(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統周波数を有する第１、第２、第３電圧をもつ第１、第２、第３相を有する三相電力系統へ電流を供給するための方法であって、
以下のステップを含むこと、即ち、
−  前記第１電圧、第２電圧、第３電圧を測定するステップ、
−  前記第１電圧、第２電圧、第３電圧を、対称座標成分の方法により電圧の正相と電圧の逆相へ変換するステップ、
−  前記三相電力系統の前記第１相、第２相、第３相へ供給するための第１目標電流、第２目標電流、第３目標電流を計算するステップ、
−  但し、前記第１目標電流、第２目標電流、第３目標電流の計算は、前記電圧の正相及び／又は前記電圧の逆相の少なくとも１つの値に依存して行われること、及び、
前記目標電流の計算のために計算位相角（φ）が基礎とされ、該計算位相角（φ）は、系統故障の検知に依存して決定されること、但し、
−  該計算位相角（φ）は、系統故障が検知されなかった場合には、系統電圧のうちの１つの系統電圧の検知された位相角から決定されること、及び／又は、
−  該計算位相角（φ）は、系統故障が検知された場合には、前記電圧の正相の位相角から決定されること
を特徴とする方法。
【請求項２】
電気エネルギーは、風力発電装置を用いて発生され、前記三相電力系統へ供給されること
を特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
周波数インバータを用い、前記三相電力系統へ供給するための前記第１目標電流、第２目標電流、第３目標電流に対応して電流が発生されて供給されること
を特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記目標電流の計算のために、前記電圧の正相を基準とすること
を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
電圧の正相と電圧の逆相への前記第１電圧、第２電圧、第３電圧の変換は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を用いた前記第１電圧、第２電圧、第３電圧の変換を含み、但し、該離散フーリエ変換は、半周期にわたってのみ行われること
を特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
電圧の正相と電圧の逆相への前記第１電圧、第２電圧、第３電圧の変換は、現在の系統周波数の測定の代わりに、予め決められた周波数を使用すること
を特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
予め決められた系統周波数として、以前に戻って位置する測定時点の系統周波数の値、系統周波数の定格値、及び／又は外部で規定された値が使用されること
を特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記目標電流は、対称座標成分の方法により電流の正相と電流の逆相を介して設定されること
を特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記目標電流は、前記電流の正相ないし正相電流成分に依存して計算され、系統故障の想定時には、追加的に前記電流の逆相ないし逆相電流成分に依存して計算されること
を特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記電流の正相ないし正相電流成分と前記電流の逆相ないし逆相電流成分は、前記正相の有効電力部分の予設定値、前記正相の無効電力部分の予設定値、及び／又は前記正相電流成分の大きさに対する前記逆相電流成分の大きさの商の予設定値に依存して決定されること
を特徴とする、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記逆相電流成分は、前記正相電流成分に依存せずに調節及び／又は変更されること
を特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
当該方法は、オンラインで実行されること
を特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
