WO2019020629A1 - Verfahren zur netzbewertung und sollwertgenerierung für ein ladegerät - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method of method for network evaluation and setpoint generation for a charger with a generalized integrator to which a mains voltage signal is supplied as a first input signal and to which a variable frequency coefficient is supplied as a second input signal.
  • Chargers in electric vehicles are connected to the rotary or alternating voltage network of the energy suppliers.
  • the connection to the power supply network can be defined by specific electrical parameters.
  • the compound can have a particularly high resistance or a particularly high inductance.
  • there may be other consumers in the direct vicinity of the connection location which strongly influence the voltage form of the connection point. The switching on and off of such consumers can lead to disturbances of the voltage shape and the phase position, up to voltage and phase jumps.
  • the chargers Since the chargers are installed in the vehicles, they can be confronted with all these forms of interference at various junctions. The chargers should therefore be able to deal with all these disorders. As far as possible, the full charging power of the
  • the charger should be able to provide at least part of the charging power. Furthermore, high demands are placed on the chargers with regard to the current consumption from the energy supply network. The charger should absorb a sinusoidal current in phase with the mains voltage. This property can be determined using the power factor ⁇ , which is the
  • Figure 1 is a generalized integrator with a variable
  • Figure 2 shows a phase controller for controlling the frequency coefficient
  • Figure 3 shows two diagrams for explaining the detection of a
  • FIG. 4 shows an implementation of the generalized integrator
  • FIG. 5 shows a first implementation of the phase controller
  • FIG. 6 shows a second implementation of the phase controller.
  • the method according to the invention uses a generalized integrator 1 with an adjustable frequency coefficient a.
  • Such an integrator is known from the literature, such as the aforementioned European Patent Application EP 2354800 A1, and is used in many places as a sine filter.
  • This generalized integrator 1 is now extended by a phase controller 2. The entirety of both parts forms a frequency-adaptive generalized integrator 1, 2, which implements the method according to the invention.
  • the generalized integrator 1 with variable frequency coefficients ⁇ is shown in FIG. It has two inputs En, E12 and two outputs A11, A12.
  • the input signal at the first input En is the measured mains voltage u.
  • the input signal applied to the second input E12 is the adjustable frequency coefficient a.
  • the output signals y t , y 2 at the two outputs An, Absind, first, the interference-corrected
  • the temporal behavior of the generalized integrator 1 can be described by a set of two differential equations:
  • the parameter b describes the filter quality of the generalized integrator 1.
  • Input signals of the four inputs E21, E22, E23, E24 are in sequence the mains voltage signal u, the first output signal y x and the second one
  • phase controller 2 Phase reference w.
  • the output signals of the phase controller 2 are a so-called power quality index r at the output A21, and at the output A22 the frequency coefficient a, which is an input of the generalized
  • Integrator 1 forms.
  • the operation of the frequency-adaptive generalized integrator 1, 2 is the following.
  • the course of the mains voltage is detected by a suitable, not shown here measuring device and transferred as mains voltage signal u to the frequency-adaptive generalized integrator 1, 2.
  • the course of the mains voltage signal u is basically sinusoidal, but may well contain disturbances, such as distortions, harmonics or gaps.
  • the generalized integrator 1 picks up the waveform of the sinusoidal fundamental wave of the mains voltage signal u and oscillates with it.
  • the quality and speed of this adaptation can be set by means of the parameter b.
  • the parameter ⁇ of the generalized integrator 1 is set by the phase controller 2 shown in FIG. 2 in such a way that it describes the frequency underlying the fundamental wave of the mains voltage signal u. If this frequency coefficient ⁇ is not set correctly, this results a phase shift p between the signals u and y t . This is from the phase controller 2 detected and controlled by changing the frequency coefficient a to a phase setpoint w.
  • phase shift p The detection of the phase shift p is further illustrated by the two diagrams of Figure 3. Plotted are in the figure 3a, the time course of voltage signals and in the figure 3b, the time profile of the angle of the phase shift p, the figures represent their gradients purely qualitatively. In this case, first of all the mains voltage signal u subtracts the interference-corrected signal y t . The resulting difference signal 777 is multiplied by the signal y 2 (FIG. 3 a ). This results in a phase signal p (FIG. 3b) which describes the phase shift between the signals u and y x .
  • phase signal p is always positive, as soon as the signal trailing the signal u, and always negative, as soon as the signal y x before the mains voltage signal u runs .
