewendet zu werden, um einen Beitrag zu der Gegensystem-Steuergröße 216 zu erhalten. Die virtuelle Impedanz 205 ist ferner ausgelegt, um virtuelle Elemente umfassend die stationäre virtuelle Reaktanz 247, den transienten virtuellen Widerstand 262 und die transiente virtuelle Reaktanz 266 parallel zueinander auf das Gegensystem 222 anzuwenden, um jeweils einen Beitrag zu der Gegensystem-Steuergröße 216 zu erhalten, wobei die jeweiligen Beiträge zu der Gegensystem-Steuergröße 216 dem Kombinierer 295 zugeführt werden, der die Gegensystem-Steuergröße 216 bereitstellt, beispielsweise als Teil der Steuergröße 212.
  • In anderen Worten, die Regelvorrichtung 200 ist ausgelegt, um eine erste Mehrzahl verschiedener virtueller Elemente parallel zueinander für das Mitsystem 220 anzuwenden, um jeweilige Mitsystem-Beiträge zu bestimmen, und um eine zweite Mehrzahl verschiedener virtueller Elemente parallel zueinander für das Gegensystem 222 anzuwenden, um jeweilige Gegensystem-Beiträge zu bestimmen, wobei eine der Mehrzahlen verschiedener virtuelle Elemente zwei oder mehr der folgenden Elemente umfasst: einen oder mehrere stationäre virtuelle Widerstände, eine oder mehrere stationäre virtuelle Reaktanzen, einen oder mehrere transiente virtuelle Widerstände, eine oder mehrere transiente virtuelle Reaktanzen, und wobei die Regelvorrichtung ausgelegt ist, um die Mitsystem-Beiträge einem ersten Kombinierer zuzuführen 290 und die Gegensystem-Beiträge einem zweiten Kombinierer 295 zuzuführen, wobei ein Ausgang des ersten Kombinierers 290 eine Mitsystem-Steuergröße 214 bereitstellt und ein Ausgang des zweiten Kombinierers 295 eine Gegensystem-Steuergröße 216 bereitstellt.
  • Optional weist die virtuelle Impedanz 205 ferner eine stationäre virtuelle Impedanz 240 auf. Die stationäre virtuelle Impedanz 240 weist einen stationären virtuellen Widerstand 241 auf. Die virtuelle Impedanz 205 ist ausgestaltet, um die stationäre virtuelle Impedanz 240 auf die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 210 anzuwenden, beispielsweise auf ein Gesamtsystem, beispielsweise einen Strom idq oder iαβ, um einen Beitrag zu der Mitsystem-Steuergröße 214 zu erhalten, der einem ersten Kombinierer 290 zugeführt wird.
  • In anderen Worten, die Regelvorrichtung 200 ist optional ausgelegt, um den stationären virtuellen Widerstand 241 einer stationären virtuellen Impedanz 240 auf die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 210 anzuwenden um einen Gesamtsystem-Beitrag zu bestimmen und um den Gesamtsystem-Beitrag dem ersten Kombinierer 290 oder dem zweiten Kombinierer 295 zuzuführen.
  • Alternativ können die stationäre virtuelle Impedanz 243 und die stationäre virtuelle Impedanz 246 beispielsweise jeweils einen zusätzlichen stationären virtuellen Widerstand aufweisen, die auf das Mitsystem 220 bzw. das Gegensystem 222 angewendet werden, um jeweils einen weiteren Beitrag zu der Mitsystem-Steuergröße 214 bzw. der Gegensystemsteuergröße 216 zu erhalten.
  • Beispielsweise ist die Regelvorrichtung 200 ausgelegt, um jeweils eine stationäre virtuelle Impedanz 243;246 und jeweils eine transiente virtuelle Impedanz 251;261 auf das Mitsystem 220 und das Gegensystem 222 anzuwenden werden, um die Mitsystem-Steuergröße 214 und die Gegensystem-Steuergröße 216 zu berechnen. Um Rechenschritte einzusparen, kann dabei der stationärer Widerstand 241 auf das Gesamtsystem 210 angewendet werden, anstatt jeweils einen stationären Widerstand auf das Mitsystem 220 und das Gegensystem 222 anzuwenden. Durch eine Anwendung des stationären Widerstands 241 auf das Gesamtsystem 210 kann es ausreichend sein, dass die auf das Mitsystem 220 bzw. das Gegensystem 222 angewendete stationären virtuellen Impedanz 243 bzw. 246 die stationäre virtuelle Reaktanz 244 bzw. 247 aufweist.
  • Das Anwenden der virtuellen Elemente 241, 244, 252, 256, 247, 262 und 266 auf die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 210, das Mitsystem 220 bzw. das Gegensystem 222 kann beispielsweise eine Berechnung gemäß Gleichung 1 beinhalten. Ein virtueller Widerstand 241, 252, 262 kann dabei beispielsweise zur Berechnung einer virtuellen Vergrößerung des Wirkwiderstandes des Stromrichters dienen. Eine virtuelle Reaktanz 244, 256, 247, 266 kann beispielsweise zur Berechnung einer virtuellen Vergrößerung des Blindwiderstands des Stromrichters dienen. Der stationäre virtuelle Widerstand 241 und die stationären virtuellen Reaktanzen 244 und 247 wirken zeitlich konstant, das kann beispielsweise bedeuten, sie wirken proportional zu der Größe einer Eingangsgröße, beispielsweise einer Größe des Gesamtsystems 210, des Mitsystems 220 oder des Gegensystems 222. Die transienten virtuellen Widerstände 252 und 262 und die transienten virtuellen Reaktanzen 256 und 266 wirken zeitlich vorübergehend. Das kann beispielsweise bedeuten, dass ihre Wirkung von einem zeitlichen Verlauf oder einer zeitlichen Änderung eines Signals oder einer Eingangsgröße abhängig ist, auf welches sie angewendet werden, beispielsweise des Mitsystems 220 oder des Gegensystems 222.
  • Beispielsweise ist die Regelvorrichtung 200 ausgelegt, um die stationäre virtuelle Reaktanz 244 einer ersten stationären virtuellen Impedanz 243 auf das Mitsystem 220 anzuwenden um einen ersten Mitsystem-Beitrag zu erhalten, und um den transienten virtuellen Widerstand 252 und die transiente virtuelle Reaktanz 256 einer ersten transienten virtuellen Impedanz 251 auf das Mitsystem 220 anzuwenden, um einen zweiten und einen dritten Mitsystem-Beitrag zu erhalten, und um die stationäre virtuelle Reaktanz 247 einer zweiten stationären virtuellen Impedanz 246 auf das Gegensystem 222 anzuwenden um einen ersten Gegensystem-Beitrag zu erhalten, und um den transienten virtuellen Widerstand 262 und die transiente virtuelle Reaktanz 266 einer zweiten transienten virtuellen Impedanz 261 auf das Gegensystem 222 anzuwenden, um einen zweiten und einen dritten Gegensystem-Beitrag zu erhalten.
  • Beispielsweise kann die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 210 einen Strom iαβ oder idq beinhalten,' der zumindest teilweise durch das Mitsystem 220, beispielsweise i∝β + oder idq + und das Gegensystem 222, beispielsweise i∝β - oder idq -, beschrieben werden kann. Durch ein Anwenden der virtuellen Impedanz 205 kann beispielsweise eine Spannung uαβ oder udq bestimmt werden oder Beiträge zu einer Spannung uαβ oder udq, die Beiträge zu den ein oder mehreren Steuergrößen 212 sein können. Durch eine Anwendung der transienten virtuellen Impedanz 251 für das Mitsystem 120 kann beispielsweise eine Spannung u∝β\ + oder udq + erhalten werden, die einen Beitrag für die ein oder mehreren Steuergrößen 212 darstellen kann. Durch eine Anwendung der transienten virtuellen Impedanz 261 für das Gegensystem 222 kann beispielsweise eine Spannung u∝β - oder udq - erhalten werden, die einen Beitrag für die ein oder mehreren Steuergrößen 212 darstellen kann.
  • In anderen Worten, die Regelvorrichtung 200 ist ausgelegt, um eine Mitsystem-Signaldarstellung zu erhalten, die das Mitsystem 220 beschreibt, und um eine Gegensystem-Signaldarstellung zu erhalten, die das Gegensystem 222 beschreibt. Ferner ist die Regelvorrichtung 200 ausgelegt ist, um eine erste transiente virtuelle Impedanz 251 auf die Mitsystem-Signaldarstellung anzuwenden, um einen oder mehrere Mitsystem-Beiträge zu erhalten, und um eine zweite transiente virtuelle Impedanz 261 auf die Gegensystem-Signaldarstellung anzuwenden, um einen oder mehrere Gegensystem-Beiträge zu erhalten.
  • Optional ist die Regelvorrichtung 200 ausgelegt, um eine transiente virtuelle Impedanz 251 auf eine Mitsystem-Signaldarstellung in αβ-Koordinaten anzuwenden, und/oder um eine transiente virtuelle Impedanz 261 auf eine Gegensystem-Signaldarstellung in αβ-Koordinaten anzuwenden.
