专利名称：在矩阵逆变器中跨接短暂电网故障的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在矩阵逆变器中跨接短暂电网故障的方法和一种用于实施该方法的装置，该矩阵逆变器具有多个在电网一侧的换向电路电容器和一个电网一侧的开关单元。
背景技术：
在单个驱动中应该在暂时的网络故障之后尽可能快地再次达到额定转速。如果没有附加的措施将产生长的再启动时间，因为必须启动和重新初始化信号处理并重新激励电机。在必须实施在机械上协调运动的多个驱动中，如果没有附加的措施则在电网故障中驱动的可控制性丢失，由此可以损害机械装置。
上述的问题可以例如借助于一个不间断电源装置(也称为USV装置)解决。借助于这样一个USV装置独立于供电电网的状态构成了一种可靠的电网，在该电网上可以连接单个的驱动或者多个相互机械耦合的驱动。这样一种解决方案对于单个的驱动或者多个电机驱动来说，是昂贵和费用极其巨大的。
在逆变器(Umrichter)技术领域中电压中间电路是一种公知的选择，其保护为整流器供电的驱动免受短暂电网故障的影响。这种选择被公知为所谓的动力缓冲。
在单个驱动中，在电源故障的情况下，在发电机领域的通过制动的驱动的发展，使得电机和逆变器的损耗由电机和耦合的工作母机的动力能量覆盖。这借助于一个调节器实现，该调节器将中间电路电压调节到一个固定的值，例如额定值的80％。调节参数是转动力矩额定值，或者在面向现场的调节中附加的转速额定值，或者在具有U/f特征线控制的驱动中附加的频率额定值。信号处理的供电或者由一个可靠的电源单独提供或者由直流中间电路产生。按照这种方式，信号处理和调节保持有效，由此电机保持被激励，使得其可以在紧接电网电压重新恢复之后再次加速到额定转速上。
在多个耦合的驱动中所有中间电路相互连接，使得在它们之间进行能量交换。在电网故障情况下所有驱动的转速水平整体下降，以便满足能量要求。各个驱动之间要求的转速关系或者角度关系得到保持，直到电网电压重新恢复或者设备停止。信号处理的供电如单个驱动中描述的一样而实现。中间电路电压被调节到一个低于额定值的值。调节参数是设备的主速度额定值。
这种“动力缓冲”的选择在应用中限制于具有直流电压中间电路或直流电流中间电路的逆变器。由于缺少中间电路在矩阵逆变器中不能使用这种选择。
在单个驱动中一个控制电机的矩阵逆变器通过一个可选的电网滤波器或者EMV滤波器与供电电网连接。该电网滤波器例如由导线扼流圈和连接在矩阵逆变器输入端的换向电路电容器实现。可以按三角形或星形连接的换向电路电容器对于矩阵逆变器的运行是绝对必要的。在输入线中引入的扼流圈可以在一定的条件下省略。
在多轴驱动中将例如多个上述的单个驱动与一个供电电网连接。即，每个矩阵逆变器具有输入端换向电路电容器和扼流圈。为了减少扼流圈也可以将矩阵逆变器在换向电路电容器上电气并联。在这种电路变形中在三相供电电网中仅仅需要三个扼流圈。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供用于在矩阵逆变器中跨接短暂电网故障的一种方法和一种装置。
本发明的技术问题是通过权利要求1和13的特征来实现的。
按照本发明的方法，在确定电网故障时将矩阵逆变器从供电电网中分离并在缓冲运行中将其这样调节，即，在其输入端设置一个电容电压实测空间向量，该向量的幅度和相位角分别采用一个预定的值。在该电网电压重新恢复时在一个同步运行的过程中，使该设置的电容电压实测空间向量一直跟踪一个测得的电网电压实测空间向量，直到两者重合，然后，将矩阵逆变器再次接入到供电电网。
本发明方法的一个前提是在供电电网和该矩阵逆变器之间有一个可操作的分离部位。该分离部位必须在确定电网故障时断开，并在电网恢复和实现同步后再次接通。
此外，本发明的发明利用了这样的事实，即在一个矩阵逆变器中在电网一侧的功率系数以及无功电流在一定的范围中可以自由设置。矩阵逆变器输入端的无功电流或者功率系数的这种调节，是对于本发明方法的在缓冲运行期间和同步运行期间的电容电压空间向量调节的一个调节参数。对于电容电压空间向量调节的第二个调节参数是可以影响连接在矩阵逆变器上的电机的转速的干预。借助于本发明的方法将在换向电路电容器上的电压这样调节，使得在电网故障期间换向电路电容器上的能量成分的和保持在一个固定的值，而在电网恢复后将电容电压转换到供电电网的电网电压。
借助于本发明的这种跨接短暂电网故障的方法，在矩阵逆变器中也形成了“动力缓冲”的选择，从而消除了这种矩阵逆变器拓扑结构中的关键缺点。
用于实施本发明方法的本发明的装置包括用于采集电容电压空间向量和电网电压空间向量的部件，电压和相位角调节电路，电网监测装置，多个转换开关，和一个过程控制部件。该过程控制装置操纵转换开关，由此可以在正常运行、缓冲运行和同步运行等各运行类型之间进行转换。所提到的部件为对电网和矩阵逆变器进行状态采集所必需，其中，用于采集电容电压实测空间向量的部件仅仅设置为对动力缓冲的初始化部件。