  • Phase signal p oscillates at twice the frequency of the
  • phase signal p This mean value of the phase signal p is now the used I-controller I in the phase controller 2 by adjusting the frequency coefficient ⁇ the
  • the control speed of the phase controller can be set by the parameter k.
  • the net quality index r is generated from the signal rp by magnitude. He describes at each time the deviation of the measured mains voltage u from the expected fundamental wave y 1 of the mains voltage. This provides a real-time evaluation of the network quality, which maps all possible disturbances of the network voltage u. Further processing of the network quality index r is possible in many ways; At this point, a continuous evaluation, which directly affects the rate of change of the electrical power consumption, especially when starting the charger, and an evaluation by means of an absolute or variable limit, which leads to a reduction in performance of the charger when exceeded. This allows the charger to efficiently respond to failures that may occur at a poor quality grid connection point or off-grid, at a high power draw by the charger.
  • the charger can be given an arbitrary course of the phase shift p to the mains voltage in the range of approximately -20 ° to + 20 °. This can be used as a manipulated variable for
  • the zero crossing of the mains voltage u can be detected with the aid of the signal y x , without the need for time-consuming, error-prone detection
  • Network quality index r The response to the network quality index r is not subject to the enormous time requirements of network analysis and thus can also be implemented on cost-effective microcontrollers.
  • the generalized integrator 1 is shown in FIG. 4. This is obtained from the general definition in FIG. 1 by a transformation into a discrete model with a defined sampling rate.
  • the meme element represents a buffer.
  • phase controller shown in FIG. 5 can be achieved by discretizing the model shown in FIG.
  • the parameter kd is a time discrete parameter herein.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Netzbewertung und Sollwertgenerierung für ein Ladegerät mit einem verallgemeinerten Integrator (1), dem ein Netzspannungssignal als ein erstes Eingangssignal zugeführt wird, und dem ein variabler Frequenzkoeffizient als ein zweites Eingangssignal zugeführt wird, wobei der Frequenzkoeffizient ein erstes Ausgangssignal eines Phasenreglers (2) ist, wobei dem Phasenregler (2) an seinen Eingängen das Netzspannungssignal, ein Phasensollwertsignal, sowie die Ausgangssignale des verallgemeinerten Integrators (1) zugeführt werden und wobei der Phasenregler (2) ein Differenzsignal aus dem Netzspannungssignal und einem Ausgangssignal des verallgemeinerten Integrators (1) bildet, dessen Betragswert einen Netzqualitätsindex repräsentiert.

Description

Verfahren zur Netzbewertung und Sollwertgenerierung für ein Ladegerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verfahren zur Netzbewertung und Sollwertgenerierung für ein Ladegerät mit einem verallgemeinerten Integrator, dem ein Netzspannungssignal als ein erstes Eingangssignal zugeführt wird, und dem ein variabler Frequenzkoeffizient als ein zweites Eingangssignal zugeführt wird.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 2 354800 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein verallgemeinerter Integrator zu Bestimmung der
Grundfrequenz einer Netzspannung eingesetzt wird.
Ladegeräte in Elektrofahrzeugen, sogenannte On Board Charger oder On Board Charge Clients, werden mit dem Dreh- oder Wechselspannungsnetz der Energieversorger verbunden. Je nach Anschlusspunkt kann die Verbindung mit dem Energieversorgungsnetz durch bestimmte elektrische Parameter definiert werden. So kann die Verbindung einen besonders hohen Widerstand oder eine besonders hohe Induktivität aufweisen. Auch können sich in direkter Nähe zum Anschlussort weitere Verbraucher befinden, die die Spannungsform des Anschlusspunktes stark beeinflussen. Auch das Ein- und Ausschalten derartiger Verbraucher kann zu Störungen der Spannungsform und der Phasenlage, bis hin zu Spannungs- und Phasensprüngen führen.
Da die Ladegeräte in den Fahrzeugen verbaut sind, können sie mit all diesen Störungsformen an verschiedenen Anschlussstellen konfrontiert werden. Die Ladegeräte sollten daher in der Lage sein, mit all diesen Störungen umgehen zu können. Dabei sollte möglichst immer die volle Ladeleistung des
Ladegerätes zur Verfügung stehen. Dies ist je nach Art der Störung zwar nicht immer erreichbar; in jedem Fall sollte das Ladegerät aber in der Lage sein, zumindest einen Teil der Ladeleistung zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren werden an die Ladegeräte hohe Anforderungen hinsichtlich der Stromaufnahme aus dem Energieversorgungsnetz gestellt. Das Ladegerät soll einen möglichst sinusförmigen Strom in Phase zur Netzspannung aufnehmen. Diese Eigenschaft lässt sich mithilfe des Leistungsfaktors φ, der die
Phasenverschiebung von Spannung und Strom beschreibt, sowie der Total Harmonie Distortion THD, welche den Oberwellengehalt des Stromes quantifiziert, bewerten.