  • Implementierung der virtuellen Impedanz gemäß Fig. 3
  • 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Implementierung der virtuellen Impedanz 305, beispielsweise der virtuellen Impedanz 105, 205 der 1 oder 2, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die virtuelle Impedanz 305 erhält als Eingangsgröße eine Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 310, beispielsweise die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 110, 210 gemäß 1 oder 2, beispielsweise einen Strom idq oder iαβ Ferner erhält die virtuelle Impedanz 305 als Eingangsgröße ein Mitsystem 320, beispielsweise das Mitsystem 120 oder 220, beispielsweise einen Strom idq + oder iαβ +, und ein Gegensystem 322, beispielsweise das Gegensystem 122, 222 gemäß 1 oder 2, beispielsweise einen Strom idq - oder i∝β -. Die virtuelle Impedanz 305 stellt als Ausgangsgrößen eine Mitsystem-Steuergröße 314, beispielsweise die Mitsystem-Steuergröße 114, 214 aus 1 oder 2, und eine Gegensystem-Steuergröße 316, beispielsweise die in 1 oder 2 gezeigte Gegensystem-Steuergröße 116, 216 bereit. Die virtuelle Impedanz 305 weist einen stationären virtuellen Widerstand 341 auf, der beispielsweise dem stationären virtuellen Widerstand 241 entspricht, und beispielsweise einen Betrag RV aufweist. Der stationäre virtuelle Widerstand 341 wird auf die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 310 angewendet, um einen Beitrag zu der Mitsystem-Steuergröße 214 bereitzustellen, der einem Kombinierer 390, beispielsweise dem Kombinierer 290, zugeführt wird.
  • Die virtuelle Impedanz 305 weist eine stationäre virtuelle Reaktanz 344 auf, beispielsweise die stationäre virtuelle Reaktanz 244, die beispielsweise den Betrag XV aufweist. Die stationäre virtuelle Reaktanz 344 wird auf das Mitsystem 320 angewendet, um einen Beitrag für die Mitsystem-Steuergröße 214 zu erhalten, die dem Kombinierer 390 zugeführt wird. Die virtuelle Impedanz 305 weist ferner einen transienten virtuellen Widerstand 352, beispielsweise den transienten virtuellen Widerstand 252, auf, der beispielsweise den Betrag RVT aufweist. Der transiente virtuelle Widerstand 352 wird auf das Mitsystem 320 angewendet, um einen Beitrag für die Mitsystem-Steuergröße 214 zu erhalten, die dem Kombinierer 390 zugeführt wird. Die virtuelle Impedanz 305 weist eine verzögernde Anordnung 354, beispielsweise die verzögernde Anordnung 254 auf, die eine Zeitkonstante TR aufweist. Die virtuelle Impedanz 305 ist ausgelegt, um die verzögernde Anordnung 354 und den transienten virtuellen Widerstand 352 auf das Mitsystem 320 anzuwenden, beispielsweise nacheinander oder gleichzeitig. Durch die Anwendung der verzögernden Anordnung 354 auf das Mitsystem wird ein das Mitsystem beschreibendes Signal verzögert oder dessen zeitlicher Verlauf verändert. Durch die Anwendung der verzögernden Anordnung 354 und des transienten virtuellen Widerstands 352 kann der zeitliche Verlauf der Wirkung des transienten virtuellen Widerstands 352 mitbestimmt werden. Die virtuelle Impedanz 305 weist ferner eine transiente virtuelle Reaktanz 356, beispielsweise die transiente virtuelle Reaktanz 256, auf, die beispielsweise den Betrag XVT aufweist. Die transiente virtuelle Reaktanz 356 wird auf das Mitsystem 320 angewendet, um einen Beitrag für die Mitsystem-Steuergröße 214 zu erhalten, die dem Kombinierer 390 zugeführt wird. Die virtuelle Impedanz 305 weist eine verzögernde Anordnung 358, beispielsweise die verzögernde Anordnung 258 auf, die eine Zeitkonstante Tx aufweist. Die virtuelle Impedanz 305 ist ausgelegt, um die verzögernde Anordnung 358 und die transiente virtuelle Reaktanz 356 auf das Mitsystem 320 anzuwenden, beispielsweise nacheinander oder gleichzeitig. Durch die Anwendung der verzögernden Anordnung 358 auf das Mitsystem 320 wird ein das Mitsystem 320 beschreibendes Signal verzögert oder dessen zeitlicher Verlauf verändert. Durch die Anwendung der verzögernden Anordnung 358 und der transienten virtuellen Reaktanz 356 kann der zeitliche Verlauf der Wirkung der transiente virtuelle Reaktanz 356 mitbestimmt werden.
  • Die virtuelle Impedanz 305 weist eine stationäre virtuelle Reaktanz 347 auf, beispielsweise die stationäre virtuelle Reaktanz 247, die beispielsweise den Betrag -XV aufweist. Die stationäre virtuelle Reaktanz 347 wird auf das Gegensystem 322 angewendet, um einen Beitrag für die Gegensystem-Steuergröße 216 zu erhalten, die dem Kombinierer 395 zugeführt wird. Die virtuelle Impedanz 305 weist ferner einen transienten virtuellen Widerstand 362, beispielsweise den transienten virtuellen Widerstand 262, auf, der beispielsweise den Betrag RVT aufweist. Der transiente virtuelle Widerstand 362 wird auf das Gegensystem 322 angewendet, um einen Beitrag für die Gegensystem-Steuergröße 216 zu erhalten, die dem Kombinierer 395 zugeführt wird. Die virtuelle Impedanz 305 weist eine verzögernde Anordnung 364, beispielsweise die verzögernde Anordnung 264 auf, die beispielsweise eine Zeitkonstante TR aufweist, die beispielsweise der Zeitkonstante der verzögernden Anordnung 354 entsprechen kann. Die virtuelle Impedanz 305 ist ausgelegt, um die verzögernde Anordnung 364 und den transienten virtuellen Widerstand 362 nacheinander auf das Gegensystem 322 anzuwenden. Durch die Anwendung der verzögernden Anordnung 364 auf das Gegensystem 322 wird ein das Gegensystem 222 beschreibendes Signal verzögert oder dessen zeitlicher Verlauf verändert. Durch die aufeinanderfolgende Anwendung der verzögernden Anordnung 364 und des transienten virtuellen Widerstands 362 kann der zeitliche Verlauf der Wirkung des transienten virtuellen Widerstands 362 mitbestimmt werden. Die virtuelle Impedanz 305 weist ferner eine transiente virtuelle Reaktanz 366, beispielsweise die transiente virtuelle Reaktanz 266, auf, die beispielsweise den Betrag -XVT aufweist. Die transiente virtuelle Reaktanz 366 wird auf das Gegensystem 322 angewendet, um einen Beitrag für die Gegensystem-Steuergröße 216 zu erhalten, die dem Kombinierer 395 zugeführt wird. Die virtuelle Impedanz 305 weist eine verzögernde Anordnung 368, beispielsweise die verzögernde Anordnung 268 auf, die eine Zeitkonstante Tx aufweist, die beispielsweise der Zeitkonstante der verzögernden Anordnung 358 entsprechen kann. Die virtuelle Impedanz 305 ist ausgelegt, um die verzögernde Anordnung 368 und die transiente virtuelle Reaktanz 366 nacheinander auf das Gegensystem 322 anzuwenden. Durch die Anwendung der verzögernden Anordnung 368 auf das Gegensystem 322 wird ein das Gegensystem 322 beschreibendes Signal verzögert oder dessen zeitlicher Verlauf verändert. Durch die aufeinanderfolgende Anwendung der verzögernden Anordnung 368 und der transienten virtuellen Reaktanz 366 kann der zeitliche Verlauf der Wirkung der transiente virtuelle Reaktanz 366 mitbestimmt werden.
  • Durch das Anwenden der transienten virtuellen Impedanz ZVT=RVT+jXVT im Mitsystem und der dazu komplex konjugierten transienten virtuellen Impedanz Z-VT=RVT-jXVT im Gegensystem sowie das Anwenden der stationären virtuellen Impedanz ZV=jXV auf das Mitsystem und das Anwenden der stationären virtuellen Impedanz Z-v=-jXv auf das Gegensystem, kann erreicht werden, dass die virtuelle Impedanz 305 im Mitsystem 320 und im Gegensystem 322 gleichsam wirksam ist, das heißt, äquivalent wirkt.
  • Durch das Anwenden der stationären virtuellen Impedanz ZV=RV auf die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 310 kann von einer Anwendung eines stationären virtuellen Widerstands auf das Mitsystem 320 und/oder das Gegensystem 322 abgesehen werden, wodurch eine Berechnung eingespart wird.
  • Beispielsweise berechnet die virtuelle Impedanz 305 einen Spannungsabfall 314 im Mitsystem und einen Spannungsabfall 316 im Gegensystem, der sich aus den zerlegten Strömen, beispielsweise dem Mitsystem 320 und dem Gegensystem 320, ergibt. Dafür wird z.B. sowohl eine instantan wirkende virtuelle Impedanz Zv = Rv + jXv, z.B. die stationäre virtuelle Impedanz 243, 246, als auch eine verzögert wirkende virtuelle Impedanz ZVT = RVT + iXVT, beispielsweise die transiente virtuelle Impedanz 251, 261 definiert. Um die Impedanz ZVT verzögert wirken zu lassen, kann der Mit- und Gegensystemstrom mit PT1-Gliedern, beispielsweise mit den Anordnungen 354;358;364;368 verzögert werden. Dabei können die Zeitkonstanten Tx für die Reaktanz, z.B. die transiente virtuelle Reaktanz 356, 366 und TR für den Widerstand, z.B. den transienten virtuellen Widerstand 352, 362 auch unterschiedlich gewählt werden.
