DE102021206502A1

DE102021206502A1 - Regelvorrichtung für einen Stromrichter, Stromrichteranordnung und Verfahren zum Regeln eines netzgekoppelten Stromrichters

Info

Publication number: DE102021206502A1
Application number: DE102021206502.3A
Authority: DE
Inventors: Peter Unruh; Tobias Gühna
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2022-12-29
Anticipated expiration: 2041-06-24
Also published as: US20240097560A1; EP4360203A1; WO2022268914A1; DE102021206502B4

Abstract

Ein Verfahren zum Regeln eines netzgekoppelten Stromrichters beinhaltet ein Einstellen einer Stellspannung für den Stromrichter abhängig von einer Ausgangsspannung des Stromrichters. Das Verfahren sieht ein Begrenzen einer Spannungsabweichung zwischen der Stellspannung und der Ausgangsspannung vor. Bei Ausführungsbeispielen erfolgt die Begrenzung eines Stellspannungszeigers in Amplitude und Winkel, wobei Stellbereiche für Amplitude und/oder Winkel situationsabhängig eingestellt werden. Bei weiteren Ausführungsbeispielen erfolgt die Begrenzung in Koordinaten zueinander orthogonaler und geradliniger Koordinatenachsen. Ferner wird bei einem Verfahren zum Regeln eines Stromrichters bei der Bestimmung einer Steuergröße eine Potentialdifferenz zwischen einem Bezugspotential der Ausgangsspannung und einem Bezugspotential einer Brückenspannung des Stromrichters berücksichtigt. Alternativ oder zusätzlich wird ein Beitrag einer Spannungsschwingung in einem Zwischenkreis zu der Brückenspannung berücksichtigt.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen eine Regelvorrichtung für einen netzgekoppelten Stromrichter, beispielsweise einen netzbildenden Stromrichter. Weitere Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren zum Regeln eines netzgekoppelten Stromrichters. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren zur Strombegrenzung in netzbildenden Stromrichtern.
Hintergrund
Zur Einspeisung elektrischer Energie in Energienetze werden Stromrichter verwendet. Dabei wird eine von dem Stromrichter in das Energienetz eingespeiste Leistung üblicherweise im Hinblick auf für das Energienetz vorbestimmte Größen, wie zum Beispiel die Frequenz und die Spannung, geregelt.
Netzbildende Stromrichter zeichnen sich dadurch aus, dass sie einen selbständigen Spannungszeiger bereitstellen. Das schließt zum einen ein, dass der netzbildende Stromrichter für seinen eigenen Betrieb nicht von einer netzseitigen Spanungsquelle abhängig ist. Des Weiteren weist der gestellte Spannungszeiger ein Verharrungsvermögen auf. Das heißt, er folgt netzseitigen Schwankungen nicht beliebig schnell, sondern behält seine Rotationsposition zunächst bei und synchronisiert sich entsprechend einer Trägheitskonstante mit der externen Spannungsquelle. Auf diese Weise liefert der netzbildende Stromrichter im Bedarfsfall instantan Momentanreserve ins Netz. Dieses Wirkungsprinzip findet sich in der wohlbekannten Synchronmaschine wieder, in der die induzierte Polradspannung direkt mit dem trägheitsbehafteten Rotor verbunden ist. In ähnlicher Weise kann in Stromrichtern ein trägheitsbehafteter Spannungszeiger (in Bezug auf Winkel und Amplitude) regelungstechnisch aufgeprägt werden. Verschiedene Verfahren sind dazu bekannt [3]. Ist jedoch das Verharrungsvermögen zu stark, entfernen sich die Spannungszeiger in gewissen Situation zu weit voneinander (beispielsweise bei einem Frequenzereignis im Netz), sodass ein hoher Strom über eine Koppelimpedanz getrieben wird. Bei Stromrichtern kann dies schnell zu unzulässig hohen Strömen führen.
Um dem Problem von Überströmen bei netzbildenden Stromrichtern zu begegnen sind verschiedene Verfahren bekannt. Einige davon wurde speziell für ein bestimmtes Szenario (z.B. Fault-Ride-Through (FRT)) entwickelt und analysiert.
Ein Ansatz liegt darin, auf Stromregelung umzuschalten, also den Stromrichter in den stromgeregelten Betrieb zu führen, sobald eine Stromgrenze überschritten wird. Das bedeutet der Stromrichter wird auf einen festgelegten Stromsollwert geregelt (siehe z.B. [4]).
Ein anderer Ansatz setzt darauf, die Impedanz virtuell zu erhöhen, um den fließenden Strom auf ein akzeptables Maß zu begrenzen, wie in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 1102020200673.3 . Treten zu hohe Spannungsdifferenzen auf, so kann der Strom durch die virtuell aufgeprägte Impedanz begrenzt werden. Hierbei ist es denkbar, die zusätzliche Impedanz dauerhaft zu emulieren oder erst bei einem auftretenden Ereignis. Im dauerhaften Einsatz ist die Stromantwort (beispielsweise bei einem Kurzschluss) jedoch abhängig vom Arbeitspunkt vor dem Ereignis. Zudem darf sie nicht zu groß gewählt werden, da sie den Normalbetrieb einschränken kann. Das wiederum kann dazu führen, dass der Strom bei tiefen Einbrüchen nicht ausreichend begrenzt wird. Erschwerend kommt hinzu, dass dieser Ansatz Spannungsunterschiede, die den Spannungswinkel betreffen, im stationären Zustand nicht so einfach begrenzen kann, da die netzbildende Regelung den Winkel vorher integriert hat, um den entsprechenden Arbeitspunkt anzufahren.
Weitere Beispiele für Strombegrenzungsverfahren sind in [1] und [2] beschrieben, welche auch in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung implementiert werden können.
Überblick
Generell wäre ein Konzept zur Regelung eines Stromrichters wünschenswert, welches eine präzise Regelung eines Stromrichters bzw. eine präzise Begrenzung des Ausgangsstroms des Stromrichters ermöglicht. Einige Aspekte der Erfindung haben es ferner zum Ziel ein Konzept zur Regelung eines Stromrichters bereitzustellen, welches ermöglicht, netzbildende Eigenschaften einer Stromrichterregelung auch im Störfall nicht vollständig aufzugeben wird und den Strom dennoch zuverlässig zu begrenzen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung basieren auf der Idee, den von einem Stromrichter in ein Netz gespeisten Strom zu begrenzen, indem ein Stellspannungszeiger einer Stellspannung zum Regeln des Stromrichters auf einen Bereich um einen Bezugsspannungszeiger, welcher eine Ausgangsspannung des Stromrichters (z.B. eine Spannung an einem Anschlusspunkt des Stromrichters an das Netz) beschreibt, begrenzt wird. Die Erfinder haben erkannt, dass die Größe des eingespeisten Stroms von einer Abweichung zwischen dem Bezugsspannungszeiger und dem Stellspannungszeiger bestimmt ist. Durch die Begrenzung der Abweichung zwischen dem Stellspannungszeiger für den Stromrichter und dem Bezugsspannungszeiger lässt sich somit der eingespeiste Strom zuverlässig begrenzen. Beispielsweise kann durch Begrenzung der Abweichung auf eine maximale Abweichung der Ausgangsstrom auf eine maximale Stromstärke begrenzt werden, wobei die maximale Abweichung auf der maximalen Stromstärke und einer Innenimpedanz des Stromrichters basieren kann. Die Begrenzung des Stellbereichs kann durch eine Begrenzung jeweiliger Stellbereiche für Koordinaten des Stellspannungszeigers erfolgen. Beispielsweise kann der Stellbereich über eine Begrenzung für eine Amplitude und einen Winkel (d.h. Phasenwinkel) des Stellspannungszeigers begrenzt werden, also in Polarkoordinaten bestimmt sein. Alternativ kann der Stellbereich über eine jeweilige Begrenzung zweier Koordinaten eines rechtwinkligen Koordinatensystems begrenzt werden.
Innerhalb des Stellbereichs um den Bezugsspannungszeiger, auf welchen der Stellspannungszeiger begrenzt wird, kann das erfindungsgemäße Konzept eine Führung des Stellspannungszeigers mittels einer Reglerdynamik, beispielsweise einer netzbildenden Reglerdynamik, ermöglichen. Selbst im Begrenzungsfall kann der Stellspannungszeiger aber weiterhin innerhalb des begrenzten Bereichs geregelt werden, so dass die Regelung weiter auf eine neue Situation im Sinne der Reglerdynamik, z.B. netzdienlich, reagieren kann. Somit ermöglicht das Konzept, den Stromrichter auch im Begrenzungsfall spannungsgeführt zu regeln und weiter Strom in das Netz einzuspeisen. Netzbildende Eigenschaften der Regelung können so auch im Begrenzungsfall, wie bei Spannungs- oder Frequenzstörfällen im Netz, erhalten bleiben und zielgerichtet bis zu einem Grenzwert dargeboten werden.
Im Gegensatz zu dem eingangs beschriebenen Ansatz, im Fall eines Überstroms auf eine Stromregelung umzuschalten, geht bei der erfindungsgemäßen Regelung das inhärent netzdienliche Wirkungsprinzip also nicht verloren. Zugleich bietet die erfindungsgemäße Regelung gleichsam einen wirksamen Schutz gegen Überströme. Bei dem hierin offenbarten Regelungsprinzip muss, im Gegensatz zum Umschalten auf eine Stromregelung, die Regelung auch im Störfall nicht unterbrochen werden. Somit stellt sich auch nicht das Problem, insbesondere im Fall eines Frequenzereignisses, wann und auf welche Weise die Stromregelung wieder verlassen werden soll.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Regelvorrichtung für einen Stromrichter, z.B. einen netzbildenden Stromrichter. Die Regelvorrichtung ist ausgebildet, um eine Stellspannung für den Stromrichter abhängig von einer Ausgangsspannung des Stromrichters zu bestimmen. Ferner ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um eine Amplitude eines Stellspannungszeigers, welcher die Stellspannung beschreibt, auf einen Amplitudenstellbereich um eine Amplitude eines Bezugsspannungszeigers, welcher die Ausgangsspannung beschreibt, zu begrenzen. Beispielsweise erhält die Regelvorrichtung einen Sollstellspannungszeiger, welcher nach Regelungskriterien bestimmt ist, z.B. von einer Stellgrößenregelung, wobei der Sollstellspannungszeiger beispielsweise einen hinsichtlich der Regelung der Ausgangsspannung des Stromrichters auf einen oder mehrere Sollwerte (z.B. für ein oder mehrere aus Amplitude, Frequenz, Phasenwinkel) gewünschten Spannungszeiger repräsentiert, und bestimmt den Stellspannungszeiger basierend auf dem Sollstellspannungszeiger durch Begrenzung von Amplitude und Winkel. Soweit nicht abweichend beschrieben, wird mit dem Stellspannungszeiger der begrenzte Stellspannungszeiger bezeichnet, dessen Amplitude und Winkel auf die jeweiligen Stellbereiche beschränkt sind. Die Regelvorrichtung ist ferner ausgebildet, um einen Winkel des Stellspannungszeigers auf einen Winkelstellbereich um einen Winkel des Bezugsspannungszeigers zu begrenzen. Die Regelvorrichtung ist ausgebildet, um den Amplitudenstellbereich und/oder den Winkelstellbereich situationsabhängig einzustellen, d.h. beispielsweise eine jeweilige Größe des Amplitudenstellbereichs und/oder des Winkelstellbereichs situationsabhängig einzustellen und/oder eine jeweilige Position des Amplitudenstellbereichs und/oder des Winkelstellbereichs relativ zu dem Bezugsspannungszeiger situationsabhängig einzustellen. Zum Beispiel kann die Regelvorrichtung die Amplitude und den Winkel des Bezugsspannungszeigers basierend auf einer die Ausgangsspannung beschreibende Messgröße bestimmen oder diese erhalten.
Durch die Begrenzung der Amplitude des Stellspannungszeigers auf den Amplitudenstellbereich und die Begrenzung des Winkels des Stellspannungszeigers auf den Winkelstellbereich wird eine zuverlässige Begrenzung der Abweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger erreicht. Die komponentenweise Begrenzung des Stellspannungszeigers ermöglicht ferner eine Priorisierung einer der Komponenten aus Amplitude und Winkel. Bei gegebenem Grenzwert für den Strom des Stromrichters kann somit die Bewegungsfreiheit in Amplitude gegen die Bewegungsfreiheit im Winkel abgewogen werden. Somit kann eine Anpassung an den Anwendungsfall oder eine aktuelle Regelsituation ermöglicht werden.
Beispielsweise kann die situationsabhängige Einstellung des Amplitudenstellbereichs und des Winkelstellbereichs in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Stromrichters oder des an den Stromrichter gekoppelten Netzes durchgeführt sein. Dadurch kann in unterschiedlichen Situationen eine unterschiedliche Komponente oder Koordinate, d.h., gemäß diesem Ausführungsbeispiel Amplitude oder Winkel, priorisiert werden. So wird ermöglicht, je nach Betriebssituation, die Regelung des Winkels oder die Regelung der Amplitude zu bevorzugen. Über den Winkel des Stellspannungszeigers kann bei Beispielen der Wirkanteil des Ausgangsstroms eingestellt werden, während sich über die Amplitude insbesondere der Blindanteil einstellen lässt. Die situationsabhängige Einstellung des Amplitudenstellbereichs und des Winkelstellbereichs ermöglicht es somit, in verschiedenen Situationen die Blindleistung oder die Wirkleistung in der Regelung unterschiedlich und/oder unterschiedlich stark zu priorisieren.
Zum Beispiel kann die Regelvorrichtung den Stellspannungszeiger so begrenzen, dass eine Abweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger eine maximale Abweichung nicht überschreitet, wobei die Abweichung eine Amplitudenabweichung, also eine Abweichung der Amplituden der zwei Spannungszeiger, und eine Winkelabweichung, also eine Abweichung der Winkel der zwei Spannungszeiger, berücksichtigen kann. Zum Beispiel kann die Regelvorrichtung den Amplitudenstellbereich und den Winkelstellbereich so einstellen, dass bei voller Ausnutzung der jeweiligen Stellbereiche, also bei einem Stellspannungszeiger, welcher sowohl an der Grenze des Amplitudenstellbereichs als auch an der Grenze des Winkelstellbereichs liegt, die maximale Abweichung nicht überschritten wird. Bei diesen Beispielen kann die Regelvorrichtung situationsabhängig einstellen, zu welchem Anteil die maximale Abweichung auf die jeweiligen Stellbereiche der Koordinaten Amplitude und Winkel aufgeteilt wird, um eine der Koordinaten zu priorisieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Regelvorrichtung den Amplitudenstellbereich und/oder den Winkelstellbereich dahingehend situationsabhängig einstellen, dass einer der Stellbereich für eine der Koordinaten abhängig von einer tatsächlichen Abweichung, d.h. tatsächlich ausgenutzten Abweichung, in der anderen Koordinate eingestellt wird. Dafür kann beispielsweise der begrenzte Stellspannungszeiger des aktuellen Taktes oder eines vorherigen Taktes (z.B. unter der Annahme einer langsamen Änderung des Stellspannungszeigers) herangezogen werden. Somit kann eine der Koordinaten priorisiert werden, und der der Stellbereich für die andere Koordinate unter Berücksichtigung der tatsächlich vorliegenden Abweichung besonders groß gewählt werden, so dass die maximal zulässige Abweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger besonders gut ausgenutzt werden kann. Beispielsweise haben die Erfinder erkannt, dass der eingespeiste Strom bei kleiner Winkelabweichung auch bei einem größeren Amplitudenstellbereich innerhalb der Grenzen liegt.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um eine obere und eine untere Grenze des Amplitudenstellbereichs basierend auf einem ersten Abweichungsgrenzwert und der Amplitude des Bezugsspannungszeigers zu bestimmen, und um eine obere und eine untere Grenze des Winkelstellbereichs basierend auf einem zweiten Abweichungsgrenzwert und dem Winkel des Bezugsspannungszeigers zu bestimmen. Beispielsweise kann der erste Abweichungsgrenzwert einen Grenzwert für eine Abweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger in einer ersten Richtung repräsentieren, und der zweite Abweichungsgrenzwert einen Grenzwert für eine Abweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger in einer zweiten Richtung repräsentieren. Die erste und die zweite Richtung können dabei Richtungen in einem Koordinatensystem, in welchem der Stellspannungszeiger beschrieben ist sein, wobei diese Richtungen nicht unbedingt den Richtungen der Koordinatenachsen entsprechen müssen. Zum Beispiel können die erste und die zweite Richtung orthogonal zueinander sein. In Beispielen kann die erste Richtung eine Richtung parallel zu dem Bezugsspannungszeiger sein, und die zweite Richtung eine Richtung orthogonal zu dem Bezugsspannungszeiger sein. Die erste Richtung kann auch als vertikale Richtung beschrieben sein, und die zweite Richtung als horizontale Richtung beschrieben sein. Es ist ferner Anzumerken, dass die obere und die untere Grenze der jeweiligen Stellbereiche nicht zwangsläufig symmetrisch um die betreffende Koordinate des Bezugsspannungszeigers angeordnet sein müssen, insbesondere im Fall des Amplitudenstellbereichs. Somit können der Amplitudenstellbereich und der Winkelstellbereich einen beliebig geformten Bereich beschreiben, insbesondere auch ein Rechteck, auch dann wenn der Stellspannungszeiger in Polarkoordinaten (d.h. Amplitude und Winkel) vorliegt. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um den ersten Abweichungsgrenzwert und den zweiten Abweichungsgrenzwert in Abhängigkeit voneinander einzustellen, zum Beispiel sind der erste und zweite Abweichungsgrenzwert in korrelierter Weise bestimmt, z.B. basierend auf einer gemeinsamen Eingangsgröße, oder einer von dem ersten und des zweiten Abweichungsgrenzwert ist basierend auf dem anderen bestimmt, um eine Abweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger zu begrenzen, beispielsweise auf eine maximale Abweichung zu begrenzen. Dadurch, dass der erste und zweite Abweichungsgrenzwert in Abhängigkeit voneinander bestimmt werden, kann erreicht werden, dass die Abweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger unter Betrachtung beider Koordinaten eine maximale Abweichung nicht übersteigt, und somit der Ausgangsstrom eine maximale Stromstärke nicht überschreitet.
In anderen Worten, diese Ausführungsbeispiele basieren auf der Erkenntnis, dass die Berücksichtigung des tatsächlich eingestellten Stellspannungszeigers für die Bestimmung des Amplitudenstellbereichs und/oder des Winkelstellbereichs ermöglicht, den Amplitudenstellbereich bzw. den Winkelstellbereich im Hinblick auf einen gegebenen Begrenzungsstrom möglichst groß zu wählen. Beispielsweise kann so im Falle einer geringen Abweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger in der einen Koordinate der Grenzwert für die andere Koordinate größer gewählt werden kann, und die Strombegrenzung trotzdem eingehalten werden kann. D.h., im Fall, dass in einer der Komponenten die Abweichung zwischen dem Stellspannungszeiger und dem Bezugsspannungszeiger kleiner als gemäß dem zugehörigen Grenzwert zulässig ist, kann der Grenzwert für die Abweichung der anderen Komponente so eingestellt werden kann, dass gemäß der tatsächlichen Abweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger in der einen Komponente die Strombegrenzung auch im Begrenzungsfall für die andere Komponente gewährleistet ist.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um zumindest in einer ersten Betriebssituation, zum Beispiel einem Normalbetrieb, einer oder mehrerer Betriebssituationen des Stromrichters den Winkelstellbereich auf einen vorbestimmten Winkelstellbereich einzustellen, z.B. auf einen vorbestimmten Winkelstellbereich um den aktuellen Bezugsspannungszeiger. Zum Beispiel verwendet die Regelvorrichtung einen vorbestimmten Wert für den zweiten Abweichungsgrenzwert um eine obere und eine untere Grenze des Winkelstellbereichs in Bezug auf den Bezugsspannungszeiger zu bestimmen. Ferner ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um den Amplitudenstellbereich in Abhängigkeit einer Winkelabweichung des Stellspannungszeigers (z.B. des begrenzten Stellspannungszeigers) von dem Bezugsspannungszeiger zu bestimmen. Dabei kann die Regelvorrichtung beispielsweise den für den aktuellen Takt bestimmten, auf den Winkelstellbereich begrenzten Winkel des Stellspannungszeigers nutzen, oder den Winkel des begrenzten Stellspannungszeigers eines vorhergehenden Takts. Dadurch, dass der Winkelstellbereich vorbestimmt ist, wird eine minimale Größe des Winkelstellbereichs gewährleistet, es wird also der Winkel (bzw. eine Richtung quer zum Bezugsspannungszeigers, oder eine horizontale Richtung) priorisiert. Abhängig von der tatsächlichen Winkelabweichung, kann der Amplitudenstellbereich dann so gewählt werden, dass auch bei voller Ausnutzung des Amplitudenstellbereichs die maximale Abweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger nicht überschritten wird. Die Bestimmung des Amplitudenstellbereichs in Abhängigkeit von der Winkelabweichung ermöglicht also, den Strom zum einen zuverlässig auf einen Grenzwert zu begrenzen, und zum anderen den Bereich, innerhalb dessen der Stellspannungszeiger geregelt werden kann, möglichst groß zu halten.
In anderen Worten, durch die Einstellung des Winkelstellbereichs auf den vorbestimmten Wert, wird eine Regelung des Winkels, bzw. der horizontalen Spannungskomponente, in einem von dem vorbestimmten Wert bestimmten Bereich gewährleistet, und somit die Regelung des Winkels, bzw. der horizontalen Komponente des Stellspannungszeigers bevorzugt. Dies kann in Situationen vorteilhaft sein, in welchen die Regelung des Wirkanteils des Ausgangsstroms priorisiert sein soll. Ferner weisen diese Ausführungsbeispiele die zuvor beschriebenen Vorteile der Berücksichtigung der tatsächlichen Winkelabweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger auf.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um in einer zweiten Betriebssituation des Stromrichters, beispielsweise während eines Spannungseinbruchs der Ausgangsspannung, den Amplitudenstellbereich auf einen vorbestimmten Amplitudenstellbereich einzustellen, z.B. auf einen vorbestimmten Amplitudenstellbereich um den aktuellen Bezugsspannungszeiger. Zum Beispiel verwendet die Regelvorrichtung einen vorbestimmten Wert für den ersten Abweichungsgrenzwert um eine obere und eine untere Grenze des Amplitudenstellbereichs in Bezug auf den Bezugsspannungszeiger zu bestimmen. Ferner ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um den Winkelstellbereich in Abhängigkeit einer Amplitudenabweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger zu bestimmen. Entsprechend der Beschreibung des vorigen Ausführungsbeispiels, wird also in der zweiten Betriebssituation anstelle des Winkels, oder einer Querkomponente (quer zum Bezugsspannungszeiger), die Amplitude, oder eine Längskomponente (entlang des Bezugsspannungszeigers), priorisiert. Eine Bevorzugung der Regelung der Amplitude oder Längskomponente des Stellspannungszeigers kann in Situationen vorteilhaft sein, in welchen die Regelung des Blindanteils des Ausgangsstroms priorisiert sein soll, beispielsweise im Fall eines Spannungseinbruchs.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um eine obere und eine untere Grenze des Amplitudenstellbereichs basierend auf einem ersten Abweichungsgrenzwert und der Amplitude des Bezugsspannungszeigers zu bestimmen, und um eine obere und eine untere Grenze des Winkelstellbereichs basierend auf einem zweiten Abweichungsgrenzwert und dem Winkel des Bezugsspannungszeigers zu bestimmen. Dabei kann die vorangegangene Beschreibung der unteren und oberen Grenzen sowie des ersten und zweiten Abweichungsgrenzwerts zutreffen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um zumindest in einer ersten Betriebssituation des Stromrichters, z.B. einer Normalsituation, den ersten Abweichungsgrenzwert und zweiten Abweichungsgrenzwert auf einen jeweiligen ersten vorbestimmten Wert einzustellen, und in einer zweiten Betriebssituation des Stromrichters den ersten Abweichungsgrenzwert und den zweiten Abweichungsgrenzwert auf einen jeweiligen zweiten Wert einzustellen, wobei der jeweilige erste Wert von dem jeweiligen zweiten Wert verschieden ist. Beispielsweise kann je nach Situation, einer der zwei Grenzwerte auf einen vorbestimmten Wert festgelegt werden, und der jeweils andere der zwei Grenzwerte entsprechend der Grenzstromstärke festgelegt, beispielsweise berechnet, werden. Diese Ausführungsbeispiele bieten den Vorteil, dass die Grenzwerte situationsabhängig festgelegt werden können, und beispielsweise abhängig von der Betriebssituation der Priorisierungsgrad eingestellt werden kann und/oder die priorisierte Koordinate ausgewählt werden kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um den Winkelstellbereich (z.B. die oben erwähnte untere und obere Grenze des Winkelstellbereichs) in Abhängigkeit von der Amplitude des Stellspannungszeigers und/oder in Abhängigkeit von der Amplitude des Bezugsspannungszeigers zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um den Amplitudenstellbereich (z.B. die oben erwähnte untere und obere Grenze des Amplitudenstellbereichs) in Abhängigkeit einer Winkelabweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger zu bestimmen. Die Berücksichtigung des Winkels bzw. der Amplitude ermöglicht eine Korrektur einer Verzerrung des Stellbereichs, wie sie durch die Verwendung von Polarkoordinaten auftreten kann. Zum Beispiel kann eine Bestimmung der jeweiligen Stellbereiche unabhängig von Amplitude und Winkel des Stellspannungszeigers bzw. Bezugsspannungszeigers bei der Verwendung von Polarkoordinaten für die Bestimmung des Stellbereichs dazu führen, dass der Stellbereich in einem Polarkoordinatensystem ein Kreisringsegment beschreibt. Die Berücksichtigung der Amplitude des Stellspannungszeigers bzw. Bezugsspannungszeigers ermöglicht beispielsweise effektiv eine Begrenzung des Stellbereichs in Querrichtung (z.B. horizontaler Richtung) so, dass unabhängig von der Amplitude ein konstant großer Stellbereich in Querrichtung erreicht wird. Die Berücksichtigung des Winkels des Stellspannungszeigers bzw. Bezugsspannungszeigers ermöglicht beispielsweise effektiv eine Begrenzung des Stellbereichs in Längsrichtung (z.B. vertikaler Richtung) so, dass der Stellbereich in Längsrichtung, in einem rechtwinkligen Koordinatensystem betrachtet, unabhängig von der Abweichung in Querrichtung ist. Es kann bei Berücksichtigung von Amplitude und Winkel also zum Beispiel erreicht werden, dass unter der Annahme einer hinreichend langsamen Änderung des Stellspannungszeigers bzw. des Bezugsspannungszeigers, der dem Stellspannungszeiger effektiv zur Verfügung stehende Stellbereich ein Rechteck beschreibt. Da für die Bestimmung der jeweiligen Stellbereiche der Stellspannungszeiger und der Bezugsspannungszeiger zusammenhängen können, z.B. über den ersten bzw. zweiten Abweichungsgrenzwert, kann entweder der Stellspannungszeiger oder der Bezugsspannungszeiger verwendet werden, wobei z.B. der Zeiger eines vorherigen Takts betrachtet werden kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um eine obere und eine untere Grenze des Amplitudenstellbereichs basierend auf einem ersten Abweichungsgrenzwert und der Amplitude des Bezugsspannungszeigers zu bestimmen. Dabei kann die vorangegangene Beschreibung der unteren und oberen Grenzen sowie des ersten Abweichungsgrenzwerts zutreffen. Wie beschrieben ermöglicht die Bestimmung der unteren und oberen Grenze eine asymmetrische Positionierung der Grenzen in Bezug auf die Amplitude des Bezugsspannungszeigers, beispielsweise abhängig von dem Winkel des Stellspannungszeigers. Diese Ausführungsform ist also besonders vorteilhaft in Kombination mit der Bestimmung des Amplitudenstellbereichs in Abhängigkeit der Winkelabweichung.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, eine obere und eine untere Grenze des Winkelstellbereichs basierend auf dem Winkel des Bezugsspannungszeigers und basierend auf einem Verhältnis zwischen einem zweiten Abweichungsgrenzwert und der Amplitude des Stellspannungszeigers oder des Bezugsspannungszeigers zu bestimmen. Dabei kann die vorangegangene Beschreibung der unteren und oberen Grenzen sowie des zweiten Abweichungsgrenzwerts zutreffen. Wie beschrieben ermöglicht die Bestimmung der unteren und oberen Grenze eine Positionierung der Grenzen in Bezug auf den Winkel des Bezugsspannungszeigers abhängig von der Amplitude des Stellspannungszeigers. Diese Ausführungsform ist also besonders vorteilhaft in Kombination mit der Bestimmung des Winkelstellbereichs in Abhängigkeit von der Amplitude. Dabei ermöglicht die Verwendung des Verhältnisses zwischen dem Spannungsabweichungsgrenzwert und der Amplitude des Stellspannungszeigers oder des Bezugsspannungszeigers, einen guten Kompromiss zwischen einer sehr genauen Korrektur der genannten Verzerrung und einem geringen Rechenaufwand.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, ausgebildet um die obere und die untere Grenze des Winkelstellbereichs mittels einer trigonometrischen Funktion in Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen dem zweiten Abweichungsgrenzwert und der Amplitude des Stellspannungszeigers oder des Bezugsspannungszeigers zu bestimmen. Die trigonometrische Funktion ermöglicht einen Ausgleich der oben beschriebenen Verzerrungen bei Verwendung von Polarkoordinaten und somit eine sehr genaue Bestimmung des Winkelstellbereichs, insbesondere im Fall von großen Amplitudenabweichungen.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um den Winkel des Stellspannungszeigers ferner bezüglich einer Änderung gegenüber dem Winkel des Bezugsspannungszeigers oder des Stellspannungszeigers eines früheren Takts zu begrenzen. Dadurch, lässt sich ein Abdriften der Frequenz der Spannung von einem definierten Toleranzbereich verhindern.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um basierend auf einem Vergleich einer oder mehrerer eine Ausgangsleistung des Stromrichters beschreibenden Messgrößen (z.B. der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms) mit ein oder mehreren Sollwerten für die Messgrößen eine Sollstellspannung zu bestimmen. Die Regelvorrichtung ist ausgebildet, um eine Amplitude eines Sollstellspannungszeigers der Sollstellspannung auf den Amplitudenstellbereich zu begrenzen und einen Winkel des Sollstel-Ispannungszeigers auf den Winkelstellbereich zu begrenzen, um den Stellspannungszeiger zu bestimmen. Die Regelvorrichtung ist ferner ausgebildet, um basierend auf einer Differenz einer eine Blindleistung einer Ausgangsleistung des Stromrichters beschreibenden Messgröße (z.B. Q) und einem Sollwert für die Blindleistung die Amplitude des Sollstel-Ispannungszeigers zu bestimmen. Ferner ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um basierend auf einer Differenz einer eine Wirkleistung einer Ausgangsleistung des Stromrichters beschreibenden Messgröße und einem Sollwert für die Wirkleistung und basierend auf einer Differenz der Amplitude des Sollstellspannungszeigers und eines Sollwerts für eine Amplitude der Ausgangsspannung des Stromrichters den Winkel des Sollstellspannungszeigers zu bestimmen. Die Berücksichtigung der Differenz der Amplitude des Sollstellspannungszeigers und des Sollwerts für die Amplitude für die Bestimmung des Winkels des Sollstellspannungszeigers kann insbesondere im Fall eines resistiven Netzes eine gute dynamische Reaktion in der Regelung der Stellspannung erlauben.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Regelvorrichtung für einen Stromrichter, z.B. einen netzbildenden Stromrichter. Die Regelvorrichtung ist ausgebildet, um eine Stellspannung für den Stromrichter abhängig von einer Ausgangsspannung des Stromrichters zu bestimmen. Dazu ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um eine erste Koordinate eines Stellspannungszeigers, welcher die Stellspannung beschreibt, auf einen ersten Stellbereich um eine erste Koordinate eines auf der Ausgangsspannung basierenden Bezugsspannungszeigers zu begrenzen, und um eine zweite Koordinate des Stellspannungszeigers auf einen zweiten Stellbereich um eine zweite Koordinate des Bezugsspannungszeigers zu begrenzen. Die erste Koordinatenachse, auf welche die ersten Koordinaten bezogen sind, d.h. die erste Koordinate des Stellspannungszeigers und die erste Koordinate des Bezugsspannungszeigers, und eine zweite Koordinatenachse, auf welche die zweiten Koordinaten bezogen sind, sind orthogonal und geradlinig zueinander. Zum Beispiel sind die erste und zweite Koordinatenachse orthogonal aber nicht krummlinig orthogonal zueinander, d.h. orthogonal geradlinig. Zum Beispiel beziehen sich die erste und die zweite Koordinate auf zwei Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems.
