JP2012531602A - ネットワーク状態の監視方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、第１相、第２相および第３相を有する三相交流電圧ネットワークの電気的諸量の検出方法であって、次のステップ、すなわち、第１時点に、第１相、第２相および第３相の中性導体に関するそれぞれの電圧値を測定するステップと、第１時点の３つの電圧値を、電圧振幅および位相角を有する極座標に変換するステップと、少なくとも１つの別の時点に対して測定および変換を繰り返すステップと、極座標に変換された電圧値から少なくとも１つの相の現時点の周波数、電圧振幅および／または位相角を決定するステップと、を含む方法に関する。

Description

本発明は、第１相、第２相および第３相を有する三相交流電圧ネットワークの電気的諸量の検出方法に関する。さらに、本発明は、交流電圧ネットワークへの電気エネルギーの給電方法に関する。またさらに、本発明は、三相の交流電圧ネットワークの電気的諸量の検出装置と、交流電圧ネットワークへの電気エネルギーの給電装置とに関する。さらに加えて、本発明は、交流電圧ネットワークの電気的諸量を検出するように、かつ／または、交流電圧ネットワークに電気エネルギーを給電するように構成された風力エネルギー装置にも関する。

特に、既存の交流電圧ネットワークに電気エネルギーを給電するためには、それをできるだけ正確に知ることが必要である。ネットワークにおける交流電圧の周波数と、電圧の高さおよび位相とに関する知識が重要である。しかし、例えば、ネットワークにおける障害の認知のような、給電に関連する可能性がある他の目的のためにも、特にネットワークの電圧に関するできるだけ正確でかつできるだけリアルタイムの検出が望ましい。

交流電圧ネットワークの交流電圧の周波数および位相角を検出するために、通常、電圧のゼロクロスが検出される。２つの隣接する電圧のゼロクロスの時間間隔が周期の１／２に相当するので、それから周波数を計算できる。従って、位相の位置も、ゼロクロスおよび周波数、あるいは２つのゼロクロスから決定できる。

この場合、特に、周波数、従って周波数の変化を検出するためには、対応して少なくとも１／２周期の時間間隔が必要であることが欠点になる。同時に、このような測定方法の場合、測定の品質が不十分になる可能性がある。特に、分散的なエネルギー供給によって給電されまたそれによって支えられる交流電圧ネットワークが増大しているが、そのような交流電圧ネットワークの場合には、できるだけ高品質のかつできるだけ迅速な測定が重要である。短絡の発生のようなネットワーク障害を確実かつ速やかに検出することも一段と重要性を高めている。

従って、本発明の目的は、上記の欠点の少なくとも１つについて改良された方法もしくは対応する装置を提案することにある。特に、速度および品質の点でできるだけ改良された測定方法を提案する。少なくとも、代替的な測定方法および代替的な給電方法並びに対応する装置を提案する。

この点に関して、先行技術としては次の文献が参照される。すなわち、独国特許出願公開第１０１１３７８６Ａ１号明細書、欧州特許出願公開第００４９８４Ａ１号明細書および独国特許出願公開第１９９４４６８０Ａ１号明細書である。

本発明によれば、請求項１による三相の交流電圧ネットワークの電気的諸量の測定方法が提案される。

第１相、第２相および第３相を有する三相交流電圧ネットワークが基本的な出発点である。位相角の表示は、別途に規定しない限り基本的に第１相に関するものである。特に電圧または位相角の添え字の１〜３は、原則として第１相、第２相または第３相に対応するものである。

方法の一ステップにおいて、第１時点に、第１相、第２相および第３相のそれぞれの電圧値、つまり相電圧が検出または測定される。すなわち、中性導体または他の中性電位に関する電圧が検出または測定される。

次のステップとして、第１時点に測定された電圧値の極座標における複素数値への変換が行われ、それによって、電圧の高さおよび位相角が対応して生成される。この場合、位相角は第１電圧に関するものである。変換は次のように行うことができる。

次のステップにおいては、少なくとも１つの別の時点に対して測定および変換が繰り返される。従って、少なくとも２つの時点において、極座標に変換された電圧測定値が存在する。続いて、極座標におけるこの値から、周波数、電圧振幅、および／または少なくとも１つの相の位相角が決定される。

通常、この方法はデジタル方式で実行してもよい。この場合は、上記の方法のステップは、少なくとも部分的に、時間的に見て相前後して進行する。特に、第１時点において３つの相の電圧が測定され、変換が実施されて、続いて、その後の第２時点に３つの相の電圧が再度測定される。しかし、基本的に、アナログ方式での実行も考慮できる。その場合は、本質的に連続測定を実施できる。

