ES2322230T3

ES2322230T3 - Dispositivo y procedimiento para la regulacion en el lado de red de la tension de circuito intermedio.

Info

Publication number: ES2322230T3
Application number: ES01124103T
Authority: ES
Inventors: Michael Steiner; Harry Reinhold; Beat Wixinger
Original assignee: Bombardier Transportation GmbH
Current assignee: Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2021-10-10
Also published as: EP1204197A3; EP1204197A2; DE50114785D1; DK1204197T3; ATE426938T1; DE10050947A1; EP1204197B1

Abstract

Dispositivo para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio, en donde el circuito intermedio está conectado entre una red y un motor, caracterizado por: un regulador de tensión de circuito intermedio (1) para establecer una potencia nominal (PZK - n) a partir de un valor nominal de la tensión de circuito intermedio (UZK - S), un valor real UZK y una corriente de carga (IZK - m; IL), un dispositivo de cálculo (2) para calcular un vector de valor nominal de corriente de red (IN - s) y un vector de tensión nominal de vibrador (UWR1) a partir de una potencia nominal (PZK - n) y un vector de oscilación fundamental de tensión de red (UN - GS), un dispositivo de tramo de regulación (5) para transformar la tensión de red (UN(t)), desde el dominio temporal al margen de frecuencia, y establecer un vector de oscilación fundamental de tensión de red (UN - GS) así como una frecuencia de red (fN) y una posición de fase (alpha), un dispositivo de transformación (3) para transformar el vector de tensión nominal de vibrador (UWRi, i = 1, 2, ..., n), el vector de oscilación fundamental de tensión de red (UN - GS) y el vector de valor nominal de corriente de red (IN - s) en el dominio temporal, con lo que se obtienen una tensión nominal de vibrador (uWRi - s(t)), una oscilación fundamental de tensión de red (UN - GS(t)) y un valor nominal de corriente de red (iN - s(t)), un dispositivo de regulación de corriente de red (4) para llevar el valor de corriente de red (iN(t)) al valor nominal de corriente de red (iN - s(t)) y para emitir un valor de corrección (uWR(t)) correspondiente de la tensión nominal de vibrador (uWRi - s(t)), un dispositivo de conexión adicional de tensión de red (6) para establecer armónicos de tensión de red a conectar adicionalmente a partir de una diferencia entre el valor real de tensión de red (uN(t)) y la oscilación fundamental de tensión de red (uN - GS(t)), en donde los armónicos de tensión de red a conectar adicionalmente se suman al valor de corrección (uWR(t)) y la suma resultante se suma a la tensión nominal de vibrador (uWRi - s(t)) y después se emite en los vibradores del lado de red (WR1,..., WRN) como tensión de vibrador (uWRi(t)).

Description

Dispositivo y procedimiento para la regulación en el lado de red de la tensión de circuito intermedio.

La presente invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento para la regulación en el lado de red de tensiones, en especial de tensiones de circuito intermedio. El documento US 5,373,223 hace patente un dispositivo de este tipo.

Usualmente puede presumirse como conocida una potencia de red bajo las premisas de que los armónicos en una tensión de circuito intermedio no tienen ningún efecto sobre la corriente de red, es decir, que una potencia de red no reacciona ante armónicos del circuito intermedio, y que un motor adquiere una potencia constante. Sin embargo, las deformaciones de la tensión de red influyen negativamente en el circuito intermedio. En especial influye el cuarto armónico en la potencia del circuito intermedio. Mientras que el cuarto armónico en la potencia es bastante menor que el segundo armónico, el cuarto armónico domina sin embargo en la tensión y es el valor de diseño fundamental del circuito intermedio. Por ello es necesario tener en cuenta armónicos de red.

El segundo armónico en la potencia del circuito intermedio genera por el contrario, a causa de una impedancia baja en este margen de frecuencia, sólo un segundo armónico muy pequeño en la tensión del circuito intermedio. Por ello, en el caso de una tensión de red sin oscilaciones superiores las variaciones de la tensión del circuito intermedio a causa del segundo armónico son insignificantemente pequeñas.

Sin embargo, en dispositivos habituales existe el problema de los efectos retroactivos de red en la corriente de red.

Por ello la misión de la invención consiste en configurar un dispositivo y un procedimiento para obtener una regulación estable y sin oscilaciones en el lado de red de una tensión de circuito intermedio.

Esta misión es resuelta mediante un dispositivo con las particularidades de la reivindicación 1 así como mediante un procedimiento con las particularidades de la reivindicación 8. En las reivindicaciones subordinadas se indican perfeccionamientos ventajosos de la invención.

Conforme a la invención se producen asimismo armónicos en el circuito intermedio, que tienen que tolerarse en el caso de armónicos de la tensión de red, aunque mediante el dispositivo conforme a la invención y el procedimiento conforme a la invención se reducen notablemente los efectos retroactivos de red con relación al estado de la técnica y se hace posible una regulación estable en el lado de red de una tensión de circuito intermedio.

Estas y otras particularidades, misiones y ventajas de la presente invención se hacen evidentes a partir de la siguiente descripción de un ejemplo de realización preferido de la invención, en conexión con el dibujo.

Aquí muestran:

la fig. 1 un esquema de regulación simplificado conforme a la invención de los valores senoidales con el ejemplo de N sub-rectificadores de corriente conectados en serie,

la fig. 2 diagramas vectoriales de oscilación fundamental para N = 12,

la fig. 3 un esquema de conexiones en bloques para PLL y DFT,

la fig. 4 un dispositivo para la conexión adicional de corriente de carga,

la fig. 5 desarrollos de señal, que muestran la causa de un componente de DC en el valor nominal de corriente y su compensación,

la fig. 6 un esquema de conexiones en bloques de un dispositivo para regular componentes de DC en la corriente de red nominal,

la fig. 7 un esquema de conexiones en bloques de una conexión adicional U_{N},

la fig. 8 amplitudes de tensión de error con 83 \mus de tiempo muerto,

la fig. 9 un desarrollo de señal para explicar el principio de la compensación de tiempo muerto,

la fig. 10 un esquema de conexiones en bloques de una conexión adicional de tensión de red con compensación de tiempo muerto y tiempo muerto de la regulación,

la fig. 11 desarrollos de señal en el caso de una compensación de tensión de red con compensación de tiempo muerto,

la fig. 12 un esquema de conexiones en bloques simplificado, con el que pueden generarse saltos de tensión de red,

la fig. 13 desarrollos de señal del comportamiento dinámico en el caso de saltos de tensión de red con DFT/IFT y el procedimiento conforme a la invención,

la fig. 14 desarrollos de señal de la compensación de tiempo muerto de la tensión de red con N_{fil} = 4,

la fig. 15 una representación aumentada de los desarrollos de señal de la compensación de tiempo muerto de la tensión de red con N_{fil} = 4, conforme a la fig. 14,

la fig. 16 un esquema de conexiones en bloques de una parte del dispositivo conforme a la invención para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio, de un dispositivo de filtrado U_{2k} dinámico,

las figs. 17A y 17B esquemas de conexiones en bloques de dos formas de realización alternativas de un dispositivo de filtrado U_{2k} dinámico con "memoria",

la fig. 18 desarrollos de señal en el caso de aplicarse el dispositivo para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio conforme a la fig. 16,

la fig. 19 funciones de transferencia en el caso de aplicarse el dispositivo dinámico de filtrado con "memoria" conforme a la fig. 17B,

la fig. 20, comparativamente, un dispositivo para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio sin y con filtrado,

la fig. 21 desarrollos de señal para clarificar la dinámica del dispositivo conforme a la invención para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio (dispositivo de filtrado U_{2k} dinámico),

la fig. 22 desarrollos de señal del control previo de tensión de red (U_{N}) en el dispositivo para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio con y sin compensación de tiempo muerto.