Die Erfinder haben erkannt, dass die Verwendung eines kartesischen Koordinatensystems den Vorteil bietet, dass die Stellbereich sehr einfach, d.h. mit geringem Rechenaufwand, und gleichzeitig mit hoher Genauigkeit, d.h. so, dass ein durch einen maximalen Ausgansstrom bestimmter Bereich zugleich eingehalten und gut ausgenutzt werden kann, bestimmt werden können. Insbesondere werden die zuvor beschriebenen Verzerrungen vermieden, welche bei der Verwendung von Polarkoordinaten auftreten können. Zum Beispiel können rechteckige oder kreisförmige Stellbereiche für den Stellspannungszeiger damit besonders einfach bestimmt werden.
Wie im Hinblick auf die vorigen Ausführungsbeispiele beschrieben, wird, soweit nicht abweichend beschrieben, mit dem Stellspannungszeiger der begrenzte Stellspannungszeiger bezeichnet, dessen Koordinaten auf die jeweiligen Stellbereiche beschränkt sind. Auch gemäß diesen Ausführungsbeispielen kann die Regelvorrichtung einen Sollstellspannungszeiger erhalten den Stellspannungszeiger basierend auf dem Sollstellspannungszeiger bestimmen.
Zum Beispiel können sich diese Ausführungsbeispiele von den zuvor beschriebenen dahingehend unterscheiden, dass anstelle des Amplitudenstellbereichs und des Winkelstellbereichs für die Begrenzung der erste und zweit Stellbereich verwendet werden, welche in einem orthogonalen Koordinatensystem bestimmt sind. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen ist der Stellspannungszeiger also in einem rechtwinkligen Koordinatensystem beschrieben. Ferner können sich diese Ausführungsbeispiele von den zuvor beschriebenen optional dadurch unterscheiden, dass der erste und zweite Stellbereich nicht zwangsläufig situationsabhängig bestimmt sind, was gemäß Ausführungsbeispielen aber der Fall sein kann. Von diesen Unterschieden abgesehen, können die zuvor beschriebenen Ausführungsformen optional auch mit diesen weiteren Ausführungsbeispielen kombiniert werden, wobei beispielsweise die erste Koordinate an die Stelle der Amplitude, die zweite Koordinate an die Stelle des Winkels, der erste Stellbereich an die Stelle des Amplitudenstellbereichs und der zweite Stellbereich an die Stelle des Winkelstellbereichs treten. Die erste Koordinate kann also in Beispielen eine Längskomponente, oder vertikale Komponente, beschreiben, und die zweite Koordinate eine Querkomponente, oder horizontale Komponente. Insbesondere kann die Regelvorrichtung in diesem Sinne den erste Stellbereich und den zweiten Stellbereich wie beschrieben in Abhängigkeit voneinander bestimmen und/oder die beschriebene situationsabhängige Bestimmung implementiert werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um eine Abweichung der ersten Koordinate des Stellspannungszeigers von der ersten Koordinate des Bezugsspannungszeigers auf einen ersten Abweichungsgrenzwert zu begrenzen. Ferner ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um eine Abweichung der zweiten Koordinate des Stellspannungszeigers von der zweiten Koordinate des Bezugsspannungszeigers auf einen zweiten Abweichungsgrenzwert zu begrenzen. Der erste und der zweite Abweichungsgrenzwert können beispielsweise Grenzwerte für einen Betrag einer Abweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger darstellen. Zum Beispiel basieren der erste und zweite Abweichungsgrenzwert auf einer Innenimpedanz des Stromrichters und einer Grenzstromstärke für einen von dem Stromrichter bereitgestellten Ausgangsstrom (d.h. der eingespeiste Strom des Stromrichters). Beispielsweise kann basierend auf der Innenimpedanz und der Grenzstromstärke ein Spannungsabweichungsgrenzwert bestimmt sein, weleher einem Betrag einer maximalen Abweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger zugrunde liegen kann. Dies kann auch auf den ersten und zweiten Abweichungsgrenzwert gemäß den Implementierungen mit Polarkoordinaten zutreffen. In Kombination mit der Verwendung eines orthogonalen Koordinatensystems ermöglicht das eine einfache Implementierung. Insbesondere wird eine einfache Bestimmung der Abweichungsgrenzwerte und somit der zwei Stellbereiche in Abhängigkeit voneinander und/oder eine einfache situationsabhängige Bestimmung ermöglicht.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die erste Koordinatenachse parallel zum Bezugsspannungszeiger ist, und wobei die zweite Koordinatenachse orthogonal zum Bezugsspannungszeiger ist. Somit kann der erste Stellbereich eine Begrenzung der Längskomponente oder horizontalen Komponente des Stellspannungszeigers repräsentieren und der zweite Stellbereich eine Begrenzung der Querkomponente oder vertikalen Komponente des Stellspannungszeigers repräsentieren. Eine Abweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger in paralleler Richtung kann sich beispielsweise besonders zur Regelung der Blindleistung des Stromrichters eignen, und eine Abweichung des Stellspannungszeigers von dem Bezugsspannungszeiger in orthogonaler Richtung kann sich beispielsweise besonders zur Regelung der Wirkleistung eignen. Durch die Wahl dieses Koordinatensystems lassen sich die parallele und die orthogonale Komponente getrennt oder unabhängig voneinander betrachten, und eine Abhängigkeit zwischen den Koordinaten leicht implementieren.
Gemäß Ausführungsbeispielen beschreiben der erste Stellbereich und der zweiten Stellbereich einen Stellspannungszeiger-Stellbereich, welcher durch Parallelen zu der ersten Koordinatenachse und Parallelen zu der zweiten Koordinatenachse begrenzt ist.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um den ersten Stellbereich und den zweiten Stellbereich situationsabhängig einzustellen. Wie beschrieben lässt sich die im Hinblick auf die vorherigen Ausführungsformen beschriebene situationsabhängige Bestimmung der Stellbereiche auch im orthogonalen Koordinatensystem implementieren, mit den oben aufgezeigten Korrespondenzen und den entsprechenden Vorteilen.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um die erste Koordinate des Stellspannungszeigers ferner bezüglich einer Änderung gegenüber der ersten Koordinate des Bezugsspannungszeigers oder des Stellspannungszeigers eines früheren Takts zu begrenzen. Alternativ oder zusätzlich ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um die zweite Koordinate des Stellspannungszeigers ferner bezüglich einer Änderung gegenüber der zweiten Koordinate des Bezugsspannungszeigers oder des Stellspannungszeigers eines früheren Takts zu begrenzen. Diese Ausführungsform weist dieselben Vorteile wie zuvor in Bezug auf die Begrenzung der Änderung des Winkels beschrieben auf.
Gemäß Ausführungsbeispielen, welche unabhängig von der Wahl des Koordinatensystems implementiert sein können, weist der Stromrichter einen Zwischenkreis auf, und der Stromrichter ist ausgebildet, um basierend auf der Stellspannung und einer Zwischenkreisspannung des Zwischenkreises an einem Schaltungsknoten, der über eine Innenimpedanz des Stromrichters mit einem Anschlusspunkt des Stromrichters gekoppelt ist, eine durch die Stellspannung angezeigte Brückenspannung bereitzustellen. Die Regelvorrichtung ist ausgebildet, um für den Bezugsspannungszeiger einen Beitrag zumindest einer Spannungsschwingung im Zwischenkreis zu der Brückenspannung zu berücksichtigen. Alternativ oder zusätzlich ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um einen Potentialunterschied zwischen einem Bezugspotential der Brückenspannung und einem Bezugspotential der Ausgangsspannung zu berücksichtigen. Die Berücksichtigung eines oder beider dieser Terme ermöglicht eine genaue Begrenzung des Ausgangsstroms, wie im Hinblick auf die folgenden Ausführungsbeispiele beschrieben.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Regelvorrichtung. Die Regelvorrichtung ist ausgebildet, um eine Steuergröße für den Stromrichter zu bestimmen. Der Stromrichter weist einen Zwischenkreis auf und ist ausgebildet, um basierend auf der Steuergröße und einer Zwischenkreisspannung des Zwischenkreises an einem Schaltungsknoten, der über eine Innenimpedanz des Stromrichters mit einem Anschlusspunkt des Stromrichters gekoppelt ist, eine durch die Steuergröße angezeigte Brückenspannung bereitzustellen. Beispielsweise gibt die Steuergröße einen Tastgrad (engl. „Duty cycle“) für eine Pulsweitenmodulation (PWM) einer Halbbrücke, welche die Brückenspannung bereitstellt, an. Die Regelvorrichtung ist ausgebildet, um für die Steuergröße einen Beitrag zumindest einer Spannungsschwingung im Zwischenkreis zu der Brückenspannung zu berücksichtigen. Alternativ oder zusätzlich ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um einen Potentialunterschied zwischen einem Bezugspotential der Brückenspannung und einem Bezugspotential der Ausgangsspannung zu berücksichtigen. Beispielsweise ist das Bezugspotential der Ausgangsspannung ein Neutralleiter oder Masse oder Erde.
Die Erfinder haben erkannt, dass im Zwischenkreis Spannungsschwingungen auftreten können, welche sich in einem Beitrag zu der Brückenspannung zusätzlich zu einer beabsichtigten, und beispielsweise durch eine Stellspannung angezeigte, Größe der Brückenspannung äußern kann. Dieser Beitrag kann insbesondere für Schwingungen mit der Frequenz der Grundschwingung der Brückenspannung oder mit der Frequenz eines Vielfachen davon relevant sein. Wird dieser Beitrag bei der Bestimmung der Steuergröße berücksichtigt, beispielsweise indem die Steuergröße entsprechend korrigiert oder geändert wird, kann gewährleistet werden, dass die Brückenspannung die gewünschte Größe hat. Somit kann die Genauigkeit der Strombegrenzung erhöht werden.
Ferner haben die Erfinder erkannt, dass sich das Bezugspotential der Brückenspannung von dem Bezugspotential der Ausgangsspannung unterscheiden kann. Da die Steuergröße basierend auf der Ausgangsspannung bestimmt sein kann, beispielsweise von der Regelvorrichtung, kann dieser Potentialunterschied dazu führen, dass sich eine eingestellte Brückenspannung um diesen Potentialunterschied von einer mit einer Stromrichterregelung vorgesehenen Spannung unterscheiden kann. Beispielsweise kann eine Stromrichterregelung zur Regelung des Stromrichters ein bestimmtes Verhältnis (z.B. in Amplitude und Phasenwinkel) der Brückenspannung zur Ausgangsspannung vorsehen und die Steuergröße so bestimmt werden, dass die Brückenspannung entsprechend eingestellt wird. Die Potentialdifferent kann dazu führen, dass das resultierende Verhältnis zwischen der Brückenspannung und der Ausgangsspannung nicht dem vorgesehenen entspricht. Ein solcher Fehler kann erfindungsgemäß dadurch vermieden werden, dass die Potentialdifferenz für die Steuergröße berücksichtigt wird. Auch hierdurch kann die Genauigkeit der Strombegrenzung erhöht werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Spannungsschwingung eine Spannungsschwingung zwischen einer Zwischenkreisspannungszuführung und einem Bezugspotential des Zwischenkreises ist, oder alternativ eine Spannungsschwingung zwischen einer Zwischenkreisspannungszuführung und einer weiteren Zwischenkreisspannungszuführung. Das Bezugspotential des Zwischenkreises kann z.B. ein Mittelwert der Potentiale zweier oder mehrerer Zwischenkreisspannungszuführungen sein. Beispielsweise beinhaltet der Zwischenkreis eine oder mehrere in Serie zwischen die Zwischenkreiszuführungen geschaltete Kapazitäten. Somit kann eine Spannungsschwingung zwischeneiner der Zwischenkreisspannungszuführung und dem Bezugspotential auftreten, auch wenn die Zwischenkreisspannung (beispielsweise eine Spannung zwischen den Zwischenkreiszuführungen) konstant ist. Bei Beispielen kann das Bezugspotential des Zwischenkreises dem Bezugspotential der Brückenspannung entsprechen. Bei weiteren Beispielen kann das Bezugspotential der Brückenspannung gegenüber dem Zwischenkreis aktiv geregelt werden, z.B. durch eine dafür vorgesehene Halbbrücke.
Gemäß Ausführungsbeispielen beträgt eine Frequenz der Spannungsschwingung, d.h. der berücksichtigten Spannungsschwingung, das Ein- oder Mehrfache einer Grundschwingung der Brückenspannung (oder der Ausgangsspannung). Die Erfinder haben erkannt, dass eine Spannungsschwingung mit einer solchen Frequenz einen relevanten Beitrag zur Brückenspannung verursachen kann. Bei Beispielen kann die Regelvorrichtung die Beiträge mehrerer Spannungsschwingungen berücksichtigen, deren Frequenzen jeweils eine des Einfachen oder der Mehrfachen der Grundschwingung betragen.
Gemäß Ausführungsbeispielen hängt das Bezugspotential der Brückenspannung von dem Potential zumindest einer Zwischenkreisspannungszuführung ab. Zum Beispiel kann das Potential der Zwischenkreisspannungszuführungen floatend (engl. „floating“ bzw. potentialfrei) gegenüber dem Bezugspotential der Ausgangsspannung sein kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Bezugspotential der Brückenspannung von einem Mittelwert der Potentiale, zwischen welchen die Zwischenkreisspannung anliegt, bestimmt.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist der Stromrichter ein mehrphasiger Stromrichter, und der Stromrichter ist ausgebildet, um für jede einer Mehrzahl von Phasen des Stromrichters an einem jeweiligen Schaltungsknoten, der über eine jeweilige Innenimpedanz des Stromrichters mit einem jeweiligen Anschlusspunkt des Stromrichters gekoppelt ist, jeweils eine Brückenspannung bereitzustellen. Beispielsweise kann die Regelvorrichtung gemäß diesen Ausführungsbeispielen jeweils eine Steuergröße für jede der Phasen bestimmen, z.B. zur Regelung einer jeweiligen Halbbrücke, welche die jeweilige Brückenspannung bereitstellt. Dabei kann die Regelvorrichtung den Beitrag der Spannungsschwingung für jede der Steuergrößen berücksichtigen. Ferner kann die Regelvorrichtung für jede der Phasen den Beitrag der Potentialdifferenz zwischen dem Bezugspotential des Zwischenkreises und dem Bezugspotential der Brückenspannungen berücksichtigen. Die Erfinder haben erkannt, dass die Spannungsschwingungen insbesondere im Fall unsymmetrischer geregelter Brückenspannungen einen relevanten Beitrag erzeugen können.
Gemäß Ausführungsbeispielen basiert das Bezugspotential der Brückenspannung auf einer Summe der Brückenspannungen für die Mehrzahl von Phasen. Zum Beispiel ist das Bezugspotential die Summe der Brückenspannungen oder der Mittelwert der Brückenspannungen. Alternativ kann das Bezugspotential der Brückenspannung auch die Summe jeweiliger Stellspannungen für die Brückenspannungen sein.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um eine Stellspannung für den Stromrichter abhängig von einer Ausgangsspannung des Stromrichters zu bestimmen, und um die Steuergröße basierend auf der Stellspannung zu bestimmen. Beispielsweise kann die Stellspannung der Stellspannung wie im Hinblick auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschrieben entsprechen. Zum Beispiel zeigt die Stellspannung die einzustellende Brückenspannung an. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um den Beitrag der Spannungsschwingung und/oder den Potentialunterschied für die Bestimmung der Stellspannung zu berücksichtigen. Zum Beispiel kann die Regelvorrichtung einer der vorangehend beschriebenen Regelvorrichtungen entsprechen, und die Spannungsschwingung und/oder der Potentialunterschied können in der Bestimmung des Bezugsspannungszeigers berücksichtigt werden und somit in der Begrenzung des Stellspannungszeigers berücksichtigt werden, so dass der Stellspannungszeiger besonders genau begrenzt werden kann. Alternativ kann die Regelvorrichtung die die Steuergröße basierend auf der Stellspannung und zusätzlich basierend auf dem Beitrag der Spannungsschwingung, und/oder dem Potentialunterschied bestimmen. Letzte Alternative bietet den Vorteil, dass die Beiträge auch in der Regelung berücksichtigt sind.
Gemäß Ausführungsbeispielen entspricht die Regelvorrichtung einer der vorangehend beschriebenen Regelvorrichtungen welche ausgebildet sind, um den Stellspannungszeiger zu begrenzen.
Die folgenden vorteilhaften Ausführungsbeispiele beziehen sich auf alle der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele der Regelvorrichtungen.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet um basierend auf einem Vergleich einer oder mehrerer eine Ausgangsleistung des Stromrichters beschreibenden Größen (z.B. ein oder mehrere Messgrößen, z.B. aus Ausgangsspannung, Ausgangsstrom, Blindleistung, Wirkleistung und ein oder mehrere Stellgrößen, z.B. Frequenz, Amplitude) mit ein oder mehreren Sollwerten, oder Nominalwerten, für die Größen eine Sollstellspannung zu bestimmen, und um die Sollstellspannung der Begrenzung zuzuführen, um die Stellspannung zu bestimmen. D.h. die Koordinaten (z.B. Amplitude / Winkel oder erste/ zweite Koordinate) des Sollstellspannungszeigers werden einer Begrenzungsfunktion zugeführt, um die Koordinaten des Stellspannungszeigers zu bestimmen, so dass die Koordinaten des Stellspannungszeigers entsprechend der Begrenzungsfunktion begrenzt sind. Beispielsweise kann die Regelvorrichtung eine Regelung, hierin auch Stromrichterregelung genannt, zum Beispiel eine netzbildende Regelung, aufweisen und die Bestimmung der Sollstellspannung entsprechend der Regelung der Regelvorrichtung erfolgen, beispielsweise entsprechend einer netzbildenden Regelung. In anderen Worten, die Sollstellspannung kann einer unbegrenzten Stellspannung entsprechen, die entsprechend einer Regelung des Stromrichters bestimmt ist. Somit kann innerhalb des Amplitudenstellbereichs und des Winkelstellbereichs die Amplitude und der Winkel der Stellspannung entsprechend der Regelung der Regelvorrichtung geregelt sein, wodurch innerhalb des Amplitudenstellbereichs und des Winkelstellbereichs die Eigenschaften der Regelung ausgenutzt werden können, beispielsweise netzbildende Eigenschaften einer netzbildenden Regelung
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um eine erste Koordinate eines Sollstellspannungszeigers der Sollstellspannung auf einen ersten Stellbereich zu begrenzen und eine zweite Koordinate des Sollstellspannungszeigers auf einen zweiten Stellbereich zu begrenzen, um den Stellspannungszeiger zu bestimmen. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um die erste Koordinate (42') (z.B. die Amplitude oder die Erste zweier zueinander orthogonaler Koordinaten) und die zweite Koordinate (z.B. der Winkel oder die Zweite zweier zueinander orthogonaler Koordinaten) des Sollstellspannungszeigers unter Verwendung jeweiliger Integratoren zu bestimmen. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um im Fall eines Abweichens einer ersten Koordinate des Stellspannungszeigers von der ersten Koordinate des Sollstellspannungszeigers eine Integratoreingangsgröße des für die Bestimmung der ersten Koordinate des Sollstellspannungszeigers verwendeten Integrators auf null zu führen, oder den für die Bestimmung der ersten Koordinate des Sollstellspannungszeigers verwendeten Integrator neu zu initialisieren. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ferner ausgebildet, um im Fall eines Abweichens einer zweiten Koordinate des Stellspannungszeigers von der zweiten Koordinate des Sollsteltspannungszeigers eine Integratoreingangsgröße des für die Bestimmung der zweiten Koordinate des Sollstellspannungszeigers verwendeten Integrators auf null zu führen, oder den für die Bestimmung der zweiten Koordinate des Sollstellspannungszeigers verwendeten Integrator neu zu initialisieren. Dadurch kann verhindert werden, dass die Amplitude bzw. der Winkel und die Rotationsgeschwindigkeit des Sollstellspannungszeigers aufgrund einer Begrenzung des Stellspannungszeigers abdriften.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist der Stromrichter ein mehrphasiger Stromrichter. Dabei beschreibt der Bezugsspannungszeiger eine Mehrzahl von Ausgangsspannungen, die jeweils einer Phase einer Mehrzahl von Phasen des Stromrichters zugeordnet sind. Zum Beispiel ist der Bezugsspannungszeiger ein Raumzeiger welcher die Mehrzahl von Ausgangsspannungen beschreibt. Der Stromrichter ist gemäß diesen Ausführungsbeispielen ausgebildet, um für jede der Phasen eine durch die Stellspannung angezeigte Spannung bereitzustellen. Die Stellspannung kann also ein Regeln mehrerer Phasen erlauben. Eine solche Regelung kann insbesondere für symmetrische Netze vorteilhaft sein, da sie einen geringen Implementierungsaufwand erfordern kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist der Stromrichter ein mehrphasiger Stromrichter und die Regelvorrichtung ist ausgebildet, um für jede einer Mehrzahl von Phasen des Stromrichters jeweils eine Stellspannung abhängig von einer Ausgangsspannung der jeweiligen Phase zu bestimmen. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um für jede der Phasen jeweils einen die jeweilige Stellspannung beschreibenden Stellspannungszeiger zu bestimmen und die jeweiligen Stellspannungszeigers für jede der Phasen separat auf einen Stellbereich zu begrenzen. Beispielsweise kann die Regelvorrichtung für jede der Phasen einen jeweiligen Stellbereich basierend auf der Ausgangsspannung der jeweiligen Phase bestimmen, z.B. einen jeweiligen Stellbereich um den jeweiligen Bezugsspannungszeiger. Dabei können die jeweiligen Stellbereiche beispielsweise basierend auf jeweiligen Abweichungsgrenzwerten bestimmt werden oder auf gemeinsamen Abweichungsgrenzwerten für alle Phasen. Die Stellspannungszeiger separat zu begrenzen ist insbesondere vorteilhaft, um die Begrenzung im Fall eines unsymmetrischen Ereignisses im Netz auf die jeweilige Phase angepasst auszuführen.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist der Stromrichter ein dreiphasiger Stromrichter ist. Dabei ist der Stromrichter ausgebildet ist, um abhängig von der Stellspannung jeweils eine Spannung für eine erste, eine zweite und eine dritte Phase des dreiphasigen Stromrichters bereitzustellen. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um einen Mitsystem-Bezugsspannungszeiger, einen Gegensystem-Bezugsspannungszeiger und einen Nullsystem-Bezugsspannungszeiger, welche gemeinsam jeweilige Ausgangsspannungen der ersten, zweiten und dritten Phase beschreiben, zu erhalten. Dabei ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um einen Mitsystem-Stellspannungszeigers (32p), welcher ein Mitsystem der Stellspannung beschreibt, auf einen Stellbereich um den Mitsystem-Bezugsspannungszeigers zu begrenzen. Ferner ist Regelvorrichtung die bei diesen Ausführungsbeispielen ausgebildet, um einen Gegensystem-Stellspannungszeigers (32n), welcher ein Gegensystem der Stellspannung beschreibt, auf einen Stellbereich um den Gegensystem-Bezugsspannungszeigers zu begrenzen. Ferner ist Regelvorrichtung die bei diesen Ausführungsbeispielen ausgebildet, um einen Nullsystem-Stellspannungszeigers, welcher ein Nullsystem der Stellspannung beschreibt, auf einen Stellbereich um den Nullsystem-Bezugsspannungszeigers zu begrenzen. Eine separate Begrenzung der Stellspannung im Mitsystem, Gegensystem und Nullsystem dient dazu die einzelnen Phasenströme auch im Falle eines unsymmetrischen Ereignisses im Netz zu begrenzen. Durch eine Regelung des Stromrichters in Mitsystem, Gegensystem und Nullsystem kann der Stromrichter seinen Symmetrierungsbeitrag einstellen.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist der Stromrichter ausgebildet, um an einem Schaltungsknoten, der über eine Innenimpedanz des Stromrichters mit einem Anschlusspunkt des Stromrichters gekoppelt ist, eine durch die Stellspannung angezeigte Brückenspannung bereitzustellen. Beispielsweise kann der Stromrichter ausgebildet sein, um an dem Anschlusspunkt an ein Netz angekoppelt zu werden.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Stromrichteranordnung, welche die Regelvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele und den Stromrichter aufweist, wobei der Stromrichter den Schaltungsknoten aufweist. Der Stromrichter ist dabei ausgebildet, um an dem Schaltungsknoten eine von der Stellspannung angezeigte Spannung bereitzustellen. Der Schaltungsknoten ist ferner über eine Innenimpedanz des Stromrichters mit einem Energienetz koppelbar.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Regeln eines Stromrichters. Das Verfahren beinhaltet ein Bestimmen einer Stellspannung für den Stromrichter abhängig von einer Ausgangsspannung des Stromrichters, wobei das Bestimmen der Stellspannung folgende Schritte beinhaltet: Einen Schritt eines Begrenzens einer Amplitude eines Stellspannungszeigers, welcher die Stellspannung beschreibt, auf einen Amplitudenstellbereich um eine Amplitude eines auf der Ausgangsspannung basierenden Bezugsspannungszeigers. Einen Schritt eines Begrenzens eines Winkels des Stellspannungszeigers auf einen Winkelstellbereich um einen Winkel des Bezugsspannungszeigers. Ferner beinhaltet das Verfahren ein situationsabhängiges Einzustellen des Amplitudenstellbereichs und des Winkelstellbereichs.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Regeln eines Stromrichters. Das Verfahren beinhaltet ein Bestimmen einer Stellspannung für den Stromrichter abhängig von einer Ausgangsspannung des Stromrichters zu bestimmen, wobei das Bestimmen der Stellspannung folgende Schritte beinhaltet: Einen Schritt eines Begrenzens einer ersten Koordinate eines Stellspannungszeigers, welcher die Stellspannung beschreibt, auf einen ersten Stellbereich um eine erste Koordinate eines auf der Ausgangsspannung basierenden Bezugsspannungszeigers. Einen Schritt eines Begrenzens einer zweite Koordinate des Stellspannungszeigers auf einen zweiten Stellbereich um eine zweite Koordinate des Bezugsspannungszeigers. Dabei sind eine erste Koordinatenachse, auf welche die ersten Koordinaten bezogen sind, und eine zweite Koordinatenachse, auf welche die zweiten Koordinaten bezogen sind, orthogonal zueinander.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Regeln eines Stromrichters. Das Verfahren beinhaltet einen Schritt eines Bestimmens einer Steuergröße für den Stromrichter. Das Verfahren beinhaltet ferner einen Schritt eines Bereitstellens einer durch die Steuergröße angezeigten Brückenspannung an einem Schaltungsknoten, der über eine Innenimpedanz des Stromrichters mit einem Anschlusspunkt des Stromrichters gekoppelt ist. Das Bereitstellen der Brückenspannung erfolgt basierend auf der Steuergröße und einer Zwischenkreisspannung eines Zwischenkreises des Stromrichters. Das Verfahren beinhaltet ferner, für die Bestimmung der Steuergröße, einen Beitrag zumindest einer Spannungsschwingung im Zwischenkreis zu der Brückenspannung zu berücksichtigen, und/oder einen Potentialunterschied zwischen einem Bezugspotential der Brückenspannung und einem Bezugspotential der Ausgangsspannung zu berücksichtigen.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung eines der beschriebenen Verfahren wenn das Programm auf einem Computer oder Signalprozessor abläuft.