現時点の周波数と、電圧の振幅と、３つの電圧の位相とを計算することが望ましい。同様に、測定の時点は、予期される周波数に基づいて、１／２周期より短い時間間隔だけ相互に離れていることが望ましい。

３つの交流電圧の１つの有効周波数を決定するために、フェーズロックループ（ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ−ｌｏｏｐ：ＰＬＬ）の概念に明確に従わずに作動する周波数制御であって第１補助周波数（auxiliary frequency）を調整する周波数制御を用いることが望ましい。このため、制御回路が用いられる。この第１補助周波数は、基本的に状態量であり、この制御回路の結果であって、中間量としてさらに使用可能である。基本的に、第１補助周波数自体も、得られた現時点の周波数として用いることが可能である。

この補助周波数から、補助角を定めることができる。座標変換において算定された位相角をこの補助位相角と比較することによって、第１補助周波数を発生させるための量を生成できる。

周波数制御のために、第１の差角（difference angle）を形成することが望ましい。この第１差角は、座標変換の際に生じる位相角と、サンプリング時間だけ元に戻った第１補助位相角との間の差として出現する。従って、いずれにせよ、位相角とサンプリングステップだけ元に戻った位相角との間の差が周波数に相当するので、この第１差角は周波数または差周波数としても解釈することができるであろう。

この実施形態によれば、第１補助周波数を得るために、上記の第１の差角は、第１の増幅係数（amplification factor）を乗じられ、かつ／または、周波数の当初周波数値に加算される。第１補助位相角は第１補助周波数から決定される。当初周波数値としては、予期される周波数、特にネットワークの公称周波数(nominal frequency)または対応する公称角周波数を使用できる。

周波数決定を改善するために、第２の補助位相角を、第２の補助周波数と共に定めることが望ましいとして提案される。このような第２補助周波数は、場合によってはフィルタ処理後に、検出された現時点の周波数として出力できる。このような第２補助周波数および第２補助位相角は、前記の実施形態のいずれかによれば、第１補助周波数および第１補助位相角に基づくことが望ましい。第２補助周波数および第２補助位相角は、所定の動的挙動（dynamic behaviour）に基づいて、第１補助周波数および第１補助位相角に応じて決定されること、特に制御されることが望ましい。

一実施形態によれば、第１補助位相角および第２補助位相角に基づいて第２の差角を決定することが提案される。この第２の差角は、第１補助位相角と、サンプリング時間だけ元に戻った第２補助位相角との間の差として形成される。さらに、第１および第２補助周波数がその基礎になっており、それから、補助差周波数が決定される。この補助差周波数は、サンプリング時間だけ元に戻った第２補助周波数と第１補助周波数との間の差として形成される。

さらに、補助角加速度が、第２差角および補助差周波数から形成される。この補助角加速度は、第２補助位相角の時間に関する第２次導関数を表し、第２補助位相角並びに第２補助周波数はこの補助角加速度から計算される。

この補助角加速度は、第２差角と補助差周波数との間の差として形成することが望ましい。この場合、この第２差角および／または補助差周波数は、それぞれ、増幅係数を乗じたものとして考慮することができる。

特に、補助差周波数との差の形成は、補助差周波数と増幅係数（基本的に１とすることも可能）との結合とも言うことができるが、この差の形成は、方法のステップまたは方法の特徴がその作用において解釈され得る限り、増幅係数の選択に応じて、第２補助周波数の動的挙動に減衰効果（damping effect）を及ぼす。

好ましい一実施形態によれば、変換の際に得られる電圧の振幅は、検出された出力電圧として出力される。さらにまたは代替的に、この実施形態によれば、変換の際に得られる位相角は時間に関して微分され(これは離散的にまたは連続的に行うことができる)、検出された周波数として出力される。代わりの方式として、検出された周波数として特に別の量が出力される場合には、この微分された位相角を、検出された比較周波数としても出力することが可能である。

さらにまたは代替的に、第２補助周波数が検出された周波数として出力され、さらにまたは代替的に、第２補助位相角が、１つの相、特に第１相の検出された位相角として出力される。これらの１つの量、複数の量またはすべての量を、出力する前に、場合によっては適切にフィルタ処理することが可能である。