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Usualmente se conecta un circuito intermedio entre la red y un motor. Un dispositivo para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio adapta una potencia adquirida por la red a la potencia exigida por el motor. Una diferencia entre la potencia adquirida y la entregada modifica el valor de tensión del circuito intermedio. Al mismo tiempo se requiere una corriente de red senoidal. Para la regulación normalmente la corriente de red debe regularse en fase con la tensión de red o para la realimentación en contrafase. Solamente en casos excepcionales se requiere un desplazamiento de fase entre corriente de red y tensión de red.

Para mantener reducidos los efectos retroactivos de red en el caso de una tensión de red deformada, debe minimizarse la influencia de las oscilaciones superiores inevitables en la tensión del circuito intermedio sobre la regulación de corriente de red.

Por ello están configurados un dispositivo así como un procedimiento para la regulación en el lado de red de la tensión del circuito intermedio, que cumple las siguientes tareas:

-: regulación de tensiones de circuito intermedio, que deben ser en gran medida independientes de la carga del lado del motor.

-: Adquisición/Entrega con pocos efectos retroactivos de la potencia de propulsión requerida con corriente senoidal, que está en fase/contrafase con la tensión de red. Sólo en casos especiales, que aquí no se tienen en cuenta ulteriormente, se exige una corriente desplazada en fase respecto a la tensión de red, p.ej. una corriente capacitiva para apoyar la tensión de red).

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Para cumplir el primer requisito, es decir la regulación de la tensión del circuito intermedio, es necesario adaptar la potencia adquirida en el lado de red a la potencia entregada en el lado de motor. Una diferencia entre potencia entregada y potencia adquirida modifica la tensión del circuito intermedio, ya que se carga o descarga un condensador de circuito intermedio. Un dispositivo para la regulación en el lado de red de la tensión del circuito intermedio adapta por tanto automáticamente la potencia adquirida en el lado de red a la potencia entregada en el lado de motor. En el caso de recuperación o de frenado eléctrico del vehículo el flujo de potencia es por ejemplo a la inversa, el circuito intermedio adquiere una potencia del motor, que se realimenta a la red.

El dispositivo conforme a la invención para regular los valores senoidales de la tensión del circuito intermedio utiliza una regulación vectorial. Un esquema de regulación simplificado conforme a la invención de estos valores senoidales se muestra en la fig. 1. En el ejemplo se utilizan N = 12 sub-rectificadores de corriente conectados en serie. Usualmente se materializa sólo el caso N = 1, en el que no existe ninguna conexión en serie.

Conforme a este esquema de regulación un regulador de tensión de circuito intermedio 1 genera una corriente nominal I_{ZK-n}. Esta corriente nominal I_{ZK-n} produce, si se multiplica por una tensión de circuito intermedio U_{ZK} o un valor nominal de la tensión de circuito intermedio U_{ZK-n}, una potencia nominal P_{ZK-n}, que debe ser adquirida desde el lado de red. Esta potencia nominal se alimenta a un dispositivo de cálculo 2. En el dispositivo de cálculo 2 se calcula después con ayuda de un diagrama vectorial de oscilación fundamental, a partir de la potencia nominal P_{ZK-n} y de un vector de oscilación fundamental de tensión de red U_{N-GS}, un vector de valor nominal de corriente de red I_{N-s} y un vector de tensión nominal de vibrador U_{WRi} (i = 1, 2, ..., n). A continuación se transforman el vector de valor nominal de corriente de red I_{N-s} y el vector de tensión nominal de vibrador U_{WRi} en una unidad de transformación 3, utilizando la transformada de Fourier inversa o IFT en el dominio temporal, en donde se obtienen un valor nominal de corriente de red I_{N-s} y una tensión nominal de vibrador U_{Wri-s}(t). Asimismo se materializa un dispositivo de regulación de corriente de red 4 en el dominio temporal y tiene la misión de llevar una corriente de red i_{N}(t) a su valor de corriente de red i_{N-s}(t) senoidal. El dispositivo de regulación de corriente de red 4 corrige la tensión nominal de vibrador U_{WRi-s}(t) en el caso de modificaciones de parámetros, p.ej. en el caso de dependencia de temperatura de la impedancia de red. Mediante la materialización del dispositivo de regulación de corriente de red 4 en el dominio temporal se evitan entre otras cosas componentes de corriente continua o DC en la corriente de red, siempre que no estén ya presentes en el valor de corriente de red i_{N-s}(t). Asimismo se conectan adicionalmente oscilaciones superiores de la tensión de red a la tensión nominal de vibrador U_{WRi-s}(t).

En el esquema de regulación simplificado conforme a la invención mostrado en la fig. 1 no se muestran los siguientes elementos, por motivos de simplificación: dispositivo dinámico de filtrado para tensiones de circuito intermedio, dispositivo para prefijar el valor nominal de la tensión del circuito intermedio al arrancar la instalación o en caso de problemática de marcha en vacío, dispositivo para compensar el tiempo muerto de oscilaciones superiores de tensión de red, que sin embargo se describen a continuación por separado y se explican sus funciones.

A continuación se describe primero con más detalle el funcionamiento del dispositivo de cálculo 2 conforme a al fig. 1, en especial se analizan los diagramas vectoriales de oscilación fundamental conforme a la fig. 2 utilizados para e cálculo. En la fig. 2 se muestra un caso para N = 12 rectificadores de corriente conectados en serie.

Con ayuda del diagrama vectorial de oscilación fundamental se determinan el vector de valor de corriente de red i_{N-s} y los vectores de tensión nominal de vibrador U_{WRi} (i = 1, 2,..., N). El regulador de tensión de circuito intermedio 1 sirve para calcular la potencia nominal P_{ZK-n} requerida a partir de la corriente nominal de circuito intermedio I_{ZK-n} generada y de la tensión de circuito intermedio U_{ZK}. A partir de esta potencia nominal P_{ZK-n} se calcula en el dispositivo de cálculo, junto con el vector de tensión de red U_{N}, un vector de valor nominal de corriente de red I_{N-s}. La corriente de red i_{N} debe estar normalmente en fase o en contrafase con la tensión de red. Si en una situación excepcional se requiere un componente de corriente capacitivo o inductivo, éste se prefija a través de I_{N-qsoll} desde un dispositivo de regulación prioritario, que ya no se tratará aquí. A través del diagrama vectorial de oscilación fundamental se obtiene el valor nominal de un vector de tensión suma de vibrador U_{WR \Sigma}. Bajo la condición de que U_{N} esté en fase con I_{N}, se cumple:

1

A partir del vector de tensión suma de vibrador U_{WR \Sigma} el dispositivo de cálculo 2 puede calcular fácilmente un vector de tensión nominal de vibrador U_{WRi} de N vibradores conectados en serie.

2

A partir de este valor de ajuste del vector de tensión nominal de vibrador U_{WRi} se forma mediante el dispositivo de cálculo, como se muestra en la fig. 2, un vector de corriente de red I_{N}. Mediante el vector de tensión de red de oscilación fundamental U_{N-GS}, emitido por el dispositivo de tramo de regulación 5, puede regularse a través de la relación de vectores entre el vector de tensión de red U_{N} y el vector de tensión suma de vibrador U_{WR \Sigma} el vector de corriente de red I_{N} en cuanto a posición de fase y amplitud.

A continuación se describe el funcionamiento del dispositivo de tramo de regulación 5 con más detalle.

La regulación en el dispositivo de tramo de regulación 5 se basa en una regulación vectorial. Por ello el dispositivo de tramo de regulación 5 realiza una transformación de valores de frecuencia de red y los reproduce como valores de corriente continua o DC en el sistema de coordenadas de frecuencia de red. Esto tiene la ventaja de que la regulación de valores DC es especialmente sencilla. Para la transformación de los valores de medición desde p.ej. la tensión de red U_{N}(t) se utiliza en el dispositivo de tramo de regulación 5 con preferencia la transformada de Fourier discreta (DFT). Alternativamente podría realizarse también una transformación con e^{-j \omega GSt} en un sistema de coordenadas de frecuencia de red, en el que todos los valores de tiempo, también oscilaciones superiores, se transforman en el mismo sistema de coordenadas, se reproducen oscilaciones fundamentales como valores DC y asimismo se producen oscilaciones superiores, pero con otra frecuencia. Este procedimiento de transformación no se describe sin embargo aquí. Además de esto la regulación reacciona al utilizarse este procedimiento de forma correspondiente "intranquila" a las oscilaciones superiores.