電流を供給するために請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法が用いられ、或いは請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法が提供されている風力発電装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の風力発電装置を少なくとも１つ有する、複数の風力発電装置を備えたウインドパーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相電力系統（三相電力供給網）へ電流を供給するための方法及び装置に関する。更に本発明は、三相電力系統へ電流を供給するために設けられている風力発電装置（風力エネルギー設備）に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばヨーロッパの相互接続系統のような三相電力系統へ或いはその一部へ電流を供給するための方法及び装置は一般的に知られている。そのために大規模発電所は、直接的に電力系統へ接続されている同期発電機を使用する。そのために同期発電機は、正に電力系統の周波数へ同調されている対応の回転数をもって稼働される。同期発電機の構造形式に応じ、回転数は、例えば５０Ｈｚの周波数を有する系統へ接続されている四極同期発電機の場合には１分間で１５００回転となる。例えば３つの系統相の１つがより強く負荷されることによる非対称負荷のような障害が系統内に発生すると、このことは、同期発電機により提供される電流へ直接的に影響を及ぼすことになる。この際、同期発電機の物理的に起因する特性は、少なくとも部分的に再び系統の対称化に寄与することが可能である。しかし同期発電機のそのような寄与の方式には、系統との堅固な連結が原因となり基本的に影響を及ぼすことはできない。
【０００３】
風力発電装置は、まだ９０年代には実質的に、支配的な風の条件に基づきその都度実際に可能であるエネルギーを系統へ供給するという意味において、受動的に系統へ接続されていた。９０年代の終わりになり、風力発電装置も系統の電気的な支援に寄与することが可能であるということが初めて認識されるに至った。例えばドイツ特許出願公開明細書の下記特許文献１は、風力発電装置が系統周波数に依存してその電力供給量を変更することができ、特に絞る（減少する）ことができるという方法を記載している。また下記特許文献２は、系統障害の場合、つまり特に短絡の場合には、風力発電装置自体を系統から分離する代わりに、風力発電装置が供給電流を制限し、それによって系統支援をも達成できることを提案している。更に下記特許文献３から、風力発電装置による系統支援のために、系統電圧に依存し、供給される電流の位相角を調節し、従って電圧に依存して無効電力を系統へ供給し、それにより系統を支援できるという方法が記載されている。更に下記特許文献４は、同様に風力発電装置を用いた系統支援のための方法に関し、該方法では、風力発電装置が、場合により系統電圧に依存し、系統へ供給すべき電力を減少し、それにより特に系統からの分離を回避することができ、またそれにより風力発電装置による系統の支援を達成することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】DE 100 22 974 A1
【特許文献２】DE 101 19 624 A1
【特許文献３】WO 02/086315 A1
【特許文献４】DE 197 56 777 A1
【特許文献５】WO 2010/028689 A1
【特許文献６】DE 10 2009 031 017 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
風力発電装置は、益々とその重要性を増している。系統支援に関しても、風力発電装置は、益々とその重要性を増している。この際、系統支援のための上述の措置は、パイオニアステップとも称することができるが、系統非対称性も考慮されるのであれば、更に改善の余地がある。
【０００６】
この際、系統非対称性の考慮は、幾つかの問題点を有する。先ず、系統非対称性を迅速且つ正確に検知することが問題である。更に非対称性を検知した場合には、非対称性を的確に目標を定めて補償するという問題があり、このことは、同期発電機の連結が強いことにより不可能又は制限されてのみ可能である。同様の問題が、同期発電機を使用せず、そのような同期発電機を特性に関して模倣するシステムにおいても発生する。
【０００７】
また従来技術として一般的に上記特許文献５を挙げることができ、当該特許文献５は、二重に給電される非同期機を備えた風力発電装置に関するものである。