在一种优选的方法中，分别为缓冲运行和同步运行预定一个无功电流调节参数。用于采集电网电流空间向量的部件和其后接的无功电流调节电路也可在一个没有设置动力缓冲，但设置了功率系数调节的矩阵逆变器中。由此，简化了按照本发明方法的花费。
在一个所属的优选的装置中使用预先控制值替代相位角调节电路，该预先控制值借助于根据运行类型的转换开关作为矩阵逆变器控制调节部件的调节参数引入。
下面结合附图对本发明作进一步说明，图中示意地表示了实施本发明方法的装置的多个实施方式。
图1示出了单个驱动的线路方框图，图2示出了对于图1的单个驱动进行调节的信号流图，
图3示出了对于图1的单个驱动进行优选调节的信号流图，图4示出了多轴驱动的线路方框图，图5示出了多轴驱动所属的调节的信号流图，图6示出了多轴驱动的变形的线路方框图，图7示出了作为信号流图的所属的调节。
具体实施例方式
在图1的线路方框图中，2表示矩阵逆变器而4表示所属的控制调节部件，6表示换向电路电容器电路，8表示扼流圈电路，10表示开关单元，12表示供电电网，14表示供电部件和16表示待驱动的电机。矩阵逆变器2输出端与电机16的接点连接，而输入端与换向电路电容器电路6耦合。该换向电路电容器电路6具有三个在此为三角形连接的换向电路电容器C1，C2和C3。这些换向电路电容器C1，C2和C3也可以按星形连接。换向电路电容器电路6前面接有扼流圈电路8，该扼流圈电路8输入端通过开关单元10可以与供电电网12连接。该扼流圈电路8具有三个分别设置在一个输入线上的电感L1，L2和L3。开关单元10具有三个开关S1，S2和S3，利用这些开关可以分开从供电电网12至扼流圈电路8的输入线。供电单元14的输入端与开关单元10的输出连接，而其输出端与矩阵逆变器2的控制调节部件4的供电接头连接。该控制调节部件4引入了至少两个测得的电网相位电压uN2和uN3和测得的电容电压uC1，uC2和uC3。还可以将测量的电网相位电压uN1引入。这些电容电压uC1，uC2和uC3在矩阵逆变器2的输入端测得，因此它们表示了矩阵逆变器2的输入电压。此外，在另外两个输入加有一个测得的转速实测值nmeβ和一个预定的转速额定值n*。另外在示出的实施方式中将测得的电网电流iN1，iN2和iN3送至该控制调节部件4。该控制调节部件4的输出端通过控制线与矩阵逆变器2的控制输入和开关单元10的控制输入耦合。扼流圈电路8和换向电路电容器电路6共同构成一个电网滤波器。
在正常运行中，开关单元10的开关S1，S2和S3接通。也就是说，这些开关S1，S2和S3在位置N处接通，如在正常运行中那样。作为开关S1，S2和S3分别设置为快速开关，以便在电网故障时可以将矩阵逆变器2立即与电网12分开。作为快速开关S1，S2和S3可以设计为半导体接触器。通过具有输入端换向电路电容器电路6的矩阵逆变器2的这种快速分离实现了，换向电路电容器电路6的电容器C1，C2和C3的能量成分在分离之前的时刻基本上没有减小。因此，在电网故障短暂之前确定的电容电压实测空间向量uCmeβ对应着分离短暂之后确定的电容电压实测空间向量uCmeβ。也就是说，结合了快速开关S1，S2和S3在分离短暂之后的输入电压实测空间向量uCmeβ与在分离短暂之前时刻的输入电压实测空间向量uCmeβ相比基本上没有改变。该输入电压实测空间向量uCmeβ是具有额定幅度uNenn的电网电压空间向量unetzmeβ。在用P表示的缓冲运行期间，这样控制电机16，使得保持该额定幅度的额定值uNenn，因此在电网恢复时只需要将输入电压实测空间向量uCmeβ转换到电网电压实测空间向量unetzmeβ。如果这两个空间向量uCmeβ和unetzmeβ对准，则结束了同步运行并可以转换到正常运行。
图2显示图1的控制调节部件4的信号流图。该控制调节部件4首先具有调节单元18和控制单元20。该调节单元18前面接有一个叠加的转速调节电路22，该电路为该调节单元提供一个转动力矩额定值m*。转速调节电路22由转速调节器24和比较器26组成，该比较器将测得的转速实测值nmeβ和一个预定的转速额定值n*进行比较。此外，控制调节部件4具有一个用于采集电网电流实测空间向量inetzmeβ的部件28，一个无功电流调节电路30和一个用于采集电网电压实测空间向量unetzmeβ的部件32。部件28和后接的无功电流调节电路30对于实施本发明的方法不是必需的。这两个部件28和30是可以在正常运行N中为控制单元20产生第三调节参数。用于采集电网电压实测空间向量unetzmeβ的部件32的相位角输出与用于采集电网电流实测空间向量inetzmeβ的部件28的相位角调节输入耦合。