  • Regelvorrichtung gemäß Fig. 4
  • 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Regelvorrichtung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Regelvorrichtung 400 erhält als Eingangsgröße eine Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 410, beispielsweise in einer Signaldarstellung in αβ-Koordinaten, beispielsweise iαβ.
  • Die Regelvorrichtung 400 weist eine Mit- und Gegensystemzerlegung 430 auf. Die Mit-und Gegensystemzerlegung 430 ist ausgelegt, um basierend auf der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 410 ein Mitsystem 420 und ein Gegensystem 422 bereitzustellen. Das Mitsystem 420 kann beispielsweise eine Mitsystem-Signaldarstellung einer Mehrzahl von Phasenströmen in αβ-Koordinaten iαβ + sein. Das Gegensystem 422 kann beispielsweise eine Gegensystem-Signaldarstellung einer Mehrzahl von Phasenströmen in αβ-Koordinaten iαβ - sein.
  • Details bezüglich der Mit- und Gegensystemzerlegung 130, 430 sind mit Bezug auf die Mit- und Gegensystemzerlegung 530 der 5 beschrieben. Die Mit- und Gegensystemzerlegung 130, 430 kann optional einzelne, alle oder beliebige Kombinationen der Merkmale, Funktionen und Details der Mit- und Gegensystemzerlegung 530 aufweisen.
  • Die Regelvorrichtung 400 ist ferner ausgelegt, um eine Signaldarstellung der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 410, beispielsweise iαβ, von αβ-Koordinaten in dq-Koordinaten zu transformieren, um eine transformierte Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 411, beispielsweise eine Gesamtsystem-Signaldarstellung in dq-Koordinaten idq zu erhalten. Die Regelvorrichtung 400 ist ferner ausgelegt, um das Mitsystem 420 mittels einer Koordinatentransformation 440 unter Verwendung eines Winkels φ von αβ-Koordinaten in dq-Koordinaten zu transformieren, um ein transformiertes Mitsystem 421, beispielsweise eine Mitsystem-Signaldarstellung in dq-Koordinaten idq +, zu erhalten. Die Regelvorrichtung 400 ist ferner ausgelegt, um das Gegensystem 422 mittels einer Koordinatentransformation 440 unter Verwendung eines Winkels -φ von αβ-Koordinaten in dq-Koordinaten zu transformieren, um ein transformiertes Gegensystem 423, beispielsweise eine Gegensystem-Signaldarstellung in dq-Koordinaten idq -, zu erhalten. Die Regelvorrichtung 400 ist ferner ausgelegt, um die transformierte Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 411, das transformierte Mitsystem 421 und das transformierte Gegensystem 423 als Eingangsgrößen für eine virtuelle Impedanz 405 bereitzustellen.
  • Der Winkel φ, der für die Koordinatentransformation 440 von αβ in dq-Koordinaten verwendet wird, ist beispielsweise ein aktueller Winkel eines rotierenden Koordinatensystems, welcher beispielsweise von einer weiteren Regelvorrichtung zur Verfügung gestellt wird und beispielsweise ein Referenzsystem für die weitere Regelvorrichtung definiert.
  • Die Koordinatentransformation 440 wird parallel auf die Information einer Mehrzahl von Phasenströmen 410, auf das Mitsystem 420 und auf das Gegensystem 422 angewendet. Durch die parallele Anwendung der Koordinatentransformation 440 wird ein schneller Signalfluss der Regelvorrichtung 400 gewährleistet.
  • Die virtuelle Impedanz 405 kann beispielsweise der virtuellen Impedanz 105, 205, 305 entsprechen. Die virtuelle Impedanz 405 ist ausgelegt, um eine Mitsystem-Steuergröße 414, beispielsweise eine Mitsystem-Spannung in dq-Koordinaten udq +, bereitzustellen. Die virtuelle Impedanz 405 ist ferner ausgelegt, um eine Gegensystem-Steuergröße 416, beispielsweise eine Gegensystem-Spannung in dq-Koordinaten udq -, bereitzustellen.
  • In anderen Worten, die Regelvorrichtung 400 ist ausgelegt, um die Gesamtsystem-Signaldarstellung und/oder die Mitsystem-Signaldarstellung und/oder die Gegensystem-Signaldarstellung in dq-Koordinaten oder in αβ-Koordinaten zu erhalten, und um eine Gesamtsystem-Signaldarstellung und/oder eine Mitsystem-Signaldarstellung und/oder eine Gegensystem-Signaldarstellung von αβ-Koordinaten in dq-Koordinaten zu transformieren, und um eine erste transiente virtuelle Impedanz auf die Mitsystem-Signaldarstellung in dq-Koordinaten anzuwenden, um einen Mitsystem-Beitrag zu den ein oder mehreren Steuergrößen zu erhalten, und um eine zweite transiente virtuelle Impedanz auf die Gegensystem-Signaldarstellung in dq-Koordinaten anzuwenden, um einen Gegensystem-Beitrag zu den ein oder mehreren Steuergrößen zu erhalten.
  • Die Mitsystem-Steuergröße 414 und die Gegensystem-Steuergröße 416 werden als Teil der ein oder mehreren Steuergrößen 412 als Ausgangsgröße der Regelvorrichtung 400 bereitgestellt. Optional weist die Regelvorrichtung 400 einen Mit-und-Gegensystem-Kombinierer 480 auf, der ausgelegt sein kann, um die Mitsystem-Steuergröße 414 und die Gegensystem-Steuergröße 416 zu kombinieren, um die Steuergröße 412 zu erhalten.
  • Beispielsweise ist die Regelvorrichtung 400 ausgelegt ist, um einen Mitsystem-Beitrag und/oder einen Gegensystem-Beitrag und/oder eine Mitsystem-Stellgröße und/oder eine Gegensystem-Stellgröße von dq-Koordinaten in αβ-Koordinaten zu transformieren.
  • Beispielsweise wird ein Strom in αβ-Koordinaten, z.B. iαβ, der Teil der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 410 sein kann, in ein Mitsystem 420 und ein Gegensystem 422 zerlegt. Ein Gesamtstrom, z.B ein Strom des Gesamtsystems 410, ein Mitsystemstrom, z.B ein Strom des Mitsystems 420 und ein Gegensystemstrom, z.B. ein Strom des Gegensystems 422, werden aus αβ-Koordinaten in dq-Koordinaten transformiert. Dafür kann der Winkel φ verwendet werden, welcher beispielsweise aus einem netzbildenden Regelungsverfahren stammen und dessen Referenzsystem definieren kann. Anschließend kann in dq-Koordinaten mit der virtuellen Impedanz 405 der aus den Strömen, d.h. dem Gesamtsystem 410, dem Mitsystem 420 und dem Gegensystem 422, ein resultierender Abfall einer Spannung für das Mitsystem 420 und das Gegensystem 422 berechnet. Das Ergebnis wird als Mitsystem-Steuergröße 414 und als Gegensystem-Steuergröße 416 bereitgestellt und kann beispielsweise verwendet werden um auf eine stationäre Spannung eines netzbildenden Regelungsverfahrens, das beispielsweise den Stromrichter regelt, in dessen Koordinatensystem addiert zu werden.
  • Mit- und Gegensystemzertegung gemäß Fig. 5
  • 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Mit- und Gegensystemzerlegung 530 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Mit- und Gegensystemzerlegung 530 erhält als Eingangssignal eine Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 510, beispielsweise eine Signaldarstellung einer Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen in αβ-Koordinaten (beispielsweise der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 110, 210, 310, 410), die beispielsweise in einer komplexen Zahl, beispielsweise iα+j iβ, beschrieben werden kann. Die Mit- und Gegensystemzerlegung 530 erhält die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 510 beispielsweise als eine Gesamsystem-Signaldarstellung.
  • Die Mit- und Gegensystemzerlegung 530 ist ausgelegt, um einen Filter 532, beispielsweise einen Tiefpassfilter oder einen Hochpassfilter, auf die Gesamtsystem-Signaldarstellung 510 anzuwenden, um eine gefilterte Gesamtsystem-Signaldarstellung 534 zu erhalten. Die Mit- und Gegensystemzerlegung 530 ist ferner ausgelegt, um eine Verrechnungsmatrix 536, beispielsweise eine Verrechnungsmatrix A, auf die Gesamtsystem-Signaldarstellung 510 und die gefilterte Gesamtsystem-Signaldarstellung 534 anzuwenden, um eine Mitsystem-Signaldarstellung 520 und eine Gegensystem-Signaldarstellung 522 zu erhalten. Die Mitsystem-Signaldarstellung 520 kann beispielsweise eine Signaldarstellung in αβ-Koordinaten sein, beispielsweise als komplexe Zahl α++jβ+. Die Gegensystem-Signaldarstellung 522 kann beispielsweise eine Signaldarstellung in αβ-Koordinaten sein, beispielsweise als komplexe Zahl α-+jβ-. Die Mitsystem-Signaldarstellung 520 bzw. die Gegensystem-Signaldarstellung 522 kann beispielsweise eine Darstellung des Mitsystems 120, 220, 320, 420 bzw. des Gegensystems 122, 222, 322, 422 sein.