En la transformada de Fourier discreta o DFT se calculan todas las oscilaciones superiores por separado. En el caso ideal, p.ej. de exploración sincrónica de red, los constantes las amplitudes del espectro, es decir representan en la regulación valores DC. Si se desea regular también oscilaciones superiores individualmente, es necesario transformar individualmente todas las frecuencias a regular.

En el caso de la red ferroviaria deformada pueden esperarse por ejemplo fuertes componentes de oscilación superior en la tensión de red. Por este motivo la DFT es aquí el procedimiento de transformación preferido. Además de esto puede usarse en la DFT un procedimiento conocido para influir en variaciones de circuito intermedio, que ajusta oscilaciones superiores en la corriente de red.

Con ayuda de la DFT pueden descomponerse funciones periódicas en sus oscilaciones parciales. Una serie de Fourier viene dada por la fórmula siguiente:

[En lo sucesivo sin(...) = sen(...)]

3

A este respecto los coeficientes vienen dados por las siguientes ecuaciones:

4

En el caso de un sistema explorado, como en el caso de la regulación conforme a la invención, se exploran las funciones de entrada en el caso ideal sincrónicamente respecto a la frecuencia de red. De la integración durante un periodo se obtiene una suma con N puntos de exploración. N es el número de exploraciones por periodo de oscilación fundamental.

5

Debido a que en la DFT se lleva a cabo una suma durante un periodo, el dispositivo de tramo de regulación 5 no puede reaccionar de inmediato ante un salto a la entrada. Necesita una duración de periodo para conseguir el valor final estacionario.

A continuación se produce en el dispositivo de transformación 3 una retro-transformación del vector de tensión de red de oscilación fundamental U_{N-GS}, del vector de valor nominal de tensión de red I_{N-s} así como del vector de tensión nominal de vibrador U_{WRi} desde el margen de frecuencia, en el dominio temporal, con ayuda de la transformada de Fourier inversa o IFT.

6

En el sistema explorado se obtienen las siguientes retro-transformaciones:

7

Para que el vibrador en el lado de red pueda generar una corriente senoidal, que sea sincrónica a la frecuencia de red, se sincroniza a la frecuencia de red. Esto se realiza en el dispositivo de tramo de regulación 5. El dispositivo de tramo de regulación 5, que en la fig. 3 se muestra en forma de un esquema de conexiones en bloques, comprende entre otras cosas un circuito de regulación "phase locked loop" o un circuito de regulación PLL 5a. En el circuito de regulación PLL 5a se realiza una sincronización del vibrador en el lado de red ala frecuencia de red, para que pueda generar una corriente senoidal, que sea sincrónica con la frecuencia de red. En el circuito de regulación PLL 5a se multiplica la tensión de red senoidal de la frecuencia \omega_{N} por el coseno de la frecuencia PLL \omega_{n} a seguir, teniendo en cuenta la posición de fase. Una integración de este producto envía el valor 0, cuando la frecuencia y la posición de fase coinciden. La misión de la regulación en el circuito de regulación PLL 5a consiste en regular el tiempo de exploración y a este respecto la frecuencia y la posición de fase relativa de la frecuencia PLL \omega_{n}, de tal modo que la integral se haga 0.

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8

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Para el caso especial \omega_{n} = \omega_{N} se hace fácilmente visible el modo de funcionamiento:

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9

\epsilon = 0 para \alpha = 0.

Se ha aprovechado que la integral se hace cero durante un periodo para todos los múltiplos de números enteros de la velocidad fundamental. En el ejemplo anterior éste era el caso para \omega_{n} = \omega_{N} y \alpha = 0.

Sin embargo, la integral también se hace cero para todos los armónicos de número enteros \omega_{n} = k \cdot \omega_{N}. Esto se mostrará a continuación con el ejemplo de \omega_{n} = 2 \cdot \omega_{N}:

10

\epsilon = 0 para \alpha = 0.

El circuito de regulación PLL 5a debe limitarse por lo tanto a un determinado margen de frecuencia, para que sólo se "encastre" en la oscilación fundamental.

Debe tenerse en cuenta además que para el caso especial \omega_{n} = \omega_{N} y \alpha = 0, la parte imaginaria de la tensión de oscilación fundamental Im{U_{N-GS}} coincide con la anterior integral E.

11

El circuito de regulación PLL 5a y la DFT 5b de la oscilación fundamental se muestran en la fig. 3. El circuito de regulación PLL 5a es un circuito de regulación cerrado, que contiene un conformador de valor medio \overline{X} en lugar de la integración.

Por ejemplo en el caso de un salto de fase de la tensión de red se produce un retardo de tiempo y una estabilización del valor de salida. Un salto de fase de este tipo de la tensión de red puede generarse p.ej. a causa de una desconexión de carga de una segunda locomotora sobre el mismo tramo de línea, con una impedancia de red parcialmente común. El efecto sería una corriente de red, que en ese momento no está en fase con la tensión de red, lo que aquí se clasifica como no crítico. También un salto de amplitud en la tensión de red puede ser provocado por una desconexión de carga de una segunda locomotora. En este caso contribuye un retardo de tiempo en la DFT 5a mediante el conformador de valor medio \overline{X} zum. Este caso desemboca un error de amplitud del control previo de tensión de red, que se corrige mediante el dispositivo de regulación de corriente de red 4.

A continuación se trata con más precisión el regulador de tensión de circuito intermedio 1. El regulador de tensión de circuito intermedio 1 se ha representado aparte en la fig. 4. Lleva a cabo un control previo de una corriente de carga I_{ZK-m} o I_{L} desde el circuito intermedio. Para esto se alimenta la corriente de carga I_{L}, que se extrae en el lado del motor desde el circuito intermedio, al regulador de tensión de circuito intermedio 1 y se suma mediante un dispositivo de adición 1b directamente, casi sin retardo, al valor nominal I_{C} de un dispositivo de regulación de tensión de circuito intermedio 1b. De este modo la regulación en el lado de red requiere ya una potencia P_{ZK}, antes de que baje la tensión de circuito intermedio U_{ZK}. La corriente de carga I_{L} puede determinarse de diferentes formas, que sin embargo no se muestran, por ejemplo mediante cálculo mediante la regulación del motor o mediante medición indirecta, p.ej., de la corriente de circuito intermedio pulsatoria, en donde se necesita un filtrado muy bueno con un tiempo muerto correspondientemente grande.

Asimismo el dispositivo conforme a la invención está configurado de tal modo que se evita un componente de DC en la corriente de red, que es necesario para que no se saturen los transformadores en las subestaciones.

Esta función se lleva a cabo mediante el dispositivo de regulación de corriente de red 4, que se materializa en el dominio temporal. A causa de la materialización en el dominio temporal, el dispositivo de regulación de corriente de red 4 es en principio capaz de regular un componente de DC en la corriente de red. Incluso corrientes DC muy pequeñas se detectan y regulan a través del componente imaginario o componente I. Para esto debe sólo asegurarse que la detección de corriente y la conversión analógico-digital o AD sean suficientemente precisas.