部件28具有一个带有后接向量旋转器36的坐标变换器34。后接的无功电流调节电路30具有一个调节器38和一个比较器40。用于采集电网电压实测空间向量unetzmeβ的部件32同样具有一个坐标变换器42，其后接另一个坐标变换器44。在部件28以及32的坐标变换器34以及42的输入端上加有至少两个测得的值iN1，iN2以及uN2，uN3。也可以将所有三个测得的电网电流值iN1，iN2，iN3以及电网电压值uN1，uN2，uN3送至对应的坐标变换器34以及42。
借助于这些坐标变换器34和42分别将三相系统转换成一个正交的两相系统。在坐标变换器34和42的两个输出上形成围绕电网频率fN的电网电流实测空间向量inetzmeβ以及电网电压实测空间向量unetzmeβ的正交分量iNα和iNβ以及uNα和uNβ。借助于后接的其它坐标变换器44将电网电压实测空间向量unetzmeβ的正交旋转的分量变换为电网电压实测空间向量unetzmeβ的极化分量幅度unetzmeβ和相位角γnetz。借助于电网电压实测空间向量unetzmeβ的该极化分量相位角γnetz和用于采集电网电流实测空间向量inetzmeβ的部件28的向量旋转器36，将两个旋转的正交电流分量iNα和iNβ变换成具有旋转电网电压空间向量unetzmeβ的旋转坐标系的两个静止电流分量iW和iμ。即，将电网电流实测空间向量inetzmeβ映射到电网电压实测空间向量unetzmeβ。
这两个电流分量iW和iμ是在电网电压空间向量unetzmeβ方向上的一个分量和在垂直于该电网电压空间向量unetzmeβ的方向上的一个分量。出于这样的原因将分量iW称为有效电流而将分量iμ称为无功电流。将测得的电网电流实测空间向量inetzmeβ的无功电流分量iμ在后接的无功电流调节电路30中调节到一个预定的无功电流额定值iμ*上。在调节器38上形成的调节量被送至控制单元20的第三输入。
该控制单元20的另外两个输入与滤波器46一个输出和用于采集电容电压实测空间向量uCmeβ的部件48的一个相位输出耦合。该电容电压实测空间向量umeβ借助于用于采集电容电压实测空间向量uCmeβ的部件48从测得的电容电压uC2和uC3或者uC1，uC2和uC3根据其相位角γC确定。为此该部件48具有一个坐标变换器50和一个坐标变换器50后接的向量旋转器52。借助于该坐标变换器50从测得的电容电压uC1，uC2和uC3产生两个正交旋转的电压分量uCα和uCβ。根据所确定旋转的电容电压实测空间向量uCmeβ的相位角γC将这些电压分量变换为两个静止电压分量。极化分量幅度uC借助于滤波器46得到平滑。极化分量相位角γC同样借助于向量相位调节电路54得到平滑。该向量相位调节电路54具有一个调节器56，一个积分器58和一个加法器60。在加法器60上此外加有电网频率fN的一个额定值fnenn，从而使得相位角γC对应地进一步改变(旋转向量)。矩阵逆变器2的输入电压实测空间向量uCmeβ的这些平滑后的极化分量uC和γC对于计算矩阵逆变器2的控制信号是必需的。
为了也能够将该控制调节部件4用于跨接短暂电网故障，必须首先确定是否出现电网故障。
电网故障是借助于电网电压监测部件62确定的，该部件接在用于采集电网电压实测空间向量unetzmeβ的部件32的幅度输出的后面。该电网电压监测部件62具有一个起到比例积分作用的调节器64(也称为PI调节器)，一个比较器66和一个加法器68。通过该电网电压监测部件62确定，电网电压实测空间向量unetzmeβ的幅度unetzmeβ是否低于一个预定的误差极限。为此，确定一个幅度偏差Δunetz，并将其送至过程控制单元70。如果确定的该幅度偏差Δunetz上升到一个预定的值，则过程控制单元70从正常运行N转换到缓冲运行P。由于正的确定，通过一个输出信号转换到缓冲运行P中。也就是说，所有转换开关80，82和84转换到位置P，而所有用P标志的调节器得以释放。
为了使电网电压实测空间向量unetzmeβ的波动不影响到电网电流实测空间向量inetzmeβ在电网电压实测空间向量unetzmeβ上的投影，将电网电压实测空间向量unetzmeβ的相位角γnetz通过一个向量调节电路72进行平滑。该第二向量调节电路72同样具有一个调节器74，一个积分器76，一个比较器和一个加法器78。在加法器78上加有电网频率fN的额定值fnenn。