  • In anderen Worten, die Mit-und-Gegensystem-Zerlegung 530 weist ein Filter 532 auf, und die Mit-und-Gegensystem-Zerlegung 530 ist ausgelegt, um basierend auf einer Gesamtsystem-Signaldarstellung unter Verwendung des Filters 532 eine gefilterte Gesamtsystem-Signaldarstellung 534 zu erhalten, und um eine Mitsystem-Signaldarstellung unter Verwendung einer ersten Linearkombination aus der Gesamtsystem-Signaldarstellung und der gefilterten Gesamtsystem-Signaldarstellung 534 zu erhalten, und um eine Gegensystem-Signaldarstellung unter Verwendung einer zweiten Linearkombination aus der Gesamtsystem-Signaldarstellung und der gefilterten Gesamtsystem-Signaldarstellung zu erhalten.
  • Optional kann die erste Linearkombination und die zweite Linearkombination durch eine Verrechnungsmatrix 536 beschrieben werden, wobei die Verrechnungsmatrix zumindest einen Zeitparameter aufweist, der einer Zeitkonstante des Filters 534 entspricht und der die Einschwingzeit der Mit-und-Gegensystem-Zerlegung 530 bestimmt.
  • Die Verrechnungsmatrix 536 auf die Gesamtsystem-Signaldarstellung 510 und die gefilterte Gesamtsystem-Signaldarstellung 534 anzuwenden kann auch bedeuten, eine oder mehrere Linearkombinationen der Gesamtsystem-Signaldarstellung 510 und der gefilterte Gesamtsystem-Signaldarstellung 534 zu bestimmen. Die Verrechnungsmatrix 526 kann beispielsweise ausgelegt sein, um zwei zueinander komplex konjungierte Linearkombinationen der Gesamtsystem-Signaldarstellung 510 und der gefilterte Gesamtsystem-Signaldarstellung 534 zu erhalten.
  • Die Verrechnungsmatrix 536 weist zumindest einen Zeitparameter auf, der einer Zeitkonstante des Filters 534 entsprechen kann und der die Einschwingzeit der Mit-und-Gegensystem-Zerlegung 430;530 zumindest mitbestimmt. Durch eine kurze Wahl der Zeitkonstante des Filters 534 und des Zeitparameters kann also eine kurze Einschwingzeit der Mit-und-Gegensystem-Zerlegung 430;530 eingestellt werden.
  • Somit kann erreicht werden, dass die Mit-und-Gegensystem-Zerlegung 430;530 eine Einschwingzeit aufweist, die kürzer als die Hälfte einer Periode eines Phasenstroms , oder kürzer als ein Fünftel einer Periode eines Phasenstroms, oder kürzer als ein Zehntel einer Periode eines Phasenstroms ist, und wobei die Mit-und-Gegensystem-Zerlegung 430;530 ausgelegt ist, um innerhalb der Einschwingzeit eine Mitsystem-Signaldarstellung und eine Gegensystem-Signaldarstellung zu erhalten.
  • In anderen Worten, die Regelvorrichtung ist ausgelegt, um basierend auf einer Gesamtsystem-Signaldarstellung unter Verwendung einer Mit-und-Gegensystem-Zerlegung 530 eine Mitsystem-Signaldarstellung und eine Gegensystem-Signaldarstellung zu erhalten, wobei die Mit-und-Gegensystem-Zerlegung 530 eine Einschwingzeit aufweist, die kürzer als die Hälfte einer Periode eines Phasenstroms, oder kürzer als ein Fünftel einer Periode eines Phasenstroms, oder kürzer als ein Zehntel einer Periode eines Phasenstroms ist, und wobei die Mit-und-Gegensystem-Zerlegung 530 ausgelegt ist, um innerhalb der Einschwingzeit eine Mitsystem-Signaldarstellung und eine Gegensystem-Signaldarstellung zu erhalten.
  • Optional weist die Verrechnungsmatrix 536 die Form A = [ T ω 0 − 1 j 2 T ω 0 j T 2 ω 0 2 + 1 j 2 T ω 0 T ω 0 + 1 j 2 T ω 0 − j T 2 ω 0 2 + 1 j 2 T ω 0 ]
    Figure DE102020200673B3_0005
    auf, wobei der Parameter T die Einschwingzeit der Mit-und-Gegensystem-Zerlegung 430;530 bestimmt, und ω0 eine Nennwinkelgeschwindigkeit des Mitsystems bezeichnet, und j die imaginäre Zahl j = − 1
    Figure DE102020200673B3_0006
    bezeichnet, und wobei das Filter 532 der Mit-und-Gegensystem-Zerlegung 430;530 eine Übertragungsfunktion der Form G ( s ) = 1 1 + T ⋅ s
    Figure DE102020200673B3_0007
    aufweist, wobei G einen Übertragungsanteil für ein Signal mit einer durch s beschriebenen Frequenz darstellt.
  • Die Implementierung der Mit- und Gegensystemzerlegung 530 bietet die Möglichkeit, die Information über ein Mehrzahl an Phasenströmen 510 oder eine Gesamtsystem-Signaldarstellung der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen besonders schnell in ein Mitsystem 520 oder eine Mitsystem-Signaldarstellung und ein Gegensystem 522 oder eine Gegensystem-Signaldarstellung zu zerlegen.
  • Ferner kann die Regelvorrichtung ausgelegt sein, um ein Mitsystem-Filter 537 auf die unter Verwendung der ersten Linearkombination der Gesamtsystem-Signaldarstellung und der gefilterten Gesamtsystem-Signaldarstellung erhaltene Mitsystem-Signaldarstellung des Mitsystems 520 anzuwenden, und/oder um ein Gegensystem-Filter 538 auf die unter Verwendung der zweiten Linearkombination der Gesamtsystem-Signaldarstellung und der gefilterten Gesamtsystem-Signaldarstellung erhaltene Gegensystem-Signaldarstellung des Gegensystems 522 anzuwenden.
  • Der Mitsystem-Filter 537 und der Gegensystem-Filter 538 sind beispielsweise Tiefpassfilter oder Hochpassfilter und können beispielsweise ausgelegt sein, um aus der Mit-und-Gegensystem-Zerlegung 430;530 resultierende Artefakte im Mitsystem 520 und im Gegensystem 522 zu filtern oder zu dämpfen. Zum Beispiel können bei einer Wahl einer sehr kurzen Zeitkonstante für die Mit-und-Gegensystem-Zerlegung 430;530 Überschwinger oder Unterschwinger oder Rauschen im Signal des Mitsystems 520 bzw. des Gegensystems 522 entstehen, die nicht die ursprüngliche Information über eine Vielzahl von Phasenströmen sind. Durch ein Anwenden des Mitsystem-Filters 537 und/oder des Gegensystem-Filters 538 kann eine kurz Zeitkonstante für die Mit-und-Gegensystem-Zerlegung 430;530 gewählt werden und trotzdem eine ausreichende Qualität des Mitsystems 520 und des Gegensystems 522 erreicht werden.
  • Der Mitsystem-Filter 537 und der Gegensystem-Filter 538 weisen jeweils eine Zeitkonstante auf, die beispielsweise der Einschwingzeit der Mit-und-Gegensystemzerlegung entsprechen kann oder beispielsweise kürzer als eine Periodendauer der Mehrzahl von Phasenströmen betragen kann. Durch diese Wahl der Zeitkonstante können beispielsweise Artefakte, die durch die Mit-und-Gegensystemzerlegung entstehen besonders wirksam gefiltert aus dem Mitsystem 520 und dem Gegensystem 522 gefiltert werden.
  • Beispielsweise weisen das das Mitsystem-Filter 537 und das Gegensystem-Filter 538 eine Zeitkonstante auf, die in einem Bereich von 1 % bis 100 %, bevorzugt in einem Bereich von 1 % bis 25 %, einer Periodendauer der Mehrzahl von Phasenströmen liegen.
  • Beispielsweise kann die Mit-und-Gegensystemzerlegung 530 ein PT1-Glied, z.B. ein Filter 532, und eine Verrechnungsmatrix 536 aufweisen. Die Implementierung der Mit-und-Gegensystem-zerlegung 530 kann einen Umweg über Wirk- und Blindleistung vermeiden und ist deshalb in der Regel nicht anfällig für Divisionen durch Null. Die zu zerlegende Größe, beispielsweise das Gesamtsystem 510, kommt beispielsweise als αβ-Komponenten in komplexer Notation als a + j β in die Mit-und-Gegensystemzerlegung 530. Hierbei ist j die imaginäre Zahl. Anhand der Verrechnungsmatrix 536, beispielsweise der Verrechnungsmatrix 536 kann das Mitsystem 520 und das Gegensystems 522 aus dem gefilterten Signal 534 und ungefilterten Signal 510 extrahiert werden.