Sin embargo, es más crítica la compensación de un componente DC i_{N-DC} en el valor nominal de corriente i_{N-S}. Esto se quiere explicar con más detalle con el ejemplo de los desarrollos de señal mostrados en la fig. 5, que muestran la causa del componente DC i_{N-DC} en el valor nominal de corriente i_{N-S} y su compensación. Aquí se acepta una corriente de carga I_{L} desde el circuito intermedio, que contiene un componente de frecuencia de red. Esta componente de corriente de carga genera a través del regulador de tensión de circuito intermedio 1 un componente de sincronía de red en el requisito de potencia P_{ZK-n-s} desde la red o en el vector de valor nominal de corriente de red I_{N-S}. Según la posición de fase se obtiene según la IFT ya en el valor nominal de la corriente de red i_{N-S} un componente DC i_{N-DC}. Esto se aclara con un ejemplo. En este extremo ejemplo se acepta que el vector nominal de corriente de red I_{N-S} sólo contiene un componente de frecuencia de red, que está en fase con la tensión de red. Después de la transformación en el dominio temporal (aquí se corresponde la IFT con una multiplicación por sen(\omega_{N}t)), se obtiene un componente DC i_{N-DC} en el valor nominal de corriente de red i_{N-S}(t):

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13

El componente DC i_{N-DC} en el valor nominal de corriente de red i_{N-S}(t) puede compensarse mediante un filtrado apropiado. El dispositivo de regulación de corriente de red 4 conforme a la invención con regulación del componente DC i_{N-DC} en el valor nominal de corriente de red i_{N-S} se muestra en la fig. 6 en forma de un esquema de conexiones en bloques. Aquí el dispositivo de regulación de corriente de red 4 comprende un filtro de valor medio 4a así como un dispositivo de regulación Pl postconectado 4b. El componente DC i_{N-DC} en el valor nominal de corriente de red i_{N-S} se determina mediante dispositivo de regulación de corriente de red 4 a través del filtro de valor medio 4a fluyente. El filtro de valor medio 4a fluyente suma para esto todos los valores discretos en el tiempo del valor nominal de corriente de red i_{N-S} durante uno (o varios) periodos. Si por lo demás sólo se dispone de componentes de frecuencia de red en el valor nominal de corriente de red i_{N-S}, incluso después de un periodo se determina el componente DC i_{N-DC} exacto del valor nominal de corriente de red i_{N-S}

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con N exploraciones por periodo.

De este modo se regula de forma fiable el componente DC i_{N-DC} en el valor nominal de corriente de red i_{N-S} con el dispositivo de regulación de corriente de red 4.

Aparte de esto se ha configurado además, en el caso del dispositivo conforme a la invención, un dispositivo para la conexión adicional de tensión de red 6, cuyo esquema de conexiones en bloques se muestra en la fig. 7. Este dispositivo para la conexión adicional de tensión de red 6 tiene la misión de descargar el dispositivo de regulación de corriente de red 4 en el caso de armónicos de tensión de red. Para compensar el tiempo muerto entre la exploración de la tensión de red y el proceso de conexión del vibrador, se ha configurado un dispositivo de establecimiento de compensación 7a para precalcular la tensión de red u_{NV}(t) a precontrolar.

El concepto de regulación materializado mediante este dispositivo para la conexión adicional de tensión de red 6 se basa en una regulación vectorial de los valores de oscilación fundamental. El objetivo es una corriente senoidal sin oscilaciones superiores. Esto se cumple si la caída de tensión U_{LN} a través de los choques de red sólo contiene un componente de oscilación fundamental. En este caso deben ser iguales las oscilaciones superiores en la tensión de red U_{LN-OS} y en el valor medio instantáneo de la tensión suma de vibrador U_{WR-n \Sigma -OS}. Esto se consigue mediante la conexión adicional de las oscilaciones superiores de tensión de red a la tensión suma de vibrador.

Los armónicos de tensión de red a conectar adicionalmente se obtienen de la diferencia entre el valor real de tensión de red u_{N}(t) y la oscilación fundamental de tensión de red u_{N-GS}(t), que ya se ha determinado con la DFT en el dispositivo de tramo de regulación 5:

15

Sin embargo, esta conexión adicional de tensión de red está afectada por un tiempo muerto. Este tiempo muerto se compone de los siguientes componentes:

-: tiempo muerto de la modulación en anchura de impulso o PWM: el tiempo muerto medio es un semiperiodo de la frecuencia de conmutación resultante (y se acepta aquí por ejemplo con 0,5712 kHz),

-: tiempo muerto de tratamiento compuesto por tiempo muerto de exploración y tiempo muerto de regulación (se acepta aquí por ejemplo también con 0,5/12 kHz).

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El tiempo de tratamiento puede reducirse mediante una exploración y un tratamiento poco antes de la transmisión del siguiente grado de modulación a la PWM. El tiempo muerto de la PWM no puede reducirse durante una regulación de exploración.

Todo el tiempo muerto se acepta con un periodo de exploración de T_{tot} = T = 1/(12 kHz) = 83 \mus. Este tiempo muerto parece ser al principio muy pequeño, pero sin embargo es excesivamente pequeño si se analiza con más detalle para una conexión adicional directa de la tensión de red.

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Para mayor claridad en la fig. 8 se muestra la amplitud de tensión de error con 83 ms de tiempo muerto con una red de 15 kV/16,7 Hz.

Como puede verse en la fig. 8, en este tiempo muerto no puede aceptarse un gran error. A 2 kHz el error es mayor que la oscilación superior de tensión de red \cdot\DeltaU_{N-nOS}\cdot, que debería compensarse incluso a esta frecuencia, al menos en parte.

Por ello se ha configurado conforme a la invención un dispositivo para compensación del tiempo muerto 7. Existen varias posibilidades para resolver la compensación del tiempo muerto en este dispositivo de compensación del tiempo muerto 7:

-: con la DFT pueden determinarse oscilaciones superiores y en la IFT puede compensarse el tiempo muerto mediante giro de fase, o

-: la tensión de error puede calcularse a partir de los periodos de red precedentes y conectarse adicionalmente.

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La primera posibilidad con DFT/IFT se utiliza habitualmente con gran inductancia de dispersión de transformador. Aquí sólo se tienen en cuenta la oscilación fundamental, la tercera y la quinta oscilación superior.

En el caso de vibradores conectados en serie, sin embargo, se busca un choque de red muy pequeño. Mediante esta medida actúan sin embargo mucho más intensamente las oscilaciones superiores de tensión de red. Por este motivo se busca una conexión adicional de banda ancha de las oscilaciones superiores de tensión de red. En el caso de la materialización preferida de la invención se retrasa la DFT/IFT por motivos de complejidad de cálculo y se utiliza la segunda posibilidad de cálculo de la tensión de error, a partir de periodos de red precedentes. Sin embargo, para el experto es evidente que también puede usarse la primera posibilidad.

A continuación se explica con más detalle, haciendo referencia a las figuras 9 y 10, el principio de la compensación del tiempo muerto conforme a la invención así como un esquema de conexiones en bloques de una conexión adicional de tensión de red conforme a la invención con tiempo muerto.

La compensación del tiempo muerto mediante el dispositivo para compensación del tiempo muerto 7 debe cumplir la misión de estimar un valor de tensión de red futuro u_{NV}(t). A esto añade el dispositivo para compensación del tiempo muerto 7 al valor momentáneo de la tensión de red u_{N}(t) un pequeño valor estimativo \Deltau_{komp.}(t), que se obtiene de la experiencia con los últimos periodos.

El valor estimativo \Deltau_{komp.}(t) es periódico en el caso de señales estacionarias y por ello puede obtenerse mediante el dispositivo de establecimiento de compensación 7a a partir de las tensiones u_{N}(k-N)T) del último periodo. A este respecto en la representación conforme a la fig. 9 T es el tiempo de exploración, N el número de exploraciones por periodo de red y k indica el respectivo valor momentáneo explorado.