従って、出力されるべき量、特に、検出された周波数として出力される第２補助周波数と、検出された位相角として出力される第２補助位相角とは、この方法の方法生産品(method product)を形成する。このような出力される検出周波数とこのような出力される検出位相角とは、特に迅速な検出という点で優れている。すなわち、特に、測定される交流電圧ネットワークの周波数変化であって１／２周期時間より短い時間間隔の周波数変化を有する検出された周波数の出力は、電圧のゼロクロスの測定による通常の周波数検出と、その点においてすでに区別される。必要な場合には、当然のことながら、本発明の方法を遅く構成または実施することも可能である。

さらに、一実施形態によれば、交流電圧ネットワークが、少なくとも１つのネットワーク障害の存在に関して監視される。このようなネットワーク障害には次のようなものがある。すなわち、
−角度の安定性の喪失、
−孤立ネットワーク部分形成の発生、
−三相短絡の発生、および、
−２極短絡の発生、
である。

三相短絡の発生は、特に３つの相電圧の崩壊において、従って変換される電圧振幅の崩壊において検知できる。２極短絡の場合には、基本的に、ＤＹ変圧器（デルタ−スター変圧器）のｄ側で測定されかつＤ側に２極短絡が生じたとすると、ただ１つの電圧のみが崩壊する。これは、例えば、変換される電圧の振動する電圧振幅において検知できる。

角度の安定性（angle stability）の喪失は、英語では「ｌｏｓｓ ｏｆ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ：ＬＯＳ」とも呼称されるが、この安定性の喪失が生じると、位相角の微分

が、ネットワーク周波数またはネットワーク角周波数から逸脱していく。このような角度安定性の喪失を検出するため、迅速な角度および周波数検出が望まれる。

英語で「ｌｏｓｓ ｏｆ ｍａｉｎｓ：ＬＯＭ」とも呼称されるアイランドネットワーク形成が生じた場合には、実際の周波数は公称周波数領域から徐々に移動し、具体的には所定の許容差範囲から離れていく。従って、測定が行われるネットワーク部分が、より安定な周波数を有するより大きなメインネットワークへの接触を失ったと想定されるべきである。

ネットワーク障害の存在を指示するために、対応する信号を用意することが可能である。このような信号は、プロセッサユニットの内部に用意することが可能であるし、あるいは、出力信号として出力できる。いずれにしても、このような信号は方法の生産品と見做すことができる。特に、前記のネットワーク障害の少なくとも１つを迅速かつ的確に検知することは、達成すべき１つの目標であり、そのような信号を際立たせる。

特に、角度安定性の喪失およびアイランドネットワークの形成に関しては、本発明に従って、これらが、分散給電方式のエネルギー供給を備えたネットワークにおいて増大すると予期されることが認められた。この場合、迅速かつ確実な検知が、場合によっては迅速かつ適切な介入を可能にするために重要である。

場合によって生じ得るネットワーク障害を検知するために、ネットワーク障害に関わる電気的諸量を測定または検出することが望ましい。ネットワーク障害が発生した場合には、最後に使用された量に基づいて、推定値の意味において検出が続けられる。実際の検出については、交流電圧ネットワークの電気的諸量が基本的に定常的に継続していると想定される限りにおいてのみ取り上げることができる。その限りにおいて、最後に検出された、特に方法の内部の量に基づいて、その検出を、入力測定量を顧慮することなく、完全にまたは部分的に継続することが提案される。その限りにおいて、所望の諸量の少なくとも１つの推定値が生成され、その場合、その推定量の適応が、測定量に応じて、全く行われないかあるいは部分的にだけ行われるのである。

本発明によれば、あるいは一実施形態によれば、さらに、交流電圧ネットワークの電気的諸量を、特に上記の方法を用いながら測定し、それに基づいて交流電流を交流電圧ネットワークに基本的に三相で給電することが提案される。その場合、交流電圧ネットワークを、少なくとも、角度安定性喪失のネットワーク障害の存在、および／または、孤立ネットワーク部分形成発生のネットワーク障害の存在について監視する。その監視に応じて、従って、上記のネットワーク障害の少なくともいずれかが生じた場合は、交流電圧ネットワークをサポートするための措置が導入される。原則として、ネットワーク障害に応じて給電を中断し、当該エネルギー発生器をネットワークから分離することも、当然、考慮の対象になる。

角度安定性の喪失および／または孤立ネットワーク部分形成の発生の監視に加えて、三相短絡の発生および／または２極短絡の発生を監視して、これらのネットワーク障害の少なくともいずれかが生じた場合は、交流電圧ネットワークをサポートするための措置を導入することが望ましい。

さらに別の実施態様は、特にネットワークの周波数および位相を給電用の基礎として確定するために、かつ、迅速かつ適切な対応措置を導入し得るように、場合によって生じ得るネットワーク障害を検知するために、電気エネルギーの給電方法が本発明による方法を用いることを提案する。