Hieraus lassen sich zwei wichtige Aufgaben für das Ladegerät ableiten, und zwar erstens die Ermittlung eines Stromsollwertes, der der Grundwelle der Netzspannung entspricht und zweitens die Ermittlung eines Qualitätsindex zur Bewertung der Netzanschlussqualität.
Das hier vorgeschlagene Verfahren zur Netzbewertung und
Sollwertgenerierung für ein Ladegerät soll die Lösung beider Aufgaben gegenüber dem aktuellen Stand der Technik verbessern und zwar
insbesondere in einer einfachen, für kostengünstige Mikrocontroller
ausführbaren Methode. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalkombination des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Zeichnung dargestellt und erläutert werden. Es zeigen die
Figur 1 einen verallgemeinerten Integrator mit einem variablen
Frequenzkoeffizienten als Eingangsgröße,
Figur 2 einen Phasenregler zur Regelung des Frequenzkoeffizienten, Figur 3 zwei Diagramme zur Erläuterung der Detektion eines
Phasensignals,
Figur 4 eine Implementierung des verallgemeinerten Integrators mit
variablem Frequenzkoeffizienten,
Figur 5 eine erste Implementierung des Phasenreglers, Figur 6 eine zweite Implementierung des Phasenreglers.
Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet einen verallgemeinerten Integrator 1 mit einem einstellbaren Frequenzkoeffizienten a. Ein solcher Integrator ist aus der Literatur, wie beispielsweise der eingangs genannten europäischen Patentanmeldung EP 2354800 A1, bekannt und wird an vielen Stellen als Sinusfilter eingesetzt.
Dieser verallgemeinerte Integrator 1 wird nun um einen Phasenregler 2 erweitert. Die Gesamtheit aus beiden Teilen bildet einen frequenzadaptiven verallgemeinerten Integrator 1, 2 aus, der das erfindungsgemäße Verfahren realisiert.
Der verallgemeinerte Integrator 1 mit variablen Frequenzkoeffizienten α ist in der Figur 1 dargestellt. Er besitzt zwei Eingänge En, E12 und zwei Ausgänge A11, A12. Das Eingangssignal am ersten Eingang En ist die gemessene Netzspannung u. Das am zweiten Eingang E12 anliegende Eingangssignal ist der einstellbare Frequenzkoeffizient a. Die Ausgangssignale yt, y2 an den beiden Ausgängen An, Absind erstens die um Störungen bereinigte
Grundwelle des Eingangssignals u als erstes Ausgangssignal ylt sowie zweitens das dazu um 90° = | phasenverschobene Ausgangssignal y2.
Das zeitliche Verhalten des verallgemeinerten Integrators 1 kann durch einen Satz von zwei Differentialgleichungen beschrieben werden:
Figure imgf000005_0001
Hierin beschreibt der Parameter b die Filtergüte des verallgemeinerten Integrators 1. Der Phasenregler 2 zur Regelung des Frequenzkoeffizienten a des
verallgemeinerten Integrators ist in der Figur 2 dargestellt Die
Eingangssignale der vier Eingänge E21, E22, E23, E24 sind der Reihe nach das Netzspannungssignal u, das erste Ausgangssignal yx und das zweite
Ausgangssignal y2 des verallgemeinerten Integrators 1, sowie ein
Phasensollwert w. Die Ausgangssignale des Phasenreglers 2 sind ein sogenannter Netzqualitätsindex r am Ausgang A21, sowie am Ausgang A22 der Frequenzkoeffizient a, der eine Eingangsgröße des verallgemeinerten
Integrators 1 bildet.
Beide in den Figuren 1 und 2 skizzierten Regelkreise zusammen ergeben einen frequenzadaptiven verallgemeinerten Integrator 1, 2.