  • Als Ergebnis liegt beispielsweise das Mitsystem 520 in αβ-Koordinaten als α+ + jß+ und das Gegensystem 522 als a- + jß-vor. Mit dieser Art der Zerlegung kann die Zeitkonstante T, d.h. die Zeitkonstante des Filters 532 und der Verrechnungsmatrix 536, und damit die Einschwinggeschwindigkeit der Mit-und-Gegensystemzerlegung 530 frei gewählt werden. Um den so zerlegten Strom für die transiente virtuelle Impedanz nutzen zu können, kann das Signal anschließend optional in dq-Koordinaten transformiert werden (siehe 4).
  • Gesamtsystem zur Regelung eines Stromrichters gemäß der Figuren 6A, 6B
  • 6A zeigt ein Blockschaltbild eines Gesamtsystems zur Regelung eines Stromrichters mit einer Regelvorrichtung 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Gesamtsystem zur Regelung eines Stromrichters erhält als Eingangsgröße eine Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 610, die beispielsweise eine Gesamtsystem-Signaldarstellung eines Stromverlaufs iαβ und eine Gesamtsystem-Signaldarstellung über einen Spannungsverlauf uαβ beinhaltet. Die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 610 wird zumindest teilweise dem Eingang einer Regelvorrichtung 600 bereitgestellt, beispielsweise kann eine Gesamtsystem-Signaldarstellung iαβ, die beispielsweise einen Stromverlauf der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 610 in αβ-Koordinaten beschreibt für die Regelvorrichtung 600 bereitgestellt werden. Die Regelvorrichtung 600 kann beispielsweise der Regelvorrichtung 100, 200, 300, 400 entsprechen. Die Regelvorrichtung 600 kann beispielsweise auch zeitlich veränderliche virtuelle Impedanz oder transiente virtuelle Impedanz genannt werden.
  • Die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 610 wird ferner einer Messwertaufbereitung 690 zugeführt, um aufbereitete Messwerte 691, 692, beispielsweise einen P-Wert 691 und einen Q-Wert 692, zu erhalten. Die aufbereiteten Messwerte 691, 692 werden für eine innere Stromrichterregelung 693 bereitgestellt. Die innere Stromrichterregelung 693 kann beispielsweise eine netzbildende Stromrichterregelung, beispielsweise eine virtuelle Synchronmaschine mit interner Winkelreferenz sein. Alternativ kann die innere Stromrichterregelung 693 auch eine netzfolgende Stromrichterregelung, beispielsweise eine Stromregelung mit einer Phase-Locked-Loop, sein. Die innere Stromrichterregelung 693 stellt einen Winkel φ für die Regelvorrichtung 600 bereit. Die innere Stromrichterregelung 693 stellt ferner eine innere Steuergröße bereit, beispielsweise in Form einer inneren Mitsystem-Steuergröße 694 und einer inneren Gegensystem-Steuergröße 694', beispielsweise als Spannung udq +,uαβ + bzw, udq -, uαβ - in einer Darstellung in dq-Koordinaten oder αβ-Koordinaten.
  • Eine von der Regelvorrichtung 600 bereitgestellte Steuergröße beinhaltet eine Mitsystem-Steuergröße 614 (beispielsweise die Mitsystem-Steuergröße 114, 214, 314, 414) und eine Gegensystem-Steuergröße 616 (beispielsweise die Gegensystem-Steuergröße 116, 216, 316, 416). Optional wird die Mitsystem-Steuergröße 614 in dq-Koordinaten oder in αβ-Koordinaten bereitgestellt, beispielsweise als udq + oder uαβ +. Die Mitsystem-Steuergröße 614 wird mit der inneren Mitsystem-Steuergröße 694 kombiniert, beispielsweise wird die Mitsystem-Steuergröße 614 von der inneren Mitsystem-Steuergröße 694 subtrahiert und einem Mit-Gegensystem-Kombinierer 680 zugeführt Die Gegensystem-Steuergröße 616 wird mit der inneren Gegensystem-Steuergröße 694' kombiniert, beispielsweise wird die Gegensystem-Steuergröße 614 von der inneren Gegensystem-Steuergröße 694' subtrahiert und dem Mit-Gegensystem-Kombinierer 680 zugeführt.. Der Mit-Gegensystem-Kombinierer 680, der dem Mit-Gegensystem-Kombinierer 180, 280, 480 entsprechen kann, kann die ihm zugeführten Mit- und Gegensystem-Steuergrößen zu einem Gesamtsteuersignal 697 kombinieren, das die dem Mit-Gegensystem-Kombinierer 680 zugeführten Mit- und Gegensystem-Steuergrößen beispielsweise in einer gemeinsamen Gesamsystem-Signaldarstellung beschreiben kann. Das Gesamtsteuersignal 697 kann beispielsweise in αβ-Koordinaten oder dq-Koordinaten dargestellt sein. Das Gesamtsteuersignal 697 wird beispielsweise für eine Modulation 695 bereitgestellt, beispielsweise als ein Zielwert oder eine Steuergröße. Die Modulation 695 ist beispielsweise eine Pulsweitenmodulation zur Regelung einer Ausgangsgröße des Stromrichters.
  • Beispielsweise ist im Falle einer netzbildenden Regelung die Ausgangsgröße des Stromrichters typischerweise eine Ausgangsspannung, die von einer Gesamtregelvorrichtung 699, die die Regelvorrichtung 600 und die innere Stromrichterregelung 693 aufweist, geregelt wird. Dabei kann die innere Stromrichterregelung 693 beispielsweise ausgelegt sein, um den Stromrichter so zu regeln, dass ein von dem Stromrichter an ein Energienetz oder eine Schaltung angelegte Spannung einem Zielwert entspricht, oder eine an dem Energienetz oder der Schaltung anliegende Spannung auf einen Zielwert regelt. Typischerweise kann die innere Stromrichterregelung 693 auf schnelle Änderungen in dem Energienetz oder der Schaltungen nur unzureichend reagieren, so dass es beispielsweise zu einem starken Anstieg eines Stromes durch den Stromrichter kommen kann. Die Regelvorrichtung 600 ist in der Lage, einen solchen Anstieg des Stromes zu verhindern, indem sie die Steuergrößen 614, 616 bereitstellt. Die Steuergrößen 614, 616 werden mit den inneren Steuergrößen 694, 694' der inneren Stromrichterregelung 693 kombiniert, um beispielsweise bei einem Anstieg eines Stromes durch den Stromrichter, die Ausgansspannung des Stromrichters so zu regeln oder zu verringern, dass der aus der geregelten Spannung resultierende Strom begrenzt wird.
  • In anderen Worten, die Regelvorrichtung 600 ist ausgelegt, um basierend auf der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 610 eine Mitsystem-Steuergröße 614 bereitzustellen, so dass eine von der Mitsystem-Steuergröße 614 beeinflusste MitsystemAusgangsgröße des Stromrichters innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, und um basierend auf der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen eine Gegensystem- Steuergröße 616 bereitzustellen, so dass eine von der Gegensystem- Steuergröße 616 beeinflusste Gegensystem-Ausgangsgröße des Stromrichters innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
  • Da die Regelvorrichtung 600 in dem in 6B gezeigten Ausführungsbeispiel die Steuergrößen 614, 616 in αβ-Koordinaten bereitstellt, kann die Regelvorrichtung 600 in diesem Fall ohne explizite Koordinatentransformation zwischen αβ-Koordinaten und dq-Koordinaten implementiert werden, indem beispielsweise die virtuellen Impedanzen 105;205;305;405 in αβ-Koordinaten implementiert wird.
  • Prinzip der Spannungsstützung bei Netzfehlern gemäß Fig. 7
  • 7 zeigt eine Spannungsblindstromkennlinie gemäß einer Netzanschlussrichtlinie. Die Kennlinie zeigt einen geforderten zusätzlichen Blindstrom in Abhängigkeit eines Spannungseinbruchs bzw. einer Spannungserhöhung gemäß der Richtlinie VDE-AR-4120. Die Abszisse gibt eine Spannungsänderung Δu1, Δu2 für ein Mitsystem und ein Gegensystem an. Eine Spannungsänderung Δu1, im Mitsystem kann beispielsweise eine Größe udq + oder uαβ + sein. Eine Spannungsänderung Au2 im Gegensystem kann beispielsweise eine Änderung der Größe udq - oder uαβ - sein. Die Ordinate gibt einen geforderten zusätzlichen Blindstrom ΔiB1, LiiB2 an. ΔiB1 bzw. ΔiB2 geben einen Blindstrom an, der im Mitsystem bzw. im Gegensystem zusätzlich an das Netz geliefert werden muss, um das Netz bei Netzfehlern zu stützen.
  • Verfahren zum Regeln eines mehrphasigen Stromrichters gemäß Fig. 8
  • 8 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahren 1000 zum Regeln eines mehrphasigen Stromrichters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren weist einen Schritt 1010 des Erhaltens einer Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen 110;210;310;410;510;610 auf. Ferner umfasst das Verfahren ein Anwenden 1020 einer oder mehrerer transienter virtueller Impedanzen 151; 161;251;261 getrennt für ein Mitsystem 120;220;320;420;520 und ein Gegensystem 122;222;322;422;522 um eine oder mehrere Steuergrößen 112;212;412 für den Stromrichter zu erhalten.