この場合、交流電圧ネットワークへの給電は、例えば、直流電圧の中間回路に基づいて、半導体スイッチの支援により、対応するパルスの型によって３つの相を生成する三相インバータを使用する場合のように、既知の方法で行うことができる。この場合、周波数および位相に関するそれぞれ必要な情報は本発明による方法によって準備できる。

ネットワーク障害の監視においては、当該ネットワーク障害の発生以降、これを、ネットワーク周期より短い検出時間内で、特に１／２ネットワーク周期より短い検出時間内で検出することが望ましい。同様に、ネットワークをサポートするための措置を、ネットワーク障害の発生からネットワーク周期より短い反応時間内で、特に１／２ネットワーク周期より短い反応時間内で導入することが提案される。この短い時間内にネットワーク障害を検出し、かつまたこの短い時間内にサポート措置を導入するためにネットワーク障害を対応して迅速に検出するように、上記のような本発明による方法が提案される。この方法は、検出用として電圧のゼロクロスの測定に限定されるのではなく、むしろ電圧のゼロクロスとは無関係に、かつ電圧のゼロクロスの間に何度も測定可能で、それに対応して迅速な結果を提供し得るのである。

さらに、三相の交流電圧ネットワークの電気的諸量を検出するための測定装置であって、本質的に本発明による測定方法を実行する測定装置が提案される。このため、中性導体に関する３つの相のそれぞれの瞬時電圧を測定するための、従って相電圧を測定するための少なくとも１つの測定手段が用いられる。さらに、電気的ネットワークの周波数および位相を決定するための計算ユニットが設けられる。測定手段は、測定された電圧を、各サンプリング時点において特にデジタル方式で計算ユニットに供給する。計算ユニットにおいては、本発明による測定方法のそれぞれの実施形態の計算ステップが遂行される。特に、計算ステップは、理論的にはアナログ計算機またはアナログ回路による実施も考慮の対象になるが、デジタル方式の信号プロセッサにおいて遂行されるべきである。

さらに、交流電圧ネットワークに電気エネルギーを給電するための給電装置が提案される。この給電装置は、その目的のため、少なくとも、１つの測定装置および１つの給電ユニットを有する。特に前記の実施形態に従って構成されかつ実現されるこの測定装置は、特に交流電圧ネットワークの周波数および位相を検出する。これらの量は、給電のための基礎を形成し、特に同期用として必要であるが、障害検知用としても用いられる。給電には給電ユニットが用いられるが、この場合、この給電装置は前記の給電方法に従って制御される。特に、給電ユニットは、直流電圧中間回路からの電気エネルギーを対応する半導体スイッチによってパルス法を介して各相の正弦波形態に変換するために、周波数インバータを含むことができる。

さらに、特に風から運動エネルギーを受け取り、それを発電機によって電気エネルギーに変換する風力エネルギー装置が提案される。電気エネルギーは三相の交流電圧ネットワークに給電される。この給電のために、前記のような給電装置が用いられる。三相の交流電圧ネットワークの電気的諸量、特に周波数および位相を検出するために、前記のような測定装置が提案される。交流電圧ネットワークのこの検出された電気的諸量および他の電気的量を基礎として給電装置に役立てることができる。

測定装置を給電装置の一部となし得ることが原理的に理解されるべきである。

以下、本発明を、添付の図面を参照しながら実施形態に基づいて例示的に詳説する。

中性導体を含む三相ネットワークの接続点を模式的に示す。 一周期長さの時間間隔における三相系統の電圧形態の一部分に関する三相系統の３つの測定値を示す。 測定装置が接続された三相交流電圧ネットワークの基本的な構造配置を示す。 一実施形態による本発明の方法の構造を示す。

本発明は、図１に示すように、各相を導くための３つの導線ラインＬ１、Ｌ２およびＬ３と中性導体Ｎとを有する三相接続点２をその出発点とする。図解のために、この接続点２はケーブルの末端として象徴的に表現されている。同様に、この３つの相Ｌ１、Ｌ２およびＬ３と中性導体Ｎとは、例えば接続ボックスの中に設けることも可能である。