Figurenliste
Beispiele der Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Regelvorrichtung,
2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Regelvorrichtung mit situationsabhängiger Stellbereichsbestimmung,
3 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Regelvorrichtung mit Abweichungsgrenzwert-Bestimmung,
4A zeigt ein Ersatzschaltbild eines Stromrichters gemäß einem Ausführungsbeispiel,
4B veranschaulicht Beispiele von Stellbereichen,
5 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Stellbereichsbestimmung,
6 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Begrenzung der Winkelgeschwindigkeit,
7 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Stromrichterregelung,
8 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Regelvorrichtung,
9 zeigt ein Schaltbild eines Stromrichters gemäß einem Ausführungsbeispiel,
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer phasenseparaten Stellbereichsbestimmung für einen mehrphasigen Stromrichter,
11 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Regelvorrichtung für einen mehrphasigen Stromrichter,
12 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Stellbereichsbestimmung für symmetrische Netze,
13 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Regelvorrichtung in Mit-, Gegen- und Nullsystem,
14 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer separaten Stellbereichsbestimmung für das Mit-, Gegen- und Nullsystem,
15 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Regelvorrichtung mit Stellbereichsbestimmung in einem orthogonalen Koordinatensystem,
16 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Stellbereichsbestimmung in einem orthogonalen Koordinatensystem,
17 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Regelvorrichtung,
18 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Regelvorrichtung,
19 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Beispiels eines Stromrichters,
20 zeigt ein Ersatzschaltbild eines weiteren Beispiels eines Stromrichters,
21 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Regeln eines netzgekoppelten Stromrichters,
22 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Regeln eines netzgekoppelten Stromrichters,
23 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Regeln eines netzgekoppelten Stromrichters.

Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden werden Beispiele der vorliegenden Offenbarung detailliert und unter Verwendung der beigefügten Beschreibungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden viele Details beschrieben, um eine gründlichere Erklärung von Beispielen der Offenbarung zu liefern. Es ist jedoch für Fachleute offensichtlich, dass andere Beispiele ohne diese spezifischen Details implementiert werden können. Merkmale der unterschiedlichen beschriebenen Beispiele können miteinander kombiniert werden, es sei denn, Merkmale einer entsprechenden Kombination schließen sich gegenseitig aus oder eine solche Kombination ist ausdrücklich ausgeschlossen.
Es sei darauf hingewiesen, dass gleiche oder ähnliche Elemente oder Elemente, die die gleiche Funktionalität aufweisen, mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sein können oder gleich bezeichnet werden, wobei eine wiederholte Beschreibung von Elementen, die mit dem gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind oder gleich bezeichnet werden, typischerweise weggelassen wird. Beschreibungen von Elementen, die gleiche oder ähnliche Bezugszeichen aufweisen oder gleich bezeichnet werden, sind gegeneinander austauschbar.
Die folgende Beschreibung beginnt mit der Beschreibung einer Regelvorrichtung in Zusammenhang mit einem Stromrichter, wie sie Ausführungsbeispielen der Erfindung entsprechen kann. Die im Hinblick auf 1 beschriebene Regelvorrichtung stellt einen Rahmen dar, in welchem Ausführungsbeispiele der Erfindung optional implementiert werden können. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass andere Ausführungsbeispiele anders als in dem in 1 gezeigten Rahmen implementiert sein können.
Es sei darauf hingewiesen, dass optionale Elemente und Signale in gestrichelten Linien dargestellt sind, ebenso optionale Gruppierungen von Elementen.
1 illustriert eine Regelvorrichtung 10 für einen Stromrichter 80. Die Regelvorrichtung 10 ist ausgebildet, um eine Stellspannung 32 für den Stromrichter 80 zu bestimmen. Der Stromrichter 80 kann an einem Anschlusspunkt 82 an ein Energienetz 8 angekoppelt sein. Die Regelvorrichtung 10 kann eine Stellgrößenregelung 20 beinhalten, welche basierend auf ein oder mehreren Messgrößen 84 eine Sollstellspannung 32' bestimmt. Die Messgrö-ßen 84 beschreiben beispielsweise eine Ausgangsspannung und/oder einen Ausgangsstrom des Stromrichters 80, beispielsweise am Anschlusspunkt 82. Die Stromrichterregelung 20 ist beispielsweise eine netzbildende Regelung. Alternativ kann die Stromrichterregelung 20 separat von der Regelvorrichtung 10 implementiert sein und die Sollstellspannung 32' für diese bereitstellen. Die Sollstellspannung 32' kann beispielsweise eine Information über eine von dem Stromrichter 80 einzustellende Spannung repräsentieren.
Die Regelvorrichtung 10 beinhaltet optional ein Begrenzungsmodul 30, welches die Sollstellspannung erhält und eine Stellspannung 32 bestimmt, welche auf einen Stellbereich um einen Bezugsspannungszeiger 60 begrenzt ist. In diesem Fall wird also die Stellspannung 32, oder eine davon abgeleitete Information, z.B. eine Stellgröße, an den Stromrichter weitergegeben. Der Bezugsspannungszeiger 60 beschreibt die Ausgangsspannung des Stromrichters. Der Bezugsspannungszeiger 60 kann von einem Bezugsspannungszeigerbestimmungsmodul 78 basierend auf einer oder mehrerer der Messgrößen 84 bestimmt werden. Beispielsweise kann der Bezugsspannungszeiger 60 basierend auf einem zeitlichen Verlauf eine die Ausgangsspannung beschreibende Messgröße bestimmt werden. Bei Beispielen ist der Bezugsspannungszeiger unabhängig von dem Ausgangsstrom des Stromrichters bestimmt.
Die Sollstellspannung und die Stellspannung können anhand von Spannungszeigern repräsentiert werden, welche in mehreren, z.B. zwei, Koordinaten beschrieben sind. Die Koordinaten können sich z.B. auf ein Polarkoordinatensystem beziehen, in welchem ein Spannungszeiger in Amplitude und Winkel (Phasenwinkel) beschrieben sein kann. Alternativ kann ein Spannungszeiger in einem kartesischen oder orthogonalen Koordinatensystem beschrieben sein, in welchem die Koordinaten beispielsweise Real- und Imaginärteil des Spannungszeigers ausdrücken können. Der Sollstellspannungszeiger 32' und der Stellspannungszeiger 32 können unabhängig voneinander in einem dieser Koordinatensysteme beschrieben sein, d.h. es kann optional vor und/oder nach der Begrenzung 30 eine Umrechnung durchgeführt werden. Der Sollstellspannungszeiger 32' und der Stellspannungszeiger 32 können aber auch im gleichen Koordinatensystem vorliegen.
Die Regelvorrichtung 10 kann separat von dem Stromrichter 80 implementiert sein und die Stellspannung 32 für den Stromrichter 80 zur Verfügung stellen. Alternativ kann die Regelvorrichtung 10 auch Teil des Stromrichters 80 sein, ganz oder teilweise. Zum Beispiel kann die Regelvorrichtung ein Computer oder Signalprozessor sein oder ein oder mehrere davon umfassen, und die beschriebenen Module der Regelvorrichtung können Teil einer darauf ausgeführten Software sein.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen eine Stromrichteranordnung 2, welche die Regelvorrichtung 10 und den Stromrichter 80 aufweist. Die Regelvorrichtung 10 kann die Stellspannung 32 beispielsweise in Form einer Information oder eines Signals für den Stromrichter bereitstellen.
2 veranschaulicht eine Regelvorrichtung 110 für den Stromrichter 80 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Regelvorrichtung 110 kann optional der Regelvorrichtung 10 entsprechen und optional die im Hinblick auf 1 beschriebenen Merkmale aufweisen. Die Regelvorrichtung 110 ist ausgebildet, um eine Stellspannung 32 für den Stromrichter abhängig von der Ausgangsspannung des Stromrichters 80 zu bestimmen. Die Regelvorrichtung 110 weist ein Amplitudenbegrenzungsmodul 41 auf, welches ausgebildet ist, um eine Amplitude 42 eines Stellspannungszeigers, welcher die Stellspannung 32 beschreibt, auf einen Amplitudenstellbereich 44 um eine Amplitude 62 eines Bezugsspannungszeigers 60, welcher die Ausgangsspannung beschreibt, zu begrenzen. Beispielsweise repräsentiert der Bezugsspannungszeiger 60 eine Information über die Ausgangsspannung. Die Regelvorrichtung 110 weist ein Amplitudenstellbereichs-Bestimmungsmodul43 auf, welches ausgebildet ist, um den Amplitudenstellbereich 44 zu bestimmen. Die Regelvorrichtung 110 beinhaltet ferner ein Winkelbegrenzungsmodul 51, welches ausgebildet ist, um einen Winkel 52 des Stellspannungszeigers 32 auf einen Winkelstellbereich 54 um einen Winkel 64 des Bezugsspannungszeigers 60 zu begrenzen. Die Regelvorrichtung 110 weist ein Winkelstellbereichs-Bestimmungsmodul 53 auf, welches ausgebildet ist, um den Winkelstellbereich 54 zu bestimmen. Die Regelvorrichtung 110 ausgebildet, um den Amplitudenstellbereich 44 und den Winkelstellbereich 54 situationsabhängig zu bestimmen.
Das Amplitudenbegrenzungsmodul 41 erhält als Eingangsgröße eine Amplitude 42' eines unbegrenzten Stellspannungszeigers 32', welcher auch als Sollstellspannungszeiger 32' bezeichnet wird. Das Amplitudenbegrenzungsmodul 41 kann beispielsweise die Amplitude 42' als die Amplitude 42 bereitstellen, wenn die Amplitude 42' innerhalb des Amplitudenstellbereichs 44 liegt, und andernfalls die Amplitude 42' auf den Amplitudenstellbereich 44 beschränken, um die Amplitude 42 zu erhalten. Äquivalent dazu kann das Winkelbegrenzungsmodul 51 einen Winkel 52' des Sollstellspannungszeigers 32' erhalten. Beispielsweise kann das Winkelbegrenzungsmodul 51 den Winkel 52' als den Winkel 52 bereitstellen, wenn der Winkel 52' innerhalb des Winkelstellbereichs 54 liegt, und andernfalls den Winkel 52' auf den Winkelstellbereich 54 begrenzen, um den Winkel 52 zu erhalten.
Ein von dem Stromrichter 80 in das Netz 8 gespeister Ausgangsstrom (beispielsweise ein Strom am Anschlusspunkt 82) kann von einer Abweichung zwischen dem Stellspannungszeiger und dem Bezugsspannungszeiger abhängen oder von dieser bestimmt sein. Durch die Begrenzung des Stellspannungszeigers 32 kann also gewährleistet werden, dass der Stellspannungszeiger innerhalb des Amplitudenstellbereichs 44 und des Winkelstellbereichs 54 von dem Bezugsspannungszeiger 60 abweichen kann und trotzdem eine Grenzstromstärke für den Ausgangsstrom eingehalten wird.
Eine Situation, abhängig von welcher der Amplitudenstellbereich 44 und der W Winkelstellbereich 54 bestimmt werden, kann sich beispielsweise aus dem Betriebszustand des Stromrichters 80 ergeben, oder aus der Ausgangsspannung und/oder dem Ausgangsstrom des Stromrichters 80, beispielsweise aus einem zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung und/oder des Ausgangsstroms an dem Anschlusspunkt 82. Beispielsweise kann im Fall eines Spannungseinbruchs oder eines Frequenzereignisses oder eines anderen Störfalls die Bestimmung des Amplitudenstellbereichs 44 und den Winkelstellbereichs 54 anders erfolgen als in einer Normalsituation, in welcher kein Störfall vorliegt.
Beispielsweise kann situationsabhängig eine Auswahl einer priorisierten Koordinate bzw. Komponente aus der Amplitude und dem Winkel des Stellspannungszeigers 32 getroffen werden. Beispielsweise wird in einer ersten Betriebssituation einer oder mehrerer Betriebssituationen des Stromrichters der Winkelstellbereich 54 auf einen vorbestimmten Bereich eingestellt. Der Amplitudenstellbereich 44 kann in diesem Fall in Abhängigkeit der tatsächlichen Winkelabweichung des Stellspannungszeigers 32 von dem Bezugsspannungszeiger 60 bestimmt werden. Dabei kann der begrenzte Winkel des Stellspannungszeigers des aktuellen Takts betrachtet werden, oder, um eine algebraische Schleife zu vermeiden, der Winkel eines früheren Takts.
Beispielsweise kann in einer zweiten Betriebssituation des Stromrichters, beispielsweise während eines Störfalls, der Amplitudenstellbereich 44 auf einen vorbestimmten Bereich eingestellt werden. Der Winkelstellbereich 54 kann in diesem Fall Abhängigkeit der tatsächlichen Amplitudenabweichung des Spannungszeigers 32 von dem Bezugsspannungszeiger 60 bestimmt werden. Dabei kann die begrenzte Amplitude des Stellspannungszeigers des aktuellen Takts betrachtet werden, oder, um eine algebraische Schleife zu vermeiden, die Amplitude eines früheren Takts.
Bei weiteren Beispielen können der Amplitudenstellbereich 44 und der Winkelstellbereich 54 abhängig voneinander bestimmt sein, d.h. in korrelierter Weise, z.B. so, dass eine Abweichung des Stellspannungszeigers 32 von dem Bezugsspannungszeiger 60 eine maximale Abweichung nicht übersteigt, z.B. auch dann nicht, wenn der Stellspannungszeiger 32 an den Grenzen beider Stellbereiche liegt. In diesem Fall kann situationsabhängig die Größe der zwei Stellbereiche eingestellt werden, beispielsweise kann situationsabhängig ein Verhältnis der Größen der zwei Bereiche eingestellt werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung 110 ausgebildet, um die Amplitude 62 und den Winkel 64 des Bezugsspannungszeigers basierend auf einer die Ausgangsspannung beschreibende Messgröße, beispielsweise U₀, welche Teil der Messgrößen 84 sein kann, zu bestimmen. Die Regelvorrichtung 110 kann dazu ein Bezugsspannungszeigerbestimmungsmodul 78 aufweisen.
Die Amplitude 42' und der Winkel 52' des unbegrenzten Stellspannungszeigers können von einer Stellgrößenregelung 20 bestimmt sein. Die Stellgrößenregelung 20 kann, wie in 1 exemplarisch dargestellt, Teil der Regelvorrichtung 110 sein. Alternativ kann die Stellgrö-ßenregelung 20 separat von der Regelvorrichtung 110 implementiert sein, und die Regelvorrichtung 110 den unbegrenzten Stellspannungszeiger von der Stellgrößenregelung 20 erhalten. Die ein oder mehreren Messgrößen 84 können eine Spannung U₀ und einen Strom I₀ am Anschlusspunkt 82 beschreiben. Die Stellgrößenregelung 20 kann basierend auf den ein oder mehreren Messgrößen 84 die Amplitude 42' und den Winkel 52' des Sollstellspannungszeigers bestimmen. Dazu kann die Stellgrößenregelung 20 ein oder mehrere Messgrößen mit ihnen jeweils zugeordneten Sollwerten vergleichen und den Sollstellspannungszeiger basierend auf dem Vergleich bestimmen. Beispielsweise kann die Stellgrößenregelung 20 basierend auf den Messgrößen 84 ein oder mehrere einer Ausgangsleistung des Stromrichters beschreibende Messgrößen bestimmen. Die Ausgangsleistung des Stromrichters kann beispielsweise eine an dem Anschlusspunkt 82 von dem Stromrichter 80 in das Netz 8 eingespeiste Leistung sein. Die Stellgrößenregelung 20 kann basierend auf einem an dem Anschlusspunkt 82 gemessenen Strom und einer an dem Anschlusspunkt 82 gemessenen Spannung eine Wirkleistung P und eine Blindleistung Q bestimmen.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Stellgrößenregelung ausgebildet, um basierend auf einem Vergleich einer oder mehrerer einer Ausgangsleistung des Stromrichters beschreibenden Messgrößen, z. B. P, Q, mit ein oder mehreren Sollwerten, oder Nominalwerten, für die Messgrößen eine Sollstellspannung zu bestimmen, welche beispielsweise von dem Sollstellspannungszeiger mit Amplitude 42' und Winkel 52' beschrieben wird. Die Amplitude 42' und der Winkel 52' sind Eingangsgrößen für das Amplitudenbegrenzungsmodul 41 und das Winkelbegrenzungsmodul 51, welche darauf basierend die Amplitude 42 und den Winkel 52 bestimmen.
3 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Regelvorrichtung 110. Gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 3 weist die Regelvorrichtung 110 ein erstes Abweichungsgrenzwertbestimmungsmodul 45 auf, welches ausgebildet ist, um den einen ersten Abweichungsgrenzwert 46 zu bestimmen und für das Amplitudenstellbereichs-Bestimmungsmodul 43 bereitzustellen. Die Regelvorrichtung 110 nach 3 beinhaltet ferner ein zweites Abweichungsgrenzwert-Bestimmungsmodul 55, welches ausgebildet ist, um einen zweiten Abweichungsgrenzwert 56 zu bestimmen und dem Winkelstellbereichs-Bestimmungsmodul 53 bereitzustellen.
Der erste und der zweite Abweichungsgrenzwert können jeweilige Werte für eine maximale Abweichung in einer ersten und einer zweiten Richtung von dem Bezugsspannungszeiger 60 angeben, wie nachfolgend in Bezug auf 4B ausführlicher beschrieben.
Bei Beispielen, in welchen der erste Abweichungsgrenzwert 46 und der zweite Abweichungsgrenzwert 56 separat voneinander bestimmt sind wie es z. B. im Fall der rechteckigen Bereiche aus 4B der Fall sein kann, können der erste Abweichungsgrenzwert 46 und der zweite Abweichungsgrenzwert 56 situationsabhängig angepasst werden, so dass eine Gewichtung zwischen dem ersten und zweiten Abweichungsgrenzwert 56 situationsabhängig eingestellt wird.
4A zeigt ein Ersatzschaltbild eines Beispiels des Stromrichters 80. Das Ersatzschaltbild veranschaulicht den Stromrichter 80 als äquivalenten Zweipol. Gemäß 4A ist der Stromrichter 80 ausgebildet, um an einem Schaltungsknoten 80, der über eine Innenimpedanz 86 des Stromrichters 80 mit dem Anschlusspunkt 82 des Stromrichters 80 gekoppelt ist, eine durch die Stellspannung 32 angezeigte Brückenspannung Ui bereitzustellen.
Beispielsweise kann die Innenimpedanz 86 eine Filterimpedanz oder ein Teil einer Filterimpedanz, beispielsweise eines Sinusfilters, sein. Der Stromrichter 80 stellt die Brückenspannung Ui an dem Schaltungsknoten 88 basierend auf der von der Regelvorrichtung 10, 110 bereitgestellten Stellspannung 32 bereit. Wie in 4A angedeutet, kann die an den Anschlusspunkt 82 anliegende Ausgangsspannung von dem Bezugsspannungszeiger 60 beschrieben werden. Es ist anzumerken, dass der Anschlusspunkt 82 einen Punkt beschreibt, an welchem die Ausgangsspannung gemessen wird. Der Anschlusspunkt 82 kann verschieden gewählt werden, solange die Innenimpedanz 86 die Impedanz zwischen dem Schaltungsknoten 88 und den Anschlusspunkt 82 beschreibt. Beispielsweise kann auch die Kondensatorspannung (z.B. als Ausgangsspannung) gemessen werden oder eine andere Spannung des Stromrichters oder der Netzanbindung. In diesem Fall ist auch die Innenimpedanz entsprechend anzupassen. Die von dem Stromrichter 80 basierend auf der Stellspannung 32 bereitgestellte Brückenspannung 88 hängt also über die Innenimpedanz 86 mit der an dem Anschlusspunkt 82 gemessenen Ausgangsspannung zusammen.
Ferner ist anzumerken, dass unterstrichene Größen, wie U_i, U₀, und Zi in 4A vektorielle Größen sein können, welche beispielsweise durch komplexe Zeiger beschrieben werden können. Diese Zeiger können einen zeitlichen Verlauf oder eine Frequenzabhängigkeit der jeweiligen Größen beschreiben, beispielsweise mittels einer Amplitude und eines (Phasen-)Winkels. Beispielsweise kann die Innenimpedanz Zi frequenzabhängig sein.
Ein von dem Stromrichter 80 in das Netz 8 eingespeister Strom, das heißt ein von dem Stromrichter 80 bereitgestellter Ausgangsstrom, hängt gemäß 4A von einer Differenz zwischen der Brückenspannung U_i und der Ausgangsspannung U₀ sowie von der Innenimpedanz 86 ab. Beispielsweise kann ein Produkt aus dem Ausgangsstrom und der Innenimpedanz 86 der Differenz zwischen U_i und U₀ entsprechen.
Demnach werden gemäß Ausführungsbeispielen der erste und der zweite Abweichungsgrenzwert 46, 56 basierend auf der Innenimpedanz 86 des Stromrichters und einer Grenzstromstärke I_max für einen von dem Stromrichter bereitgestellten Ausgangsstrom bestimmt. Beispielsweise kann basierend auf der Grenzstromstärke und der Innenimpedanz 86 ein Spannungsabweichungsgrenzwert bestimmt werden, welcher für die Bestimmung des ersten und/oder des zweiten Abweichungsgrenzwerts 46, 56 verwendet werden kann. Der Spannungsabweichungsgrenzwert kann ein Indikator für eine maximale Abweichung des gesteuerten Spannungszeigers U_i, von dem Ausgangsspannungszeiger U₀ sein, vgl. 4B.
Erfindungsgemäß kann der Ausgangsstrom des Stromrichters 80 also dadurch begrenzt werden, dass eine Differenz zwischen der Brückenspannung Ui und der Ausgangsspannung U₀ begrenzt wird, wie im Folgenden mit Bezug auf 4B beschrieben. Da die Brückenspannung U_i direkt von der Stellspannung 32 abhängig sein kann, welche die von dem Stromrichter 80 einzustellende Brückenspannung anzeigt, kann eine Begrenzung der Stellspannung 32 eine Begrenzung der Brückenspannung bewirken. Eine Begrenzung der Stellspannung 32 kann demnach bedeuten, die Stellspannung 32 so zu begrenzen, dass die von der Stellspannung 32 angezeigte Brückenspannung wie beschrieben begrenzt wird.