  • Für die Beschreibung von weiteren Merkmalen und Funktionen des Verfahrens 1000 sei auf die Beschreibung der Regelvorrichtung 100;200;400;600 anhand der 1-7 verwiesen. Das Verfahren 1000 kann optional um alle Merkmale, Funktionalitäten und Details ergänzt werden, die hierin auch im Hinblick auf die Regelvorrichtung 100;200;400;600 beschrieben sind, und zwar sowohl einzeln als auch in Kombination.
  • Zeitverläufe von Spannungen und Strömen gemäß Figuren 9, 10
  • 9 zeigt Diagramme eines zeitlichen Verlaufs von mittels einer Regelvorrichtung, beispielsweise der Regelvorrichtung 100;200;400;600, geregelten Spannungen und aus den Spannungen resultierenden Strömen in verschiedenen Darstellungen, wobei zum Zeitpunkt t = 0 ein Spannungseinbruch im Mitsystem, beispielsweise dem Mitsystem 120;220;320;420;520, d.h. ein symmetrischer Spannungseinbruch stattfindet, wobei der Spannungseinbruch direkt an den äußeren Anschlussklemmen des Stromrichters, an denen beispielsweise eine zu regelnde Spannung ausgegeben wird, eingeprägt wird. Das erste Diagramm (von oben nach unten) zeigt den Verlauf einer dreiphasige Spannung U beinhaltend drei Spannungen UA, UB, UC, die beispielsweise Spannungen dreier von der Regelvorrichtung geregelter, von dem Stromrichter gespeister Phasen entsprechen. Das zweite Diagramm zeigt den Verlauf eines dreiphasigen Stroms I beinhaltend drei Ströme IA, IB, IC, beispielsweise aufgrund der Spannungen UA, UB, UC resultierende Ströme. Das dritte Diagramm zeigt den Verlauf einer d-Komponente und einer q-Komponente des Mitsystems der im ersten Diagramm gezeigten Spannungen. Das vierte Diagramm zeigt den Verlauf einer d-Komponente und einer q-Komponente des Mitsystems der im zweiten Diagramm gezeigten Ströme. Das fünfte Diagramm zeigt den Verlauf einer d-Komponente und einer q-Komponente eines Gegensystems, beispielsweise des Gegensystems 122;222;322;422;522, der im ersten Diagramm gezeigten Spannungen. Das sechste Diagramm zeigt den Verlauf einer d-Komponente und einer q-Komponente des Gegensystems der im zweiten Diagramm gezeigten Ströme.
  • Die Regelvorrichtung weist eine Mit-und-Gegensystemzerlegung auf, beispielsweise die Mit-und-Gegensystemzerlegung 430; 530, und ist ausgelegt, um mittels der Mit-und-Gegensystemzerlegung aus der Spannung U bzw. dem Strom I, die beispielsweise einer Gesamtsystem-Signaldarstellung entsprechen, u d +
    Figure DE102020200673B3_0008
    und u q +
    Figure DE102020200673B3_0009
    bzw. i d +
    Figure DE102020200673B3_0010
    und i q + ,
    Figure DE102020200673B3_0011
    die beispielsweise einer Mitystem-Signaldarstellung der Spannung U bzw des Stroms I entsprechen, und u d −
    Figure DE102020200673B3_0012
    und u q −
    Figure DE102020200673B3_0013
    bzw. i d −
    Figure DE102020200673B3_0014
    und i q − ,
    Figure DE102020200673B3_0015
    die beispielsweise einer Gegensystem-Signaldarstellung der Spannung U bzw. des Stroms I entsprechen, zu erhalten. Die Mit-und-Gegensystemzerlegung weist eine Einschwingzeit von 5 ms auf. Die Regelvorrichtung weist ferner eine stationäre virtuelle Reaktanz XV = 0,5 pu und einen stationären virtuelle Widerstand RV = 0.2 pu, sowie eine transiente virtuelle Reaktanz XVT = 0 und einen transienten virtuellen Widerstand RVT = -0.2 pu auf. Beispielsweise ist die Regelvorrichtung ausgelegt, um XV, RV, XVT und RVT entsprechend der virtuellen Impedanz 305 aus 3 auf ( i d + ,   i q + ) ,
    Figure DE102020200673B3_0016
    beispielsweise i d q + ,
    Figure DE102020200673B3_0017
    anzuwenden, um einen oder mehrere Beiträge zu einer Steuergröße ( u d + ,   u q + ) ,
    Figure DE102020200673B3_0018
    beispielsweise u d q +
    Figure DE102020200673B3_0019
    zu erhalten, die beispielsweise zur Regelung der Spannung U verwendet wird. Entsprechend kann die die Regelvorrichtung ausgelegt sein, um XV, RV, XVT und RVT entsprechend der virtuellen Impedanz 305 aus 3 auf ( i d − ,   i q − ) ,
    Figure DE102020200673B3_0020
    beispielsweise i d q − ,
    Figure DE102020200673B3_0021
    anzuwenden, um einen oder mehrere Beiträge zu einer Steuergröße ( u d − ,   u q − ) ,
    Figure DE102020200673B3_0022
    beispielsweise u d q −
    Figure DE102020200673B3_0023
    zu erhalten, die beispielsweise zur Regelung der Spannung U verwendet wird. Zeitkonstanten des transienten virtuellen Wiederstands RVT und der transiente virtuelle Reaktanz XVT können dabei 10 ms betragen.
  • In Reaktion auf den Spannungseinbruch (im Mitsystem) steigt der Strom entsprechend einer Summenimpedanz, beispielsweise einer Summe aus einer physikalischen Impedanz des Ausgangsfilters des Stromrichters und einer virtuellen Impedanz (beispielsweise einer virtuellen Impedanz 105; 205; 305; 405) an, wobei für die gezeigten Strom- und Spannungsverläufe vorliegenden Beträge der physikalischen Impedanz des Ausgangsfilters des Stromrichters und der stationären virtuellen Impedanz beispielsweise 0,06pu + 0,5pu sind. Nach wenigen Millisekunden stellt sich ein symmetrischer Strom ein. Die Spannung bricht in der d-Achse des Mitsystems ( u d + )
    Figure DE102020200673B3_0024
    ein. Darauf folgt die Reaktion des Stroms der q-Achse des Mitsystems ( i q + )
    Figure DE102020200673B3_0025
    in negativer Richtung. Dies entspricht dem Verhalten einer physikalischen Induktivität. Die Transienten zu Beginn (t = 0) und Ende des Spannungseinbruchs (t = 0.2) sind im Vergleich zur realen Induktivität sehr vorteilhaft: Gleichstromanteile klingen sehr schnell ab. Dies wird beispielsweise durch den transienten Widerstandsanteil erreicht. Beispielsweise ist der Widerstand stationär nicht wirksam, so dass ein reiner Blindstrom (beispielsweise in ein Netz, das beispielsweise durch U und I repräsentiert wird) eingespeist wird.
  • 10 zeigt Diagramme eines zeitlichen Verlaufs von mittels einer Regelvorrichtung, beispielsweise der Regelvorrichtung 100;200;400;600, geregelten Spannungen und aus den Spannungen resultierenden Strömen in verschiedenen Darstellungen, wobei zum Zeitpunkt t = 0 ein Spannungseinbruch im Gegensystem, beispielsweise dem Gegensystem 122;222;322;422;522, d.h. ein unsymmetrischer Spannungseinbruch stattfindet. Dieser Spannungseinbruch wird beispielsweise synthetisch, d.h. durch eine ideale Spannungsquelle an den Stromrichterklemmen, als reiner Gegensystem-Einbruch aufgebracht. Dies tritt in der Realität zwar in der Regel nicht auf, erlaubt aber die Bewertung der Reaktion im Gegensystem ohne überlagerte Mitsystem-Reaktion. Die gezeigten Größen, sowie die Regelvorrichtung und Parameter entsprechen jenen aus 9.
  • In diesem Fall wird ein unsymmetrischer Strom beobachtet, beispielsweise ein Strom im Gegensystem. Zum Beispiel tritt im Mitsystem, von Transienten abgesehen, keine Reaktion auf. Im Gegensystem wird die Absenkung der Spannung der d-Achse ( u d − )
    Figure DE102020200673B3_0026
    korrekt beobachtet. Darauf reagiert der Strom der q-Achse im Gegensystem ( i q − ) .
    Figure DE102020200673B3_0027
    Dieses stationäre Verhalten entspricht beispielsweise einer realen Induktivität. Transiente Vorgänge, insbesondere abklingende Gleichanteile auf den Phasen, klingen aufgrund des transienten virtuellen Widerstands (z.B. aufgrund des transienten virtuellen Widerstands 252;262;352;362 der beispielsweise von der Regelvorrichtung auf das Gegensystem wird) sehr schnell ab. Das Verhalten im Gegensystem entspricht dem gewünschten Verhalten.