図２は、原理的に本発明に基づくタイプの測定を示す。それによれば、ある時点ｔ_１に、各導体Ｌ１、Ｌ２およびＬ３において中性導体Ｎに対する電圧が測定される。この測定値ｕ_１、ｕ_２およびｕ_３は、基本的に、３６０°部分内の位置、すなわち一周期時間内の位置に割り当てることができる。このため、図２においては、３つのすべての相Ｐ１、Ｐ２およびＰ３に対する一周期時間のそのような部分が表現されている。時点ｔ_１における測定の対応位置は、角度φにわたって移された一周期時間の一部分において、位置Ｍ１に割り当てられる。従って、位相角φ_１、φ_２およびφ_３は、各相の最大電圧値−ピーク値−から測定位置Ｍ１までの角度に関係する。各相はＰ１、Ｐ２およびＰ３として表記されている。位相角φ_３は相Ｐ３に属する。相Ｐ３のピーク値は、位置Ｍ１の後方にあるので、基本的に、Ｐ３のピーク点から始まり、図示されている周期の終端までと、周期の開始から測定位置Ｍ１までの値を加算した矢印によって示されている。対称的なネットワークの場合には、位相角φ_１、φ_２およびφ_３は、それぞれ１２０°または２４０°だけずらされるであろう。

図２による表示に関しては、相Ｐ１、Ｐ２およびＰ３の絶対振幅は重要ではない。振幅は、例えばこの表現に対して正規化することができる。図２の表示によれば、周期時間は３６０°または２πである。

図３は、中性導体と、本発明の一実施形態に従って接続された測定装置１とを備えた三相ネットワークの全体構造を示す。測定装置１は、測定用として、その目的のために導線ラインＬ１、Ｌ２およびＬ３と中性導体との間に接続される測定フィルタ４を用いる。導線ラインＬ１、Ｌ２およびＬ３は、対応して第１、第２または第３相を導く。この場合、それぞれの相電圧を測定するために、各導線ラインＬ１、Ｌ２またはＬ３と中性導体Ｎとの間に、ＲＣ要素が接続される。従って、それぞれ抵抗ＲおよびコンデンサＣの間において測定される中性導体Ｎに対する電圧が、測定装置１に入力され、そこでさらに処理および評価される。

この場合、測定装置１は、以下の諸量を、出力量として、あるいは、制御ユニット、特に給電ユニットにおけるさらなる処理のために出力する。すなわち、
−交流電圧の実効値Ｕに関する推定値、
−交流電圧の周波数（角周波数）に関する推定値ω_Ａ、ω_Ｂ、
−導線ラインＬ１、Ｌ２およびＬ３と中性導体Ｎとの間の電圧の測定値から測定される電圧ｕ_１、ｕ_２およびｕ_３としての電圧測定時点における角度φ_１、φ_２およびφ_３、
−角度安定性の喪失ＬＯＳ（Ｌｏｓｓ Ｏｆ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）、孤立ネットワーク部分形成の発生ＬＯＭ（Ｌｏｓｓ Ｏｆ Ｍａｉｎｓ）、三相短絡の発生ＰＰＰΦ（Ｐｈａｓｅ−Ｐｈａｓｅ−Ｐｈａｓｅ−Ｇｒｏｕｎｄ）、および、２極短絡の発生ＰＰΦ（Ｐｈａｓｅ−Ｐｈａｓｅ−Ｇｒｏｕｎｄ）の可能なネットワーク障害に関する状態情報または状況フラグ、
である。

図４は、測定および計算ユニット１とも呼称できる測定装置１の内部構造を明らかにしている。図示の構造は、基本的に時間離散構造として具現化されている。しかし、明解さのために、説明用として部分的に時間連続の表現、特に時間的導関数が参照される。原理的に、時間離散的および時間連続的両者の実施が可能である。

相電圧ｕ_１、ｕ_２およびｕ_３は、定常的に測定され、測定および計算ユニットに入力されるか、あるいはそこに加えられる。図４は、ＲＣ要素を１つの相に対してのみ表現することによって測定フィルタ４のみを示している。実際には、測定フィルタ４の構造は図３に示すものに対応している。

それぞれの電圧測定値ｕ_１、ｕ_２およびｕ_３は変換ブロック６に入力される。デジタル方式の信号プロセッサの場合には、そこで、各測定値のサンプリングと保持とが行われる。変換ブロック６においては、３つの電圧値ｕ_１、ｕ_２およびｕ_３の極座標への変換が行われる。この変換は次の方程式に従って実施される。

さらなる処理および計算のための中間的結果として、変換ブロック６から電圧Ｕ_Ｎおよび角度φ_Ｎが出力される。

電圧Ｕ_Ｎは、保持要素Ｔおよび第１増幅係数Ｐ_１を有する第１デジタルフィルタＦ１に印加される。このデジタルフィルタは、さらに、それぞれ円形記号で表現される２つの加算位置を有する。符号としてマイナス符号が指示される限り、当該信号径路の値は差し引かれる。そうでない場合は加算が行われ、これは、その他図４に示す別の加算要素についても当てはまる。