用P标志的调节器包括电压调节电路88的调节器86，相位角调节电路92的调节器90。电压调节电路88除了调节器86之外还包括一个比较器94，在该比较器94的反相输入端上加有电容电压实测空间向量uCmeβ幅度uC，而在其非反相输入端加有一个预定的幅度值，例如电网幅度的额定值unenn。相位角调节电路92同样具有一个比较器96，在该比较器的反相输入端上加有电容电压实测空间向量uCmeβ平滑后的相位角γC，而在其非反相输入端加有电网电压实测空间向量unetzmeβ平滑后的相位角γnetz。借助于比较器94和96确定的偏差ΔuC和Δγ不仅被送至各后接的调节器86和90，而且被送至对其进行处理的过程控制单元70。为了使电压和相位角调节器尽可能快地起振，对调节器86和90进行了预先控制。为此，该调节器86和90分别具有一个相加位置98以及100。对于电压调节器86的预先控制值是一个矩阵逆变器2的预期的损失功率值Ppuff vor。该相加位置98的输出端与一个除法器102连接，其输出端与转换开关80的一个输入耦合。该除法器仅仅用于调节段的线性化和用于在旋转方向的改变中改变符号。在分母输入端加有所测得的转速实测值nmeβ。
该转换开关80的第二输入端与转速调节器24的输入连接。该转换开关80的输出端与调节单元18的调节输入连接，该调节单元18产生一个电机电压额定空间向量umotor*，然后，由控制单元20从该向量中根据电容电压实测空间向量uCmeβ的极化分量uC和γC和一个对于功率系数的调节参数，产生对于矩阵逆变器2的可以断开的半导体开关的控制信号Sγ。
该对于功率系数的调节参数在缓冲运行P中不再由无功电流调节电路30产生，而是由相位调节电路92产生。该相位调节电路92在输入端的比较器96和调节器90之间具有转换开关82，借助于该开关可以将一个确定的相位角偏差Δγ或者一个所确定的电容电压实测空间向量uCmeβ的相位角γC送至调节器的输入端。无功电流调节器38和预先控制的相位角调节器的输出分别与转换开关84一个输入连接，该转换开关84的输出端与控制单元20的一个用于对功率系数的调节参数的输入连接。在缓冲运行P期间所确定的电容电压实测空间向量uCmeβ的相位角γC得到调节。也就是说，这样地调节电容电压实测空间向量uCmeβ的相位角γC，使得其对应与电网频率fN的额定值fnenn继续改变(旋转向量)。相位角调节器90的预先控制值是一个预期的无功电流，它取决于换向电路电容器C1，C2和C3的值、调节的电容电压实测空间向量uCmeβ的幅度uNenn的值、以及电网电路频率ωN。
因此，在缓冲运行P期间将电容电压实测空间向量uCmeβ调节到在电网故障短暂之前确定的电网电压实测空间向量unetzmeβ上，该向量按照电网频率的额定值继续旋转。跨接电网故障的时间间隔取决于运行波动的规模。如果因为所有动力能量耗尽而运行停止，则电容电压uCmeβ消失，由此通过故障“电网电压故障”断开运行。
在缓冲运行P期间对电网12监测电网电压的重新恢复。这由过程控制单元70根据电网电压所确定的幅度偏差Δunetz进行。如果该幅度偏差Δunetz低于一个预定的值，则这点是电网电压重新恢复的标志。一旦识别出这点，则过程控制单元70这样地控制转换开关80，82和84，使得它们处于对于同步运行S的位置S。此外，所有用S标志的调节器得以释放。通过该开关处理从缓冲运行P转换到同步运行S。
同步运行S与缓冲运行P的区别在于，在相位调节电路92中采用了一个在电网电压实测空间向量unetzmeβ的相位角γnetz和电容电压实测空间向量uCmeβ的相位角γC之间的相位角偏差Δγ。此时将电容电压实测空间向量uCmeβ的幅度uC和相位角γC这样调节，使得电容电压实测空间向量uCmeβ和电网电压实测空间向量unetzmeβ对准。该目标的实现可以如下识别，即所确定的幅度偏差ΔuC和相位角偏差Δγ变为零。一旦这点由过程控制单元70确定，则开关单元10开关S1，S2和S3再次闭合，而控制和调节部件4再次转换到正常运行。后续的到原始转速额定值n*的加速可以软设定，即转速额定值n*通过一个没有进一步示出的加速器实现。其中，该加速器在转换到正常运行时设置在当前的转速实测值nmeβ。
在图3中详细示出了对于图1的单个驱动进行优选调节的信号流图。该优选的调节与按图2的调节的信号流图的区别在于，为矩阵逆变器2的控制和调节部件4的各运行类型，使用对于功率系数和对于电容器电压频率的预定控制值，而不是具有后接无功电流调节电路30的用于采集电网电流实测空间向量inetzmeβ的部件28。对于功率系数的预定控制值借助于一个转换开关104送至控制单元20的对应输入。对于电容器电压频率的预定控制值借助于一个转换开关106送至相位角调节电路54的比较器60的一个输入端，用于平滑所确定的电容电压实测空间向量uCmeβ的相位角γC。从该表示中可以看出，调节参数“cosΦ”根据运行状态控制地预先给定。在缓冲运行中和在同步期间电容电压实测空间向量uCmeβ的相位角γC的频率自由出现。对于缓冲运行P、同步运行S和正常运行N的预定控制值fPuffer、fSynchron和fnenn单独起到对用于平滑电容电压实测空间向量uCmeβ的相位角γC的相位角调节电路54的预定控制的作用。在电网电压重新恢复后进行向正常运行N的过渡，其中，开关单元10的快速开关S1，S2和S3在一个预定的时刻接通。该预定的时刻取决于电容电压实测空间向量uCmeβ与电网电压实测空间向量unetzmeβ的相位角偏差Δγ。如果该相位角偏差Δγ接近于零，则实现了一个对于接通的优选时刻。通过借助于对应于频率fSynchron的预定控制值cosΦSynchron控制地预先给定无功电流iμ，可以减少对接通的速度和精度的要求。但是，接通开关S1，S2和S3的同步时刻很少出现。
