[发明专利]用于检测供给电网中的电压的方法和设备

说明书

本发明涉及一种根据基波和至少一个谐波的幅值和相位来检测三相供给电网中的电压的方法，所述方法包括下述步骤：测量所述供给电网的三相电压；将所测量的电压值变换为极坐标，所述极坐标具有代表所述基波的旋转电压相量，作为所测量的参考相量；并且借助于状态观测器分别观测代表所述基波的至少一个电压相量的值和代表待检测的至少一个谐波的至少一个电压相量的值；以及根据所述所测量的参考相量来跟踪所观测的所述值。

技术领域

本发明涉及一种用于根据基波和至少一个谐波的幅值和相位来检测三相供给电网中的电压的方法。此外，本发明涉及一种用于补偿供给电网中的谐波的方法，尤其基于根据本发明的检测来补偿。此外，本发明不仅涉及一种用于检测电压的设备而且涉及一种用于补偿谐波的设备。本发明还涉及一种风能设备，在所述风能设备中执行一个或多个这种方法或者在所述风能设备中安装一个或多个这种设备。

背景技术

为了将电功率馈入到通常三相地构建的供给电网中，需要根据幅值和相位检测电压，这也隐含检测或了解频率。检测这种电压的要求越来越高，这尤其也涉及用于检测变化的速度。用于快速且精确地检测电压的幅值和相位的方法例如在美国专利8,981,755中描述。

除此之外，特别借助于以全控变流器设计方案工作的风能设备可行的是，针对性地使馈入的电功率的质量与电网中的不对称性匹配，所述全控变流器设计方案亦即风能设备的电功率完全经由逆变器馈入到电网中。

馈入不对称三相电流的一个实例在美国申请US 2013/0141951中描述。在那里使用对称分量法。在此，正序的电流分量和负序的电流分量彼此无关地产生并随后叠加为所期望的不平衡的电流并且馈入。

这种馈电的质量最终也取决于不对称性的检测质量。在此，需注意的是，目前为止，供给电网方面的设计方案如是进行，即具有处于主导的、直接与电网耦合的同步发电机的大型发电厂基本上通过同步发电机的电流的支配性已确定电压的质量并且尤其确定电压的对称性。虽然长久以来已经存在有针对性地补偿不对称性的初始考虑，如例如从美国专利6,924,627中所获悉的那样，但是仍然保持在上文中所描述的原理，尤其是因为大型发电厂的所描述的同步发电机只能够被动地通过其设计而无法通过主动控制来完成这种补偿。

此外，在现代能量系统中，生成单元和消耗器日益经由频率变换器或整流器连接到输电网或配电网上。由于这种功率电子系统的进行开关的部件产生在理想情况中为正弦状的50Hz或者60Hz的交变电压受频率范围高达大约10kHz的谐波干扰。这些谐波以加负荷的方式作用于能量系统中的不同的运行机构并因此在过高地出现时通过有源滤波器或者无源滤波器衰减。

风能设备在一些能量系统中已经提供所产生的能量的大部分。所述风能设备常常部分主要通过频率变换器与电网连接并因此在最糟糕的情况下同样贡献着电网中的谐波。

德国专利商标局在本PCT申请的优先权申请中已检索到下述现有技术：DE 100 32447 A1、US 2012/0150468 A1、US 2014/0307488 A1、EP 2 223 405 B1。Azam Bagheri等人的“Detection of Grid Voltage Fundamental and Harmonic Components Using KalmanFilter and Generalizied Averaging Method”，Ming Sun等人的“Extended KalmanFilter Based Grid Synchronization in the Presence of Voltage Unbalance forSmart Grid”和Robert R.Bitmead等人的“A Kalman Filtering Approach to Short-TimeFourier Analysis”。

发明内容

本发明因此基于下述目的：解决这些所提到的问题中的至少一个，特别是提出改进方案。尤其是，要提出如下解决方案，所述解决方案实现电网改进包括补偿电网中的谐波在内的可行性。至少要提出相对于目前已知的解决方案替选的解决方案。