【０００８】
従って本発明の基礎を成す課題は、上記問題点の少なくとも１つを解消するか又は軽減することである。特に、系統内に存在する非対称性に対処するために、的確に目標を定めて非対称で系統へ給電を行うという解決策を創作すべきである。また少なくとも代替的な解決策が創作されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明により、請求項１による方法が提案される。
即ち本発明の一視点により、以下の方法が提供される。即ち、
系統周波数を有する第１、第２、第３電圧をもつ第１、第２、第３相を有する三相電力系統へ電流を供給するための方法であって、
以下のステップを含むこと、即ち、
−  前記第１電圧、第２電圧、第３電圧を測定するステップ、
−  前記第１電圧、第２電圧、第３電圧を、対称座標成分の方法により電圧の正相と電圧の逆相へ変換するステップ、
−  前記三相電力系統の前記第１相、第２相、第３相へ供給するための第１目標電流、第２目標電流、第３目標電流を計算するステップ、
−  但し、前記第１目標電流、第２目標電流、第３目標電流の計算は、前記電圧の正相及び／又は前記電圧の逆相の少なくとも１つの値に依存して行われること、及び、
前記目標電流の計算のために計算位相角が基礎とされ、該計算位相角は、系統故障の検知に依存して決定されること、但し、
−  該計算位相角は、系統故障が検知されなかった場合には、系統電圧のうちの１つの系統電圧の検知された位相角から決定されること、及び／又は、
−  該計算位相角は、系統故障が検知された場合には、前記電圧の正相の位相角から決定されること
を特徴とする方法が提供される。
尚、本願の特許請求の範囲に付記されている図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明において、以下の形態が可能である。
（形態１）系統周波数を有する第１、第２、第３電圧をもつ第１、第２、第３相を有する三相電力系統へ電流を供給するための方法であって、
以下のステップを含むこと、即ち、
−  前記第１電圧、第２電圧、第３電圧を測定するステップ、
−  前記第１電圧、第２電圧、第３電圧を、対称座標成分の方法により電圧の正相と電圧の逆相へ変換するステップ、
−  前記三相電力系統の前記第１相、第２相、第３相へ供給するための第１目標電流、第２目標電流、第３目標電流を計算するステップ、
−  但し、前記第１目標電流、第２目標電流、第３目標電流の計算は、前記電圧の正相及び／又は前記電圧の逆相の少なくとも１つの値に依存して行われること。
（形態２）電気エネルギーは、風力発電装置を用いて発生され、前記三相電力系統へ供給されることが好ましい。
（形態３）周波数インバータを用い、前記三相電力系統へ供給するための前記第１目標電流、第２目標電流、第３目標電流に対応して電流が発生されて供給されることが好ましい。
（形態４）前記目標電流の計算のために計算位相角が基礎とされ、該計算位相角は、特に決定フィルタないしフィルタブロックを使用して、系統故障の検知に依存して決定されること、但し、
−  該計算位相角は、系統故障が検知されなかった場合には、系統電圧のうちの１つの系統電圧の検知された位相角から決定されること、及び／又は、
−  該計算位相角は、系統故障が検知された場合には、前記電圧の正相の位相角から決定され、特に規定の系統周波数を使用して決定されることが好ましい。
（形態５）前記目標電流の計算のために、特に系統故障が検知される場合には、前記電圧の正相、特に前記電圧の正相の位相角を基準とすることが好ましい。
（形態６）電圧の正相と電圧の逆相への前記第１電圧、第２電圧、第３電圧の変換は、離散フーリエ変換を用いた前記第１電圧、第２電圧、第３電圧の変換を含み、但し、該離散フーリエ変換は、特にオンラインで、及び／又は半周期にわたってのみ行われることが好ましい。
（形態７）電圧の正相と電圧の逆相への前記第１電圧、第２電圧、第３電圧の変換は、現在の系統周波数の測定の代わりに、予め決められた周波数を使用することが好ましい。
（形態８）予め決められた系統周波数として、以前に戻って位置する測定時点の系統周波数の値、系統周波数の定格値、及び／又は外部で規定された値が使用されることが好ましい。
（形態９）前記目標電流は、対称座標成分の方法により電流の正相と電流の逆相を介して設定されること、特に該正相は、大きさと位相による複素正相電流成分により考慮され、該逆相は、大きさと位相による複素逆相電流成分により考慮されることが好ましい。