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Para conseguir adicionalmente una insensibilidad frente a las señales parásitas, puede configurarse después de esta compensación suficiente por sí misma solamente para la compensación del tiempo muerto, mediante el dispositivo de establecimiento de compensación 7a, también un dispositivo de filtrado 8. Para esto se archivan en el dispositivo de filtrado 8 valores durante varios periodos de red, y se lleva a cabo una formación fluyente de valor medio durante varios periodos. El valor \Deltau_{k-fil} es el valor de \Deltau_{komp} filtrado durante N_{fil} periodos:

18

En el caso de la configuración adicional del dispositivo de filtrado 8 se adiciona después el valor estimativo \Deltau_{komp}(t) al valor momentáneo de la tensión de red valor u_{NV}(t). A continuación se alimenta el valor de tensión de red u_{NV}(t) al dispositivo afectado por un tiempo muerto para conexión adicional de la tensión de red 6.

En la fig. 11 se muestran desarrollos de señal en el caso de una compensación de tensión de red con compensación del tiempo muerto. La tensión de red u_{N} contiene en este ejemplo intensas oscilaciones superiores. En el desarrollo de señal de abajo se ha representado la tensión \Deltau_{komp}, que se obtiene de la tensión diferencial entre la tensión de red de dos puntos de tiempo de exploración y que se establece mediante el dispositivo de establecimiento de compensación 7a. En el caso de una tensión de red u_{N} estacionaria también la tensión \Deltau_{komp} es periódica. En el paso siguiente se promedia la tensión \Deltau_{komp} mediante el dispositivo de filtrado 8 durante varios periodos, aquí por ejemplo durante N_{fil} = 4 periodos. La tensión \Deltau_{k-fil} contiene la formación del valor medio con 4 valores, uno por periodo, que en la fig. 11 están caracterizados mediante o y *. Por medio de esto se consigue un filtrado, en el que en el caso de una tensión de red estacionaria casi no se pierde ninguna oscilación superior. La tensión de red u_{NV} a precontrolar se obtiene de la adición de la tensión de red u_{NV} actual y de la tensión \Deltau_{k-fil}, que está formada por dispositivo de establecimiento de compensación 7a y el dispositivo de filtrado 8 a partir de la tensión de red de los últimos pe-
riodos.

La conexión adicional de tensión de red con la estructura conforme a la invención y según este procedimiento conforme a la invención tiene la ventaja de que el valor de tensión de red u_{NV}(t) está formado por dos componentes:

-: por un componente dinámico de la tensión de red actual u_{N}(kt) y

-: por un pequeño componente estacionario de la tensión diferencial filtrada \Deltau_{k-fil} (kT), que viene dado por el tiempo muerto.

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El cálculo llevado a cabo mediante el dispositivo de establecimiento de compensación 7a mostrado en la fig. 10 se ilustra a continuación con algunos ejemplos. A este respecto se ha supuesto en cada caso una red de 16,7 Hz. El filtrado de exploración trabaja con un tiempo de exploración de T = 83 \mus (de forma correspondiente 12 kHz). En cada caso se explora en el centro del periodo de exploración PWM. Un periodo se compone de este modo de N = 720 valores de exploración. El filtrado se realiza durante 4 periodos.

En el primer ejemplo conforme a la fig. 13 se representa la dinámica del procedimiento de la conexión adicional de tensión de red conforme a la invención con compensación de tiempo muerto, en comparación con el procedimiento con DFT/IFT. Para esto se acepta una desconexión de carga de una locomotora adicional (LOK2) en el mismo tramo de línea, que se simula mediante el esquema de conexiones en bloques simplificado conforme a la fig. 12. A este respecto se aceptan los siguientes efectos simplificados sobre la tensión de entrada de la locomotora contemplada (LOK1):

-: salto de fase de -10º,

-: salto de amplitud a 130%.

\vskip1.000000\baselineskip

Como consecuencia de esto se produce en la fig. 13, en el momento t = 0,48s, un salto de amplitud en el valor real de tensión de red u_{N-ist}. En el caso del procedimiento DFT/IFT dura un periodo de red completo, hasta que el valor de cálculo de la tensión de red u_{N} coincide con el valor real de tensión de red u_{N-ist}. En el caso del dispositivo conforme a la invención y del procedimiento conforme a la invención sólo dura un periodo de exploración T, hasta que el valor de cálculo de la tensión de red u_{N} es aproximadamente igual de grande que el valor real de tensión de red u_{N-ist}. Debido a que el error \Deltau_{N} en el caso del dispositivo conforme a la invención y del procedimiento conforme a la invención es mucho menor que en el caso del procedimiento DFT/IFT, se ha adaptado de forma correspondiente el escalado de la representación en los desarrollos de señal inferiores en la fig. 13.

Las funciones de transmisión z que se obtienen se muestran en la fig. 14 y cumplen las siguientes ecuaciones:

19

De la fig. 14 puede deducirse que el filtrado de la compensación de tiempo muerto durante varios periodos conduce a que, para frecuencias asíncronas (no múltiplos de la frecuencia de red), la función de transferencia de la conexión adicional directa se asimila a la tensión de red.

En la fig. 15 se han representado sectores aumentados de los desarrollos de función de transferencia z conforme a la fig. 14, con N_{fil} = 4. En el caso de oscilaciones superiores no sincrónicas con la tensión de red, se reduce con la frecuencia la eficacia de la conexión adicional a causa de la exploración asincrónica. En especial en el caso de los armónicos de baja frecuencia es por un lado muy pequeño el error a causa de la exploración y, por otro lado, deben esperarse oscilaciones superiores con sincronización de red por diversas causas, por ejemplo a causa de vehículos con control por corte de onda con sincronización de red.

Como puede verse en la fig. 15, la compensación del tiempo muerto impone elevados requisitos a la precisión de la exploración o de la sincronización del circuito de regulación PLL: a 551 Hz, es decir el 33º armónico, la precisión debería ser por ejemplo de 1 Hz. Esto se corresponde con una precisión de 1 Hz/33 en la sincronización a la oscilación fundamental de 16,7 Hz (de forma correspondiente 18%). Por este motivo debe partirse de que la compensación del tiempo muerto sólo aporta ventajas hasta el margen inferior de kH.

El dispositivo para la conexión adicional de tensión de red 6 con dispositivo para la compensación del tiempo muerto 7 debería por ello diseñarse con un dispositivo de filtrado paso bajo (no mostrado) en la entrada, que filtra las altas frecuencias a partir de algunos kHz. El diseño exacto de la máxima frecuencia útil sólo puede llevarse a cabo en una aplicación concreta.

Para oscilaciones superiores de baja frecuencia se ha encontrado una solución buena y dinámica con la compensación del tiempo muerto. De este modo se espera un aumento de la impedancia de entrada hasta la región inferior de kHz.

Un perfeccionamiento del dispositivo conforme a la invención y del procedimiento para la regulación en el lado de red de una tensión del circuito intermedio, con un dispositivo de filtrado dinámico para oscilaciones superiores de la tensión del circuito intermedio U_{ZK} y de su modo de funcionamiento, se describe a continuación con más frecuencia haciendo referencia a un esquema de conexiones en bloques de una trayectoria de corriente de red mostrado en la fig. 16. Las oscilaciones superiores en la tensión de red u_{N} causan, como ya se ha citado anteriormente, oscilaciones superiores en la tensión de circuito intermedio U_{ZK}. Estas oscilaciones superiores en la tensión de circuito intermedio u_{ZK} se transmitirían a la corriente de red I_{N} sin contramedidas. Por este motivo se ha configurado en especial la parte del dispositivo conforme a la invención, representada en la fig. 16, para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio.

La transmisión de oscilaciones superiores de la tensión de circuito intermedio U_{ZK} al valor nominal de corriente de red I_{N-s} puede representarse de forma muy clara sobre la correspondiente trayectoria de regulación. El regulador de tensión del circuito intermedio 1 con regulación obtiene, de una oscilación superior en la tensión de circuito intermedio U_{ZK}, una oscilación superior desplazada en fase de la misma frecuencia en la demanda de potencia P_{ZK-s} o en el vector de valor nominal de corriente de red I_{N-s}. Después de la IFT, es decir la transformación en el dominio temporal, se obtienen oscilaciones superiores en el valor nominal de corriente de red i_{N-s}(t).