这种调节的根本优点在于信号处理的简单，但是由此同步运行变长和接通包含了较强的暂态过程。缓冲值fPuffer除了是一个关于电网频率fN的额定值fnenn之外也可以是零。在这种情况下，电容电压实测空间向量uCmeβ是一个静止的向量(直流电压)，并可能没有其它依赖于电网频率电压的用电器具要被供电。
按照图4的一个多轴驱动的线路方框图，每个轴具有一个电机161，162，163，一个矩阵逆变器21，22，23，和一个换向电路电容器电路61，62，63。该换向电路电容器电路61，62，63的输入端与一个扼流圈电路8连接，该扼流圈电路的输入端借助于开关单元10可以与供电电网12连接。每个换向电路电容器电路61，62，63具有三个在此按三角形连接的电容器C1，C2和C3。这些换向电路电容器C1，C2和C3也可以按星形连接。扼流圈电路8具有三个分别设置在一个输入线上的电感L1，L2和L3。开关单元10具有三个开关S1，S2和S3，利用这些开关可以分离从供电电网12至扼流圈电路8的输入线。供电单元14的输入端与开关单元10的输出连接，而其输出端与控制调节部件4′的供电接头连接。该控制调节部件4′引入了至少两个测量的电网相位电压uN3和uN2，两个测量的电容电压uC3，uC2和两个测量的电网电流iN3，iN2。控制调节部件4′的输出端与开关单元10的控制输入以及分别与一个靠近逆变器的控制调节部件4″1，4″2和4″3连接。每个该控制调节部件4″1，4″2和4″3输入一个测得的转速实测值nmeβ。由控制调节部件4′产生的信号n*1，n*2，n*3和Kμ被送至靠近逆变器的控制调节部件4″1，4″2和4″3。
在图5中详细表示图4的多轴驱动的信号流图。该信号流图与图2的信号流图的区别在于，将控制调节部件4分成了一个中心单元4′和多个逆变器单元4″1，4″2和4″3。中心单元4′包括用于采集电网电流实测空间向量inetzmeβ，电网电压实测空间向量unetzmeβ和电容电压实测空间向量uCmeβ的部件28，32和48。此外，该中心单元4′还包括无功电流调节电路30，向量相位调节电路54和72，电网电压监测部件62，过程控制单元70，相位角调节电路92和修改后的电压调节电路88。这些部件已经详细描述过了，所以在此可以放弃重复。对于功率系数的调节参数在此用Kμ表示。此外，该调节参数也不是直接送至控制单元201，202和203的输入，每个驱动利用一个分别由逆变器单元4″1，4″2和4″3的调节单元181，182和183产生的单独的参考值iBezug对该调节参数Kμ进行处理。该单独的参考值iBezug例如可以从电网电流、电机的空载电流、在现场衰减下的最小电流或者所属驱动的当前无功电流功率导出。也可以将单独的参考值iBezug对应于对于整个无功电流驱动的分额所希望的分配而设置。通过对该调节参数Kμ的这种分别处理，可以由此对于多轴驱动的所有驱动利用相同的信号Kμ实现对输入端无功电流的控制。
电压调节电路88后接了一个用于轴协调的部件108，其中，在电压调节电路88和用于轴协调的部件108之间连接了一个用于计算主速度额定值n***的部件110。借助于该主速度额定值n***对整个多轴驱动的速度进行控制。用于计算的部件110具有一个乘法器112和一个减法器114。在乘法器112的一个输入上加有主速度额定值n***，而在第二个输入上加有在减法器114的输出端形成的一个速度系数KU。乘法器112的输出与用于轴协调的部件108的一个输入连接。在减法器114的第一输入上加有一个值为1的常数，而其第二输入与电压调节电路88的输出连接。因为该电压调节电路88仅仅在缓冲和同步运行中有效，所以在正常运行中将主速度额定值n***不经改变地传递至用于轴协调的部件108。在缓冲运行中和在同步的期间将主速度额定值n***这样地减小，使得所有却动驱动的总功率合计等于零，即，整个的功率需求由多轴驱动的动力能量得到满足。