（形態１０）前記目標電流は、前記電流の正相ないし正相電流成分に依存して計算され、系統故障の想定時には、追加的に前記電流の逆相ないし逆相電流成分に依存して計算されることが好ましい。
（形態１１）前記電流の正相ないし正相電流成分と前記電流の逆相ないし逆相電流成分は、前記正相の有効電力部分の予設定値、前記正相の無効電力部分の予設定値、及び／又は前記正相電流成分の大きさに対する前記逆相電流成分の大きさの商の予設定値に依存して決定されることが好ましい。
（形態１２）前記逆相電流成分は、前記正相電流成分に依存せずに調節及び／又は変更されることが好ましい。
（形態１３）当該方法は、オンラインで実行されること、特に全ての方法ステップが、オンラインで実行されることが好ましい。
（形態１４）電流を供給するために形態１〜１３のいずれか１つに記載の方法が用いられ、或いは形態１〜１３のいずれか１つに記載の方法が提供されている風力発電装置。
（形態１５）形態１４に記載の風力発電装置を少なくとも１つ有する、複数の風力発電装置を備えたウインドパーク。
【００１１】
本発明により、系統周波数を有する第１、第２、第３電圧をもつ第１、第２、第３相を有する三相電力系統へ電流を供給するための方法が提案される。従って本方法は、一周波数、即ち系統周波数を有する三相系を前提とし、該三相系では、各相が固有の電圧を有し、該電圧は、他の相の電圧とは異なってよいものである。従って本方法は、特に非対称の三相系を考慮している。
【００１２】
１つのステップにより、第１電圧、第２電圧、第３電圧が測定され、これらの電圧が、電圧の正相（Spannungs-Mitsystem）と電圧の逆相（Spannungs-Gegensystem）へ、対称座標成分の方法（Methode der symmetrischen Komponenten）により変換される。従って三相電圧系は、非対称性を考慮しているにもかかわらず、簡単な一般的なかたちで記述することができる。通常はＬ１，Ｌ２，Ｌ３と称される３つの配線だけが電流を案内し、従って零相（Nullsystem）は存在せず、ないし記述の必要はなく、電圧の正相と電圧の逆相による記述で十分であることを前提とする。
対称座標成分の方法（所謂対称座標法）とは、正相、逆相，零相の３つの成分で三相交流の状態を表わすという既知の方法である。例えば電圧について見ると、正相成分では、正相電圧について、基礎となる三相系と同じ回転方向で１２０°ずつ位相が遅れてゆき、逆相成分では、逆相電圧について、基礎となる三相系とは逆の回転方向で１２０°ずつ位相が遅れてゆき、また零相成分では、零相電圧が各相ともに同じ位相をもっている。尚、同様のことが電流にも当てはまる。
対称座標成分の方法については、段落８７で更に説明があり、本願では、段落８７にも記載したように「正相」との用語を「正相成分」と称することができ、「逆相」との用語を「逆相成分」と称することができるものとする。
【００１３】
更に系統の第１相、第２相、第３相へ供給するための第１目標電流、第２目標電流、第３目標電流の計算が行われる。そのような第１電流、第２電流、第３電流を設けて供給すること、因みにこれらの３つの電流はまとめて三相電流とも総称されるが、基本的に且つ本質的に電動機のような機器を駆動制御するための三相電流の発生とは異なることを指摘しておく。つまり電力系統へ電流を供給する場合には、よく知られた消費装置（負荷）の場合がそうであろうが、通常は供給に対する直接的な且つ特に確定的な（deterministisch）応答が欠けている。確かに電力系統もその都度供給される電流へ応答はするが、それでもそのような応答（Reaktion）は、例えば電動機のような、直接的に存在し且つ明確に認識可能な消費装置の応答と比肩することはできない。
【００１４】
第１目標電流、第２目標電流、第３目標電流の計算は、電圧の正相及び／又は電圧の逆相の少なくとも１つの値に依存して行われる。従って先ずは、三相系統への供給時に系統の非対称性を考慮し、それに対応して３つの供給すべき電流を計算することが提案される。従って系統非対称性の考慮のために、電圧の正相ないし電圧の逆相に依存した目標電流の計算が提案される。それにより系統内の対応する非対称性に対して的確に目標を定めて応答することができる。
【００１５】
つまり星形接続を介して系統と連結された同期発電機が系統給電を行うという従来の大規模発電所と異なり、非対称性に依存したないし非対称性を考慮した、的確に目標を定めた目標電流の計算が提案される。
【００１６】