このようなデジタルフィルタＦ１の基本的な機能の態様は当業者には基本的に周知されており、従ってそれについてさらに詳細には述べない。従って、第１デジタルフィルタＦ１において、電圧Ｕ_Ｎはフィルタ処理され、電圧Ｕが交流電圧の実効値Ｕの推定値として出力される。

位相角φ_Ｎは、微分要素８において時間離散的に微分され、従って図４にｄφ_Ｎ／ｄｔとして記入される角周波数に対応する。この角周波数（ＷｉｎｋｅｌｆｒｅｑｕｅｎｚまたはＫｒｅｉｓｆｒｅｑｕｅｎｚ）は第２デジタルフィルタＦ２に印加される。このデジタルフィルタＦ２は、構造においては第１デジタルフィルタＦ１と同等であり、第２の増幅係数Ｐ２を有する。結果として、交流電圧の周波数ω_Ａに対する推定値が生成され、これは、対応して、交流電圧の周波数ω_Ａに対する推定値として出力される。

位相角φ_Ｎは、さらに周波数制御回路１０に入力される。この周波数制御回路１０においては、第１補助周波数ｄφ_Ａ／ｄｔが決定され、周波数制御回路１０が本質的に解釈され得る限り、ネットワーク周波数またはネットワーク角周波数の制御の意味において調整される。周波数制御回路１０の中には、第１補助周波数ｄφ_Ａ／ｄｔから第１補助角φ_Ａを決定する第１時間離散的積分要素Ｉ１が設けられる。第１加算位置Ａ１において、現時点の位相角φ_Ｎから、サンプリング周期だけ元に戻った第１補助角φ_Ａが差し引かれる。これによって、基本的に周波数差である第１差入力量ｅ１が生成される。この第１差入力量ｅ１は、とにかく解釈が可能である限り、広義には、周波数制御回路１０の制御誤差または制御偏差と解釈することが可能である。いずれにしても、第１補助周波数ｄφ_Ａ／ｄｔを決定するために、この第１差入力量ｅ１は、制御増幅値Ｐ１１を乗じられ、公称周波数ω０に加算される。

原理的には、周波数を角度に積分するためのデジタル方式の積分要素Ｉ１のようなデジタル式積分要素は、受け入れられる周波数が正の場合、基本的に無限に向かう傾向がある定常的な上昇角度をもたらすことが、さらに注記される。当然のことながら、基本的に、０°および３６０°の間、または０および２πの間の角度の値が関心の対象であり、実行する場合には、それぞれ、値３６０°を超過する時または０を下回る時は、値３６０だけリセットすることが可能である。これについてはここでは詳細には言及しない。

しかし、周波数制御回路１０は、制御増幅Ｐ１１のためにＰ制御器と見做され得るにも拘らず、第１補助周波数ｄφ_Ａ／ｄｔに対して、定常的な正確さを制御偏差なしに実現することが可能である。これは、第１補助角φ_Ａを決定する際の積分プロセスにおいて、第１積分要素Ｉ１によって根拠付けられる。

第１補助周波数ｄφ_Ａ／ｄｔは、交流電圧の周波数に対する推定値として使用でき、それに対応して測定装置１から出力できる。しかし、図４に表現される実施形態によれば、さらなる処理、特に改善が想定されている。

第２の制御回路１２において、第２補助周波数ｄφ_Ｂ／ｄｔが決定され、第２積分要素Ｉ２によって、第２補助角φ_Ｂが決定される。第２の加算位置Ａ２においては、第１補助角φ_Ａから、サンプリング時間またはサンプリング周期だけ遅らされた第２補助角φ_Ｂが差し引かれて、第２の差入力量ｅ２が生成される。この第２差入力量は基本的に差周波数である。それは、さらに広義には、第２補助周波数ｄφ_Ｂ／ｄｔを第１補助周波数に調整するための、あるいは、これに追随するための制御誤差と解釈することができる。

制御としての解釈は、図解的説明に役立つよう意図されていることが理解されるべきである。その点で、設定値−実際値の比較の意味における古典的制御は行われていない。むしろ、その値における推定値を、あるいはその動力学における推定値をも改善することが肝要である。