用于轴协调的部件108可以是同步调节部件、电子联动装置、电子凸轮或者类似的、在多轴驱动配置中常见的耦合装置。通过用于轴协调的部件108的一种复杂的设置自然也可以这样控制多轴驱动，使得在缓冲运行中和在同步的期间单个的驱动或者驱动按不变的速度继续运行，而仅仅该多轴驱动的几个驱动承担“动力缓冲”的功能。类似于在单个驱动中的措施，这里也可以借助于一个加速器在电网重新恢复和实现同步之后缓慢恢复到原始主速度。该中心单元4′的其它提到的单元仍然与在图2的单个驱动中的工作一致。中心单元4可以在一个单独的信号处理中实现。但是，也可以将该中心单元4′设置在一个驱动中，例如多轴驱动的一个主驱动中。也可以将该中心单元4′分配在单个驱动的信号处理中。
因为矩阵逆变器2的控制单元20需要所确定的电容电压实测空间向量uCmeβ(输入电压实测空间向量)的平滑后的成分，所以为在图4所示多轴驱动的每个驱动提供测得的电容电压uC1，uC2和uC3。根据图5所属的信号流图每个逆变器单元4″1，4″2和4″3具有一个用于采集电容电压实测空间向量uCmeβ的部件481，482和483。因为必须对这些确定的电容电压实测空间向量uCmeβ进行平滑，后接了一个滤波器46′1，462和463和部件481，482和483的一个向量相位调节电路541，542和543。滤波器46′1，462和463和向量相位调节电路541，542和543的输出端分别与控制电路201，202和203的一个对应输入连接。此外，逆变器单元4″1，4″2和4″3还具有一个乘法器1161，1162和1163，用于对功率系数的调节参数Kμ分别进行处理。在这些乘法器1161，1162和1163一个输入上加有所产生的调节参数Kμ，而在另一个输入上加有参考电流值iBezug1，iBezug2和iBezug3。该乘法器1161，1162和1163的输出端与控制电路201，202和203用于功率系数调节参数的输入连接。
图6表示图4的多轴驱动的一种变形。该多轴驱动的变形与图4的多轴驱动的区别在于，为每个驱动设置了一个扼流圈单元81，82和83。由此，多轴驱动的每个驱动具有一个各自的电网滤波器，这些电网滤波器分别由扼流圈单元81，82和83的电感L1，L2和L3和换向电路电容器电路61，62，63的电容器C1，C2和C3构成。因此，在开关单元10之前和之后的电压由中心单元4′进行求值。由此，多轴驱动由多个按照图1的单个驱动组成，这些单个驱动的输入端电气并联。
在图7中表示根据图6的多轴驱动所属的信号流图。该信号流图与图5的信号流图的区别在于，设置了一个预定控制值i*μnormal，而不是具有后接无功电流调节电路30的用于采集电网电流实测空间向量inetzmeβ的部件28。由此，此时每个逆变器单元4″1，4″2和4″3具有一个无功电流调节电路301，302和303。每个无功电流调节电路301，302和303的输出端与控制电路201，202和203用于功率系数调节参数的输入连接。由此，在正常运行中每个运行调节各自的无功电流。这些调节输入在缓冲运行和同步中用于调节汇流排电压的角度。
在多轴驱动中不必要所有的单个驱动都是矩阵逆变器的形式。可以与其它的逆变器，例如常规的中间电路逆变器进行组合。如果这种逆变器实现为具有一个自行的供电电路，也称为主动前端(Aktiv Front End，AFE)，则其可以优选地参与或者完全承担提供电容器无功功率。这是显而易见的，因为与矩阵逆变器不同具有主动前端的逆变器，在弱负载的驱动中可以在供电端提供作为无功电流的逆变器的最大电流。如果电压中间电路逆变器不具有反相换流器，即主动前端整流器仅仅为电容器供电，则这种变形也可以工作。在这种情况下该AFE整流器是一个纯粹的无功功率提供者。
权利要求
1.一种用于在矩阵逆变器(2)中跨接短暂电网故障的方法，该矩阵逆变器(2)具有多个在电网一侧的换向电路电容器(C1，C2，C3)和一个电网一侧的开关单元(10)，其中，在确定电网故障时立即将矩阵逆变器(2)与供电电网(12)分离，并在缓冲运行中将其这样调节，即，在其输入端设置一个电容电压实测空间向量(uCmeβ)，该向量的幅度(uC)和相位角(γC)分别采用一个预定的值，其中，在该电网电压重新恢复时，在一个同步运行(S)的过程中，使该设置的电容电压实测空间向量(uCmeβ)一直跟踪一个测得的电网电压实测空间向量(unetzmeβ)，直到两者重合，然后，将矩阵逆变器(2)再次接入到供电电网(12)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分别为所述矩阵逆变器(2)的正常运行(N)，缓冲运行(P)和同步运行(S)预先给定一个无功电流调节参数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在多个矩阵逆变器(2)中中跨接短暂电网故障，其特征在于，对所产生的无功电流调节参数分别利用驱动的各个参考值(iBezug1，iBezug2，iBezug3)进行计算。