Der gestellte Spannungszeiger Ui beschreibt die an dem Schaltungsknoten 88 bereitgestellte Brückenspannung und wird von dem Stellspannungszeiger 32 angezeigt. Das heißt, der Stellspannungszeiger 32 kann eine Information (oder ein Signal) repräsentieren, auf welcher basierend der Stromrichter 80 die Brückenspannung bereitstellt. Der Stellspannungszeiger 32 kann dem gestellten Spannungszeiger U_i entsprechen. Alternativ kann sich der Stellspannungszeiger 32 von dem gestellten Spannungszeiger Ui unterscheiden und mit diesem beispielsweise über ein oder mehrere Skalierungsfaktoren und ein oder mehrere Offset-Faktoren oder Korrekturterme zusammenhängen. Diese Faktoren können bei der Begrenzung des Stellspannungszeigers 32 berücksichtigt werden (vgl. Korrekturterme 71, 72 in 5). Das Verhältnis zwischen dem Stellspannungszeiger 32 und dem gestellten Spannungszeiger U_i (also z.B. ein Offset oder eine Skalierung) kann wiederum in der Bestimmung und/oder der Begrenzung des Stellspannungszeigers 32 berücksichtigt werden, indem das Verhältnis bei der Bestimmung des Bezugsspannungszeigers 60 basierend auf der Ausgangsspannung U₀ berücksichtigt wird. In anderen Worten, eine Betrachtung der Abweichung von dem gestellten Spannungszeiger Ui von dem Ausgangsspannungszeiger U₀ kann in Beispielen äquivalent zu einer Betrachtung der Abweichung des Stellspannungszeigers 32 von dem Bezugsspannungszeigers 60 sein. Die im Hinblick auf 4B beschriebenen Betrachtungen des gestellten Spannungszeigers Ui und des Ausgangsspannungszeigers U₀ können also entsprechend für die Begrenzung des Stellspannungszeigers auf den Stellbereich um den Bezugsspannungszeiger 60 herangezogen werden.
4B zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Begrenzung einer Abweichung zwischen Ausgangsspannungszeiger U₀ (der z.B. den Bezugsspannungszeiger 60 beschreibt, oder diesem entsprechen kann) und gestelltem Spannungszeiger U_i, (der von dem Stellspannungszeiger 32 angezeigt werden kann) wie sie von Beispielen der Regelvorrichtung 10, nach 1, der Regelvorrichtung 110 nach 2, 3 oder der Regelvorrichtung 210 nach 15 durchgeführt werden kann. In 4B sind die Spannungszeiger in kartesischen Koordinaten gezeigt, wobei die erste und die zweite Koordinatenachse eine erste und eine zweite Richtung repräsentieren können. Die erste und die zweite Richtung können zueinander orthogonale Richtungen eines Koordinatensystems sein. Das Koordinatensystem kann statisch bezüglich des Ausgangsspannungszeiger (oder des Bezugsspannungszeigers 60) sein, zum Beispiel kann dieses so gewählt sein, dass der Bezugsspannungszeiger parallel zur ersten Richtung zeigt, wovon zur vereinfachten Darstellung hierin in Beispielen ausgegangen wird. Das Koordinatensystem kann aber auch anders gewählt sein, und muss nicht statisch bzgl. des Bezugsspannungszeigers sein. Das Koordinatensystem kann beispielsweise wie in 4B ein dq- Koordinatensystem sein, wobei die erste Richtung in diesem nichtlimitierenden Beispiel eine vertikale Richtung ist und die q-Koordinate repräsentiert, und die zweite Richtung eine horizontale Richtung ist und die d-Koordinate repräsentiert. Nachfolgend wird die erste Richtung dementsprechend auch als vertikale Richtung bezeichnet und die zweite Richtung als horizontale Richtung bezeichnet.
In 4B ist ein kreisförmiger Bereich 402 sowie rechteckige Bereiche 404, 406, 408 um den Ausgangsspannungszeiger gezeigt, welche Beispiele für eine Bestimmung des Amplitudenstellbereichs 44 und des Winkelstellbereichs 54 um den Bezugsspannungszeiger 60 darstellen können. Liegt der gestellte Spannungszeiger U_i, innerhalb des Kreises 402 um den Ausgangsspannungszeiger U₀ , liegt der Ausgangsstrom des Stromrichters 80 unter einer Grenzstromstärke I_max.
Ausführungsbeispiele der Erfindung beinhalten eine direkte Stellgrößenbeschränkung des gestellten Spannungszeigers Ui (in Phasenwinkel und Amplitude), um den Strom auf einen Maximalwert zu beschränken. Zur Vermeidung des Überstrombetriebs wird der gestellte Spannungszeiger in einer definierten Umgebung zum Spannungszeiger U₀ am Anschlusspunkt 82 gehalten. Die zulässige Umgebung kann beispielsweise aus der äquivalenten Innenimpedanz Zi (Filterimpedanz) des Stromrichters 80 abgeleitet werden. Bei einem maximal zulässigen Strom kann Z_i die maximal zulässige Spannungsdifferenz (den Spannungsabweichungsgrenzwert) zwischen dem gestellten Spannungszeiger Ui und dem Bezugsspannungszeiger U_o.(vgl. 4A, 4B) bestimmen.
Der Spannungsabweichungsgrenzwert, z. B. ΔU_max, kann dabei beispielsweise ein Betrag einer Vektordifferenz zwischen dem Ausgangsspannungszeiger U₀ und dem Stellspannungszeiger 32, bzw. dem gestellten Spannungszeiger U_i, in horizontaler Richtung (d-Richtung) sein.
Die Begrenzung des Stellspannungszeigers 32 mittels dem Begrenzungsmodul 30 wirkt dahin gehend, dass in Fällen, in denen der gestellte Spannungszeiger Ui an den Rand des erlaubten Bereichs, wie in 4B dargestellt, stößt, der Stellspannungszeiger 32 so begrenzt wird, dass der gestellte Spannungszeiger Ui innerhalb der in 4B gezeigten Bereiche gehalten wird. Der Stellspannungszeiger kann sich aber weiterhin frei in den erlaubten Bereich, d. h. innerhalb des Amplitudenstellbereichs 44 und des Winkelstellbereichs 54, bewegen und dementsprechend entsprechend einer Reglerdynamik, beispielsweise einer netzbildenden Reglerdynamik, der Stellgrößenregelung 20 bewegt werden. Somit kann der Stellspannungszeiger 32 weiterhin auf neue Situationen netzdienlich reagieren.
Gemäß Ausführungsbeispielen begrenzt die Regelvorrichtung den Stellspannungszeiger 32 basierend auf dem ersten Abweichungsgrenzwert 46 und dem zweiten Abweichungsgrenzwert 56. Der erste Abweichungsgrenzwert 46 kann einen Grenzwert für eine Abweichung des Stellspannungszeigers 32 von der Amplitude 62 des Bezugsspannungszeigers 60 in der ersten Richtung beschreiben und der zweite Abweichungsgrenzwert 56 kann einen Grenzwert für eine Abweichung des Stellspannungszeigers 32 vom Bezugsspannungszeiger 60 in der zweiten Richtung.
Wie aus 4B ersichtlich ist, kann eine gegebene Winkelabweichung (d. h. eine Abweichung in der Winkelkoordinate) bei einer großen Amplitude des Bezugsspannungszeigers 60 zu einer größeren Abweichung des gestellten Spannungszeigers Ui von dem Bezugsspannungszeiger U₀ führen, als bei einer kleinen Amplitude des Bezugsspannungszeigers 60. Um bei einer großen Amplitude des Bezugsspannungszeigers 60 die Grenzstromstärke nicht zu überschreiten, und trotzdem bei einer kleinen Amplitude des Bezugsspannungszeigers 60 den Winkelstellbereich 54 nicht unnötig einzuschränken, kann es deshalb vorteilhaft sein, den Winkelstellbereich 54 in Abhängigkeit der Amplitude des Stellspannungszeigers 32 zu bestimmen. Alternativ zur Amplitude des Stellspannungszeigers 32 kann dabei auch die Amplitude des Bezugsspannungszeigers 60 betrachtet werden.
Demnach ist gemäß Ausführungsbeispielen das Winkelstellberiech-Bestimmungsmodul 53 ausgebildet, um eine obere und eine untere Grenze des Winkelstellbereichs 54 basierend auf einem Verhältnis zwischen dem zweiten Abweichungsgrenzwert 56 und der Amplitude des Stellspannungszeigers 32 oder des Bezugsspannungszeigers 60 zu bestimmen.
Bei Beispielen kann das Winkelstellberiech-Bestimmungsmodul 53 den Winkelstellbereichs 54 mittels einer trigonometrischen Funktion in Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen dem Spannungsabweichungsgrenzwert und der Amplitude des Stellspannungszeigers 32 oder des Bezugsspannungszeigers 60 bestimmen. Durch die Nutzung der trigonometrischen Funktion und der Berücksichtigung der Amplitude des Stellspannungszeigers, kann erreicht werden, dass auch bei Nutzung der Polarkoordinaten Amplitude und Winkel für die Begrenzung des Stellspannungszeigers der Stellspannungszeiger auf einen rechteckigen Stellbereich begrenzt werden kann. Beispielsweise kann der Winkelstellbereichs 54 mittels des Arkussinus von dem Verhältnis zwischen dem zweiten Abweichungsgrenzwert 56 und der Amplitude 42 des Stellspannungszeigers 32 bestimmt werden.
Beispielsweise können der erste und der zweite Abweichungsgrenzwert unter Berücksichtigung der Innenimpedanz 86 des Stromrichters 80 bestimmt sein. Beispielsweise kann mittels der Wahl bzw. Bestimmung des ersten und des zweiten Abweichungsgrenzwerts eine Priorisierung der Amplitude bzw. vertikale Komponente oder des Winkels bzw. horizontale Komponente des Stellspannungszeiger erreicht werden. Wie aus 4B ersichtlich ist, kann sich die Abweichung zwischen dem Ausgangsspannungszeiger U₀ und dem gestellten Spannungszeiger U_i aus einer Winkelabweichung und einer Amplitudenabweichung bzw. einer vertikalen und horizontalen Spannungsabweichung zusammensetzen.
Eine ähnliche Betrachtung kann auch für den Amplitudenstellbereich 44 gemacht werden, dessen obere und untere Grenze relativ zu dem Amplitudenwert des Bezugsspanungszeigers 60 von dem tatsächlichen Winkel abhängen können, beispielsweise von einer tatsächlichen Winkelabweichung (vgl. Winkelabweichung 48 in 5) zwischen dem Stellspannungszeiger und dem Bezugsspannungszeiger. Entsprechend kann in Ausführungsbeispielen das Amplitudenabweichungs-Bestimmungsmodul 43 den Amplitudenstellbereich 44 basierend auf dem ersten Abweichungsgrenzwert 46 und zusätzlich basierend auf dem Winkel 52 des Stellspannungszeigers 32 bestimmen.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung 110 ausgebildet, den ersten Abweichungsgrenzwert 46 und den zweiten Abweichungsgrenzwert 56 in Abhängigkeit voneinander zu bestimmen, um eine Abweichung des Stellspannungszeigers 32 von dem Bezugsspannungszeiger 60 zu begrenzen. Die Regelvorrichtung 110 kann ausgebildet sein, um den ersten und zweiten Abweichungsgrenzwert in Abhängigkeit voneinander zu bestimmen, um eine Abweichung des Stellspannungszeigers 32 von dem Bezugsspannungszeiger 60 auf eine maximale Spannungsabweichung, welche beispielsweise von dem Spannungsabweichungsgrenzwert beschrieben wird, zu begrenzen.
Bei Beispielen können der erste und der zweite Abweichungsgrenzwert identisch sein. Ein Beispiel hierfür ist mit dem quadratischen Bereich 406, oder dem außenliegenden quadratischen Bereich 404 in 4B gezeigt. Bei anderen Beispielen, wie beispielsweise bei dem rechteckigen Bereich 408 in 4B, können der erste und der zweit Abweichungsgrenzwert unterschiedlich gewählt sein, um eine der Komponenten zu priorisieren, wie beispielsweise die horizontale bzw. Winkelkomponente im Fall des Bereichs 408.
Beispielsweise können der Amplitudenstellbereich 44 und der Winkelstellbereich 54 einen rechteckigen Bereich um den Bezugsspannungszeiger 60 bilden, beispielsweise ein innenliegendes oder außenliegendes Rechteck, wie in 4B beispielhaft gezeigt.
In anderen Worten, gemäß Ausführungsbeispielen werden aus dem kreisförmigen Bereich zulässige Rechtecke abgeleitet (vgl. 4B). Dies hat den Hintergrund, dass die zulässigen Korridore für den vertikalen Spannungsbereich und den horizontalen Spannungsbereich jeweils unabhängig von der aktuellen Abweichung der jeweils anderen Komponente gesetzt werden können, wodurch der Aufwand für die Bestimmung des ersten Abweichungsgrenzwerts 46 und des zweiten Abweichungsgrenzwerts gering ausfallen kann.
Beispiele rechteckiger Bereiche sind innen oder außen anliegende Quadrate oder Rechtecke (querliegend, längsliegend), womit der Wirk- und Blindanteil für verschiedene Situationen (auch dynamisch) unterschiedlich priorisiert werden kann. Aus diesen Rechtecken kann direkt abgeleitet werden in welchem Korridor die vertikale Spannungskomponente und die horizontale Spannungskomponente geführt werden soll.
Bei Beispielen können der erste oder der zweite Abweichungsgrenzwert auf vorbestimmte Werte eingestellt sein.
Zum Beispiel kann die erste Abweichungsgrenzwertbestimmung 45 ausgebildet sein, um den ersten Abweichungsgrenzwert 46 in Abhängigkeit einer Winkelabweichung des Stellspannungszeigers 32 von dem Bezugsspannungszeiger 60 zu bestimmen. Bei diesen Beispielen kann beispielsweise das zweite Abweichungsgrenzwertbestimmungsmodul 55 den zweiten Abweichungsgrenzwert 56 auf einen vorbestimmten Wert einstellen. Der Wert des zweiten Abweichungsgrenzwerts 56 kann beispielsweise auf einen Wert kleiner oder gleich des Spannungsabweichungsgrenzwerts eingestellte werden. Der Erste Abweichungsgrenzwert 46 wird bei diesen Ausführungsbeispielen in Abhängigkeit der Winkelabweichung, das heißt der tatsächlichen Winkelabweichung, bestimmt. Das heißt, bei diesen Beispielen kann der zweite Abweichungsgrenzwert 56 unter Berücksichtigung des Spannungsabweichungsgrenzwerts auf einen möglichst großen Wert eingestellt werden, was einer Priorisierung des Winkels entspricht, und der Erste Abweichungsgrenzwert 46 in Abhängigkeit der tatsächlichen Winkelabweichung gewählt werden. In Situationen, in welchen die Winkelabweichung klein ist, kann der Amplitudenstellbereich 44 somit groß ausfallen, während in Situationen, in welchen die tatsächliche Winkelabweichung groß ist, der Amplitudenstellbereich 44 klein gewählt wird, so dass die Grenzstromstärke nicht überschritten wird.
Alternativ dazu kann das zweite Abweichungsgrenzwertbestimmungsmodul 55 ausgebildet sein, um den zweiten Abweichungsgrenzwert 46 in Abhängigkeit einer Amplitudenabweichung des Stellspannungszeigers 32 von dem Bezugsspannungszeiger 60 zu bestimmen. Bei diesen Beispielen kann das Amplitudenabweichungsbegrenzungsbestimmungsmodul 45 ausgebildet sein, um den Erste Abweichungsgrenzwert 46 auf einen Wert einzustellen, z. B. einen vorbestimmten Wert. Der vorbestimmte Wert kann z. B. so gewählt sein, dass bei identischen Winkeln des Stellspannungszeigers und des Bezugsspannungszeigers und bei einer Amplitudenabweichung, welche dem ersten Abweichungsgrenzwert 46 entspricht, die Grenzstromstärke nicht überschritten wird. Bei dieser Alternative findet also eine Priorisierung der Amplitude (oder der ersten Richtung) statt, während der Winkelstellbereich 54 in Abhängigkeit der tatsächlichen Amplitudenabweichung (oder Abweichung in der ersten Richtung) bestimmt wird.
Bei den vorangegangenen Beispielen, bei welchen der erste Abweichungsgrenzwert 46 bzw. der zweite Abweichungsgrenzwert 56 in Abhängigkeit der Winkelabweichung bzw. der Amplitudenabweichung bestimmt werden, kann der erste Abweichungsgrenzwert bzw. der zweite Abweichungsgrenzwert so bestimmt werden, dass die Grenzstromstärke bei Ausnutzung des bestimmten Grenzwerts nicht überschritten wird.
Durch die Bestimmung des ersten Abweichungsgrenzwerts 46 in Abhängigkeit der Winkelabweichung oder der Bestimmung des zweite Abweichungsgrenzwerts 56 in Abhängigkeit der Amplitudenabweichung kann, im Hinblick auf 4B, der volle Kreis, welcher durch den Spannungsabweichungsgrenzwert bestimmt ist, ausgenutzt werden, ohne den Spannungsabweichungsgrenzwert bei voller Ausnutzung des ersten Abweichungsgrenzwerts 46 und des zweiten Abweichungsgrenzwerts 56 zu überschreiten.
In anderen Worten, der kreisförmige, erlaubte Umgebungsbereich mit dem Radius r, der den maximalen Spannungsunterschied festlegt (resultierend aus dem angesetzt Maximalstrom und einer Innenimpedanz der Stromrichteranlage), kann in einer Variante in Vorgaben für den Spannungswinkel und -amplitude wie folgt zerlegt werden. Zunächst ist festzuhalten, dass die vertikale Komponente (d-Achse) und die horizontale Komponente (q-Achse) durch die mathematische Kreisbeschreibung (r² = d²+q²) voneinander abhängig sind, wenn der Kreisbereich voll genutzt aber nicht überschritten werden soll. Das heißt, je stärker die vertikale Komponente eingeschränkt wird, desto mehr Freiraum/Reserve gibt es für den erlaubten Unterschied in horizontale Richtung und umgekehrt. Daher kann vorab eine Priorisierung festgelegt werden. Da zum Beispiel die eingespeiste Wirkleistung meist Vorrang hat und diese bei einer induktiven Innenimpedanz durch den Winkelunterschied (vertikale Komponente oder d-Komponente) bestimmt wird, kann bei Beispielen die Abweichung in vertikale Richtung (d-Achse) den vollen Radius r betragen, d.h., der Zweite Abweichungsgrenzwert 56 kann auf den Radius des Kreises festgelegt werden. Im weiteren Schritt richtet sich die erlaubte Abweichung der horizontalen Komponente nach der tatsächlichen Ist-Abweichung der vertikalen Komponente. Dabei beschreiben die d- bzw. q-Komponenten die erlaubte Abweichung in horizontaler bzw. vertikaler Richtung in kartesischen Koordinaten: $q_{t o l e r a n z} = \sqrt{r^{2} - d_{i s t}^{2}}$
Die Beschränkungen und Stellbereiche können anschließend auf Polarkoordinaten (Winkel, Amplitude) übertragen werden.
Je nachdem die Priorisierung gewählt und die Innenimpedanz aus ohmsch-induktivem Anteil zusammengesetzt ist, kann hier eine Anpassung vorgenommen werden, indem eine Komponente skaliert wird und sich die eine Komponente aus der anderen Ist-Komponente entsprechend der Kreisbeschreibung ableitet.
Generell ist anzumerken, dass sich das Begrenzungsverfahren der die Regelvorrichtung 110, wie im Hinblick auf die 1 bis 4 beschrieben, für alle Stromrichteranlagen in denen eine Spannung, z.B. U_i, hinter einer Innenimpedanz gesteuert wird, eignen kann. Dies gilt insbesondere für sogenannte netzbildende oder spannungseinprägend-geregelte Stromrichter. Die Variante einer netzbildenden Regelung 20 wie im Hinblick auf 7 beschrieben, kann als Umsetzungsbeispiel dienen, das Begrenzungsverfahren ist darauf aber nicht beschränkt.
Die Stellgrößenbeschränkung kann beispielsweise u.A. auf der Innenimpedanz des Stromrichters Zi basieren. Das Ausgangsfilter (Sinusfilter) des Stromrichters 80 bildet i.d.R. den dominanten Anteil der Innenimpedanz 86 des Stromrichters 80. Die nominellen Werte der Ausgangsfilterimpedanz lassen sich typischerweise den entsprechenden Datenblättern entnehmen oder können messtechnisch ermittelt werden, wobei zusätzliche Apparaturen genutzt werden können, um zeitliche Veränderungen der Impedanz zu bestimmen. Zur möglichst genauen Ermittlung der Innenimpedanz können die Impedanzen weitere Komponenten wie bspw. der Leistungshalbleiter hinzugezogen werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann, um der Frequenzabhängigkeit des induktiven Anteils jωL der Stromrichter-Innenimpedanz 86 zu begegnen, eine entsprechende Skalierung Im{Z_i}·f_n/f₀ implementiert werden. Die Netzfrequenz wird hierbei beispielsweise aus einer PLL (Phase-Lock-Loop) bezogen oder sich ergibt aus dem gestellten Spannungszeiger 32.
Diese Erweiterung erlaubt es das Verfahren auch in Netzen mit einer hohen Frequenzabweichung zur nominellen Netzfrequenz einzusetzen. In konventionellen Netzstrukturen kann dieser Einfluss aufgrund der typischerweise schmalen Frequenzbänder vernachlässigt werden.
Im Folgenden wird im Hinblick auf 5 ein Beispiel für eine grundlegende Struktur zur Berechnung der Stellgrößenbeschränkungen vorgestellt. Aufbauend darauf wird diese in unterschiedlichen Varianten in den Kontext der Stromrichterregelung überführt.
5 veranschaulicht ein Beispiel einer Stellbereichsbestimmung 31, wie es bei Beispielen der Regelvorrichtung 110 aus 2 implementiert werden kann. Die Stellbereichsbestimmung kann die Module 43, 45, 53, 55 aus 2 und 3 repräsentieren. Gemäß dem Beispiel aus 5 wird der Amplitudenstellbereich 44 in Form eines oberen Grenzwerts U_max und eines unteren Grenwerts U_min für die Amplitude 42 des Spannungszeigers 32 bereitgestellt. Analog dazu wird der Winkelstellbereich 54 in Form eines oberen Grenzwerts ϑ_max und eines unteren Grenzwerts ϑ_min für den Winkel 52 des Stellspannungszeigers 32 bereitgestellt. Gemäß dem Beispiel aus 5 weist die Regelvorrichtung ein Modul 66 auf, welches ausgebildet ist, um die Amplitude 62 und den Winkel 64 des Bezugsspannungszeigers 60 basierend auf dem Bezugsspannungszeiger 60 zu bestimmen. Gemäß dem in 5 gezeigten Beispiel ist die Stellbereichsbestimmung 31 ausgebildet, um den ersten Abweichungsgrenzwert 46 basierend auf der Innenimpedanz 86 zu bestimmen, und die untere und obere Grenze des Amplitudenstellbereichs 44 basierend auf dem ersten Abweichungsgrenzwert 46 und einer Winkelabweichung 48 zwischen dem Bezugsspannungszeiger 60 und dem Stellspannungszeiger U_s zu bestimmen. Ferner ist die Stellbereichsbestimmung 31 gemäß 5 ausgebildet, um den zweiten Abweichungsgrenzwert 56 basierend auf der Innenimpedanz 86 zu bestimmen, und die untere und obere Grenze des Winkelstellbereichs unter Verwendung einer trigonometrischen Funktion 58 basierend auf dem zweiten Abweichungsgrenzwert 56 sowie der Amplitude 42 des Stellspannungszeigers 32 zu bestimmen.
Beispielsweise können die Spannungszeiger sowie die Innenimpedanz in einem Per-Unit-System betrachtet werden. Das Begrenzungsmodul 31 gemäß 5 können die Stellwertbeschränkungen (U_max, U_min, ϑ_min, ϑ_max) dann beispielsweise anhand der folgenden Gleichungen ermitteln: $U_{m a x} = (| U | + | Z_{i} | \cdot k_{v e r}) / \underset{k_{a b s}}{\underset{︸}{cos (ϑ_{Δ O S})}}$
$U_{m i n} = (| U | - | Z_{i} | \cdot k_{v e r}) / \underset{k_{a b s}}{\underset{︸}{cos (ϑ_{Δ O S})}}$
$ϑ_{m a x} = < U + a r c s i n (| Z_{i} | \cdot k_{h o r} / | U_{s} |)$
$ϑ_{m i n} = < U - a r c s i n (| Z_{i} | \cdot k_{h o r} / | U_{s} |)$
Die Grenzen für den maximalen und minimalen Spannungsamplitudenstellwert U_max und U_min werden beispielsweise aus der Abweichung der Höhe des vorliegenden Eingangszeigers |U| und der Innenimpedanz |Z_i| des Stromrichters gebildet. Dies beschreibt die zulässige vertikale Spannungsabweichung. Diese wird anschließend in eine zulässige Amplitudenabweichung anhand eines Korrekturterms k_abs übertragen, beispielsweise unter Hinzunahme der aktuellen Winkelabweichung ϑ_ΔOS zwischen Stell- und Bezugsspannungszeiger.
Die Winkelstellgrößenbeschränkungen werden beispielsweise durch die Grenzen ϑ_max und ϑ_min definiert. Diese werden als Abweichung zu dem aktuellen Winkel des Eingangssignals <U durch die trigonometrische Funktion arcsin(|Z_i| ·k_hor/|U_s|), in Abhängigkeit der Innenimpedanz |Z_i| und der aktuellen Stellamplitude |U_s| gebildet. Die aktuelle Stellamplitude kann beispielsweise die Amplitude 42 eines vorherigen Taktes oder des aktuellen Taktes bezeichnen. Hierdurch lässt sich die Winkelstellgrößenbeschränkungen in Abhängigkeit der Höhe des Stellzeigers definieren. Dies ist für hohe Abweichungen zur nominellen Spannung (bspw. im FRT-Fall) notwendig.
Für das Beispiel einer Priorisierung des Winkels kann Ausgangspunkt die zulässige Abweichung in horizontaler Richtung sein, d.h. nach links und nach rechts vom ausgangsseitigen Spannungszeiger. Daraus werden die maximalen Winkel als zulässige Umgebung zur Ausgangsspannung über die trigonometrischen Funktionen bestimmt. Anhand des arcus sinus von der zulässigen Abweichung in horizontaler Richtung und der Amplitude des inneren Spannungszeigers kann die Winkelabweichung ermittelt werden.
Mit Hilfe des Amplitudenbegrenzungsparameters k_ver (z.B. der erste Abweichungsgrenzwerts 46), für welchen zum Beispiel k_ver ∈ [0,1] gelten kann, und des Winkelbegrenzungsparameters k_hor (z.B. der zweite Abweichungsgrenzwerts 56), für welchen zum Beispiel k_hor ∈ [0,1] gelten kann, lassen sich die zulässigen Korridore (im Falle einer quadratischen oder rechteckigen Stellgrößenbeschränkung festlegen). Diese wirken analog zu einer proportionalen Skalierung der Innenimpedanz.