いずれにしても、第２差入力量ｅ２は、第２の制御増幅値Ｐ２１を介して導かれるか、あるいはそれと乗算される。さらに、サンプリング時間だけ元に戻った第２補助周波数ｄφ_Ｂ／ｄｔと現時点の第１補助周波数ｄφ_Ａ／ｄｔとの間の差の形成が、第３の加算位置Ａ３において行われ、これによって、基本的には差角加速度である第３の差入力量ｅ３が生成される。この第３差入力量ｅ３には第３の制御増幅値Ｐ２２が乗ぜられ、それは、第２の制御増幅値Ｐ２１が乗ぜられた第２差入力量ｅ２から、第４加算位置Ａ４において差し引かれる。これによって角加速度

が生成される。最後に、第３の積分要素Ｉ３によって、第２補助周波数ｄφ_Ｂ／ｄｔを決定することが可能である。第４加算位置Ａ４において第３制御増幅値Ｐ２２を顧慮しながら第３差入力量ｅ３を結合することによって、減衰作用を実現できることに留意するべきである。従って、第２制御回路１２は、本質的に、周波数推定の動的挙動に影響を及ぼすように想定されたものである。

最後に、第２補助周波数ｄφ_Ｂ／ｄｔは、第３のデジタルフィルタＦ３を介して導かれ、交流電圧の周波数ω_Ｂに対する推定値が出力される。さらに、第２補助角φ_Ｂを、第１位相角φ_１に対する推定値として直接出力することが可能であり、第２位相角φ_２および第３位相角φ_３に対する推定値は、それぞれ、２π／３または４π／３（１２０°または２４０°）を加えて算定し、出力することができる。

図４によって図解した方法は、以下の方程式体系によっても提示することが可能である。

いずれにせよ図４の実施形態による測定を実行することによって、誤差状況において有利に、いずれにせよ遷移時間間隔の間に、−の推定値をさらに送り出すことができる。例えば、交流電圧ネットワークのための測定装置１または測定フィルタ４に中断が生じると、推定値を改善するための測定値は全く利用できない。むしろ、場合によって生じ得る基本的には無意味の測定値が推定値を劣化させ、あるいは使用不可能にさえするという前提に基づくことができる。このような誤差状況は、例えば、位相角φ_Ｎがもはや突然には変化しないか、あるいはその値が急変しない時に検知できる。同様に、電圧振幅Ｕ_Ｎの突然の崩壊は１つの兆候であり得る。このような場合には、少なくとも信号接続を、制御増幅Ｐ１１のすぐ後で切断するべきである。これは、当然ながら、制御増幅Ｐ１１をゼロにセットすることによっても行うことができる。誤差状況の検出は、可能性としては、まず最初に第１補助周波数ｄφ_Ａ／ｄｔの観察によって行われるので、第１位相角φ_Ａがすでに大きく間違っている可能性がある。この場合には、例えば、第１保持要素Ｈ１において、第１補助位相角φ_Ａに対する値を、例えば少なくとも１回のサンプリング時間だけ元に戻った値に基づいて訂正することが推奨される。その点で、推定、特に、交流電圧の周波数ω_Ｂの第２推定と、位相角φ_１、φ_２およびφ_３の推定とを継続することが可能であり、これらの推定は、少なくとも例えばネットワークの数周期の短時間、なお使用可能な値を供給できる。当然のことながら、別の変化、特に、交流電圧ネットワークの周波数および位相における突然の変化は、測定なしには確実に検出することはできない。誤差状況が終了すると、さらなる測定を正規の方法で行うことができる。特に、制御増幅Ｐ１１後方の信号接続を再度行うことができる。

Ｎ 中性導体
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 導線ライン
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 位相
φ_１、φ_２、φ_３ 位相角
ｕ_１、ｕ_２、ｕ_３ 電圧測定値

Claims (15)