Esto se aclara a continuación con un ejemplo. Un cuarto armónico en la tensión del circuito intermedio U_{ZK} genera un cuarto armónico desplazado en fase en la demanda de potencia P_{ZK-n-s}(t). El valor nominal de corriente de red del vector de valor nominal de corriente de red I_{N-s} (valor vectorial) es proporcional a la demanda de potencia P_{ZK-n-s} y contiene por ello también un cuarto armónico. Junto con la IFT se obtiene un tercer y un quinto armónico del valor nominal de corriente de red i_{N-s}(t):

20

Un segundo armónico en la tensión de circuito intermedio U_{ZK} genera un segundo armónico desplazado en fase en la demanda de potencia P_{ZK-m-s}(t). Junto con la demanda de oscilación fundamental de la corriente de red, se obtiene un primer y un tercer armónicos en el valor nominal de la corriente de red.

Para que no se transmitan oscilaciones superiores en la tensión del circuito intermedio U_{ZK} a la corriente de red I_{N}, es necesario filtrar las oscilaciones superiores. Esto no debería realizarse con un paso bajo, ya que las variaciones de tensión del circuito intermedio deben regularse en lo posible sin tiempo muerto a causa de saltos de carga. Por ello se configura un dispositivo de filtrado dinámico 9, en el que se filtran las oscilaciones superiores y después se sustraen del valor real de la tensión del circuito intermedio U_{ZK}.

Existen al menos dos posibilidades de determinar las oscilaciones superiores de la tensión del circuito intermedio U_{ZK}, filtrarlas y sustraerlas de la tensión del circuito intermedio U_{ZK}:

-: con una DFT pueden determinarse específicamente oscilaciones superiores y restarse con la IFT de la tensión del circuito intermedio, o

-: pueden calcularse oscilaciones superiores a partir de periodos de red precedentes.

\newpage

A continuación se describen dos materializaciones preferidas conforme a la invención para dispositivos de filtrado dinámicos. Aquí se pretende filtrar los armónicos segundo, cuarto, sexto, etc. de la tensión del circuito intermedio U_{ZK}, en donde se pone una atención especial en el filtrado del cuarto armónico, ya que éste influye en la potencia del circuito intermedio a causa de su dominancia en la tensión.

En el caso del cálculo a partir de periodos de red precedentes es suficiente con tener en cuenta sólo unas pocas oscilaciones superiores (segundo, cuarto y sexto armónicos). Ambos procedimientos tienen aproximadamente el mismo valor y ningún procedimiento tiene una ventaja importante en cuanto a tiempo de cálculo.

En primer lugar se trata con más detalle el procedimiento con DFT e IFT. El dispositivo de filtrado dinámico 9 conforme a un primer ejemplo de ejecución de la invención está estructurado como se muestra en la fig. 17A y se ha implementado en un dispositivo regulador de exploración (no mostrado). La tensión del circuito intermedio U_{ZK}(t), aquí una tensión de circuito intermedio en la que sólo se tienen en cuenta oscilaciones superiores múltiplo de 2n, se alimenta a un dispositivo de transformación DFT 10a. Este dispositivo de transformación DFT 10a realiza para todas las oscilaciones superiores por separado una transformación en el margen de frecuencia y emite vectores de oscilación superior U_{2},U_{4},..., U_{2n} con n = 1, 2, 3,.... Estos vectores de oscilación superior U_{2},U_{4},..., U_{2n} se alimentan a un dispositivo de transformación IFT 10b, que lleva a cabo una retro-transformación en el dominio temporal, con lo que se obtienen oscilaciones superiores u_{2}sen2\omegat, u_{4}sen4\omegat,..., u_{2n}sen2n\omegat, n = 1, 2, 3,..., que a continuación se añaden y se sustraen de la tensión real del circuito intermedio U_{2n-ist}. De la tensión del circuito intermedio U_{2n-fil} se filtran de este modo las oscilaciones superiores múltiplo de 2 a 2n de la tensión del circuito intermedio U_{2n-ist}.

Alternativamente pueden calcularse conforme a un segundo ejemplo de realización, que se muestra en la fig. 17B, oscilaciones superiores a partir de periodos de red precedentes. Este segundo procedimiento conforme a la invención así como su estructura en el esquema de conexiones en bloques se analizan a continuación con más detalle.

Un dispositivo de filtrado dinámico 9, como se muestra en la fig. 17B, se ha implementado en el dispositivo regulador de exploración (no mostrado). Una formación de valor medio U_{ZK-mi}(t) fluyente se lleva a cabo durante un semiperiodo, de forma correspondiente a N_{2} exploraciones, mediante un conformador de valor medio 11a. De este modo a partir de la segunda oscilación superior se filtran todas las oscilaciones superiores, como se muestra en los desarrollos de señal conforme a las figuras 18 y 19. Esto es el resultado de que la integral durante un semiperiodo, en el caso de un armónico múltiplo de 2 ó 2n, se hace cero. Mediante la sustracción desde el valor real U_{ZK}(t) del valor medio U_{ZK-mi}(t) fluyente, establecido mediante el conformador de valor medio 11a, se obtienen las oscilaciones superiores U_{ZK-OS}(t).

Las oscilaciones superiores U_{ZK-OS}(t) se filtran a continuación en un dispositivo de filtrado 11b, que es similar a un llamado filtro de peine. En el caso de este dispositivo de filtrado 11b debe prestarse atención, sin embargo, a que las oscilaciones múltiplo de 2 no sufran limitaciones. Por este motivo se propone un dispositivo de filtrado de valor medio fluyente, que presenta en cada caso un filtro de valor medio aparte por cada valor de un semiperiodo. El dispositivo de filtrado 11b forma el valor medio fluyente a través de N_{fil} valores, en cada caso un valor por cada semiperiodo de red y en el lugar correspondiente de los otros semiperiodos.

21

Este principio se ha representado en los desarrollos de señal conforme a la fig. 18. Para mayor claridad sólo se han utilizado unas pocas exploraciones, aquí sólo 10 exploraciones en comparación con 360 exploraciones en la fig. 19). En este ejemplo sintético la tensión de circuito intermedio U_{ZK}(kT) contiene un segundo armónico de la frecuencia de red. Después de la formación de valor medio mediante el conformador de valor medio 11a la U_{ZK-mi}(kT) ya no contiene esta oscilación superior. La tensión de oscilación superior U_{ZK-OS}(kT) se filtra mediante el dispositivo de filtrado 11b durante N_{fil} = 4 semiperiodos, con lo que la U_{ZK-fil}(kT) en la fig. 18 ya sólo contiene oscilaciones superiores estacionarias (en comparación con U_{ZK-OS}(kT), de la línea a puntos). Debe observarse que el valor de tensión de circuito intermedio U_{ZK-fil}(kT) actúa sin retardo con relación al valor medio U_{ZK-mi}(kT).

El cálculo se pretende ilustrar con un ejemplo. A este respecto se ha supuesto una red de 16,7 Hz, y el filtrado de exploración trabaja con un tiempo de exploración de T = 83 \mus. Un semiperiodo se compone de este modo de N_{2} = 360 valores de exploración. Las sobreoscilaciones se filtran mediante el dispositivo de filtrado 11b durante N_{fil} = 4 semiperiodos. De este modo se obtienen las siguientes funciones de transferencia z, que se han representado en la fig. 19:

22

Este dispositivo conforme a la invención y el procedimiento conforme a la invención ofrecen buenos resultados para todas las oscilaciones superiores relevantes, en especial el cuarto armónico y con menor prioridad los armónicos segundo, sexto y octavo.

A continuación se analizan con más precisión los aspectos de regulación más importantes del dispositivo conforme a la invención así como del procedimiento conforme a la invención, para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio. Para esto se contemplan situaciones en una red "débil" con fuertes oscilaciones superiores de tensión de red y, con base en éstas, se explican las utilidades del dispositivo y del procedimiento para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio con filtrado de tensión de circuito intermedio y diferentes conexiones adicionales de tensión de red.