Die Funktionsweise des frequenzadaptiven verallgemeinerten Integrators 1, 2 ist die folgende. Der Verlauf der Netzspannung wird durch eine geeignete, hier nicht dargestellte Messeinrichtung erfasst und als Netzspannungssignal u an den frequenzadaptiven verallgemeinerten Integrator 1, 2 übergeben. Der Verlauf des Netzspannungssignals u ist im Grundsatz sinusförmig, kann aber durchaus Störungen, wie Verzerrungen, Oberwellen oder Lücken, enthalten.
Daraufhin geschieht zweierlei. Der verallgemeinerte Integrator 1 nimmt den Verlauf der sinusförmigen Grundwelle des Netzspannungssignals u auf und schwingt mit dieser mü Die Güte und Geschwindigkeit dieser Adaption kann mithirfe des Parameters b eingestellt werden.
Gleichzeitig mit dem Einschwingen des verallgemeinerten Integrators 1 wird durch den in der Figur 2 dargestellten Phasenregler 2 der Parameter α des verallgemeinerten Integrators 1 so eingestellt, dass dieser die der Grundwelle des Netzspannungssignals u zugrunde liegende Frequenz beschreibt Ist dieser Frequenzkoeffizient α nicht richtig eingestellt, ergibt sich zwischen den Signalen u und yt eine Phasenverschiebung p. Diese wird vom Phasenregler 2 detektiert und durch Veränderung des Frequenzkoeffizienten a auf einen Phasensollwert w geregelt.
Die Detektion der Phasenverschiebung p wird durch die beiden Diagramme der Figur 3 weiter verdeutlicht. Aufgetragen sind in der Figur 3a der zeitliche Verlauf von Spannungssignalen und in der Figur 3b der zeitliche Verlauf des Winkels der Phasenverschiebung p, wobei die Figuren deren Verläufe rein qualitativ darstellen. Dabei wird zunächst vom Netzspannungssignal u das von Störungen bereinigte Signal yt abgezogen. Das so entstandene Differenzsignal 777 wird mit dem Signal y2 multipliziert (Figur 3a). Dies ergibt ein Phasensignal p (Figur 3b), welches die Phasenverschiebung zwischen den Signalen u und yx beschreibt. Aufgrund der immer gleichen Relation zwischen den Signalen yx und y2, welche um 90° phasenverschoben sind, ist das Phasensignal p immer positiv, sobald das Signal ftdem Signal u nachläuft, und immer negativ, sobald das Signal yxvor dem Netzspannungssignal u herläuft. Das
Phasensignal p schwingt dabei mit der zweifachen Frequenz des
Netzspannungssignals u. Die benötigte Phaseninfbrmation findet sich im Mittelwert des Phasensignals p wieder.
Dieser Mittelwert des Phasensignals p wird nun vom verwendeten I-Regler I im Phasenregler 2 durch Verstellen des Frequenzkoeffizienten α dem
Phasensollwert w angeglichen. Die Regelgeschwindigkeit des Phasenreglers kann durch den Parameter k eingestellt werden.
Der Netzqualitätsindex r wird durch Betragsbildung aus dem Signal rp erzeugt. Er beschreibt zu jedem Zeitpunkt die Abweichung der gemessenen Netzspannung u von der zu erwartenden Grundwelle y1 der Netzspannung. Dadurch ist eine Echtzeitbewertung der Netzqualität, die alle möglichen Störungen der Netzspannung u abbildet, gegeben. Eine Weiterverarbeitung des Netzqualrtätsindexes r ist in vielerlei Hinsicht möglich; an dieser Stelle speziell vorgeschlagen werden sollen eine kontinuierliche Auswertung, welche direkt die Änderungsgeschwindigkeit der elektrischen Leistungsaufnahme speziell beim Starten des Ladegerätes beeinflusst, und eine Auswertung mittels eines absoluten oder variablen Grenzwertes, der bei Überschreitung zu einer Leistungsverminderung des Ladegerätes führt. Hierdurch kann das Ladegerät effizient auf Störungen reagieren, die an einem qualitativ schlechten Netzanschlusspunkt oder einem Inselnetz, bei einer hohen Leistungsentnahme durch das Ladegerät entstehen können.
Weiterhin kann in diesem Fall eine Regelung greifen, deren Ziel es ist den Netzqualitätsindex r genau auf dem Grenzwert zu halten um die
Leistungsverminderung des Ladegerätes so gering wie möglich zu halten.
Mit Hilfe des Phasensollwertes w kann dem Ladegerät ein beliebiger Verlauf der Phasenverschiebung p zur Netzspannung im Bereich von etwa - 20° bis + 20° vorgegeben werden. Dieser kann als Stellgröße für
Netzstabilitätsregelungen des Energieversorgers genutzt werden.