  • Weitere Details, Anwendunqsbeispiele und Alternativen
  • Weitere besondere technische Merkmale der Regelvorrichtung 100;200;400;600 sind beispielsweise:
    • - Anwendung der Virtuellen Impedanz mit transientem Anteil getrennt für Mit- und Gegensystem, beispielsweise eine virtuelle Impedanz basierend auf einem Effektivwertmodell und einer zusätzlichen transienten virtuellen Impedanz;
    • - Dabei kann eine spezielle schnelle Mit-/Gegensystemzerlegung zur Anwendung kommen, namentlich unter Anwendung eines gefilterten Eingangssignals und eines ungefilterten Eingangssignals auf eine Transformationsmatrix; und
    • - Anwendung einer transienten virtuellen Impedanz, die beispielsweise eine Tiefpassfilter-Charakteristik aufweist;
    • - Wobei der stationäre virtuelle Widerstand vorteilhafterweise auf das unzerlegte Signal wirkt.
  • Beispielsweise kann die Regelvorrichtung eine transiente virtuelle Impedanz im Mit- und Gegensystem verwenden. Diese Verwendung basiert idealerweise auf einer schnellen Zerlegung des gemessenen Stroms in Mit-und Gegensystem und der Realisierung der transienten Impedanz in dq-Koordinaten. Die transiente Eigenschaft der Impedanz kann sich beispielsweise dadurch bemerkbar machen, dass vorübergehend (transient) eine größere oder kleinere Impedanz als im stationären Fall wirksam ist.
  • Weitere Beispiele zur Anwendung sind:
    • - Anwendung der beschriebenen virtuellen Impedanz in Kombination mit einer virtuellen Synchronmaschine;
    • - Anwendung der beschriebenen Virtuellen Impedanz in Kombination mit einem Aktiven Dämpfungsfilter für das LC-Filter;
    • - Anwendung der beschriebenen Virtuellen Impedanz in Kombination mit einer d/q-Stromregelung im Mit- und Gegensystem;
    • - Anwendung der beschriebenen Virtuellen Impedanz in Kombination mit einer Droop-Regelung;
  • Eine Alternative zur Verwendung von Tiefpässen erster Ordnung zur Implementierung der verzögernden oder filternden Anordnungen der transienten virtuellen Impedanz sind Hochpässe erster Ordnung wenn über Subtraktion vom Originalsignal wieder das Verhalten eines Tiepasses erster Ordnung hergestellt wird. Diese Subtraktion lässt sich im Signalfluss auch weit vom Hochpass entfernt implementieren.
  • Außerdem kann die virtuelle Impedanz beispielsweise in Alpha-Beta-Null-Koordinaten realisiert werden. Dazu wird die Gesamtübertragungsfunktion der dq-Hin- und Rücktransformationen und der Tiefpässe erster Ordnung gebildet. Diese wird dann auf die Mess- und Stellgrößen in Alpha-Beta-Null-Koordinaten angewendet. Das Eingangs-Ausgangsverhalten bleibt erhalten, aber das Flussdiagramm würde keine expliziten dq-Koordinaten mehr enthalten
  • Weitere Anwendungsgebiete sind:
    • Stromrichter,
      • o primär mit netzbildenden Funktionen,
      • o auch möglich bei nur netzstützenden Funktionen,
      • o auch möglich im rein stromgeregelten Betrieb
      • o Stationäre Batteriespeicher
      • o HVDC-Stationen
      • o Statcom-Kompensationsanlagen
      • o Windturbine mit Vollumrichter
      • o PV-Wechselrichter
      • o Vehicle to Grid (Bidirektionale Speicheranbindung von [-KFZ)
      • o Drehzahlvariable Antriebsmaschine mit aktivem Gleichrichter
      • o Power2Gas: Elektrolyseure/Brennstoffzelle
      • o Drehzahlvariable Meeresenergieanlage
      • o Drehzahlvariable Wasserturbine
  • Obige Anwendungen sind jeweils für Bordnetze, Inselnetze und/oder am Verbundnetz möglich.
  • Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein 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 durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
  • Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BluRay Disc, 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
  • Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinen-lesbaren Träger gespeichert ist. 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.
  • 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. Der Datenträger oder das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise greifbar und/oder nicht flüchtig.
  • 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.
  • 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.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem 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 zu dem Empfänger umfassen.
  • 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 für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein 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.
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Claims (21)

  1. Regelvorrichtung (100;200;400;600) für einen mehrphasigen Stromrichter, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) ausgelegt ist, um ein oder mehrere Steuergrößen (112;212;412) für den Stromrichter basierend auf einer Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen (110;210;310;410;510;610) unter Verwendung einer virtuellen Impedanz (105;205;305;405) zu erhalten, wobei die virtuelle Impedanz (105;205;305;405) ein oder mehrere transiente virtuelle Impedanzen (151;161;251;261) aufweist, wobei die virtuelle Impedanz (105;205;305;405) ausgelegt ist, um ein oder mehrere transiente virtuelle Impedanzen (151;161;251;261) getrennt für ein Mitsystem (120;220;320;420;520) und für ein Gegensystem (122;222;322;422;522) anzuwenden, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) ausgelegt ist, um eine erste Mehrzahl verschiedener virtueller Elemente parallel zueinander für das Mitsystem (120;220;320;420;520) anzuwenden, um jeweilige Mitsystem-Beiträge zu bestimmen, und um eine zweite Mehrzahl verschiedener virtueller Elemente parallel zueinander für das Gegensystem (122;222;322;422;522) anzuwenden, um jeweilige Gegensystem-Beiträge zu bestimmen, wobei eine der Mehrzahlen verschiedener virtuelle Elemente zwei oder mehr der folgenden Elemente umfasst: einen oder mehrere stationäre virtuelle Widerstände, eine oder mehrere stationäre virtuelle Reaktanzen, einen oder mehrere transiente virtuelle Widerstände, eine oder mehrere transiente virtuelle Reaktanzen, und wobei die Regelvorrichtung ausgelegt ist, um die Mitsystem-Beiträge einem ersten Kombinierer zuzuführen (290;390) und die Gegensystem-Beiträge einem zweiten Kombinierer (295;395) zuzuführen, wobei ein Ausgang des ersten Kombinierers (290;390) eine Mitsystem-Steuergröße (214;314;414;614) bereitstellt und ein Ausgang des zweiten Kombinierers (295;395) eine Gegensystem-Steuergröße (216;316;416;616) bereitstellt.
  2. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach Anspruch 1, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) so ausgelegt ist, dass die ein oder mehreren transienten virtuellen Impedanzen (151;161;251;261) jeweils einen transienten virtuellen Widerstand (252;262;352;362) und/oder eine transiente virtuelle Reaktanz (256;266;356;366) aufweisen.
  3. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach Anspruch 2, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) so ausgelegt ist, dass ein zeitlicher Verlauf einer Wirkung eines jeweiligen transienten virtuellen Widerstands (252;262;352;362) von einer ersten verzögernden Anordnung (254;264;354;364) mit einer ersten Zeitkonstante und/oder einer ersten filternden Anordnung (254;264;354;364) mit einer ersten Zeitkonstante mitbestimmt wird und ein zeitlicher Verlauf einer Wirkung einer jeweiligen transienten virtuellen Reaktanz (256;266;356;366) von einer zweiten verzögernden Anordnung (258;268;358;368) mit einer zweiten Zeitkonstante und/oder einer zweiten filternden Anordnung (258;268;358;368) mit einer zweiten Zeitkonstante mitbestimmt wird.
  4. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) so ausgelegt ist, dass die ein oder mehreren transienten virtuellen Impedanzen (151;161;251;261) eine Charakteristik eines Filters aufweisen.
  5. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) zusätzlich eine oder mehrere stationäre virtuelle Impedanzen (240;243;246) aufweist, wobei die stationären virtuellen Impedanzen (240;243;246) jeweils einen stationären virtuellen Widerstand (241;341) und/oder eine stationäre virtuelle Reaktanz (244;247;344;347) aufweisen, und wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) ausgelegt ist, um eine oder mehrere stationäre virtuelle Impedanzen (243) für das Mitsystem (120;220;320;420;520) anzuwenden, und um eine oder mehrere stationäre virtuelle Impedanzen (246) für das Gegensystem (122;222;322;422;522) anzuwenden.
  6. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) ausgelegt ist, um den stationären virtuellen Widerstand (241;341) einer stationären virtuellen Impedanz (240) auf die Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen (110;210;310;410;510;610) anzuwenden um einen Gesamtsystem-Beitrag zu bestimmen und um den Gesamtsystem-Beitrag dem ersten Kombinierer (290;390) oder dem zweiten Kombinierer (295;395) zuzuführen.
  7. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach Anspruch 6, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) ausgelegt ist, um die stationäre virtuelle Reaktanz (244;344) einer ersten stationären virtuellen Impedanz (243) auf das Mitsystem (120;220;320;420;520) anzuwenden um einen ersten Mitsystem-Beitrag zu erhalten, und um den transienten virtuellen Widerstand (252;352) und die transiente virtuelle Reaktanz (256;356) einer ersten transienten virtuellen Impedanz (151;251) auf das Mitsystem (120;220;320;420;520) anzuwenden, um einen zweiten und einen dritten Mitsystem-Beitrag zu erhalten, und um die stationäre virtuelle Reaktanz (247;347) einer zweiten stationären virtuellen Impedanz (246) auf das Gegensystem (122;222;322;422;522) anzuwenden um einen ersten Gegensystem-Beitrag zu erhalten, und um den transienten virtuellen Widerstand (262;362) und die transiente virtuelle Reaktanz (266;366) einer zweiten transienten virtuellen Impedanz (161;261) auf das Gegensystem (122;222;322;422;522) anzuwenden, um einen zweiten und einen dritten Gegensystem-Beitrag zu erhalten.