In der Variante einer kreisförmigen Vorgabe des zulässigen Bereichs, können ebenfalls der Amplitudenbegrenzungsparameterk_ver , für den auch hier beispielsweise k_ver ∈ [0,1] gelten kann, und des Winkelbegrenzungsparameters k_hor, für welchen auch hier beispielsweise k_ver ∈ [0,1] gelten kann, verwendet werden, um die zulässigen Korridore festzulegen, indem diese dynamisch entsprechend priorisiert und skaliert werden, wie vorhergehend mit der Bestimmung des ersten Abweichungsgrenzwerts 46 in Abhängigkeit der Winkelabweichung bzw. der Bestimmung des zweiten Abweichungsgrenzwerts 48 in Abhängigkeit der Amplitudenabweichung beschrieben. Beispielsweise kann die Bestimmung erfolgen durch $\begin{matrix} k_{ver} = \sqrt{1 - {(U_{s} sin (ϑ_{Δ O S}) {/Z}_{i})}^{2}} \\ bzw . k_{hor} = \sqrt{1 - {((U_{s} cos (ϑ_{Δ O S}) - U_{o}) {/Z}_{i})}^{2}} \end{matrix}$
mit ϑ_ΔOS und U_s, den aktuellen Abweichungen zur verwendeten Ausgangsspannung (z.B. der Bezugsspannungszeiger 60). Je nach Priorität handelt es sich hier um bedingte Korridore. Anstatt über Gl. 6 ließen sich die bedingten Korridore auch über den aktuellen Strom ermitteln. Bei Beispielen kann die Bestimmung so erfolgen, dass insgesamt stets gilt: $r = \sqrt{Δ U_{v e r}^{2} + Δ U_{h o r}^{2}} \leq Δ U_{m a x}$
Bei Beispielen kann der Bezugsspannungszeiger 60 für die Bestimmung 66 der Amplitude 62 und des Winkels 64 aus einer Kombination einer die Ausgangsspannung beschreibenden Messgröße 84 und ein oder mehreren Korrekturbeiträge 71, 72, welche jeweils von einem Spannungszeiger repräsentiert werden können, bestimmt werden. Die Korrekturterme 71, 72 können beispielsweise mit dem einem die Ausgangsspannung beschreibenden Spannungszeiger kombiniert, d. h. zu diesem addiert oder von diesem subtrahiert, werden, um den Bezugsspannungszeiger 60 zu erhalten. Beispiele für die Korrekturterme 71, 72 werden im Hinblick auf 9 beschrieben.
In anderen Worten, eine Variante zur Implementierung der Stellgrößenbeschränkung 30 basiert auf der Summe der drei komplexen Spannungszeiger: Des Ausgangsspannungszeiger U₀, des Spannungszeigers U_NM sowie des Spannungszeigers ΔU. Nach der Summation erfolgt eine Zerlegung in den Amplitudenanteil |U| und Phasenwinkel <U.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung 110 ausgebildet, um den Winkel 42 des Stellspannungszeigers 32 ferner bezüglich einer Änderung gegenüber dem Winkel des Bezugsspannungszeigers 60 eines früheren Takts zu begrenzen. Beispielsweise kann das Begrenzungsmodul 30 ein Winkeländerungsbegrenzungsmodul aufweisen, welches ausgebildet ist, um den Winkel 52 des Stellspannungszeigers 32 als Eingangsgröße zu erhalten und bezüglich der Änderung gegenüber dem Winkel des Bezugsspannungszeigers 60 eines früheren Takts zu begrenzen. Alternativ kann das Winkeländerungsbegrenzungsmodul auch vor dem Winkelbegrenzungsmodul 51 angeordnet sein. Dementsprechend kann das Winkeländerungsbegrenzungsmodul den Winkel 52' des Sollstellspannungszeigers 32' erhalten und begrenzen und den bezüglich der Änderung des Winkels begrenzten Winkel dem Winkelbegrenzungsmodul 51 als Eingangsgröße zur Verfügung stellen. Als weitere Alternative kann das Winkeländerungsbegrenzungsmodul auf den Bezugsspannungszeiger 60 wirken, d. h., das Winkeländerungsbegrenzungsmodul kann ausgebildet sein, um den Bezugsspannungszeiger 60 bezüglich einer Änderung gegenüber dem Winkel des Bezugsspannungszeigers eines früheren Taktes zu begrenzen. In diesem Fall kann der bezüglich seiner Änderung begrenzte Winkel 64 des Bezugsspannungszeigers 60 dem Winkelstellbereichs-Bestimmungsmodul 53, und optional dem Erste Abweichungsgrenzwerts-Bestimmungsmodul 45, zur Verfügung gestellt werden.
6 veranschaulicht ein Beispiel eines Winkeländerungsbegrenzungsmoduls 74. Das in 6 gezeigte Beispiel des Winkeländerungsbegrenzungsmoduls 74 ist ausgebildet, um den Winkel 64 des für die Begrenzung des Stellspannungszeigers 32 verwendeten Bezugsspannungszeigers 60 bezüglich einer Winkeländerung gegenüber dem Winkel des Bezugsspannungszeigers eines früheren Takts zu begrenzen. Das Winkeländerungsbegrenzungsmodul 74 weist einen Begrenzer 39 auf, welcher ausgebildet ist, um den Winkel 64 auf einen Bereich zwischen einem unteren Winkelgrenzwert 37 und einem oberen Winkelgrenzwert 38 zu begrenzen, um einen begrenzten Winkel 64' zu erhalten. Das Winkeländerungsbegrenzungsmodul 74 ist ausgebildet, um den unteren Winkelgrenzwert 37 basierend auf dem Winkel 64' eines vorherigen Takts sowie einem ersten Winkeländerungsgrenzwert 76 zu bestimmen, wobei der erste Winkeländerungsgrenzwert 76 auf einem unteren Grenzwert für eine Frequenz des Bezugsspannungszeigers 60 basiert. Ferner ist das Winkeländerungsbegrenzungsmodul 74 ausgebildet, um den oberen Winkelgrenzwert 38 durch Kombination des Winkels 64' eines vorherigen Taktes sowie eines zweiten Winkeländerungsgrenzwerts 75 zu bestimmen, wobei der zweite Winkeländerungsgrenzwert 75 auf einer oberen Grenze für die Frequenz des Bezugsspannungszeigers 60 basiert.
In anderen Worten, um ein unkoordiniertes Wegdriften der Frequenz zu verhindern, kann als eine Erweiterung des Verfahrens, eine untere und obere Grenze der Winkeländerung (geschwindigkeit) implementiert, mit der der gestellte Spannungszeiger mindestens bzw. höchstens geführt wird. Diese kann beispielsweise auf die Winkeländerung der gemessenen Ausgangsspannung bzw. des Bezugsspannungszeigers angewendet werden. Im Fall einer Netzfrequenz von 50 Hz des Netzes 8 können die Toleranzgrenzen beispielsweise die standardmäßigen 47,5 Hz und 52 Hz sein. Dieses Beispiel der Beschränkung der Winkeländerungsgeschwindigkeit lässt sich durch die in 6 gezeigte Implementierung einer minimalen bzw. maximalen Winkelgeschwindigkeit erreichen. Für einen Taktzyklus von Ts wird die Änderung des Winkels gegenüber seinem vorherigen Wert auf ω_max Ts bzw. ω_min·Ts begrenzt.
Bei dem in 6 gezeigten Beispiel wird der beschränkte Winkel 64' anstelle des Winkels 64 dem Winkelstellbereichs-Bestimmungsmodul 53 und optional dem Erste Abweichungsgrenzwerts-Bestimmungsmodul 45 zur Verfügung gestellt.
7 veranschaulicht ein Beispiel der Stellgrößenregelung 20, wie sie optional in der Regelvorrichtung 110, z. B. der Regelvorrichtung 110 gemäß 1, implementiert sein kann. Die Stellgrößenregelung 20 gemäß 7 ist ein Beispiel einer netzbildenden Regelung. Durch Verwendung der netzbildenden Regelung gemäß 7 kann der Stromrichter 80 inhärent netzdienliches Verhalten, wie etwa Systemträgheit liefern. k_p und k_q stellen dabei Statikparameter dar. k'_p und k'_q stellen Parameter für die Phasenvorsteuerung dar. Die Stellgrößenregelung 20 gemäß 7 erhält als Eingangsgrößen die Größen P und Q. Die Regelvorrichtung 110 kann die Größen P und Q basierend auf den ein oder mehreren Messgrößen 84, welche an dem Anschlusspunkt 82 bestimmt sind, bestimmen. Die Größen U*, f₀, P₀, Q₀ stellen Nominalwerte, d. h. Sollwerte, für die Spannung, die Frequenz, die Wirkleistung, und die Blindleistung des Netzes 8 dar. Die Stellgrößenregelung 20 kann ausgebildet sein, um den Sollstellspannungszeiger 32' bereitzustellen, um den Stromrichter 80 auf die Nominalwerte für das Netz 8 zu regeln.
8 veranschaulicht ein weiteres Beispiel der Regelvorrichtung 110, bei welcher das Begrenzungsmodul 30 beispielsweise gemäß dem Begrenzungsmodul 30 aus 5 implementiert sein kann. Die Regelvorrichtung 110 gemäß 8 weist eine Stellgrößenregelung 20 auf, welche eine abgewandelte Form der Stellgrößenregelung 20 gemäß 7 darstellt. Die Stellgrößenregelung 20 gemäß 8 kann ein ähnliches oder äquivalentes Systemverhalten aufweisen wie die Stellgrößenregelung 20 aus 7, wobei für die konstante T_A·k_p = T_m gilt. Bei der Stellgrößenregelung 20 gemäß 8 sind die PT1-Glieder der Stellgrößenregelung 20 aus 7 durch Integratoren mit einer negativen Rückkoppelschleife ausgeführt. Zusätzlich kann die Variante des Regelungsverfahrens aus 8, mit Sättigungsblöcken in Kombination mit dem Tracking Anti-Windup Verfahren aus [6], ausgestattet. Die Faktoren k_AWϑ und k_AWU bilden zudem die Proportionalitätsfaktoren aus [6] ab.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung 110 also ausgebildet, um für die Bestimmung des Sollstellspannungszeigers 32' den Stellspannungszeiger 32 beispielsweise eines früheren Takts zu verwenden. Ein Beispiel einer solchen Implementierung ist in 8 gezeigt, wofür die Bestimmung der Amplitude 42' des Sollstellspannungszeigers 32' die Amplitude 42 des Stellspannungszeigers 32 verwendet wird, und für die Bestimmung des Winkels 52' des Sollstellspannungszeigers 32' der Winkel 52 des Stellspannungszeigers 32 verwendet wird.
Die Rückkopplung des Stellspannungszeigers 32 für die Bestimmung des Sollstellspannungszeigers 32' kann verhindern, dass aufgrund einer Differenz zwischen dem Sollstel-Ispannungszeiger 32' und dem Stellspannungszeiger 32, welche im Fall einer Begrenzung des Sollstellspannungszeigers 32' in dem Begrenzungsmodul 30 vorliegen kann, der Sollstellspannungszeiger 32' divergiert.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung 110 ausgebildet, um die Amplitude 42' und den Winkel 52' des Sollstellspannungszeigers 32' unter Verwendung jeweiliger Integratoren 35, 36 zu bestimmen. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung ausgebildet, um im Fall eines Abweichens der Amplitude 42 des Stellspannungszeigers 32 von der Amplitude 42' des Sollstellspannungszeigers 32' eine Integratoreingangsgröße 33 des für die Bestimmung der Amplitude 42' des Sollstellspannungszeigers 32' verwendeten Integrators 35 auf null zu führen, oder den für die Bestimmung der Amplitude 42' des Sollstellspannungszeigers 32' verwendeten Integrator 35 neu zu initialisieren, beispielsweise mit einem geeigneten Initialwert. Ferner ist gemäß diesen Ausführungsbeispielen die Regelvorrichtung 110 ausgebildet, um im Fall eines Abweichens des Winkels 52 des Stellspannungszeigers 32 von dem Winkel 52' des Sollstellspannungszeigers 32' eine Integratoreingangsgröße 34 des für die Bestimmung des Winkels 52' des Sollstellspannungszeigers 32' verwendeten Integrators 36 auf null zu führen. Alternativ kann die Regelvorrichtung den für die Bestimmung des Winkels 52' des Sollstellspannungszeigers 32' verwendeten Integrator 36 in dem Fall des Abweichens neu initialisieren, beispielsweise mit einem geeigneten Initialwert.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Stellgrößenregelung 20 ausgebildet, um basierend auf einer Differenz eines eine Blindleistung einer Ausgangsleistung des Stromrichters 80 beschreibenden Messgröße Q und einem Sollwert Q₀ für die Blindleistung die Amplitude 42' des Sollstellspannungszeigers zu bestimmen. Ferner ist die Stellgrößenregelung 20 gemäß diesen Ausführungsbeispielen ausgebildet, um basierend auf einer Differenz zwischen einer eine Wirkleistung der Ausgangsleistung des Stromrichters beschreibenden Messgröße P und einem Sollwert P₀ für die Wirkleistung, und ferner basierend auf einer Differenz zwischen der Amplitude 42' des Sollstellspannungszeigers und einem Sollwert U* für eine Amplitude der Ausgangsspannung des Stromrichters 80 den Winkel 52' des Sollstellspannungszeigers 32' zu bestimmen. Ein Beispiel dieser Ausführungsbeispiele ist in 8 gezeigt. Durch die Berücksichtigung der Amplitude 42' des Sollstellspannungszeigers und des Sollwerts U* in der Bestimmung des Winkels 52' kann die Dynamik der Stellgrößenregelung 20 verbessert werden. Es ist anzumerken, dass die Berücksichtigung der Amplitude 42' des Sollstellspannungszeigers und des Sollwerts U in der Bestimmung des Winkels 52' unabhängig von der Art der Rückkopplung bzw. des Anti-Windups, wie sie in 8 dargestellt ist, implementierbar ist.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist der Stromrichter 80, für welchen die in Bezug auf die 1 bis 8 beschriebene Regelvorrichtung 110 die Stellspannung 32 bestimmt, ein mehrphasiger Stromrichter. Der mehrphasige Stromrichter ist ausgebildet, um für jede einer Mehrzahl von Phasen eine jeweilige Spannung bereitzustellen. Bei Ausführungsbeispielen ist der Stromrichter 80 ausgebildet, um die jeweiligen Spannungen für die Mehrzahl von Phasen basierend auf der Stellspannung 32 bereitzustellen. Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist die Regelvorrichtung 110 ausgebildet, um für jede der Phasen eine jeweilige Stellspannung 32 bereitzustellen und der Stromrichter 80 ist ausgebildet, um basierend auf der der jeweiligen Phase zugeordneten Stellspannung 32 die Spannung für die jeweilige Phase einzustellen. Im Folgenden wird ein Beispiel eines mehrphasigen Stromrichters sowie verschiedene Ausführungsformen der Regelvorrichtung 110 für einen mehrphasigen Stromrichter beschrieben.
9 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Stromrichters 80 als mehrphasigen Stromrichter. Gemäß dem Beispiel aus 9 ist der Stromrichter 80 ein dreiphasiger Stromrichter, ausgebildet, um für eine erste Phase U, eine zweite Phase V, und eine dritte Phase W eines dreiphasigen Netzes jeweils eine Spannung bereitzustellen. Ein erster Schaltungsknoten 88₁ ist über eine erste Innenimpedanz 86₁ mit einem ersten Anschlusspunkt, an welchem der Stromrichter 80 mit der ersten Phase des Netzes verbunden ist, gekoppelt. Ein zweiter Schaltungsknoten 88₂ ist über eine zweite Innenimpedanz 86₂ mit einem zweiten Anschlusspunkt 82₂ verbunden, an welchem der Stromrichter 80 mit der zweiten Phase des Netzes gekoppelt ist. Ein dritter Schaltungsknoten 88₃ ist über eine dritte Innenimpedanz 86₃ mit einem dritten Anschlusspunkt 82₃ gekoppelt, an welchem der Stromrichter 80 mit der dritten Phase W des Netzes verbunden ist. Das heißt, der Stromrichter 80 weist für jede der Mehrzahl von Phasen einen der jeweiligen Phase zugeordneten Schaltungsknoten 88 auf. Die Schaltungsknoten 88 sind über eine jeweilige Innenimpedanz 86 mit einem der den jeweiligen Anschlusspunkt 88 zugeordneten Phase zugeordneten Anschlusspunkt 82 gekoppelt.
Gemäß dem Beispiel aus 9 weist der Stromrichter 80 für jede der Phasen eine Halbbrücke 83 auf (Halbbrücken 83₁, 83₂, 83₃ für die erste, zweite und dritte Phase U, V, W), welche basierend auf der der jeweiligen Phase zugeordneten Stellspannung U_s1, U_s2, U_s3 mittels einer jeweiligen Modulation (z.B. Pulsweitenmodulation (PWM) angesteuert werden, um die jeweilige angezeigte Spannung U_i1, U_i2, U_i3 (auch als jeweilige Brückenspannung bezeichnet, vgl. Brückenspannung 87 in 18) bereitzustellen. Beispielsweise stellen die Halbbrücken 83 die Brückenspannung basierend auf einer an den Halbbrücken anliegenden Zwischenkreisspannung 89, welche zwischen Zwischenkreisspannungszuführungen anliegen kann, bereit. Die Zwischenkreisspannung kann eine Gleichspannung sein. Der Stromrichter kann optional einen in 9 nicht gezeigten Zwischenkreis aufweisen, welcher zwischen Zwischenkreisspannungszuführungen angeordnet ist.
Der Stromrichter 80 kann ausgebildet sein, um die Stellspannungen U_s1, U_s2, U_s3 für die jeweiligen Phasen U, V, W basierend auf einer von der Regelvorrichtung 110 bereitgestellten Stellspannung 32 zu erhalten oder zu bestimmen, oder kann alternativ dazu ausgebildet sein, die jeweiligen Stellspannungen U_s1, U_s2, U_s3 basierend auf mehreren, z. B. jeweiligen, von der Regelvorrichtung 110 bereitgestellten Stellspannungen zu erhalten oder zu bestimmen.
Die in 9 gezeigte Implementierung des Stromrichters 80 kann eine dreiphasige Schaltbrücke darstellen, und kann ein Beispiel für eine Implementierung des in 4A gezeigten Ersatzschaltbilds des Stromrichters 80 darstellen. Beispielsweise können in 4A die gestellte Spannung U_i und die Ausgangsspannung U₀ jeweils einen geometrischen Raumzeiger darstellen, welchen die jeweiligen gestellten Spannungen U_i1, U_i2, U_i3 bzw. die jeweiligen Ausgangsspannungen U₀₁, U₀₂, U₀₃ für die Phasen U, V, W darstellen.
Wie in 9 dargestellt, kann der Bezugspunkt für die Messung der gestellten Spannungen (d. h. der angezeigten Spannungen) 88 ein anderer sein als ein Bezugspunkt für die Messung der Ausgangsspannungen für die Phasen U, V, W. Diese Potenzialdifferenz kann bei Beispielen bei der Bestimmung 66 der Amplitude 62 und des Winkels 64 für die Begrenzung der Stellspannung berücksichtigt werden, wie beispielsweise in 5, aber auch in den 12 und 13, gezeigt, wo die Potenzialdifferenz U_NM zwischen dem Bezugspunkt M für die angezeigten Spannungen und dem Bezugspunkt N für die Ausgangsspannungen in Form eines Korrekturterms 72, welcher beispielsweise in Form eines Spannungszeigers vorliegen kann, berücksichtigt werden kann.
In anderen Worten, das Schaltbild aus 9 kann ein Beispiel für den Stromrichter aus 4A darstellen, bei welchem die gestellte Spannung Ui und die Ausgangsspannung U₀ anstatt einer Darstellung mittels geometrischer Raumzeiger, die gesteuerte Brückenspannung U_i und die verwendete Ausgangsspannung U₀ phasenseparat betrachtet werden. Je nach Hardware-Topologie ist bei der Umsetzung des Verfahrens der Bezugspunkt der Messung der verwendeten Ausgangsspannung und der Bezugspunkt der gesteuerten Spannung an den Halbbrücken (HB 1,2,3) zu berücksichtigen. Weisen diese beiden Bezugspunkte einen Potentialunterschied auf, ist der zulässige Umgebungsbereich um diese Spannung (U_NM) zu korrigieren. Beispielsweise kann der Potentialunterschied durch eine unterschiedliche Sternpunktverschiebung verursacht sein.
Die Stellspannung U_s, aus der die PWM Ansteuerung gebildet wird, und das Resultat, die gesteuerte Spannung U_i an dem Ausgang der Brücken (Brückenausgangsspannung) sind genau genommen zu unterscheiden. Je nach Modulationsart und Spannungsanteilen von 50Hz und 100Hz im Zwischenkreis kann beispielsweise ein zusätzlicher Beitrag zur Grundschwingung von Ui entstehen. Diese Abweichung wird hier als ΔU bezeichnet und kann bei der Bestimmung der Grenzwerte hinzugerechnet werden, beispielsweise in Form des Korrekturterms 71 in 5. Die relevanten Frequenzanteile können in diesem Zusammenhang aus den Spannungswerten des geteilten Zwischenkreises extrahiert werden (beispielsweise durch eine Fourieranalyse, -transformation).
Andererseits kann die zuvor genannte Abweichung zwischen Stellspannung U_s und der Brückenspannung Ui auch bei der Umsetzungen der Modulation beachtet werden, indem beispielsweise die Pulsweiten je nach zusätzlicher Schwingung im Zwischenkreis angepasst werden.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Begrenzung des Stellspannungszeigers 32, z.B. gemäß der Stellgrößenbeschränkung basierend auf 5, sowohl für die Grundschwingung als auch für Harmonische in einer parallelen Struktur umgesetzt werden. Das kann beispielsweise bedeuten, die Stellgrößenbestimmung 31 separat für die Grundschwingung und für Harmonische durchzuführen.
Es wird ferner angemerkt, dass die Implementierung des Stromrichters 80 mittels dem Zwischenkreis 81 auf einen einphasigen Stromrichter, oder einen Stromrichter mit einer beliebigen Anzahl an Phasen in äquivalenter Weise möglich ist.
Gemäß Ausführungsbeispielen weist der Stromrichter 80 also einen Zwischenkreis 81₁ auf. Der Zwischenkreis 81₁ ist ausgebildet, um basierend auf der Stellspannung U_s1, beispielsweise die Stellspannung 32, und einer Zwischenkreisspannung 89 an dem Schaltungsknoten 88₁, der über die Innenimpedanz 86₁ des Stromrichters 80 mit dem Anschlusspunkt 82₁ des Stromrichters 80 gekoppelt ist, eine durch die Stellspannung angezeigte Brückenspannung U_i1, bereitzustellen.
Die Regelvorrichtung 80 kann dabei ausgebildet sein, um bei der Bestimmung des Bezugsspannungszeigers 60 einen Potenzialunterschied U_NM zwischen einer Bezugsspannung M der Brückenspannungen Ui und einer Bezugsspannung N der Ausgangsspannungen U₀ zu berücksichtigen, beispielsweise wie im Hinblick auf die 18 bis 20 beschrieben.
Alternativ oder zusätzlich kann die Regelvorrichtung 110 ausgebildet sein, um bei der Bestimmung des Bezugsspannungszeigers 60 einen Beitrag von Harmonischen einer Spannungsgrundschwingung im Zwischenkreis zu der Brückenspannung zu berücksichtigen, beispielsweise wie im Hinblick auf die 18 bis 20 beschrieben.
10 veranschaulicht eine Stellbereichsbestimmung, wie sie in Beispielen der Regelvorrichtung 110 zur Regelung eines mehrphasigen Stromrichters 80 implementiert sein kann, insbesondere der Regelvorrichtung 110 nach 11. Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 10 bestimmt die Regelvorrichtung 110 jeweils einen Amplitudenstellbereich 44 und einen Winkelstellbereich 54 für jede einer Mehrzahl von Phasen des Stromrichters 80, beispielsweise für jede dreier Phasen U, V, W eines dreiphasigen Stromrichters, beispielsweise des dreiphasigen Stromrichters 80 aus 9. Gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 10 bestimmt die Regelvorrichtung 110 basierend auf ein oder mehreren die Ausgangsspannungen der Mehrzahl von Phasen des Stromrichters 80 beschreibenden Messgrößen 84, beispielsweise eines Raumspannungszeigers U_0,abc, einen jeweiligen Bezugsspannungszeiger für jede der Phasen des Stromrichters. Für das Beispiel des dreiphasigen Stromrichters kann die Regelvorrichtung 110, wie in 10 gezeigt, einen ersten Bezugsspannungszeiger 60₁ für die erste Phase bestimmen, einen zweiten Bezugsspannungszeiger 60₂ für die zweite Phase bestimmen und einen dritten Bezugsspannungszeiger 60₃ für die dritte Phase bestimmen. Optional kann die Regelvorrichtung 110 für die Bestimmung der Bezugsspannungszeiger 60₁, 60₂, 60₃ ein oder mehrere der Korrekturfaktoren 71, 72, wie im Hinblick auf die 5 und 9 beschrieben, berücksichtigen. Dabei können die Korrekturfaktoren bei Beispielen für jede der Phasen separat bestimmt werden und bei der jeweiligen Stellgrößenbestimmung 31 für die Phasen berücksichtigt werden. Die Bezugsspannungszeiger für die jeweiligen Phasen können jeweils einer Koordinatentransformation 1101 unterzogen werden, beispielsweise einer Clarke-Transformation, um den jeweiligen Bezugsspannungszeiger in αβ-Koordinaten zu erhalten. Alternativ dazu können die Bezugsspannungszeiger auch jeweils einer Park-Transformation unterzogen werden, um die Bezugsspannungszeiger in dq-Koordinaten zu erhalten. Die Bezugsspannungszeiger 60₁, 60₂, 60₃ werden gemäß dem Beispiel aus 10 jeweils einem Stellgrößenbestimmungsmodul 31, wie im Hinblick auf 5 beschrieben, zugeführt, um den jeweiligen Amplitudenstellbereich 44 und den jeweiligen Winkelstellbereich 54 für die jeweilige Phase des Stromrichters zu bestimmen.
In anderen Worten, die Stellgrößenbestimmung wird gemäß dem Beispiel aus 10 phasenseparat, das heißt, separat in den einzelnen Phasen beziehungsweise individuell für die einzelnen Phasen durchgeführt. Das heißt für das Beispiel des dreiphasigen Stromrichters, dass ein erstes Stellgrößenbestimmungsmodul 31₁ basierend auf dem Bezugsspannungszeiger 60₁ für die erste Phase den Amplitudenstellbereich 44₁ und den Amplitudenstellbereich 54₁ für eine Stellgröße für die erste Phase bestimmt. Entsprechend bestimmt ein zweites Stellgrößenbestimmungsmodul 31₂ basierend auf dem Bezugsspannungszeiger 60₂ den Amplitudenstellbereich 44₂ und den Winkelstellbereich 54₂ für die zweite Phase und ein drittes Stellgrößenbestimmungsmodul 31₃ basierend auf dem Bezugsspannungszeiger 60₃ den Amplitudenstellbereich 44₃ und den Winkelstellbereich 54₃ für die dritte Phase. Das erste Stellgrößenbestimmungsmodul 31₁ kann für die Bestimmung des Winkelstellbereichs 54₁ eine Amplitude 42₁ des Stellspannungszeigers für die erste Phase verwenden oder alternativ dazu, die Amplitude des Bezugsspannungszeigers 60₁. Das heißt, die Stellbereichs-Bestimmungsmodule 31 für die jeweiligen Phasen können für die Bestimmung des jeweiligen Winkelstellbereichs 54 für die jeweilige Phase die Amplitude 42₁, 42₂, 42₃ des Stellspannungszeigers für die jeweilige Phase oder die Amplitude des jeweiligen Bezugsspannungszeigers 60₁, 60₂, 60₃ der jeweiligen Phase verwenden.