En la fig. 20 se ha representado una regulación con (derecha) y sin (izquierda) el dispositivo conforme a la invención para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio. La tensión de red U_{N}(t) contiene fuertes oscilaciones superiores:

100

La tensión de circuito intermedio U_{ZK} contiene en ambos casos fuertes oscilaciones superiores. Sin el dispositivo conforme a la invención para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio (representación izquierda en la fig. 20) éstas entran directamente en el requisito de potencia P_{ZK} del dispositivo de regulación de la tensión de circuito intermedio y se transmiten en el valor nominal de la corriente de red. La corriente nominal i_{N}(t) contiene oscilaciones superiores muy elevadas.

Con el dispositivo de filtrado 9 dinámico ya tratado anteriormente, en el dispositivo conforme a la invención para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio, se filtra muy bien la tensión de circuito intermedio deformada U_{ZK} (a la derecha en la fig. 20) en U_{ZK-fil}. Aquí debe tenerse en cuenta que el algoritmo de filtrado sólo filtra las oscilaciones superiores con múltiplos pares de la frecuencia de red y, por ello, casi no se pierde dinámica en el caso de saltos de carga, como puede verse en la fig. 21. El requisito de potencia P_{ZK} del regulador de la tensión de circuito intermedio ya casi no contiene oscilaciones superiores. La corriente nominal i_{N}(t) contiene de forma correspondiente pocas oscilaciones superiores.

De este modo puede reconocerse que el dispositivo conforme a la invención para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio, con la utilización de un dispositivo de filtrado 9 dinámico conforme a la invención, es especialmente efectivo. En el caso de una tensión de red deformada la corriente de red contiene bastante menos oscilaciones superiores, en el ejemplo aprox. 10 veces menos oscilaciones superiores, en donde se han tenido en cuenta las oscilaciones superiores tercera a once.

También el comportamiento dinámico del dispositivo conforme a la invención así como el procedimiento conforme a la invención, como ya se ha citado anteriormente haciendo referencia a la fig. 21, es muy bueno. En la fig. 21 se ha representado la dinámica en el ejemplo de un salto de carga en el caso de la tensión de red deformada. Mediante el dispositivo conforme a la invención así como el procedimiento conforme a la invención casi no se pierde de este modo dinámica en la regulación de la tensión de circuito intermedio U_{ZK}.

En la fig. 22 se han representado asimismo un precontrol de tensión de red directo con y sin compensación de tiempo muerto, conforme a la invención, mediante el dispositivo para compensación del tiempo muerto 7. Se aceptan de nuevo las mismas deformaciones de tensión de red que en la fig. 20. También se ha utilizado el dispositivo de filtrado 9 dinámico.

En la fig. 22 se han representado la tensión de red u_{N}(t), la tensión suma de vibrador u_{WR \Sigma}(t), la corriente de red i_{N}(t) y el espectro de la corriente de red. En el caso de la conexión adicional de tensión de red directa sin compensación del tiempo muerto, que se ha representado en la fig. 22 a la izquierda, se producen demasiadas oscilaciones superiores de corriente de red más grandes que con la compensación del tiempo muerto (en la fig. 22 en el lado derecho), a causa del tiempo muerto entre la medición de la tensión de red u_{N}(t) y el manejo de conmutación del vibrador. Ya en el desarrollo temporal de la corriente de red i_{N}(t) puede verse con compensación del tiempo muerto una mejora notable con relación a la conexión adicional de tensión de red directa sin compensación de tiempo muerto.

En el espectro de la corriente de red puede determinarse una mejora cuantitativa en un factor 5.

En resumen se hace patente un dispositivo y un procedimiento para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio, para reducir o eliminar efectos de red inadmisibles de armónicos de la tensión de red sobre el circuito intermedio. Para esto, durante la regulación de la tensión del circuito intermedio se adapta la potencia adquirida en el lado de red a la potencia entregada en el lado del motor. El dispositivo conforme a la invención presenta entre otras cosas un regulador de tensión de circuito intermedio 1 para establecer un requisito de potencia, un dispositivo de cálculo 2 para calcular un vector de tensión nominal de vibrador y un vector de valor nominal de corriente de red, un dispositivo de transformación 3 para transformar este vector en el dominio temporal, un dispositivo de regulación de corriente de red 4, un dispositivo de tramo de regulación 5 para establecer y regular un vector de oscilación fundamental de tensión de red y una frecuencia de red, un dispositivo para la conexión adicional de la tensión de red así como un dispositivo de filtrado dinámico. El dispositivo de regulación de corriente de red 4 regula un componente DC en la corriente de red, por medio de que se compensa mediante un filtrado apropiado. El dispositivo para la conexión adicional de tensión de red descarga el dispositivo de regulación de corriente de red 4 en el caso de armónicos de tensión de red, por medio de que se conectan adicionalmente oscilaciones superiores de tensión de red a la tensión suma de vibrador. El dispositivo de filtrado dinámico se encuentra en la entrada del dispositivo para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio, filtra los armónicos de números enteros de la oscilación fundamental, a partir de la tensión del circuito intermedio, y sustrae las mismas después del valor real de la tensión del circuito intermedio.

Claims

1. Dispositivo para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio, en donde el circuito intermedio está conectado entre una red y un motor, caracterizado por:

: un regulador de tensión de circuito intermedio (1) para establecer una potencia nominal (P_{ZK-n}) a partir de un valor nominal de la tensión de circuito intermedio (U_{ZK-S}), un valor real U_{ZK} y una corriente de carga (I_{ZK-m}; I_{L}),

: un dispositivo de cálculo (2) para calcular un vector de valor nominal de corriente de red (I_{N-s}) y un vector de tensión nominal de vibrador (U_{WR1}) a partir de una potencia nominal (P_{ZK-n}) y un vector de oscilación fundamental de tensión de red (U_{N-GS}),

: un dispositivo de tramo de regulación (5) para transformar la tensión de red (U_{N}(t)), desde el dominio temporal al margen de frecuencia, y establecer un vector de oscilación fundamental de tensión de red (U_{N-GS}) así como una frecuencia de red (f_{N}) y una posición de fase (\alpha),

: un dispositivo de transformación (3) para transformar el vector de tensión nominal de vibrador (U_{WRi}, i = 1, 2, ..., n), el vector de oscilación fundamental de tensión de red (U_{N-GS}) y el vector de valor nominal de corriente de red (I_{N-s}) en el dominio temporal, con lo que se obtienen una tensión nominal de vibrador (u_{WRi-s}(t)), una oscilación fundamental de tensión de red (U_{N-GS}(t)) y un valor nominal de corriente de red (i_{N-s}(t)),

: un dispositivo de regulación de corriente de red (4) para llevar el valor de corriente de red (i_{N}(t)) al valor nominal de corriente de red (i_{N-s}(t)) y para emitir un valor de corrección (\Deltau_{WR}(t)) correspondiente de la tensión nominal de vibrador (u_{WRi-s}(t)), un dispositivo de conexión adicional de tensión de red (6) para establecer armónicos de tensión de red a conectar adicionalmente a partir de una diferencia entre el valor real de tensión de red (u_{N}(t)) y la oscilación fundamental de tensión de red (u_{N-GS}(t)),

en donde los armónicos de tensión de red a conectar adicionalmente se suman al valor de corrección (\Deltau_{WR}(t)) y la suma resultante se suma a la tensión nominal de vibrador (u_{WRi-s}(t)) y después se emite en los vibradores del lado de red (WR_{1},..., WR_{N}) como tensión de vibrador (u_{WRi}(t)).

2. Dispositivo para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio según la reivindicación 1, asimismo con un dispositivo de compensación del tiempo muerto (7) para compensar un tiempo muerto entre la exploración de la tensión de red (u_{N}(t)) y un proceso de conmutación del vibrador (WR_{1},..., WR_{N}), en donde se suma mediante un dispositivo de establecimiento de compensación (7a) a la tensión de red (u_{N}(t)) un valor estimativo (\Deltau_{komp}(t)), establecido a partir de periodos de red precedentes.