Weiterhin kann mithilfe des Signals yx der Nulldurchgang der Netzspannung u erkannt werden, ohne eine aufwändige, störanfällige Erkennung zu
implementieren. Dies funktioniert, da das Signal yx die Grundwelle der Netzspannung u als im Nullpunkt streng monoton fallendes oder steigendes Signal herausfiltert.
Das vorgestellte Verfahren ist auf kostengünstigen Mikrocontrollem
implementierbar und erlaubt neben der Generierung eines gefilterten sinusförmigen Stromsollwertes auch das Einstellen eines
Phasenverschiebungsverlaufes durch den Phasensollwert w und die Bewertung der Netzqualität mittels einer einzigen Größe, und zwar dem
Netzqualitätsindex r. Die Reaktion auf den Netzqualitätsindex r unterliegt nicht den enormen Zeitanforderungen der Netzanalyse und ist somit ebenfalls auf kostengünstigen Mikrocontrollem implementierbar.
Zur Implementierung des beschriebenen Verfahrens sind verschiedene
Ausführungen denkbar. Eine bevorzugte Implementierung für den
verallgemeinerten Integrator 1 ist in der Figur 4 dargestellt Diese erhält man aus der allgemeinen Definition in der Figur 1 durch eine Transformation in ein diskretes Modell mit einer definierten Abtastrate. Das Element Mem stellt hierbei einen Zwischenspeicher dar.
Die Implementierung für den Phasenregler, dargestellt in der Figur 5, lässt sich ebenso wie die Implementierung des verallgemeinerten Integrators durch eine Diskretisierung des in der Figur 2 gezeigten Modells erzeugen. Der Parameter kd ist hierin ein zeitdiskreter Parameter.
Alternativ ist es möglich, statt einer direkten Multiplikation mit dem Signal y2, dessen Vorzeichen zunächst durch eine Signum-Funktion sgn zu ermitteln und anschließend lediglich mit dem Vorzeichen zu multiplizieren. Dadurch werden die Wertebereiche der nachfolgenden Signale weniger groß und sind für den verwendeten Mikrocontroller einfacher zu handhaben. Diese Ausführung ist in der Figur 6 dargestellt.
Figure imgf000010_0001

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Netzbewertung und Sollwertgenerierung für ein Ladegerät mit einem verallgemeinerten Integrator (1), dem ein Netzspannungssignal (u) als ein erstes Eingangssignal zugeführt wird, und dem ein variabler Frequenzkoeffizient (a) als ein zweites Eingangssignal zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzkoeffizient (a) ein erstes Ausgangssignal eines
Phasenreglers (2) ist, dass dem Phasenregler an seinen Eingängen (E21, E22, E23, E24) das Netzspannungssignal (u), ein Phasensollwertsignal (w), sowie die
Ausgangssignale (yi, V2) des verallgemeinerten Integrators (1) zugeführt werden und dass der Phasenregler (2) ein Differenzsignal (rp) aus dem
Netzspannungssignal (u) und einem Ausgangssignal (yi) des
verallgemeinerten Integrators (1) bildet, dessen Betragswert einen
Netzqualitätsindex (r) repräsentiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Netzqualitätsindexes (r) beim Starten des Ladegeräts die
Änderungsgeschwindigkeit der elektrischen Leistungsaufnahme des Ladegeräts beeinflusst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Phasensollwert (w) als Stellgröße für Netzstabilitätsregelungen des Energieversorgers genutzt wird.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100213925A1 (en) * 2006-11-06 2010-08-26 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Advanced real-time grid monitoring system and method
EP2354800A1 (de) 2010-02-01 2011-08-10 ABB Research Ltd Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Grundfrequenzkomponente der Netzspannung

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5470677B2 (ja) * 2006-11-29 2014-04-16 日本電産株式会社 単相交流信号の基本波成分検出方法
EP2634909B1 (de) * 2012-03-02 2017-02-15 ABB Research Ltd. Verfahren zur Steuerung einer netzgekoppelten Hochsetz-Tiefsetz-Stromzwischenkreis- Vollbrücken-Kaskade für Photovoltaic Anwendunden und Vorrichtung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100213925A1 (en) * 2006-11-06 2010-08-26 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Advanced real-time grid monitoring system and method
EP2354800A1 (de) 2010-02-01 2011-08-10 ABB Research Ltd Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Grundfrequenzkomponente der Netzspannung

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