In anderen Worten, gemäß Ausführungsbeispielen der Regelvorrichtung 110, erfolgt ausgehend von der messtechnisch ermittelten dreiphasigen Ausgangsspannung U_o,abc des Stromrichters, zu welcher optional die Spannung U_NM und/oder die Spannung ΔU summiert werden können, vorerst eine Separation der einzelnen Phasen. Anschließend werden diese in αβ-Koordinaten zerlegt. Bei alternativen Beispielen findet eine Zerlegung in dq-Koordinaten statt. Eine Methode zur Zerlegung in αβ-Koordinaten bietet die Verwendung von SOGI's (Second-Order-Generalized-Integrator) [5]. Bei dem Verfahren zur Zerlegung der einzelnen Signale ist es entscheidend, dass die Zeitkonstante für den Quadraturprozess unterhalb der Zeitkonstante der Innenimpedanz liegen. Nachdem die Signale in einer Clarke-Transformierten Darstellung vorliegen, erfolgt die Berechnung der jeweiligen Phasenwinkel <Ũ_o,a, <Ũ_o,b, <Ũ_o,c und dessen Amplituden |Ũ_o,k| (mit k = a, b, c). Zusätzlich werden die Stellamplituden |U_s,k| (mit k = a, b, c) dynamisch zur Berechnung der Stellgrößenbeschränkung aus den dreiphasigen Amplituden der Stellsignale nach 11 bezogen. Anschließend erfolgt die Berechnung der Stellgrößenbeschränkungen U_min,k, U_max,k, ϑ_min,k, ϑ_max,k, mit k = a, b, c wie in Bezug auf 5 beschrieben.
11 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Regelvorrichtung 110, gemäß welchem die Regelvorrichtung 110 jeweils einen Stellspannungszeiger für eine Mehrzahl von Phasen bereitstellt. Bei dem in 11 gezeigten Beispiel für einen dreiphasigen Stromrichter ist die Regelvorrichtung 110 ausgebildet, um für die erste Phase einen ersten Stellspannungszeiger mit Amplitude 42₁ und Winkel 52₁, für die zweite Phase einen zweiten Stellspannungszeiger mit Amplitude 42₂ und Winkel 52₂, und für die dritte Phase einen dritten Stellspannungszeiger mit Amplitude 42₃ und Winkel 52₃ bereitzustellen. Die Amplituden 42₁, 42₂, 42₃ und die Winkel 52₁, 52₂, 52₃ der Stellspannungszeiger für die Mehrzahl von Phasen werden jeweils separat begrenzt, wobei die jeweiligen Amplitudenstellbereiche 44₁, 44₂, 44₃ und Winkelstellbereiche 54₁, 54₂, 54₃ für die einzelnen Phasen separat bestimmt werden können, beispielsweise wie im Hinblick auf 10 beschrieben.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 11 beschreibt der Sollstellspannungszeiger 32' die Sollstellspannung für die Mehrzahl von Phasen und die Regelvorrichtung 110 ist ausgebildet, um für jede der Phasen basierend auf einer Amplitude 42' des Sollstellspannungszeigers 32' eine jeweilige Amplitude 42'₁, 42'₂, 42'₃ zu bestimmen und basierend auf einem Winkel 52' des Sollstellspannungszeigers 32' für jede der Phasen einen Winkel 52'₁, 52'₂, 52'₃ zu bestimmen. Die Regelvorrichtung 110 begrenzt die Amplituden und Winkel der jeweiligen Phasen gemäß diesen Ausführungsbeispielen separat voneinander.
Die Bestimmung des Sollstellspannungszeigers 32' kann der Regelvorrichtung 110 gemäß 11, wie im Hinblick auf die Regelvorrichtung 110 gemäß 8 beschrieben, erfolgen.
In anderen Worten, 11 veranschaulicht eine abgewandelte Form des netzbildenden Regelungsverfahrens aus 7. Beide Regelungsverfahren können bei Beispielen ein äquivalentes Systemverhalten aufweisen, wobei für die konstante T_A·k_p = T_m gilt. Des Weiteren werden die PT1-Glieder aus 7 durch Integratoren mit einer negativen Rückkoppelschleife ausgeführt. Zusätzlich ist die abgewandelte Variante des Regelungsverfahrens aus 7, mit Sättigungsblöcken in Kombination mit dem Tracking Anti-Windup Verfahrens aus [6] ausgestattet. Die Faktoren k_AWϑ und k_AWU bilden zudem die Proportionalitätsfaktoren aus [6] ab. Die Blöcke „Satlogic“ sind mit einer Logik versehen, welche die Summe Σ Sat_ϑs, respektive Σ_Sat|Us| der jeweiligen drei Eingangssignale Σ _Satϑk respektive Σ_Sat|Us| mit k = a, b, c bildet, sobald diese jeweils eine Wertigkeit ungleich Null aufweisen. Anschließend werden die Eingänge der jeweiligen Integratoren der entsprechenden Summen Σ_Sat|Ui|, Σ_Satϑi beaufschlagt. Die Grenzen der Sättigungsblöcke werden nach 10. dynamisch bestimmt.
Zur phasenseparaten Stellgrößenbeschränkung werden die Stellsignale in eine dreiphasige Zeigerdarstellung überführt und anschließend mit Hilfe verschiedener Modulationsverfahren zur Ansteuerung der Leistungshalbleiter verwendet. Dies lässt sich aus Sicht der jeweiligen Stellwerte der Phase ϑ_s durch zusätzliche Pfade mit Phasenverschiebungen um -2/3π, respektive -4/3π erreichen. Die Stellwerte der Amplituden |U_s| werden ebenfalls in eine dreiphasige Zeigerdarstellung überführt und repräsentieren anschließend den Betrag der einphasigen Spannungszeiger |U_s,a|, |U_s,b|, |U_s,c|. Durch die Separierung der Phasen lässt sich eine unmittelbare Stellgrößenbeschränkung auf Basis der entsprechenden Stellgrößen aus erreichen. Durch die Stellgrößenbeschränkung der Stellspannungsamplituden |U_s,a|, |U_s,b|, |U_s,c| und der Stellwinkel ϑ_s,a, ϑ_s,b, ϑ_s,c erfüllen die Stellsignale stets die Gleichungen Gl. 8 und Gl. 9: $U_{m i n, k} \leq | U_{s, k} | \leq U_{m a x, k}$
$ϑ_{m i n, k} \leq ϑ_{s, k} \leq ϑ_{m a x, k},$
wobei k = a, b, c gilt.
Die im Hinblick auf die 11 und 12 beschriebene Implementierung mit phasenseparater Stellgrößenbeschränkung und Bestimmung eines jeweiligen Stellspannungszeigers für jede der Mehrzahl von Phasen kann insbesondere für Netze vorteilhaft sein, in denen eine Asymmetrie zwischen den Phasen des Netzes auftreten kann.
Beispielsweise kann, in Bezug auf den Stromrichter 80 aus 9, die erste Stellspannung U_s1 von der Amplitude 42₁ und dem Winkel 52₁ beschrieben werden, die zweite Stellspannung U_s2 von der Amplitude 42₂ und dem Winkel 52₂ beschrieben werden, und die dritte Stellspannung U_s3 von der Amplitude 42₃ und dem Winkel 52₂ beschrieben werden.
12 veranschaulicht ein Beispiel einer Stellgrößenbestimmung für symmetrische dreiphasigen Netze. Im Fall eines symmetrischen, dreiphasigen Netzes können die Stellspannungen, beispielsweise die Stellspannungen U_s1, U_s2, U_s3 aus 9, mittels eines gemeinsamen Stellspannungszeigers beschrieben werden. Analog dazu können auch die Ausgangsspannungen der drei Phasen, beispielsweise U₀₁, U₀₂, U₀₃ aus 9, mittels eines gemeinsamen Bezugsspannungszeigers 60 beschrieben werden. Entsprechend kann die Regelvorrichtung 110 gemäß Ausführungsbeispielen, insbesondere Ausführungsbeispielen für symmetrische Netze, den Bezugsspannungszeiger 60 basierend auf den ein oder mehreren die Ausgangsspannungen der drei Phasen, beispielsweise der drei Phasen U, V, W des Stromrichters 80 beschreibenden Messgrößen 84 erhalten. Dabei kann die Regelvorrichtung 110 optional die Korrekturterme 71 und 72, wie im Hinblick auf die 5 und 9 beschrieben wird, berücksichtigen. Die Regelvorrichtung 110 kann gemäß dem Ausführungsbeispiel von 12 den die drei Phasen des Stromrichters 80 beschreibenden Stellspannungszeiger 60 mittels einer Transformation 1101 transformieren und den transformierten Stellspannungszeiger dem Stellbereichs-Bestimmungsmodul 31 zuführen. Die Transformation 1101 kann, wie im Hinblick auf 10 beschrieben, eine Park-Transformation oder eine Clarke-Transformation sein. Die Stellbereichsbestimmung 31 kann, wie im Hinblick auf 5 beschrieben, ausgeführt werden. Das heißt, gemäß diesen Ausführungsbeispielen kann die Regelvorrichtung 110 ausgebildet sein, um einen gemeinsamen Stellspannungszeiger für die drei Phasen des dreiphasigen Stromrichters 80 zu begrenzen.
Ausführungsbeispiele der Regelvorrichtung 110 für symmetrische Netze können wie in 8 gezeigt ausgeführt sein, wobei der Stellspannungszeiger 32 beziehungsweise der Sollstellspannungszeiger 32' in diesem Fall einen Stellspannungszeiger für die drei Phasen eines dreiphasigen Stromrichters repräsentiert. Basierend auf dem von der Regelvorrichtung 110 bestimmten Sollstellspannungszeiger 32 kann der Stromrichter 80 eine jeweilige Stellspannung für jede der drei Phasen des Stromrichters bestimmen. Beispielsweise kann der Stromrichter 80 gemäß 9 ausgebildet sein, um die erste Stellspannung U_s1, die zweite Stellspannung U_s2 und die dritte Stellspannung U_s3 basierend auf der Stellspannung 32 zu bestimmen.
In anderen Worten, 8 in Kombination mit 12 kann ein Ausführungsbeispiel für eine Bestimmung der dynamischen Stellgrößenbeschränkung für dreiphasige, symmetrische Netze darstellen, welche beispielsweise wie in Bezug auf 5 beschrieben, implementiert werden kann.
Für symmetrische Netze lassen sich die Stellgrößenbeschränkungen basierend auf der Summe aus: der messtechnisch ermittelten dreiphasigen Ausgangsspannung U_o,abc des Stromrichters, der Spannung U _NM sowie der Spannung ΔU und einer anschließenden Clark-Transformation (Ũ_o,αβ0) realisieren. Die Amplitude des gestellten Spannungszeigers |U_s| wird dynamisch nach 8 bezogen. Anschließend erfolgt die Berechnung der Stellgrö-ßenbeschränkung (U_max, U_min,ϑ_max, ϑ_min) wie in Bezug auf 5 beschrieben. Das netzbildende Regelungsverfahrens aus 8 wie das Regelungsverfahren aus 11 implementiert sein und kann ein äquivalentes oder ähnliches Systemverhalten aufweisen, wie das Regelungsverfahren aus 11, wobei auch hier für die konstante T_A·k_p = T_m gilt. Abweichend enthält das Regelungsverfahrens die Stellgrößenvorgabe aus 12, d.h. die Beschränkung wird gemeinsam für alle Phasen durchgeführt und die Rückkopplungsschleife für das Anit-Windup kann entsprechend angepasst werden. Zum Beispiel werden Sättigungsblöcke integriert und zwei Integratoren mit dem Tracking Anti-Windup Verfahren [6] ausgestattet. Die Faktoren k_AWϑ und k_AWU bilden zudem die Proportionalitätsfaktoren aus [6] ab.
Durch die Stellgrößenbeschränkung der Stellspannungsamplitude |U_s| und des Stellwinkels ϑ_s erfüllen die beiden Stellsignale stets die Gleichungen Gl. 10 und Gl. 11: $U_{m i n} \leq | U_{s} | \leq U_{m a x}$
$ϑ_{m i n} \leq ϑ_{s} \leq ϑ_{m a x}$
Gemäß Ausführungsbeispielen ist der Stromrichter 80 demnach ein mehrphasiger Stromrichter und der Bezugsspannungszeiger 60 beschreibt eine Mehrzahl von Ausgangsspannungen U₀₁, U₀₂, U₀₃, die jeweils einer Phase einer Mehrzahl von Phasen U, V, W des Stromrichters 80 zugeordnet sind. Der Stromrichter 80 ist gemäß den Ausführungsbeispielen ausgebildet, um für jede der Phasen eine durch die Stellspannung 32 angezeigte Spannung U_i1, U_i2, U_i3 bereitzustellen. Beispielsweise stellt der Stromrichter 80 die durch die Stellspannung 32 angezeigten Spannungen für die Phasen an dem der jeweiligen Phase zugeordneten Anschlusspunkt 88₁, 88₂, 88₃, welcher mittels der Innenimpedanz 86₁, 86₂, 86₃ mit dem Anschlusspunkt der jeweiligen Phase verbunden ist, bereit.
13 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Regelvorrichtung 110, welches für einen dreiphasigen Stromrichter ausgebildet ist, beispielsweise für den Stromrichter 80 gemäß 9. Gemäß dem Beispiel aus 13 ist der Stromrichter ausgebildet, um abhängig von der Stellspannung 32 jeweils eine Spannung für die erste Phase U, die zweite Phase V und die dritte Phase W des dreiphasigen Stromrichters 80 bereitzustellen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 13 ist die Regelvorrichtung 110 ausgebildet, um die Stellspannung 32 in Mitsystem-, Gegensystem- und Nullsystem-Komponenten zu regeln. Die Regelvorrichtung 110 gemäß 13 weist eine Mitsystem-Regelung 110_p auf, welche ausgebildet ist, um einen Mitsystem-Stellspannungszeiger 32_p zu bestimmen. Ferner weist die Regelvorrichtung 110 gemäß 13 eine Gegensystem-Regelung 110_n auf, welche ausgebildet ist, um einen Gegensystem-Stellspannungszeiger 32_n zu bestimmen. Optional kann die Regelvorrichtung 110 eine Nullsystem-Regelung 110₀ aufweisen, welche ausgelegt ist, um einen Nullsystem-Stellspannungszeiger 32o zu bestimmen. Der Mitsystem-Stellspannungszeiger 32_p, der Gegensystem-Stellspannungszeiger 32_n und der Nullsystem-Stellspannungszeiger 32₀ beschreiben gemeinsam die Stellspannung 32, auf welcher basierend der Stromrichter 80 jeweils eine Stellspannung für jede der drei Phasen des Stromrichters 80 bestimmen kann, beispielsweise die erste Stellspannung U_s1, die zweite Stellspannung U_s2 und die dritte Stellspannung U_s3 (vgl. 9). Die Mitsystem-Regelung 110_p ist ausgebildet, um einen Mitsystem-Sollstellspannungszeiger basierend auf ein oder mehreren die Ausgangsspannungen der drei Phasen des Stromrichters beschreibenden Messgrößen 84 (vgl. 1) zu bestimmen und eine Amplitude 42'_p und einen Winkel 52'_p des Mitsystem-Stellspannungszeigers zu begrenzen, um eine Amplitude 42_p und einen Winkel 52_p des Mitsystem-Stellspannungszeigers 32_p zu bestimmen. Beispielsweise kann die Mitsystem-Regelung 110_p entsprechend der in 8 gezeigten Regelung für symmetrische Systeme ausgebildet sein, wobei im Fall der Mitsystem-Regelung 110_p die geregelte Spannung das Mitsystem der Ausgangsspannungen der drei Phasen beschreibt. Die Mitsystem-Regelung 110_p kann ausgebildet sein, um die Amplitude 42'_p auf einen Amplitudenstellbereich 44_p zu begrenzen, um die Amplitude 42_p zu erhalten. Ferner kann die Mitsystem-Regelung 110_p ausgebildet sein, um den Winkel 52'_p auf einen Winkelstellbereich 54_p zu begrenzen, um den Winkel 52_p zu erhalten.
Bei dem Beispiel aus 13 können die jeweiligen Ausgangsspannungen der ersten, zweiten und dritten Phase des Stromrichters 80 mittels einem Mitsystem-Bezugsspannungszeiger 60_p, einem Gegensystem-Bezugsspannungszeiger 60_n und einem Nullsystem-Bezugsspannungszeiger 60₀ (vgl. 14) beschrieben werden. Die Mitsystem-Regelung 110_p kann ausgebildet sein, um den Mitsystem-Bezugsspannungszeiger 60_p zu regeln. Bei Beispielen kann die Gegensystem-Regelung 110_n ausgebildet sein, um den Gegensystem-Bezugsspannungszeiger 60_n auf null zu regeln und die Nullsystem-Regelung 110₀ kann ausgebildet sein, um den Nullsystem-Bezugsspannungszeiger 60₀ auf null zu regeln. Dazu können die Gegensystem-Regelung 110_n und die Nullsystem-Regelung 110₀ eine Gegensystem-Steuerung 110_n beziehungsweise eine Nullsystem-Steuerung 110₀ aufweisen. Die Gegensystem-Steuerung 110_n stellt eine Amplitude 42'_n und einen Winkel 52'_n eines Gegensystem-Sollstellspannungszeigers bereit. Die Gegensystem-Regelung 110_n ist ausgebildet, um die Amplitude 42'_n auf einen Winkelstellbereich 44_n zu begrenzen, um eine Amplitude 42_n des Gegensystem-Stellspannungszeigers 32_n zu erhalten. Ferner ist die Gegensystem-Regelung 110_n ausgebildet, um einen Winkel 52'_n des Gegensystem-Sollstel-Ispannungszeigers auf einen Winkelstellbereich 54_n zu begrenzen, um einen Winkel 52_n des Gegensystem-Stellspannungszeigers 32_n zu bestimmen. Die Nullsystem-Steuerung 1110 ist ausgebildet, um eine Amplitude 42'₀ und einen Winkel 52'₀ eines Nullsystem-Sollstellspannungszeigers zu bestimmen. Die Nullsystem-Regelung 110₀ kann ausgebildet sein, um die Amplitude 42'₀ auf einen Amplitudenstellbereich 42₀ zu begrenzen, um eine Amplitude 42₀ des Nullsystem-Stellspannungszeigers 32₀ zu bestimmen. Ferner kann die Nullsystem-Regelung 110₀ ausgebildet sein, um den Winkel 52'₀ auf einen Winkelstellbereich 54₀ zu begrenzen, um einen Winkel 52₀ des Nullsystem-Stellspannungszeigers 32₀ zu bestimmen.
In anderen Worten, gemäß Ausführungsbeispielen kann die Stellgrößenbeschränkung in Mit-, Gegen und Nullsystem ausgeführt werden. Die netzbildende Regelung ist standardmäßig für das Mitsystem ausgelegt. Die Beschränkung des Mitsystems kann somit in Beispielen analog zum symmetrischen Fall wie in Bezug auf 12 bzw. 8 beschrieben erfolgen. Das Gegen- und das Nullsystem werden bei diesen Beispielen mit dem Wert null gesteuert, um eine ideale Symmetrierung zu erreichen. Je nach Unsymmetrie des Netzes können dabei aber beliebig hohe Gegen- oder Nullströme auftreten. Daher weist die Regelvorrichtung 110 bei Beispielen eine Regelung 110_n des Gegensystems und eine Regelung 110₀ des Nullsystems der Stellspannung auf, die den Symmetrierungsbeitrag begrenzen oder harmonisieren kann. Unabhängig von der Regelungsaufgabe bezüglich des Gegen- bzw. Nullsystems kann in ähnlicher Weise eine Stellbeschränkung aufgesetzt werden (vgl. 14).
14 veranschaulicht ein Beispiel einer Stellbereichsbestimmung im Mit-, Gegen- und Nullsystem. Gemäß dem Beispiel aus 14 ist die Regelvorrichtung 110 ausgebildet, um den Amplitudenstellbereich 44_p und den Winkelstellbereich 54_p für das Mitsystem, den Amplitudenstellbereich 44_n und den Winkelstellbereich 54_n für das Gegensystem sowie den Amplitudenstellbereich 44₀ und den Winkelstellbereich 54₀ für das Nullsystem zu bestimmen. In anderen Worten kann die Regelvorrichtung 110 separate Stellgrößengrenzen für das Mit-, Gegen- und Nullsystem bestimmen. Die Regelvorrichtung 110 kann eine Mitsystem-Stellbereichsbestimmung 31_p aufweisen, welche ausgebildet ist, um basierend auf einem Mitsystem-Bezugsspannungszeiger 60_p den Amplitudenstellbereich 44_p und den Winkelstellbereich 54_p zu bestimmen. Entsprechend kann die Regelvorrichtung 110 eine Gegensystem-Stellbereichsbestimmung 31_n aufweisen, welche ausgebildet ist, um basierend auf einem Gegensystem-Bezugsspannungszeiger 60_n den Amplitudenstellbereich 44_n und den Winkelstellbereich 54_n zu bestimmen. Die Regelvorrichtung 110 kann ferner eine Nullsystem-Stellbereichsbestimmung 31₀ aufweisen, welche ausgebildet ist, um basierend auf einem Nullsystem-Bezugsspannungszeiger 60₀ den Amplitudenstellbereich 44₀ und den Winkelstellbereich 54₀ zu bestimmen. Die Regelvorrichtung 110 kann gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 14 eine Mit-, Gegen-, Null-Zerlegung 141 aufweisen, welche ausgebildet sein kann, um basierend auf einem Bezugsspannungszeiger 60 den Mitsystem-Bezugsspannungszeiger 60_p, den Gegensystem-Bezugsspannungszeiger 60_n und den Nullsystem-Bezugsspannungszeiger 60₀ zu bestimmen. Wie im Hinblick auf die 5 und 9 beschrieben, kann auch bei diesen Ausführungsbeispielen der Bezugsspannungszeiger 60 basierend auf den ein oder mehreren Messgrößen 84 sowie optional ein oder mehrerer der Korrekturterme 71, 72 bestimmt sein.
Die Stellbereichsbestimmung 31_p, 31_n, 31₀ kann beispielsweise entsprechend der Stellbereichsbestimmung 31 aus 5 implementiert sein. Dabei können der erste und zweite Abweichungsgrenzwert separat für das Mitsystem, das Gegensystem und das Nullsystem bestimmt werden.
In anderen Worten, ausgehend von dem Bezugsspannungszeiger U₀, zu welchem optional der Spannungszeiger U_NM sowie der Spannungszeiger ΔU addiert werden können, kann gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 13 eine Zerlegung (bspw. nach [7]) in eine Mitsystemspannung ${\underline{\tilde{U}}}_{o}^{p}$
und eine Gegensystemspannung ${\underline{\tilde{U}}}_{o}^{n}$
und Nullsystemspannung ${\underline{\tilde{U}}}_{o}^{0}$
zur Berechnung der Phasenwinkel $< {\tilde{U}}_{o}^{p}, < {\tilde{U}}_{o}^{n}, < {\tilde{U}}_{o}^{0},$
und Amplituden $| {\tilde{U}}_{o}^{p} |, | {\tilde{U}}_{o}^{n} |, | {\tilde{U}}_{o}^{0} |$
erfolgen. Analog zu Ausführungsbeispielen der 8 und 110 kann ebenfalls die Kondensatorspannung am Sinusfilter oder die Spannung an der Netzankopplung des Stromrichters verwendet werden. Zudem werden die Stellspannungsamplituden für das Mitsystem $| U_{s}^{p} |,$
das Gegensystem $| U_{s}^{n} |$
und Nullsystem $| U_{s}^{0} |$
aus den entsprechenden Stellwerten bezogen. Anschließend lassen sich die Stellgrößenbeschränkungen für das Mitsystem $(U_{max}^{p}, U_{min}^{p}, ϑ_{max,}^{p} ϑ_{min}^{p}),$
und das Gegensystem $(U_{max}^{n}, U_{min}^{n}, ϑ_{max,}^{n} ϑ_{min}^{n})$
und optional das Nullsystem $(U_{max}^{0}, U_{min}^{0}, ϑ_{max,}^{0} ϑ_{min}^{0})$
wie in Bezug auf 5 beschrieben bestimmen.
Auch hier werden die zulässigen Korridore mit Hilfe der jeweiligen Faktoren $k_{ver}^{\dots} \in [0,1]$
und $k_{hor}^{\dots} \in [0,1]$
festgelegt. Dazu sind verschiedene Untervarianten denkbar. Zum einen können die freien Bereiche für die jeweiligen Systeme verteilt und vordefiniert werden. In einer anderen Realisierung können auch bedingte Freiräume eingesetzt werden, in dem ein System priorisiert wird (zum Beispiel das Mitsystem) und die anderen sich aus den ungenutzt Freiräumen ergeben. In jedem Fall ist darauf zu achten, dass die Summe aller Spannungsunterschiede den gesamten zulässigen Spannungsbereich nicht verlässt.
15 veranschaulicht eine Regelvorrichtung 210 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Regelvorrichtung 210 kann optional der Regelvorrichtung 10 entsprechen und optional die im Hinblick auf 1 beschriebenen Merkmale aufweisen. Die Regelvorrichtung 210 weist ein Begrenzungsmodul 230 auf, welches ausgebildet, um eine Stellspannung 232 für einen Stromrichter 80 abhängig von der Ausgangsspannung des Stromrichters 80 zu bestimmen. Ein Stellspannungszeiger, welcher mittels einer ersten Koordinate 242 und einer zweite Koordinate 252 beschrieben wird, repräsentiert die Stellspannung. Das Begrenzungsmodul 230 erhält ferner einen Bezugsspannungszeiger 260, welcher mittels einer ersten Koordinate 262 und einer zweite Koordinate 264 beschrieben wird, und welcher die Ausgangsspannung des Stromrichters 80 beschreibt. Das Begrenzungsmodul 230 beinhaltet ein erstes Koordinatenbegrenzungsmodul 241, ausgebildet um die erste Koordinate 242 des Stellspannungszeigers 232 auf einen ersten Stellbereich 244 um die erste Koordinate 262 des Bezugsspannungszeigers 260 zu begrenzen. Ferner beinhaltet das Begrenzungsmodul 230 ein zweites Koordinatenbegrenzungsmodul 251, ausgebildet um die zweite Koordinate 252 des Stellspannungszeigers 232 auf einen zweite Stellbereich 254 um die zweite Koordinate 264 des Bezugsspannungszeigers 260 zu begrenzen. Die erste Koordinate 242 des Stellspannungszeigers 232 und die erste Koordinate 262 des Bezugsspannungszeigers 260 beziehen sich auf eine erste Koordinatenachse eines Koordinatensystems, und die zweite Koordinate 252 des Stellspannungszeigers 232 und die zweite Koordinate 264 des Bezugsspannungszeigers 260 beziehen sich auf eine zweite Koordinatenachse des Koordinatensystems. Gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 15 sind die erste Koordinatenachse und die zweite Koordinatenachse orthogonal und geradlinig zueinander. Zum Beispiel ist das Koordinatensystem kartesisch.