3. Dispositivo para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio según la reivindicación 2, en donde el dispositivo para compensación del tiempo muerto (7) presenta asimismo un dispositivo de filtrado (8), que archiva valores estimativos (\Deltau_{komp}(t)) emitidos por el dispositivo de establecimiento de compensación (7a) durante varios periodos de red y de aquí forma un valor medio fluyente (\Deltau_{k-fil}), durante varios periodos de red, y lo emite para sumarse a la tensión de red (u_{N}(t)).

4. Dispositivo para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio según la reivindicación 2 ó 3, en donde el dispositivo para compensación del tiempo muerto (7) presenta en su entrada un dispositivo de filtrado paso bajo para filtrar altas frecuencias a partir de algunos kHz.

5. Dispositivo para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio según una de las reivindicaciones 1 a 4, asimismo con un dispositivo de filtrado dinámico (9) para determinar oscilaciones superiores de la tensión de circuito intermedio (U_{ZK}, filtrado de las oscilaciones superiores (U_{ZK-OS}, U_{ZK-OS-fil}; u_{2}sin2\omegat,..., u_{2n}sin2n\omegat) y sustracción de las oscilaciones superiores ((U_{ZK-OS}, U_{ZK-OS-fil}; u_{2}sin2\omegat,..., u_{2n}sin2n\omegat) de la tensión de circuito intermedio (U_{ZK}) para determinar una tensión de circuito intermedio filtrada (U_{ZK-fil}) sin oscilaciones superiores.

6. Dispositivo para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio según la reivindicación 5, en donde el dispositivo de filtrado dinámico (9) comprende un dispositivo de filtrado DFT (10a) para la transformación aparte de todas las oscilaciones superiores en el margen de frecuencia y para la emisión de vectores de oscilación superior (U_{2},..., U_{2n}), y un dispositivo de filtrado IFT 10b para la retro-transformación en el dominio temporal, que emite las oscilaciones superiores (u_{2}sin2\omegat,..., u_{2n}sin2n\omegat).

7. Dispositivo para la regulación en el lado de red de una tensión de circuito intermedio según la reivindicación 5, en donde el dispositivo de filtrado dinámico (9) comprende un conformador de valor medio (11a) para formar un valor medio fluyente y, de este modo, para filtrar todas las oscilaciones pares a partir de la segunda oscilación superior, y un dispositivo de filtrado (11b) para formar un valor medio fluyente a través de N_{fil} valores, en donde en cada caso se forma un valor por cada semiperiodo de red y en puntos correspondientes de los otros semiperiodos, que emite las oscilaciones superiores (U_{ZK-OS-fil}).

8. Procedimiento para la regulación en lado de red de una tensión de circuito intermedio, en donde el circuito intermedio está conectado entre una red y un motor, caracterizado por los pasos siguientes:

: establecimiento de una potencia nominal (P_{ZK-n}) a partir de un valor nominal de la tensión de circuito intermedio (U_{ZK-S}), un valor real de la tensión de circuito intermedio (U_{ZK}) y una corriente de carga (I_{ZK-m}; I_{L}),

: cálculo de un vector de valor nominal de corriente de red (I_{N-s}) y de un vector de tensión nominal de vibrador (U_{WR1}) a partir de la potencia nominal (P_{ZK-n}) y de un vector de oscilación fundamental de tensión de red (U_{N-GS}),

: transformación de la tensión de red (U_{N}(t)), desde el dominio temporal al margen de frecuencia, y establecimiento de un vector de oscilación fundamental de tensión de red (U_{N-GS}) así como una frecuencia de red (f_{N}) y una posición de fase (\alpha),

: transformación del vector de tensión nominal de vibrador (U_{WRi}, i = 1, 2, ..., n), del vector de oscilación fundamental de tensión de red (U_{N-GS}) y del vector de valor nominal de corriente de red (I_{N-s}) en el dominio temporal, con lo que se generan una tensión nominal de vibrador (u_{WRi-s}(t)), una oscilación fundamental de tensión de red (U_{N-GS}(t)) y un valor nominal de corriente de red (i_{N-s}(t),

: guiado del valor de corriente de red (i_{N}(t)) al valor nominal de corriente de red (i_{N-s}(t)) y emisión de un valor de corrección (\Deltau_{WR}(t)) correspondiente de la tensión nominal de vibrador (u_{WRi-s}(t)),

: y establecimiento de armónicos de tensión de red a conectar adicionalmente a partir de una diferencia entre el valor real de tensión de red (u_{N}(t)) y la oscilación fundamental de tensión de red (u_{N-GS}(t)), adición de los armónicos de tensión de red a conectar adicionalmente establecidos al valor de corrección (\Deltau_{WR}(t)), adición de la suma que se obtiene a la tensión nominal de vibrador (u_{WRi}(t)) y emisión al vibrador en el lado de red (WR_{1},..., WR_{N}) como tensión de vibrador (u_{WRi}(t)).

9. Procedimiento para la regulación en lado de red de una tensión de circuito intermedio según la reivindicación 8, con el paso adicional de compensación de un tiempo muerto entre la exploración de la tensión de red (u_{N}(t)) y un proceso de conmutación del vibrador (WR_{1},..., WR_{N}), en donde se suma mediante un dispositivo de establecimiento de compensación (7a) a la tensión de red (u_{N}(t)) un valor estimativo (\Deltau_{komp}(t)), establecido a partir de periodos de red precedentes.

10. Procedimiento para la regulación en lado de red de una tensión de circuito intermedio según la reivindicación 9, en donde se archivan valores estimativos (\Deltau_{komp}(t)) emitidos en el paso de la compensación durante varios periodos de red y de aquí se forma un valor medio fluyente (\Deltau_{k-fil}), durante varios periodos de red, y se suma a la tensión de red (u_{N}(t)).

11. Procedimiento para la regulación en lado de red de una tensión de circuito intermedio según una de las reivindicaciones 8 a 10, con los pasos adicionales de establecimiento de una tensión de circuito intermedio filtrada (U_{ZK-fil}) sin oscilaciones superiores mediante la determinación de oscilaciones superiores de la tensión de circuito intermedio (U_{ZK}), filtrado de las oscilaciones superiores (U_{ZK-OS}, U_{ZK-OS-fil}; u_{2}sin2\omegat,..., u_{2n}sin2n\omegat) y sustracción de las oscilaciones superiores ((U_{ZK-OS}, U_{ZK-OS-fil}; u_{2}sin2\omegat,..., u_{2n}sin2n\omegat) de la tensión de circuito intermedio (U_{ZK}).

12. Procedimiento para la regulación en lado de red de una tensión de circuito intermedio según la reivindicación 11, en donde en el paso de la determinación de una tensión de circuito intermedio filtrada (U_{ZK-fil}) se transforman aparte todas las oscilaciones superiores mediante un DFT en el margen de frecuencia y se emiten vectores de oscilación superior (U_{2},..., U_{2n}), y mediante un IFT se retro-transforman en el dominio temporal y se emiten como oscilaciones superiores (u_{2}sin2\omegat,..., u_{2n}sin2n\omegat).

13. Procedimiento para la regulación en lado de red de una tensión de circuito intermedio según la reivindicación 11, en donde en el paso de la determinación de una tensión de circuito intermedio filtrada (U_{ZK-fil}) se forma un valor medio fluyente de la tensión de circuito intermedio (U_{ZK}), se filtran todas las oscilaciones pares a partir de la segunda oscilación superior, y se forma un valor medio fluyente a través de N_{fil} valores, en donde en cada caso se forma un valor por cada semiperiodo de red y en puntos correspondientes de los otros semiperiodos, y se emiten las oscilaciones superiores (U_{ZK-OS-fil}).