従って起こり得る系統電圧の非対称性の考慮が行われ、このことは、供給すべき電流の計算にとって重要性を有する。従って系統電圧の正相及び／又は逆相は、供給すべき電流に対して影響をもたらす。
【００１７】
一実施形態により、周波数インバータ（Frequenzwechselrichter）を用い、三相電圧系統へ供給するための第１目標電流、第２目標電流、第３目標電流に対応して電流が発生されて供給されることが提案される。従って基本的には直接的に、例えばパルス幅変調により行うことのできるように、インバータによる電流の発生が行われる。そのために、直流電圧中間回路の直流電圧信号から、振動する特にサイン形状の電流を各々発生させるために、供給すべきエネルギーを直流電圧中間回路に提供することができる。
【００１８】
好ましくは、そのための電気エネルギー、特に例として述べた直流電圧中間回路のための電気エネルギーは、風力発電装置（風力エネルギー設備）により提供され、該風力発電装置は、発生された交流電圧エネルギーを、整流器を用いて直流電圧を有するエネルギーへ変換する。それにより特に、複数の風力発電装置又は複数の風力発電装置を有するウインドパークを、系統の安定化のため、特に非対称の系統の安定化のために使用することが可能である。少なくとも好ましくは、風力発電装置からの電気エネルギーは、起こり得る現存の非対称性が大きくならないよう、つまり系統状態が悪化されないように系統へ供給される。
【００１９】
一実施形態により、本方法は、目標電流の計算のために計算位相角（Berechnungsphasenwinkel）が基礎とされ、該計算位相角は、特に決定フィルタないしフィルタブロック（決定フィルタブロック）を使用して、系統故障の検知に依存して決定されることにより特徴付けられている。この際、計算位相角は、系統故障が検知されなかった場合には、系統電圧のうちの１つの系統電圧の検知された位相角から決定される。他方、系統故障が検知されたか又は想定可能な場合には、計算位相角は、他の方法により、特に電圧の正相の位相角から決定され、及び／又は、計算位相角は、予め設定された（規定の）系統周波数を使用して決定されることが提案される。
【００２０】
従って目標電流の決定ないし計算は、三相電圧の測定時に検知された位相角を直接的に基礎とするのではなく、特定の位相角が計算され、この特定の位相角は、目標電流の計算の基礎とされ、それ故、計算位相角と称される。計算位相角は、例えば、高精度及び／又は低ノイズにより特徴付けられるべきである。計算位相角は、例えば、決定フィルタないしフィルタブロック（決定フィルタブロック）を介して決定することができる。この決定フィルタないしフィルタブロックは、例えば、状態観察器として構成することができる。位相角の計算は、例えば、ドイツ特許出願公開明細書の上記特許文献６においてその図４との関連で説明されているように行うことができる。特に当該決定は、上記特許文献６において位相角φ１の決定が検知された位相角φＮから記述されているように行うことができる。
【００２１】
計算位相角は、系統故障が検知された場合には、好ましくは、電圧の正相の位相角から決定される。この際、特に決定のためのその他のソースへ切り替えが行われ、このことはソフトウェア解決策としても実行することができる。そのために電圧の正相の位相角の使用が提案される。発生する系統故障の少なくとも開始時には、電圧の正相の位相角が位相角のために信頼できる値か又は少なくとも十分に信頼できる値を提供することが可能であり得る。多くの場合、系統故障は、電圧測定の問題と同時に現れる。このことは、例えば、電圧が測定不能であるか、測定可能であっても正確でないか、部分的に測定不能であるか、部分的に測定可能であっても正確でないということに理由付けることができる。また他の問題は、三相系の電圧の測定ないし検知は、場合により系統故障時にはもはや存在しない条件から出発するということにもある。
【００２２】
選択的に又は追加的に、系統故障の場合には、計算位相角の計算のために、規定（予設定）の系統周波数を使用することが提案される。最も簡単な場合には、例えば定格周波数、即ち例えば正確に５０Ｈｚ又は正確に６０Ｈｚのような固定周波数が一定不変で設定され、位相角がこの固定周波数から最も簡単な場合には積分（Integration）を介して決定される。好ましくは、規定の周波数の使用は、電圧の正相からの位相角の使用と組み合わされる。つまりそのような組み合わせは、電圧の正相自体の決定が、この際において、電圧の逆相自体の決定も、規定の周波数を使用するように行うことができ、この際、それに対応し、電圧の正相の位相角も決定され、従って規定の周波数を使用して決定される。