In anderen Worten, im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, in welchen der Stellspannungszeiger 32 auf einen in Polarkoordinaten bestimmten Stellbereich begrenzt wird, wird der Stellbereich für den Stellspannungszeiger 232 bezüglich zueinander orthogonaler Koordinatenachsen in Form des ersten Stellbereichs 244 und des zweiten Stellbereichs 254 bestimmt. Der Stellbereich lässt sich so besonders einfach bestimmen. Insbesondere können die im Hinblick auf die Polarkoordinaten beschriebenen Effekte, dass die Amplitude und der Winkel bezüglich der ersten und zweiten Richtung kartesischer (oder orthogonaler) Koordinaten, z.b. dq-Koordinaten, voneinander abhängig sind, vermieden werden. Bei der Nutzung zueinander orthogonaler Koordinaten für die Stellbereichsbestimmung, können die im Hinblick auf 4B beschriebenen Rechteckigen Stellbereiche, aber auch der kreisförmige Stellbereich einfacher erreicht werden.
Die Regelvorrichtung 210 ist in 15 im Zusammenhang einer Stromrichteranordnung 2 mit einem Stromrichter 80 und einer Stellgrößenregelung 20, welche optional Teil der Regelvorrichtung sein kann, gezeigt. Das Zusammenwirken der Regelvorrichtung 210 mit der Stellgrößenregelung 20 und dem Stromrichter 80 kann wie im Hinblick auf die vorigen Ausführungsbeispiele im Hinblick auf die 1 bis 14 beschrieben erfolgen. Beispielsweise kann die Stellgrößenregelung 20 gemäß dem Ausführungsbeispiel von 15 den Sollsteltspannungszeiger 232' in orthogonalen Koordinaten bereitstellen. Außerdem kann die Regelvorrichtung 210 das Bezugsspannungszeigerbestimmungsmodul 78 aufweisen um den Bezugsspannungszeiger 260 in orthogonalen Koordinaten bereitzustellen.
Generell lässt sich die Regelvorrichtung 210 optional um sämtliche im Hinblick auf die Regelvorrichtung 110 beschriebenen Merkmale ergänzen, indem anstelle der von Amplitude und Winkel die zueinander orthogonalen ersten und zweiten Koordinaten genutzt werden. Beispielsweise können die Funktionen des Stellspannungszeigers 32, 232, des Bezugsspannungszeiger 60, 260, des Sollstellspannungszeigers 32', 232' und des Begrenzungsmoduls 30, 230 mit Ausnahme der verwendeten Koordinaten identisch sein, wobei ferner anzumerken ist, dass die Regelvorrichtung 210 den ersten und den zweiten Stellbereich nicht zwangsläufig situationsabhängig bestimmt, sondern diese optional auch beide vorbestimmt sein können. Dabei kann das erste Koordinatenbegrenzungsmodul 241 an die Stelle des Amplitudenbegrenzungsmoduls 41 treten, das zweite Koordinatenbegrenzungsmodul 251 an die Stelle des Winkelbegrenzungsmoduls 51 treten, bezüglich des Stellspannungszeigers die erste Koordinate 242 an die Stelle der Amplitude 42 treten und die zweite Koordinate 252 an die Stelle des Winkels 52 treten, der erste Stellbereich 244 an die Stelle des Amplitudenstellbereichs 44 treten, der zweite Stellbereich 254 an die Stelle des Winkelstellbereichs 54 treten, ein erstes Stellbereichsbestimmungsmodul 243 an die Stelle des Amplitudenstellbereichsbestimmungsmoduls 43 treten, ein zweites Stellbereichsbestimmungsmodul 253 an die Stelle des Winkelstellbereichsbestimmungsmoduls 53 treten, und bezüglich des Bezugsspannungszeigers die erste Koordinate 262 an die Stelle der Amplitude 62 treten und die zweite Koordinate 264 an die Stelle des Winkels 64 treten.
Beispielsweise kann die Regelvorrichtung ein erstes Stellbereichsbestimmungsmodul 243 aufweisen, welches den ersten Stellbereich 244 basierend auf der ersten Koordinate 262 des Bezugsspannungszeigers 260 bestimmt. Ferner kann die Regelvorrichtung ein zweites Stellbereichsbestimmungsmodul 253 aufweisen, welches den zweiten Stellbereich 254 basierend auf der ersten Koordinate 264 des Bezugsspannungszeigers 260 bestimmt.
Gemäß Ausführungsbeispielen stellt das erstes Stellbereichsbestimmungsmodul 243 den ersten Stellbereich 244 ferner basierend auf einem ersten Abweichungsgrenzwert (z.B. 246 in 16) ein, um eine Abweichung der ersten Koordinate 242 des Stellspannungszeigers 232 von der ersten Koordinate 262 des Bezugsspannungszeigers 260 auf einen ersten Abweichungsgrenzwert zu begrenzen. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen stellt das zweite Stellbereichsbestimmungsmodul 253 den zweiten Stellbereich 254 ferner basierend auf einem zweiten Abweichungsgrenzwert (z.B. 256 in 16) ein, um eine Abweichung der zweiten Koordinate 252 des Stellspannungszeigers 232 von der zweiten Koordinate 264 des Bezugsspannungszeigers 260 auf einen zweiten Abweichungsgrenzwert zu begrenzen.
Zum Beispiel können der erste und der zweite Abweichungsgrenzwert die Funktion wie im Hinblick auf die Regelvorrichtung 110, beispielsweise im Hinblick auf 4B, beschrieben erfüllen. Beispielsweise können der erste und zweite Abweichungsgrenzwert maximale Abweichungen in der ersten und zweiten Richtung angeben, beispielsweise in Richtung der ersten und zweiten Koordinatenachsen. Beispielsweise kann die Regelvorrichtung den ersten und den zweiten Abweichungsgrenzwert situationsabhängig bestimmen.
Zum Beispiel kann das erstes Stellbereichsbestimmungsmodul 243 eine untere und eine obere Grenze des ersten Stellbereichs bestimmen, z.B. durch Addition und Subtraktion des ersten Abweichungsgrenzwerts von der ersten Koordinate des Bezugsspannungszeigers. Entsprechend kann das zweite Stellbereichsbestimmungsmodul 253 eine untere und eine obere Grenze des zweiten Stellbereichs bestimmen, z.B. durch Addition und Subtraktion des zweiten Abweichungsgrenzwerts von der zweiten Koordinate des Bezugsspannungszeigers.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann das Koordinatensystem der ersten und zweiten Koordinate 242, 252 bezüglich des Bezugsspannungszeigers 260 statisch sein. Zum Beispiel ist die erste Koordinatenachse parallel zum Bezugsspannungszeiger 260 und die zweite Koordinatenachse orthogonal zum Bezugsspannungszeiger.
16 veranschaulicht ein Beispiel einer Grenzwertbestimmung 231 (oder Stellbereichsbestimmung 231) in kartesischen Koordinaten, wie sie bei Beispielen der Regelvorrichtung 210 aus 15 implementiert werden kann. Die Stellbereichsbestimmung 231 kann die Module 243, 253 aus 15 repräsentieren. Gemäß dem Beispiel aus 16 wird der erste Stellbereich 244 in Form eines oberen Grenzwerts U_ver,max und eines unteren Grenwerts U_ver,min für die erste Koordinate 242 des Spannungszeigers 232 bereitgestellt. Analog dazu wird der zweite Stellbereich 254 in Form eines oberen Grenzwerts U_hor,max und eines unteren Grenwerts U_hor,min für die zweite Koordinate 252 des Stellspannungszeigers 232 bereitgestellt. Gemäß dem Beispiel aus 16 weist die Regelvorrichtung 210 ein Modul 266 auf, welches ausgebildet ist, um die erste Koordinate 262 und die zweite Koordinate 264 des Bezugsspannungszeigers 260 bereitzustellen. Gemäß dem in 16 gezeigten Beispiel ist die Stellbereichsbestimmung 231 ausgebildet, um den ersten Abweichungsgrenzwert 246 basierend auf der Innenimpedanz 86 zu bestimmen, und die untere und obere Grenze des ersten Stellbereichs 244 basierend auf dem ersten Abweichungsgrenzwert 46 zu bestimmen. Ferner ist die Stellbereichsbestimmung 231 gemäß 16 ausgebildet, um den zweiten Abweichungsgrenzwert 256 basierend auf der Innenimpedanz 86 zu bestimmen, und die untere und obere Grenze des zweiten Stellbereichs basierend auf dem zweiten Abweichungsgrenzwert 56 zu bestimmen.
In anderen Worten, das im Hinblick auf die 2 bis 14 beschriebene Verfahren kann grundsätzlich auch in kartesischen Koordinaten umgesetzt werden. Dann muss keine Zerlegung und Betrachtung der Spannungszeiger in Amplitude und Winkel erfolgen, sondern dies erfolgt in orthogonalen Komponenten beispielsweise d,q-Komponenten (vertikal und horizontal). Die Bestimmung der Grenzwerte bzw. Grenzbereiche vereinfacht sich, da die korrekte Umrechnung für die Amplitude und den Winkel entfällt.
Dafür kann der Stellspannungszeiger 232', 32', beispielsweise aus der netzbildenden Regelung, in kartesischen Koordinaten vorliegen. Das kann im einfachen Fall durch eine Umrechnung anhand der gängigen mathematischen Methoden realisiert sein oder die Steuerung/Regelung des Stellspannungszeiger ist bereits direkt in kartesischen Koordinaten ausgeführt.
17 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Regelvorrichtung 210. Gemäß dem Beispiel aus 17 ist die Regelvorrichtung 210 ausgebildet um die erste Koordinate 242 und die zweite Koordinate 252 basierend auf dem ersten und dem zweiten Stellbereich 244, 254, wie sie mittels der Stellbereichsbestimmung 231 aus 16 bestimmt sind, zu begrenzen. In anderen Worten, 17 veranschaulicht eine Begrenzung der Stellspannung in kartesischen Koordinaten.
Die unterschiedlichen Varianten der 8 mit 12, 10 mit 11, und 13 mit 14 sind analog anwendbar, ebenso auch die situationsabhängige Anpassung der zulässigen Bereiche (Rechtecke und Kreis), die durch die Parameter k_ver und k_hor eingestellt werden können. Die Abhängigkeit der Grenzwertparameter k_ver bzw. k_hor von der tatsächlichen Ist-Abweichung der anderen Komponenten, wie es beispielsweise bei dem kreisförmigen Bereich erforderlich ist, bleibt ebenfalls erhalten.
18 veranschaulicht eine Regelvorrichtung 310 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Regelvorrichtung 310 ist ausgebildet, um eine Steuergröße 91 für einen Stromrichter 80 bereitzustellen. Der Stromrichter 80 weist einen Zwischenkreis 81 auf. Der Zwischenkreis ist mit zumindest zwei Zwischenkreisspannungszuführungen 94, 95 oder Zwischenkreisklemmen, welche ausgebildet sind um eine Zwischenkreisspannung 89 bereitzustellen, verbunden. Der Stromrichter 80 weist ferner einem Schaltungsknoten 88 auf, welcher über eine Innenimpedanz 86 mit einem Anschlusspunkt 82 des Stromrichters gekoppelt ist. Der Stromrichter ist ausgebildet, um an dem Schaltungsknoten 88 eine durch die Steuergröße 91 angezeigte Brückenspannung 87 (U_i) bereitzustellen. Zum Beispiel kann der Stromrichter dazu eine oder mehrere Halbbbrücken 83 aufweisen.
Die Regelvorrichtung 310 ist ausgebildet, um für die Steuergröße 91 einen Beitrag zumindest einer Spannungsschwingung im Zwischenkreis 81 zu der Brückenspannung 87 zu berücksichtigen. Alternativ oder zusätzlich ist die Regelvorrichtung 310 ausgebildet, um einen Potentialunterschied zwischen einem Bezugspotential M der Brückenspannung 87 und einem Bezugspotential N der Ausgangsspannung 85 zu berücksichtigen.
Zum Beispiel kann das Steuersignal 91 ein Tastgrad für eine Pulsweitenmodulation sein, mit welcher die Brückenspannung 87 gesteuert wird, beispielsweise wie in 9 gezeigt. Zum Beispiel kann die Regelvorrichtung 310 basierend auf der Ausgangsspannung 85 und/oder ein oder mehreren weiteren am Anschlusspunkt 82 bestimmten Messgrößen, beispielsweise den im Hinblick auf 1 beschriebenen Messgrößen 84, eine Stellspannung bestimmen, z.B. die im Hinblick auf die 1 bis 17 beschriebene Stellspannung 32, 232, bestimmen und basierend auf der Stellspannung die Steuergröße 91 bestimmen. Die Regelvorrichtung 310 kann den Beitrag der Spannungsschwingung und/oder den Potentialunterschied entweder bei der Bestimmung der Stellspannung berücksichtigen oder bei der Bestimmung der Steuergröße 91.
Wie in 18 gezeigt kann der Zwischenkreis 81 optional in Form eines oder mehrerer zwischen den Zwischenkreisspannungszuführungen seriell angeordneten Kondensatoren ausgeführt sein (vgl. auch 19). Die Zwischenkreisspannung 89 kann im Wesentlichen eine Gleichspannung sein. Auch wenn die Zwischenspannung 89 konstant ist, können seriell über den Zwischenkreis 89 abfallende Teilspannungen, beispielsweise eine erste Teilspannung 92 zwischen einer ersten Zwischenkreisspanungszuführung 94 und einem Mittelpunk des Zwischenkreises und eine zweite Teilspannung 93 zwischen einer zweiten Zwischenkreisspanungszuführung 95 und einem Mittelpunkt des Zwischenkreises zeitlich variieren. Dabei können Schwingungen einer oder mehrerer Frequenzen auftreten. Allgemein kann sich die Spannungsschwingung also auf eine Schwingung zwischen einer ersten Zwischenkreisspannungszuführungen 94 und einer zweiten Zwischenkreisspannungszuführung 95 beziehen oder auf eine Schwingung zwischen einer der Zwischenkreisspannungszuführungen 94, 95 und einem Bezugspotential des Zwischenkreises beziehen. Beispielsweise können Spannungsschwingungen mit der Grundfrequenz (die vorgesehene Frequenz der Ausgangsspannung) bevorzugt zwischen einer der Zwischenkreisspannungszuführungen und dem Bezugspotential auftreten, während Spannungsschwingungen höherer Ordnungen der Grundfrequenz auch zwischen den Zwischenkreisspannungszuführungen auftreten können. Der Mittelpunkt des Zwischenkreises kann beispielweise der Mittelpunkt zwischen den seriellen Zwischenkreiskondensatoren sein. Das Bezugspotential kann dabei z.B. ein Mittelwert der Potentiale der Zwischenkreisspanungszuführungen sein.
Die Brückenspannung 87 ist in der Regel eine Wechselspannung, deren Frequenz, d.h. die angestrebte Frequenz, als Grundschwingung bezeichnet werden kann. Eine Spannungsschwingung im Zwischenkreis 81, beispielsweise eine solche auf den Teilspannungen 91, 92, welche die Frequenz der Grundschwingung oder einer Harmonischen davon hat, kann zu einem Beitrag zu der Brückenspannung führen. Dieser Beitrag ist beispielsweise ein zusätzlicher Beitrag zu der Brückenspannung, also der durch das Steuersignal 91 angezeigte, wenn bei der Bestimmung des Steuersignals davon ausgegangen wird, dass solche Schwingungen nicht vorliegen. Beispielsweise kann bei der Bestimmung der Steuerspannung 91 ein Stellspannungszeiger, z.B. der Stellspannungszeiger 32, in Bezug zu einer der der Teilspannungen 92, 93 gesetzt werden, um den Beitrag der Spannungsschwingung zu berücksichtigen. Es können auch mehrere Spannungsschwingungen unterschiedlicher Frequenzen berücksichtigt werden.
Die Ausgangsspannung 85 kann zwischen dem Anschlusspunkt 82 und dem Bezugspotential N der Ausgangsspannung anliegen. Das Bezugspotential kann je nach Anwendungsfall die Erde oder ein Neutralleiter sein. Das Bezugspotential M der Brückenspannung kann sich davon unterscheiden, was sich auf die von der Regelvorrichtung 310 vorgesehene Abweichung der Brückenspannung zu der Ausgangsspannung auswirken kann. Es wird angemerkt, dass das Bezugspotential M nicht zwangsläufig als physisches Potential vorliegen muss, sondern auch theoretisch bestimmt sein kann, zum Beispiel durch ein Modulationsverfahren (Space-Vector-Modulation) bestimmt sein. Zum Beispiel kann der Bezugspunkt M im Fall eines mehrphasigen Systems, vgl. 19, 20, auch über die Summe der Außenleiterspannungen der Stell/-Steuerspannungen abgeleitet werden. Alternativ kann der Bezugspunkt M in Relation zu dem Zwischenkreis 81 bestimmt sein, z.B. in Relation zu einer oder mehrerer der Zwischenkreisspannungszuführungen, beispielsweise als Mittelwert der Potentiale der Zwischenkreisspannungszuführungen.
Die Regelvorrichtung 310 kann optional einer der im Hinblick auf die 1 bis 17 beschriebenen Regelvorrichtungen 10, 110, 210 entsprechen. Die Regelvorrichtung 310 kann also ausgebildet sein, um die Stellspannung um einen die Ausgangsspannung 85 beschreibenden Bezugsspannungszeiger zu begrenzen. Ferner kann der Stromrichter 80 aus 18 optional dem im Hinblick auf die 4A oder 9 beschriebenen Stromrichter 80 entsprechen. Der Beitrag der Spannungsschwingung kann ein Beispiel des Beitrags 71 sein, welcher optional in der Stellbereichsbestimmung berücksichtigt werden kann. Der Potentialunterschied zwischen M und N kann ein Beispiel des Beitrags 72 sein, welcher optional in der Stellbereichsbestimmung berücksichtigt werden kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist der Stromrichter 80 ein dreiphasiger Stromrichter, beispielsweise wie im Hinblick auf 9 beschrieben. Die Regelvorrichtung 310 kann für den dreiphasigen Stromrichter jeweils eine Steuergröße 91 für jede der drei Phasen bereitstellen, vgl. Steuergrößen 91₁, 91₂, 92₃ in 19, 20.
Es gibt potentiell verschiedene Ausführungen eines dreiphasigen Umrichter-Systems. Zum einen kann unterschieden werden, ob der Zwischenkreis geteilt ist (durch serielle Kondensatoren) und der Mittelpunkt herausgeführt bzw. (virtuell) geerdet ist (vgl. 19). In einer anderen Topologie-Variante kann eine weitere Halbbrücke implementiert werden deren Ausgang mit dem Mittelpunkt bzw. dem N-Leiter verbunden ist. Damit kann der Nullstrom bzw. das Potential M gezielt gesteuert werden. Fließen beispielsweise Ströme auf dem Mittelpunktleiter (zero sequence) in den Zwischenkreis, kommt es zu einer Verschiebung der Zwischenkreisspannung. An den Klemmen DC+ und DC- liegt dabei unverändert der gleiche Potentialunterschied vor. Eine Verschiebung ist über den vollen Zwischenkreis nicht messbar. Gemessen an DC+ gegenüber dem Mittelpunkt bzw. DC- gegenüber dem Mittelpunkt tritt jedoch eine Schwingung oder Verschiebung auf. Auf der (vollen) Zwischenkreisspannung treten die Schwingungen/Verschiebungen somit nicht auf, sind aber sozusagen im Zwischenkreis vorhanden und lassen sich beispielsweise durch eine Messung der Spannung an den Zwischenkreishälften nachweisen oder auch durch theoretische Überlegungen ermitteln.
19 veranschaulicht ein Beispiel einer Ausführung eines 3-Leiter Umrichtersystems 80 mit herausgeführtem Zwischenkreismittelpunkt. Der herausgeführte Zwischenkreismittelpunkt kann als Bezugspotential M für die Brückenspannung dienen. Ist der herausgeführte Zwischenkreismittelpunkt nicht mit dem N-Leiter, d.h. dem Potential N, verbunden, kann die oben beschriebene Potentialdifferenz auftreten. Diese kann beispielweise ermittelt werden, indem die Summe der gemessenen Außenleiterspannungen 85₁, 85₂, 85₃ am Ausgang, die gegenüber N gemessen werden (oder bestimmt sind, falls die verketten Spannungen gemessen werden) in Beziehung über zur Summe der Außenleiterspannungen der Stell/- Steuerspannungen (z.B. der Brückenspannungen 87₁, 87₂, 87₃) gesetzt werden.
20 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Hardware-Topologie eines Beispiels des Stromrichters 80. Der Bezugspunkt der gesteuerten Spannung Ui, d.h. der Brückenspannungen, ist der Mittelpunkt des Zwischenkreises. Dieser kann physisch herausgeführt sein, virtuell vorliegen oder auch direkt mit dem Potential N verbunden sein. Ist der Mittelpunkt physisch nicht lokalisiert, entspricht das Potential dem virtuellen Sternpunkt des gesteuerten dreiphasigen Spannungssystems (U_i1, U_i2, U_i3). U_i setzt sich beispielsweise aus der gepulsten DC-Spannung zusammen und teilt somit auch den Bezugspunkt. Für die Berücksichtigung von Harmonischen, bzw. den ein oder mehreren Spannungsschwinungen, ist die zu pulsende DC-Spannung und deren Bezugspunkt entscheidend. Treten darin Schwingungsanteile (besonders 50Hz und 100Hz) auf, liefern diese, neben dem (puls-weiten-) modulierten Anteil, einen zusätzlichen Beitrag zur Grundschwingung (50Hz). Diesen zusätzlichen Anteil, der erst nach der Behandlung der Stellspannung auftritt, gilt es zu identifizieren und entsprechend zu berücksichtigen, ansonsten kommt es zu ungewollten Abweichungen zwischen dem Spannungszeiger U_i und U_o.
Des Weiteren können je nach Ausführung die Punkte M und N elektrisch verbunden oder getrennt sein. Im letzteren Fall ist die Potentialdifferenz ebenfalls zu berücksichtigen. Dies kann beispielsweise durch Modulationsverfahren beabsichtigt sein oder sich durch eine Sternpunktverschiebung in unsymmetrischen Fällen ergeben. Aus der Summe der Außenleiterspannungen lässt sich diese Potentialdifferenz ermitteln.
Im Folgenden werden weitere optionale Merkmale, sowie Funktionen und Vorteile der Regelvorrichtung 10, 110, 210, 310 gemäß der 1 bis 20 erläutert.
Zum Beispiel wird der Stromrichter 80 durch das innovative Strombegrenzungsverfahren der Regelvorrichtung 110, 210 der 1 bis 17 für den normalen Operationsbereich nicht eingeschränkt. Der Stromrichter kann seinen netzdienlichen Beitrag zielgerichtet und inhärent bis zu seiner Maximalgrenze liefern und diesen beibehalten, solange es erforderlich ist. Er kann aber frei bleiben auf eine neue Situation zu reagieren. Dieses Verfahren ist sowohl für Spannungseinbrüche als auch bei Frequenzereignissen (bzw. Phasenwinkelereignisse) gleichermaßen geeignet. Der Ansatz funktioniert sowohl im Verbundnetz als auch im Inselnetz.
Kurzzeitige transiente Stromspitzen verschiedener Art können außerdem durch Pulssperren der Halbleiter behoben werden.
Gängige normative Anforderungen (Spannungsabhängige Wirkleistungsreduzierung, Wirkleistungsreduzierung bei Über- und Unterfrequenz, Spannungsabhängige Blindleistungsbreitstellung) lassen sich ebenfalls durch geeignete Auswahl der geometrischen Stellgrößenbeschränkungen implementieren.
Im Gegensatz zu anderen Verfahren, welche versuchen, den Inverterstrom direkt zu behandeln oder den Inverterstrom zumindest zu verwenden, um die Stellspannung zu adjustieren, werden bei dem hierin vorgestellten Regelungsverfahren zusätzliche Reglerschleifen oder Dynamiken vermieden. In anderen Worten, die Innovation des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, direkt den gestellten Spannungszeiger in einem Korridor zur Ausgangsspannung getrennt beispielsweise in Amplitude und Phasenwinkel zu halten. Das heißt der tatsächliche Inverterstrom muss nicht gemessen werden. Das erfindungsgemäße Regelungsverfahren kann auf alle wechselrichterbasierten System implementiert werden, die eine Spannung hinter einer Innenimpedanz steuern sollen. Insbesondere gilt dies für netzbildende oder spannungseinprägend-geregelte Stromrichter. Vorzugsweise sind Systeme mit elektrischem Energiespeicher zu wählen, da sie flexibel auf Leistungsänderungen reagieren können. Zusammengefasst kommen unter anderem folgende Systeme in Frage: feste Batterieumrichter, mobile Batterieumrichter (Elektromobilität), PV-Anlagen mit ergänzendem Batteriespeicher, Windkraftanlagen, STATCOM (Static Synchronous Compensator) mit Supercaps, AC-Netzanbindung einer HGÜ. Das Verfahren eignet sich sowohl für Inselnetzanwendungen als auch für den Einsatz im Verbundbetrieb.
21 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Regeln eines netzgekoppelten Stromrichters, beispielsweise des Stromrichters 80. Das Verfahren 1000 weist einen Schritt 1001 eines Bestimmens einer Stellspannung 32 für den Stromrichter, abhängig von einer Ausgangsspannung des Stromrichters 80, auf. Schritt 1001 beinhaltet Schritte 1010 bis 1030. Schritt 1010 beinhaltet ein Begrenzen einer Amplitude 42 eines Stellspannungszeigers 32, welcher die Stellspannung beschreibt, auf einen Amplitudenstellbereich 44 um eine Amplitude 62 eines auf der Ausgangsspannung basierenden Bezugsspannungszeigers 60. Schritt 1020 beinhaltet ein Begrenzen eines Winkels 52 des Stellspannungszeigers 32 auf einen Winkelstellbereich 54 um einen Winkel 64 des Bezugsspannungszeigers 60. Schritt 1030 beinhaltet ein situationsabhängiges Einstellen des Amplitudenstellbereichs 44 und des Winkelstellbereichs 54. Schritt 1010 kann vor, nach oder parallel zu Schritt 1020 ausgeführt werden. Schritt 1030 kann vor oder nach oder zwischen den Schritten 1010 und 1020 ausgeführt werden.
22 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 2000 zum Regeln eines netzgekoppelten Stromrichters, beispielsweise des Stromrichters 80. Das Verfahren 1000 weist einen Schritt 2001 eines Bestimmens einer Stellspannung 32 für den Stromrichter, abhängig von einer Ausgangsspannung des Stromrichters 80, auf. Schritt 2001 beinhaltet Schritte 2010 und 2020. Schritt 2010 beinhaltet ein Begrenzen einer ersten Koordinate 242 eines Stellspannungszeigers 232, welcher die Stellspannung beschreibt, auf einen ersten Stellbereich 244 um eine erste Koordinate 262 eines auf der Ausgangsspannung basierenden Bezugsspannungszeigers 60. Schritt 2010 beinhaltet ein Begrenzen einer zweite Koordinate 252 des Stellspannungszeigers 232 auf einen zweiten Stellbereich 254 um eine zweite Koordinate 264 des Bezugsspannungszeigers 60. Eine erste Koordinatenachse, auf welche die ersten Koordinaten bezogen sind, und eine zweite Koordinatenachse, auf welche die zweiten Koordinaten bezogen sind, orthogonal zueinander sind. Schritt 2010 kann vor, nach oder parallel zu Schritt 2020 ausgeführt werden.