1. 第１相、第２相および第３相を有する三相交流電圧ネットワークの電気的諸量の検出方法であって、
   第１時点に、前記第１相、第２相および第３相の中性導体に関するそれぞれの電圧値を測定するステップと、
   前記第１時点の３つの電圧値を、電圧振幅および位相角を有する極座標に変換するステップと、
   少なくとも１つの別の時点に対して前記測定および変換を繰り返すステップと、
   前記極座標に変換された電圧値から少なくとも１つの相の現時点の周波数、電圧振幅および／または位相角を決定するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記周波数を検出するために、第１補助周波数を調整する周波数制御が用いられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記周波数制御のために、第１の差角が、
   前記変換の際に形成される位相角と、
   サンプリング時間だけ元に戻った第１補助位相角と、
   の間に形成され、
   前記第１補助周波数を得るために、前記第１の差角は、第１の増幅係数を乗じられ、かつ／または、当初周波数値に加算され、
   前記第１補助位相角は、前記第１補助周波数から決定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記周波数決定を改善するために、第２の補助位相角が第２の補助周波数と共に決定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 第２の差角が、前記第１補助位相角と、サンプリング時間だけ元に戻った前記第２補助位相角との間の差として形成され、
   補助差周波数が、前記第２補助周波数と前記第１補助周波数との間の差として形成され、
   補助角加速度が、前記第２差角および前記補助差周波数から形成され、
   前記補助角加速度は、前記第２補助位相角の時間に関する第２次導関数を表し、
   前記第２補助位相角並びに前記第２補助周波数は、この補助角加速度から計算されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記補助角加速度が、
   前記第２差角、または第２の増幅係数を乗じられた前記第２差角と、
   前記補助差周波数、または第３の増幅係数を乗じられた前記補助差周波数と、
   の間の差として形成されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記変換の際に得られる電圧振幅が、検出された出力電圧として出力され、
   前記変換の際に得られる位相角が、時間に関して微分され、かつ、検出された周波数または検出された比較周波数として出力され、
   前記第２補助周波数が検出された周波数として出力され、および／または、
   前記第２補助位相角が、１つの相の検出された位相角として出力され、その場合、出力されるべき１つまたは複数の量が、好ましくは、出力する前にフィルタ処理されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 交流電圧ネットワークを、少なくとも１つのネットワーク障害、すなわち次のリスト：
   角度の安定性の喪失、
   孤立ネットワーク部分形成の発生、
   三相短絡の発生、
   ２極短絡の発生、
   のいずれかの存在に関して監視し、および／または、
   このようなネットワーク障害のいずれかの存在を示す信号を提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 測定または検出が測定障害に関して観察され、測定障害が生じた場合には、検出動作が、最後に用いられた量に基づく推定値として継続されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 交流電圧ネットワークに電気エネルギーを給電する方法であって、
    前記交流電圧ネットワークの電気的諸量を検出するステップと、
    交流電流を前記交流電圧ネットワークに給電するステップと、
    前記交流電圧ネットワークを、次のリスト：
    角度の安定性の喪失、および、
    孤立ネットワーク部分形成の発生、
    に含まれる少なくとも１つのネットワーク障害の存在に関して監視するステップと、
    前記ネットワーク障害の少なくともいずれかが生じた場合には、前記交流電圧ネットワークをサポートするための措置を導入するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
11. 付加的に、前記交流電圧ネットワークを、次のリスト：
    三相短絡の発生、および、
    ２極短絡の発生、
    に含まれる少なくとも１つの別のネットワーク障害の存在に関して監視し、前記ネットワーク障害の少なくともいずれかが生じた場合には、前記交流電圧ネットワークをサポートするための措置が導入されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記電気的諸量の検出が、請求項１から９のいずれか一項による方法によって行われること、および／または、
    前記ネットワーク障害が、当該ネットワーク障害の発生からネットワーク周期よりも短い検出時間内で、特に１／２ネットワーク周期よりも短い検出時間内で検出されること、および／または、
    前記ネットワークをサポートするための措置が、前記ネットワーク障害の発生からネットワーク周期より短い反応時間内で、特に１／２ネットワーク周期より短い反応時間内で導入されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
13. 三相の交流電圧ネットワークの電気的諸量、すなわち、交流電圧ネットワークの少なくとも周波数および位相を検出するための測定装置であり、
    中性導体に関する３つの相のそれぞれの瞬時電圧を測定するための電圧測定手段と、
    前記電気的ネットワークの少なくとも周波数および位相を決定するための計算ユニットと、
    を含む測定装置であって、請求項１から８のいずれか一項による方法を使用する測定装置、あるいは、そのような測定方法を使用するように構成された測定装置。
14. 交流電圧ネットワークに電気エネルギーを給電するための給電装置であり、
    前記交流電圧ネットワークの電気的諸量を測定するための、特に請求項１３による測定装置と、
    前記交流電圧ネットワークに電気エネルギーを給電するための給電ユニットと、
    を含む給電装置であって、請求項９から１１のいずれか一項による方法を使用する給電装置、あるいは、そのような方法を使用するように構成された給電装置。
15. 風力エネルギーを電気エネルギーに変換し、かつ、この電気エネルギーを交流電圧ネットワークに給電するための風力エネルギー装置であって、請求項１３による測定装置、および／または、請求項１４による給電装置を含む風力エネルギー装置。

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