  8. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) ausgelegt ist, um eine erste transiente virtuelle Impedanz (151;251) auf das Mitsystem (120;220;320;420;520) anzuwenden, und um eine zweite transiente virtuelle Impedanz (161;261) auf das Gegensystem (122;222;322;422;522) anzuwenden, wobei die erste transiente virtuelle Impedanz (151;251) komplex konjugiert zu der zweiten transienten virtuellen Impedanz (161;261) ist.
  9. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) ausgelegt ist, um eine Mitsystem-Signaldarstellung zu erhalten, die das Mitsystem (120;220;320;420;520) beschreibt, und um eine Gegensystem-Signaldarstellung zu erhalten, die das Gegensystem (122;222;322;422;522) beschreibt, und wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) ausgelegt ist, um eine erste transiente virtuelle Impedanz (151;251) auf die Mitsystem-Signaldarstellung anzuwenden, um einen oder mehrere Mitsystem-Beiträge zu erhalten, und um eine zweite transiente virtuelle Impedanz (161;261) auf die Gegensystem-Signaldarstellung anzuwenden, um einen oder mehrere Gegensystem-Beiträge zu erhalten.
  10. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) ausgelegt ist, um eine Gesamtsystem-Signaldarstellung und/oder die Mitsystem-Signaldarstellung und/oder die Gegensystem-Signaldarstellung in dq-Koordinaten oder in αβ-Koordinaten zu erhalten, und um eine Gesamtsystem-Signaldarstellung und/oder eine Mitsystem-Signaldarstellung und/oder eine Gegensystem-Signaldarstellung von αβ-Koordinaten in dq-Koordinaten zu transformieren, und um eine erste transiente virtuelle Impedanz (151;251) auf die Mitsystem-Signaldarstellung in dq-Koordinaten anzuwenden, um einen Mitsystem-Beitrag zu den ein oder mehreren Steuergrößen zu erhalten, und um eine zweite transiente virtuelle Impedanz (161;261) auf die Gegensystem-Signaldarstellung in dq-Koordinaten anzuwenden, um einen Gegensystem-Beitrag zu den ein oder mehreren Steuergrößen zu erhalten.
  11. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) ausgelegt ist, um einen Mitsystem-Beitrag und/oder einen Gegensystem-Beitrag und/oder eine Mitsystem-Stellgröße und/oder eine Gegensystem-Stellgröße von dq-Koordinaten in αβ-Koordinaten zu transformieren.
  12. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) ausgelegt ist, um eine transiente virtuelle Impedanz (151;251) auf eine Mitsystem-Signaldarstellung in αβ-Koordinaten anzuwenden, und/oder um eine transiente virtuelle Impedanz (161;261) auf eine Gegensystem-Signaldarstellung in αβ-Koordinaten anzuwenden.
  13. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) ausgelegt ist, um basierend auf der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen (110;210;310;410;510;610) eine Mitsystem-Steuergröße (214;314;414;614) bereitzustellen, so dass eine von der Mitsystem-Steuergröße (214;314;414;614) beeinflusste Mitsystem-Ausgangsgröße des Stromrichters innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, und um basierend auf der Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen eine Gegensystem- Steuergröße (216;316;416;616) bereitzustellen, so dass eine von der Gegensystem- Steuergröße (216;316;416;616) beeinflusste Gegensystem-Ausgangsgröße des Stromrichters innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
  14. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) ausgelegt ist, um basierend auf einer Gesamtsystem-Signaldarstellung unter Verwendung einer Mit-und-Gegensystem-Zerlegung (130;430;530) eine Mitsystem-Signaldarstellung und eine Gegensystem-Signaldarstellung zu erhalten, wobei die Mit-und-Gegensystem-Zerlegung (130;430;530) eine Einschwingzeit aufweist, die kürzer als die Hälfte einer Periode eines Phasenstroms, oder kürzer als ein Fünftel einer Periode eines Phasenstroms, oder kürzer als ein Zehntel einer Periode eines Phasenstroms ist, und wobei die Mit-und-Gegensystem-Zerlegung (130;430;530) ausgelegt ist, um innerhalb der Einschwingzeit eine Mitsystem-Signaldarstellung und eine Gegensystem-Signaldarstellung zu erhalten.
  15. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mit-und-Gegensystem-Zerlegung (130;430;530) ein Filter (532) aufweist, und wobei die Mit-und-Gegensystem-Zerlegung (130;430;530) ausgelegt ist, um basierend auf einer Gesamtsystem-Signaldarstellung unter Verwendung des Filters (532) eine gefilterte Gesamtsystem-Signaldarstellung (534) zu erhalten, und um eine Mitsystem-Signaldarstellung unter Verwendung einer ersten Linearkombination aus der Gesamtsystem-Signaldarstellung und der gefilterten Gesamtsystem-Signaldarstellung (534) zu erhalten, und um eine Gegensystem-Signaldarstellung unter Verwendung einer zweiten Linearkombination aus der Gesamtsystem-Signaldarstellung und der gefilterten Gesamtsystem-Signaldarstellung zu erhalten.
  16. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach Anspruch 15, wobei die erste Linearkombination und die zweite Linearkombination durch eine Verrechnungsmatrix (536) beschrieben werden, wobei die Verrechnungsmatrix zumindest einen Zeitparameter aufweist, der einer Zeitkonstante des Filters (534) entspricht und der die Einschwingzeit der Mit-und-Gegensystem-Zerlegung (430;530) bestimmt.
  17. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach Anspruch 16, wobei die Verrechnungsmatrix (536) die Form A = [ T ω 0 − 1 j 2 T ω 0 j T 2 ω 0 2 + 1 j 2 T ω 0 T ω 0 + 1 j 2 T ω 0 − j T 2 ω 0 2 + 1 j 2 T ω 0 ]
    Figure DE102020200673B3_0028
    aufweist, wobei der Parameter T die Einschwingzeit der Mit-und-Gegensystem-Zerlegung (130;430;530) bestimmt, und ω0 eine Nennwinkelgeschwindigkeit des Mitsystems bezeichnet, und j die imaginäre Einheit bezeichnet, und wobei das Filter (532) der Mit-und-Gegensystem-Zerlegung (430;530) eine Übertragungsfunktion der Form G ( s ) = 1 1 + T ⋅ s
    Figure DE102020200673B3_0029
    aufweist, wobei G einen Übertragungsanteil für ein Signal mit einer durch s beschriebenen Frequenz darstellt.
  18. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Regelvorrichtung (100;200;400;600) ausgelegt ist, um ein Mitsystem-Filter (537) auf die unter Verwendung der ersten Linearkombination der Gesamtsystem-Signaldarstellung und der gefilterten Gesamtsystem-Signaldarstellung erhaltene Mitsystem-Signaldarstellung anzuwenden, und/oder um ein Gegensystem-Filter (538) auf die unter Verwendung der zweiten Linearkombination der Gesamtsystem-Signaldarstellung und der gefilterten Gesamtsystem-Signaldarstellung erhaltene Gegensystem-Signaldarstellung anzuwenden.
  19. Regelvorrichtung (100;200;400;600) nach Anspruch 18, wobei das Mitsystem-Filter (537) und das Gegensystem-Filter (538) eine Zeitkonstante aufweisen, die in einem Bereich von 1 % bis 100 %, bevorzugt in einem Bereich von 1 % bis 25 %, einer Periodendauer der Mehrzahl von Phasenströmen liegen.
  20. Verfahren (1000) zum Regeln eines mehrphasigen Stromrichters, wobei das Verfahren (1000) umfasst: Erhalten (1001) einer Information über eine Mehrzahl von Phasenströmen (110;210;310;410;510;610), Anwenden (1002) einer oder mehrerer transienter virtueller Impedanzen (151;161;251;261) getrennt für ein Mitsystem (120;220;320;420;520) und ein Gegensystem (122;222;322;422;522) um eine oder mehrere Steuergrößen (112;212;412) für den Stromrichter zu erhalten, Anwenden einer ersten Mehrzahl verschiedener virtueller Elemente parallel zueinander für das Mitsystem (120;220;320;420;520), um jeweilige Mitsystem-Beiträge zu bestimmen, Anwenden einer zweiten Mehrzahl verschiedener virtueller Elemente parallel zueinander für das Gegensystem (122;222;322;422;522), um jeweilige Gegensystem-Beiträge zu bestimmen, wobei eine der Mehrzahlen verschiedener virtuelle Elemente zwei oder mehr der folgenden Elemente umfasst: einen oder mehrere stationäre virtuelle Widerstände, eine oder mehrere stationäre virtuelle Reaktanzen, einen oder mehrere transiente virtuelle Widerstände, eine oder mehrere transiente virtuelle Reaktanzen, Kombinieren der Mitsystem-Beiträge für eine Mitsystem-Steuergröße (214;314;414;614), und Kombinieren der Gegensystem-Beiträge für eine Gegensystem-Steuergröße (216;316;416;616).
  21. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 20 auszuführen.
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