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从测得的电容电压(uC1，uC2，uC3)构成所述电容电压实测空间向量(uCmeβ)的两个正交电压分量(uCα，uCβ)，从中借助于该电容电压实测空间向量(uCmeβ)平滑后的相位角(γC)确定其幅度(uC)和相位角(γC)，其中，对该相位角(γC)根据电网频率(fN)的额定值(fnenn)进行平滑。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从测得的相电压(uN1，uN2，uN3)构成电网电压实测空间向量(unetzmeβ)的两个正交电压分量(uNα，uNβ)，然后将其变换为极化分量(unetzmeβ，γnetz)；将该待确定的电网电压实测空间向量(unetzmeβ)的幅度(unetzmeβ)与一个幅度额定值(uNenn)进行比较，并计算一个确定的偏差(Δunetz)，用于从正常运行(N)向缓冲运行(P)和从缓冲运行(P)向同步运行(S)进行转换；以及，对该测得的电网电压实测空间向量(unetzmeβ)的相位角(γnetz)根据电网频率(fN)的额定值(fnenn)进行平滑。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据所确定的电容电压实测空间向量(uCmeβ)的幅度(uC)与电网电压实测空间向量(unetzmeβ)的幅度(uNenn)的幅度偏差(ΔuC)，以及根据所确定的电容电压实测空间向量(uCmeβ)的相位角(γC)与电网电压实测空间向量(unetzmeβ)的相位角(γnetz)的相位角偏差(Δγ)，将所述矩阵逆变器(2)再次接入到供电电网(12)并从同步运行(S)转换到正常运行(N)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在将所述电容电压实测空间向量(uCmeβ)调节到电容电压额定空间向量时，使用对其分量的预先控制值。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对于幅度调节的预先控制值是所述矩阵逆变器(2)的预期的损失功率(Ppuffvor)的值。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对于相位角调节的预先控制值是电网电流实测空间向量(inetzmeβ)的一个预期的无功电流的值。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，一旦所测得电网电压实测空间向量(unetzmeβ)的幅度(unetzmeβ)超出一个误差下限或者误差上限，则从同步运行(S)转换到正常运行(N)或者从正常运行(N)转换到缓冲运行(P)。
11.一种用于实施根据权利要求1所述的方法的、具有一个开关单元(10)的装置，其特征在于，所述装置分别具有一个用于采集电容电压和电网电压实测空间向量(uCmeβ，unetzmeβ)的部件(48，32)，一个电压调节电路(88)，一个相位角调节电路(90)，一个电网电压监测部件(62)，多个转换开关(80，82，84)和一个过程控制单元(70)；该电压调节电路(88)的输入端分别与该用于采集电容电压和电网电压实测空间向量(uCmeβ，unetzmeβ)的部件(48，32)的幅度输出连接，其输出端借助于一个第一转换开关(80)与所述矩阵逆变器(2)的控制调节部件(4)的额定值输入连接；该相位角调节电路(90)的输入端分别与用于采集电容电压和电网电压实测空间向量(uCmeβ，unetzmeβ)的部件(48，32)相位角输出连接，其输出端借助于一个第二转换开关(84)可与所述矩阵逆变器(2)的控制调节部件(4)的控制输入连接；该用于采集电容电压实测空间向量(uCmeβ)的部件(48)的输出端与所述矩阵逆变器(2)的控制调节部件(4)的另外两个输入耦合；而该过程控制单元(70)的输入端分别与电压调节电路(88)、相位角调节电路(90)和电网电压监测部件(62)的一个调节差值输出连接，其输出端分别与转换开关(80，82，84)的一个控制输入端和与开关单元(10)的一个控制输入端连接；该电网电压监测部件(62)的输入端与用于确定电网电压实测空间向量(unetzmeβ)的部件(32)的幅度输出耦合。