23 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 3000 zum Regeln eines netzgekoppelten Stromrichters, beispielsweise des Stromrichters 80. Das Verfahren 3000 beinhaltet einen Schritt 3001, welcher ein Bestimmen einer Steuergröße 91 für den Stromrichter 80 beinhaltet. Das Verfahren 3000 beinhaltet ferner einen Schritt 3002. Schritt 3002 beinhaltet ein Bereitstellen einer durch die Steuergröße 91 angezeigten Brückenspannung 87 an einem Schaltungsknoten 88, der über eine Innenimpedanz 86 des Stromrichters mit einem Anschlusspunkt 82 des Stromrichters gekoppelt ist, wobei das Bereitstellen basierend auf der Steuergröße und einer Zwischenkreisspannung 89 eines Zwischenkreises des Stromrichters erfolgt. Das Verfahren beinhaltet, für die Bestimmung der Steuergröße einen Beitrag zumindest einer Spannungsschwingung im Zwischenkreis 81 zu der Brückenspannung 87 zu berücksichtigen, und/oder einen Potentialunterschied zwischen einem Bezugspotential M der Brückenspannung und einem Bezugspotential N der Ausgangsspannung 85 zu berücksichtigen.
Bezugszeichenliste

HB 1,2,3: Halbbrücken des Stromrichters
Zi: Äquivalente Innenimpedanz des Stromrichters
Us: Stellspannung als Ausgang der Stromrichter-Regelung
Ui: Resultierende Spannung an den Halbbrücken des netzbildenden Stromrichters
Uo: Messbarer ausgangseitiger Spannungszeiger des Stromrichters oder des Netzanschlussespunktes
kp: Steigung der Wirkleistungsstatik
kq: Steigung der Blindleistungsstatik
U0: Nominalwert der Spannungsamplitude
f0: Nominalwert der Frequenz
kp', kq': Parameter für die Phasenvorsteuerung
Ta: Hochlaufzeitkonstante (Maß für die Trägheit)
Imax: Als zulässig angesetzter dauerhafter Strombetrag
r: Radius des erlaubten kreisförmigen Bereichs um den Bezugsspannungszeiger herum (ausgehend von der äquivalenten Innenimpedanz des Stromrichters)
Io: Ausgangsstrom des Stromrichters
d: Anteil in Längsrichtung bzw. horizontale Richtung
q: Anteil in Querrichtung bzw. vertikale Richtung

Referenzen

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Obwohl einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung als Merkmale im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist es klar, dass eine solche Beschreibung ebenfalls als eine Beschreibung entsprechender Verfahrensmerkmale betrachtet werden kann. Obwohl einige Aspekte als Merkmale im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben wurden, ist klar, dass eine solche Beschreibung auch als eine Beschreibung entsprechender Merkmale einer Vorrichtung bzw. der Funktionalität einer Vorrichtung betrachtet werden können.
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 Offenbarung 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 Offenbarung 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 Offenbarung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahingehend 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 maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des offenbarungsgemäßen 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 offenbarungsgemäßen 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 offenbarungsgemäßen 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 dahingehend 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, dahingehend konfiguriert oder angepasst, 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 Offenbarung 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.
In der vorhergehenden detaillierten Beschreibung wurden teilweise verschiedene Merkmale in Beispielen zusammen gruppiert, um die Offenbarung zu rationalisieren. Diese Art der Offenbarung soll nicht als die Absicht interpretiert werden, dass die beanspruchten Beispiele mehr Merkmale aufweisen als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr kann, wie die folgenden Ansprüche wiedergeben, der Gegenstand in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen offenbarten Beispiels liegen. Folglich werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann. Während jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann, sei angemerkt, dass, obwohl sich abhängige Ansprüche in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen zurückbeziehen, andere Beispiele auch eine Kombination von abhängigen Ansprüchen mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder einer Kombination jedes Merkmals mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen seien umfasst, es sei denn, es ist ausgeführt, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, dass auch eine Kombination von Merkmalen eines Anspruchs mit jedem anderen unabhängigen Anspruch umfasst ist, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch ist.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Offenbarung 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1102020200673 [0006]
EP 2221936 A2 [0210]
DE 19949997 B4 [0210]

Claims

Regelvorrichtung (110) für einen Stromrichter (80), wobei die Regelvorrichtung ausgebildet ist, um eine Stellspannung (32, U_s) für den Stromrichter abhängig von einer Ausgangsspannung des Stromrichters (80) zu bestimmen, wobei die Regelvorrichtung ausgebildet ist, um eine Amplitude (42) eines Stellspannungszeigers (32), welcher die Stellspannung beschreibt, auf einen Amplitudenstellbereich (44) um eine Amplitude (62) eines auf der Ausgangsspannung basierenden Bezugsspannungszeigers (60) zu begrenzen, um einen Winkel (52) des Stellspannungszeigers (32) auf einen Winkelstellbereich (54) um einen Winkel (64) des Bezugsspannungszeigers (60) zu begrenzen, und um den Amplitudenstellbereich (44) und den Winkelstellbereich (54) situationsabhängig einzustellen.
Regelvorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet um eine obere und eine untere Grenze des Amplitudenstellbereichs (44) basierend auf einem ersten Abweichungsgrenzwert (46) und der Amplitude (62) des Bezugsspannungszeigers (60) zu bestimmen, um eine obere und eine untere Grenze des Winkelstellbereichs (54) basierend auf einem zweiten Abweichungsgrenzwert (56) und dem Winkel (64) des Bezugsspannungszeigers (60) zu bestimmen, und um den ersten Abweichungsgrenzwert (46) und den zweiten Abweichungsgrenzwert (56) in Abhängigkeit voneinander einzustellen, um eine Abweichung des Stellspannungszeigers (32) von dem Bezugsspannungszeiger (60) zu begrenzen.
Regelvorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet, um zumindest in einer ersten Betriebssituation einer oder mehrerer Betriebssituationen des Stromrichters, den Winkelstellbereich (54) auf einen vorbestimmten Winkelstellbereich einzustellen, und den Amplitudenstellbereich (44) in Abhängigkeit einer Winkelabweichung des Stellspannungszeigers (32) von dem Bezugsspannungszeiger (60) zu bestimmen.
Regelvorrichtung (110) gemäß Anspruch 3, ausgebildet um, in einer zweiten Betriebssituation des Stromrichters, den Amplitudenstellbereich (44) auf einen vorbestimmten Amplitudenstellbereich einzustellen, und den Winkelstellbereich (54) in Abhängigkeit einer Amplitudenabweichung des Stellspannungszeigers (32) von dem Bezugsspannungszeiger (60) zu bestimmen.
Regelvorrichtung (110) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, ausgebildet, um eine obere und eine untere Grenze des Amplitudenstellbereichs (44) basierend auf einem ersten Abweichungsgrenzwert (46) und der Amplitude (62) des Bezugsspannungszeigers (60) zu bestimmen, um eine obere und eine untere Grenze des Winkelstellbereichs (54) basierend auf einem zweiten Abweichungsgrenzwert (56) und dem Winkel (64) des Bezugsspannungszeigers (60) zu bestimmen, und um zumindest in einer ersten Betriebssituation des Stromrichters, den ersten Abweichungsgrenzwert (46) und zweiten Abweichungsgrenzwert (56) auf einen jeweiligen ersten vorbestimmten Wert einzustellen, und in einer zweiten Betriebssituation des Stromrichters den ersten Abweichungsgrenzwert (46) und den zweiten Abweichungsgrenzwert (56) auf einen jeweiligen zweiten Wert einzustellen, wobei der jeweilige erste Wert von dem jeweiligen zweiten Wert verschieden ist.
Regelvorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet um den Winkelstellbereich (54) in Abhängigkeit von der Amplitude (42) des Stellspannungszeigers (32) und/oder in Abhängigkeit von der Amplitude (62) des Bezugsspannungszeigers (60) zu bestimmen, und/oder um den Amplitudenstellbereich (44) in Abhängigkeit einer Winkelabweichung des Stellspannungszeigers (32) von dem Bezugsspannungszeiger (60) zu bestimmen.
Regelvorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet, um eine obere und eine untere Grenze des Amplitudenstellbereichs (44) basierend auf einem ersten Abweichungsgrenzwert (46) und der Amplitude (62) des Bezugsspannungszeigers (60) zu bestimmen.
Regelvorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet, um eine obere und eine untere Grenze des Winkelstellbereichs (54) basierend auf dem Winkel (64) des Bezugsspannungszeigers (60) und basierend auf einem Verhältnis zwischen einem zweiten Abweichungsgrenzwert (56) und der Amplitude des Stellspannungszeigers (32) oder des Bezugsspannungszeigers (60) zu bestimmen.
Regelvorrichtung (110) gemäß Anspruch 8, ausgebildet um die obere und die untere Grenze des Winkelstellbereichs (54) mittels einer trigonometrischen Funktion in Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen dem zweiten Abweichungsgrenzwert (56) und der Amplitude des Stellspannungszeigers (32) oder des Bezugsspannungszeigers (60) zu bestimmen.
Regelvorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet um den Winkel des Stellspannungszeigers (32) ferner bezüglich einer Änderung gegenüber dem Winkel des Bezugsspannungszeigers (60) oder des Stellspannungszeigers (32) eines früheren Takts zu begrenzen.
Regelvorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet um basierend auf einem Vergleich einer oder mehreren eine Ausgangsleistung des Stromrichters beschreibenden Messgrößen mit ein oder mehreren Sollwerten für die Messgrößen eine Sollstellspannung zu bestimmen, und um eine Amplitude (42') eines Sollstellspannungszeigers (32') der Sollstellspannung auf den Amplitudenstellbereich zu begrenzen und einen Winkel (52') des Sollstel-Ispannungszeigers (32') auf den Winkelstellbereich zu begrenzen, um den Stellspannungszeiger zu bestimmen, und um basierend auf einer Differenz einer eine Blindleistung einer Ausgangsleistung des Stromrichters beschreibenden Messgröße (Q) und einem Sollwert für die Blindleistung die Amplitude (42') des Sollstellspannungszeigers (32') zu bestimmen, und um basierend auf einer Differenz einer eine Wirkleistung einer Ausgangsleistung des Stromrichters beschreibenden Messgröße (P) und einem Sollwert für die Wirkleistung und basierend auf einer Differenz der Amplitude (42') des Sollstellspannungszeigers (32') und eines Sollwerts für eine Amplitude der Ausgangsspannung des Stromrichters den Winkel (52') des Sollstellspannungszeigers (32') zu bestimmen.
Regelvorrichtung (210) für einen Stromrichter (80), wobei die Regelvorrichtung ausgebildet ist, um eine Stellspannung (232) für den Stromrichter abhängig von einer Ausgangsspannung des Stromrichters (80) zu bestimmen, wobei die Regelvorrichtung ausgebildet ist, um eine erste Koordinate (242) eines Stellspannungszeigers (232), welcher die Stellspannung beschreibt, auf einen ersten Stellbereich (244) um eine erste Koordinate (262) eines auf der Ausgangsspannung basierenden Bezugsspannungszeigers (260) zu begrenzen, um eine zweite Koordinate (252) des Stellspannungszeigers (232) auf einen zweiten Stellbereich (254) um eine zweite Koordinate (264) des Bezugsspannungszeigers (260) zu begrenzen, wobei eine erste Koordinatenachse, auf welche die ersten Koordinaten bezogen sind, und eine zweite Koordinatenachse, auf welche die zweiten Koordinaten bezogen sind, orthogonal zueinander und geradlinig sind.
Regelvorrichtung (210) gemäß Anspruch 12, ausgebildet um eine Abweichung der ersten Koordinate (242) des Stellspannungszeigers (232) von der ersten Koordinate (262) des Bezugsspannungszeigers (260) auf einen ersten Abweichungsgrenzwert zu begrenzen, und um eine Abweichung der zweiten Koordinate (252) des Stellspannungszeigers (232) von der zweiten Koordinate (264) des Bezugsspannungszeigers (260) auf einen zweiten Abweichungsgrenzwert zu begrenzen.
Regelvorrichtung (210) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die erste Koordinatenachse parallel zum Bezugsspannungszeiger (260) ist, und wobei die zweite Koordinatenachse orthogonal zum Bezugsspannungszeiger (260) ist.
Regelvorrichtung (210) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der erste Stellbereich (244) und der zweiten Stellbereich (254) einen Stellspannungszeiger-Stellbereich (404, 406, 408) beschreiben, welcher durch Parallelen zu der ersten Koordinatenachse und Parallelen zu der zweiten Koordinatenachse begrenzt ist.
Regelvorrichtung (210) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, ausgebildet um den ersten Stellbereich (244) und den zweiten Stellbereich (254) situationsabhängig einzustellen.
Regelvorrichtung (210) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, ausgebildet um die erste Koordinate des Stellspannungszeigers (232) ferner bezüglich einer Änderung gegenüber der ersten Koordinate des Bezugsspannungszeigers (260) oder des Stellspannungszeigers (232) eines früheren Takts zu begrenzen und/oder, um die zweite Koordinate des Stellspannungszeigers (232) ferner bezüglich einer Änderung gegenüber der zweiten Koordinate des Bezugsspannungszeigers (260) oder des Stellspannungszeigers (232) eines früheren Takts zu begrenzen.
Regelvorrichtung (110, 210) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stromrichter einen Zwischenkreis (81) aufweist, und wobei der Stromrichter ausgebildet ist, um basierend auf der Stellspannung und einer Zwischenkreisspannung (89) des Zwischenkreises an einem Schaltungsknoten (88), der über eine Innenimpedanz (86) des Stromrichters mit einem Anschlusspunkt (82) des Stromrichters gekoppelt ist, eine durch die Stellspannung angezeigte Brückenspannung (U_i) bereitzustellen, wobei die Regelvorrichtung (110, 210) ausgebildet ist, um für den Bezugsspannungszeiger (60) einen Beitrag (71) zumindest einer Spannungsschwingung im Zwischenkreis zu der Brückenspannung zu berücksichtigen, und/oder einen Potentialunterschied (72) zwischen einem Bezugspotential (M) der Brückenspannung und einem Bezugspotential (N) der Ausgangsspannung zu berücksichtigen.
Regelvorrichtung (310) für einen Stromrichter (80), wobei die Regelvorrichtung ausgebildet ist, um eine Steuergröße (91) für den Stromrichter zu bestimmen, wobei der Stromrichter einen Zwischenkreis (81) aufweist, wobei der Stromrichter ausgebildet ist, um basierend auf der Steuergröße und einer Zwischenkreisspannung des Zwischenkreises an einem Schaltungsknoten (88), der über eine Innenimpedanz (86) des Stromrichters mit einem Anschlusspunkt (82) des Stromrichters gekoppelt ist, eine durch die Steuergröße angezeigte Brückenspannung (87) bereitzustellen, wobei die Regelvorrichtung ausgebildet ist, um für die Steuergröße einen Beitrag zumindest einer Spannungsschwingung im Zwischenkreis zu der Brückenspannung zu berücksichtigen, und/oder einen Potentialunterschied zwischen einem Bezugspotential (M) der Brückenspannung und einem Bezugspotential (N) der Ausgangsspannung (85) zu berücksichtigen.
Regelvorrichtung gemäß Anspruch 19, wobei die Spannungsschwingung eine Spannungsschwingung zwischen einer Zwischenkreisspannungszuführung und einer weiteren Zwischenkreisspannungszuführung oder zwischen einer Zwischenkreisspannungszuführung und einem Bezugspotential des Zwischenkreises ist.
Regelvorrichtung gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei eine Frequenz der Spannungsschwingung das Ein- oder Mehrfache einer Grundschwingung der Brückenspannung beträgt.
Regelvorrichtung (310) gemäß einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei das Bezugspotential der Brückenspannung von dem Potential zumindest einer Zwischenkreisspannungszuführung abhängt.
Regelvorrichtung (310) gemäß einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei das Bezugspotential der Brückenspannung von einem Mittelwert der Potentiale, zwischen welchen die Zwischenkreisspannung anliegt, bestimmt ist.
Regelvorrichtung (310) gemäß einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei der Stromrichter (80) ein mehrphasiger Stromrichter ist, und wobei der Stromrichter ausgebildet ist, um für jede einer Mehrzahl von Phasen (U, V, W) des Stromrichters (80) an einem jeweiligen Schaltungsknoten (88), der über eine jeweilige Innenimpedanz (86) des Stromrichters mit einem jeweiligen Anschlusspunkt (82) des Stromrichters gekoppelt ist, jeweils eine Brückenspannung (U_i) bereitzustellen.
Regelvorrichtung (310) gemäß Anspruch 24, wobei das Bezugspotential der Brückenspannung auf einer Summe der Brückenspannungen für die Mehrzahl von Phasen basiert.
Regelvorrichtung (310) gemäß einem der Ansprüche 19 bis 25, wobei die Regelvorrichtung ausgebildet ist, um eine Stellspannung (U_s) für den Stromrichter abhängig von einer Ausgangsspannung des Stromrichters (80) zu bestimmen, und um die Steuergröße basierend auf der Stellspannung zu bestimmen, wobei die Regelvorrichtung ausgebildet ist, um den Beitrag (71) der Spannungsschwingung und/oder den Potentialunterschied (72) für die Bestimmung der Stellspannung zu berücksichtigen, oder um die Steuergröße (91) basierend auf der Stellspannung und basierend auf dem Beitrag (71) der Spannungsschwingung, und/oder dem Potentialunterschied (72) zu bestimmen.
Regelvorrichtung (310) gemäß Anspruch 26, ausgebildet um einen Stellspannungszeiger (32, 232), welcher die Stellspannung beschreibt, auf einen Stellbereich um den Bezugsspannungszeiger zu begrenzen.
Regelvorrichtung (310) gemäß Anspruch 26 oder 27, wobei die Regelvorrichtung ausgebildet ist, um eine erste Koordinate (42, 242) eines Stellspannungszeigers (32, 232), welcher die Stellspannung beschreibt, auf einen ersten Stellbereich (44, 244) um eine erste Koordinate (62, 262) des Bezugsspannungszeigers (260) zu begrenzen, um eine zweite Koordinate (52, 252) des Stellspannungszeigers (32, 232) auf einen zweiten Stellbereich (54, 254) um eine zweite Koordinate (64, 264) des Bezugsspannungszeigers (60, 260) zu begrenzen.
Regelvorrichtung (310) gemäß Anspruch 28, wobei eine erste Koordinatenachse, auf welche die ersten Koordinaten bezogen sind, und eine zweite Koordinatenachse, auf welche die zweiten Koordinaten bezogen sind, orthogonal zueinander und geradlinig sind.
Regelvorrichtung (310) gemäß einem der Ansprüche 28 oder 29, wobei die Regelvorrichtung ausgebildet ist, um den ersten Stellbereich (44, 244) und den zweiten Stellbereich (54, 254) situationsabhängig einzustellen.
Regelvorrichtung (110, 210, 310) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 oder 26 bis 30, ausgebildet um basierend auf einem Vergleich einer oder mehrerer eine Ausgangsleistung des Stromrichters beschreibenden Größen mit ein oder mehreren Sollwerten für die Größen eine Sollstellspannung zu bestimmen, und um die Sollstellspannung der Begrenzung zuzuführen, um die Stellspannung zu bestimmen.
Regelvorrichtung (110, 210, 310) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 oder 26 bis 31, wobei die Regelvorrichtung (10) ausgebildet ist, um eine erste Koordinate (42') eines Sollstellspannungszeigers (32') der Sollstellspannung auf einen ersten Stellbereich (44, 244) zu begrenzen und eine zweite Koordinate (52') des Sollstellspannungszeigers (32') auf einen zweiten Stellbereich (54, 254) zu begrenzen, um den Stellspannungszeiger zu bestimmen, und um die erste Koordinate (42') und die zweite Koordinate (52') des Sollstellspannungszeigers (32') unter Verwendung jeweiliger Integratoren zu bestimmen, und um im Fall eines Abweichens einer ersten Koordinate des Stellspannungszeigers (32) von der ersten Koordinate (42') des Sollstellspannungszeigers (32') eine Integratoreingangsgröße (33) des für die Bestimmung der ersten Koordinate (42') des Sollstellspannungszeigers (32') verwendeten Integrators (35) auf null zu führen, oder den für die Bestimmung der ersten Koordinate (42') des Sollstellspannungszeigers (32') verwendeten Integrator (35) neu zu initialisieren, und um im Fall eines Abweichens einer zweiten Koordinate des Stellspannungszeigers (32) von der zweiten Koordinate (52') des Sollstellspannungszeigers (32') eine Integratoreingangsgröße (34) des für die Bestimmung der zweiten Koordinate des Sollstellspannungszeigers (32') verwendeten Integrators (36) auf null zu führen, oder den für die Bestimmung der zweiten Koordinate des Sollstellspannungszeigers (32') verwendeten Integrator (36) neu zu initialisieren.
Regelvorrichtung (110, 210, 310) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stromrichter (80) ein mehrphasiger Stromrichter ist, wobei der Bezugsspannungszeiger (60) eine Mehrzahl von Ausgangsspannungen, die jeweils einer Phase einer Mehrzahl von Phasen (U, V, W) des Stromrichters (80) zugeordnet sind, beschreibt, und wobei der Stromrichter ausgebildet ist, um für jede der Phasen eine durch die Stellspannung (32) angezeigte Spannung (U_i1, U_i2, U_i3) bereitzustellen.
Regelvorrichtung (110, 210, 310) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stromrichter ein mehrphasiger Stromrichter ist, wobei die Regelvorrichtung ausgebildet ist, um für jede einer Mehrzahl von Phasen des Stromrichters jeweils eine Stellspannung (U_s1, U_s2, U_s3) abhängig von einer Ausgangsspannung der jeweiligen Phase zu bestimmen, und wobei die Regelvorrichtung ausgebildet ist, um für jede der Phasen jeweils einen die jeweilige Stellspannung beschreibenden Stellspannungszeiger zu bestimmen und die jeweiligen Stellspannungszeigers für jede der Phasen separat auf einen Stellbereich zu begrenzen.
Regelvorrichtung (110, 210, 310) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 oder 27 bis 31, wobei der Stromrichter ein dreiphasiger Stromrichter ist, wobei der Stromrichter ausgebildet ist, um abhängig von der Stellspannung jeweils eine Spannung für eine erste, eine zweite und eine dritte Phase des dreiphasigen Stromrichters bereitzustellen, wobei die Regelvorrichtung (10) ausgebildet ist, um einen Mitsystem-Bezugsspannungszeiger, einen Gegensystem-Bezugsspannungszeiger und einen Nullsystem-Bezugsspannungszeiger, welche gemeinsam jeweilige Ausgangsspannungen der ersten, zweiten und dritten Phase beschreiben, zu erhalten, um einen Mitsystem-Stellspannungszeigers (32_p), welcher ein Mitsystem der Stellspannung beschreibt, auf einen Stellbereich um den Mitsystem-Bezugsspannungszeigers zu begrenzen, um einen Gegensystem-Stellspannungszeigers (32_n), welcher ein Gegensystem der Stellspannung beschreibt, auf einen Stellbereich um den Gegensystem-Bezugsspannungszeigers zu begrenzen, und um einen Nullsystem-Stellspannungszeigers (32₀), welcher ein Nullsystem der Stellspannung beschreibt, auf einen Stellbereich um den Nullsystem-Bezugsspannungszeigers zu begrenzen.
Regelvorrichtung (110, 210, 310) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stromrichter ausgebildet ist, um an einem Schaltungsknoten (88), der über eine Innenimpedanz des Stromrichters mit einem Anschlusspunkt des Stromrichters gekoppelt ist, eine durch die Stellspannung angezeigte Brückenspannung (87, U_i) bereitzustellen.
Stromrichteranordnung (2), aufweisend: die Regelvorrichtung (10, 110, 210, 310) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 36, einen Stromrichter (80), aufweisend einen Schaltungsknoten (88), wobei der Stromrichter ausgebildet ist, um an dem Schaltungsknoten eine von der Stellspannung (32) angezeigte Spannung (87, U_i) bereitzustellen, und wobei der Schaltungsknoten (88) über eine Innenimpedanz des Stromrichters (80) mit einem Energienetz koppelbar ist.
Verfahren (1000) zum Regeln eines Stromrichters (80), folgende Schritte aufweisend: Bestimmen (1001) einer Stellspannung (32) für den Stromrichter abhängig von einer Ausgangsspannung des Stromrichters (80), wobei das Bestimmen der Stellspannung beinhaltet: Begrenzen (1010) einer Amplitude (42) eines Stellspannungszeigers (32), welcher die Stellspannung beschreibt, auf einen Amplitudenstellbereich (44) um eine Amplitude (62) eines auf der Ausgangsspannung basierenden Bezugsspannungszeigers (60), Begrenzen (1020) eines Winkels (52) des Stellspannungszeigers (32) auf einen Winkelstellbereich (54) um einen Winkel (64) des Bezugsspannungszeigers (60), und situationsabhängiges Einstellen (1030) des Amplitudenstellbereichs (44) und des Winkelstellbereichs (54).
Verfahren (2000) zum Regeln eines Stromrichters (80), folgende Schritte aufweisend: Bestimmen (2001) einer Stellspannung (232) für den Stromrichter abhängig von einer Ausgangsspannung des Stromrichters (80), wobei das Bestimmen der Stellspannung beinhaltet: Begrenzen (2010) einer ersten Koordinate (242) eines Stellspannungszeigers (232), welcher die Stellspannung beschreibt, auf einen ersten Stellbereich (244) um eine erste Koordinate (262) eines auf der Ausgangsspannung basierenden Bezugsspannungszeigers (260), Begrenzen (2020) einer zweiten Koordinate (252) des Stellspannungszeigers (232) auf einen zweiten Stellbereich (254) um eine zweite Koordinate (264) des Bezugsspannungszeigers (260), wobei eine erste Koordinatenachse, auf welche die ersten Koordinaten bezogen sind, und eine zweite Koordinatenachse, auf welche die zweiten Koordinaten bezogen sind, orthogonal und geradlinig zueinander sind.
Verfahren (3000) zum Regeln eines Stromrichters (80), folgende Schritte aufweisend: Bestimmen (3001) einer Steuergröße (91) für den Stromrichter (80), Bereitstellen (3002) einer durch die Steuergröße angezeigten Brückenspannung (87) an einem Schaltungsknoten (88), der über eine Innenimpedanz (86) des Stromrichters mit einem Anschlusspunkt (82) des Stromrichters gekoppelt ist, wobei das Bereitstellen basierend auf der Steuergröße und einer Zwischenkreisspannung (89) eines Zwischenkreises des Stromrichters erfolgt, wobei das Verfahren beinhaltet, für die Bestimmung der Steuergröße einen Beitrag zumindest einer Spannungsschwingung im Zwischenkreis (81) zu der Brückenspannung (87) zu berücksichtigen, und/oder einen Potentialunterschied zwischen einem Bezugspotential (M) der Brückenspannung (87) und einem Bezugspotential (N) der Ausgangsspannung (85) zu berücksichtigen.
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 38 bis 40, wenn das Programm auf einem Computer oder Signalprozessor abläuft.