12.一种用于实施根据权利要求1所述的方法的、具有一个开关单元(10)的装置，其特征在于，所述装置分别具有一个用于采集电容电压和电网电压实测空间向量(uCmeβ，unetzmeβ)的部件(48，32)，一个电压调节电路(88)，一个过程控制单元(70)和多个转换开关(80，104，106)；该电压调节电路(88)的输入端分别与该用于采集电容电压和电网电压实测空间向量(uCmeβ，unetzmeβ)的部件(48，32)的幅度输出连接，其输出端借助于一个第一转换开关(80)可与所述矩阵逆变器(2)的控制调节部件(4)的额定值输入连接；在第二和第三转换开关(104，106)的输入端分别加有一个控制值；部件(48，32)的相位角输出分别与一个相位角比较器(96)的输入端连接，该相位角比较器(96)的输出与所述矩阵逆变器(2)的控制调节部件(4)和过程控制单元(70)的一个控制输入连接；第三转换开关(104)的输出、用于采集电容电压实测空间向量(uCmeβ)的部件(48)的幅度输出和相位角输出分别与所述矩阵逆变器(2)的控制调节部件(4)的其它控制输入连接；用于采集电网电压实测空间向量(unetzmeβ)的部件(32)的幅度输出端后接一个电网电压监测部件(72)；而该过程控制单元(70)的输入端分别与电压调节电路(88)和电网电压监测部件(72)的一个调节差值输出和所述相位角比较器(96)连接，其输出端分别与转换开关(80，104，106)的控制输入端和与开关单元(10)的控制输入端连接。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述用于采集电容电压和电网电压实测空间向量(uCmeβ，unetzmeβ)的部件(48，32)的相位输出分别后接一个向量相位调节电路(54，72)。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述第二转换开关(106)的输出端与所述向量相位调节电路(54)的频率输入连接，该向量相位调节电路(54)与所述用于采集电容电压实测空间向量(uCmeβ)的部件(48)的相位输出耦合。
15.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述用于采集电容电压和电网电流实测空间向量(uCmeβ，inetzmeβ)的部件(48，28)分别具有一个后接有向量旋转器(52，36)的坐标变换器(50，34)。
16.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述用于采集电网电压实测空间向量(unetzmeβ)的部件(32)具有两个串联连接的坐标变换器(42，44)。
17.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述用于采集电容电压实测空间向量(uCmeβ)的部件(48)的幅度输出后接一个平滑部件(46)。
18.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述用于采集电网电压实测空间向量(unetzmeβ)的部件(32)相位角输出后接一个向量相位调节电路(72)。
19.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述电压调节电路(88)具有一个后接有调节器(86)的比较器(94)。
20.根据权利要求10或17所述的装置，其特征在于，所述相位角调节电路(92)在输入端具有一个后接有调节器(90)的比较器(96)。
21.根据权利要求10或17所述的装置，其特征在于，所述相位角调节电路(92)在输入端具有一个比较器(96)，在输出端具有一调节器(90)，该调节器(90)在输入端借助于一个第三转换开关(82)与该比较器(96)的输出端耦合，该比较器(96)的第二输入与用于采集电容电压实测空间向量(uCmeβ)的部件(48)的相位角输出连接。
22.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述装置是所述矩阵逆变器(2)的控制调节部件(4)的组成部分。
23.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述装置是一个信号处理器。
全文摘要
本发明涉及一种用于在矩阵逆变器(2)中跨接短暂电网故障的方法和一种用于实施该方法的装置。按照本发明，在确定电网故障时将矩阵逆变器(2)与供电电网(12)分离并转换到缓冲运行(P)，其中，将确定的电容电压实测空间向量(u
文档编号H02M5/27GK1533629SQ02814602
公开日2004年9月29日 申请日期2002年7月5日 优先权日2001年7月19日
发明者休伯特·希尔林, 曼弗雷德·布鲁克曼, 奥拉夫·西蒙, 西蒙, 休伯特 希尔林, 德 布鲁克曼 申请人:西门子公司