【００２３】
更に有利には、目標電流の計算のために、特に系統故障が検知される場合には、電圧の正相、特に電圧の正相の位相角を基準とすることが提案される。交流電圧系統、特に三相交流電圧系統へ電流を供給する場合の重要な一視点は、位相角であって、該位相角をもって系統への供給が行われる。三相目標電流の位相角の設定（プリセット）ないし各目標電流のための位相角の設定は、系統位相角のできるだけ正確な認識を前提とし、ないしできるだけ正確な認識が望まれる。従って三相電流の供給時に問題なのは、例えば、系統故障がある場合に発生の可能性がある系統位相角の不正確な認識である。同様に、場合により不正確な測定という追加的な問題を伴い、非対称の系統も問題であり、その理由は、そのような非対称のケースのためには、適切な位相角を固定（確定 Feststellung）する場合の問題が既に生じ得るためである。
【００２４】
ここで、電圧の正相成分の位相角を基準とすることにより、それらの問題に対処する解決策が提案される。正相成分の位相角の決定を内容として含む正相成分の決定から、起こり得る三相系統の非対称性を同時に考慮する比較的安定した値が得られる。従って目標電流の決定の基準値化（参照化 Referenzierung）、即ち正相の位相角を基礎とすること、ないしそれから計算される電圧の位相角を基礎とすることは、三相系統内の条件が理想的でない場合にも適切な目標電流設定を可能とする。
【００２５】
特に三相系統内に理想的な条件が存在する場合には、系統電圧のうちの１つの系統電圧の検知された位相角の使用へ切り替えることができ、またその逆とすることもできる。そのような切り替えは、好ましくは、フィルタに対する入力側、特に決定フィルタないし決定ブロックの入力側で行われる。決定フィルタないし決定ブロックの使用により、対応する切替ジャンプを同様にフィルタリングすることができる。例えば計算位相角が、１つの系統電圧の検知された位相角からか又は電圧の正相の１つの位相角から、上記特許文献６の図４に関連して説明されているように決定されると、決定フィルタないし決定ブロックは、２次の伝達特性を有する。それに対応し、そのような決定フィルタの入力部における切替パルスないし切替ジャンプが決定フィルタないしフィルタブロックの出力部においてもたらす影響は僅かであり、従って目標電流の計算時に基準値化のための更なる使用において生じる問題は、単に僅かであるか又は無視できる程度である。
【００２６】
更なる実施形態として、電圧の正相と電圧の逆相への第１電圧、第２電圧、第３電圧の変換が、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を用いた第１電圧、第２電圧、第３電圧の変換を含むことにより特徴付けられている方法が提案され、この際、特に離散フーリエ変換は、オンラインで、半周期（半周期時間）にわたってのみ行われる。離散フーリエ変換は、測定された三相の電圧値から、それらの三相のための複素電圧値を決定し、即ち三相電圧の各々のために振幅と位相による電圧を決定する。三相系統の条件が理想的でないことも考慮可能とするためには、時として、系統状況の極めて迅速な検知、特に系統内の電圧の変化の迅速な検知が、適合（マッチング）された電流供給のために重要であり又はむしろ決定的に重要であり得る。正相成分と逆相成分の使用により、特に電圧の正相成分の位相角への基準値化により、これらの成分においてもできるだけ迅速に系統状態の決定的な変化が反映されるべきである。それに対応し、離散フーリエ変換もできるだけ迅速に働くべきである。
【００２７】
通常、フーリエ変換、従って離散フーリエ変換も、少なくとも１つの全周期（全周期時間）から出発する。この全周期が基礎とされ、この全周期は、フーリエ変換の正確な実行にとって本質的なものである。しかし半周期（半周期時間）を基礎とすることで十分であり得ることが認識された。それに対応し、フーリエ変換、即ち離散フーリエ変換がそれに適合されている。
【００２８】
好ましくは、前記変換は、オンラインで、即ち各測定時点で３つの電圧の値が記録され且つ同様に各測定時点で行われる離散フーリエ変換へ取り入れられるという意味において行われる。従って記録された測定値は、直ちに離散フーリエ変換の結果へ影響を及ぼす。その都度最新に測定される測定値が新しい値として取り入れられ、残りの既に以前に測定された最新の半波の値が同様に取り入れられる。従って系統内の状況の変化が、第１の測定値と共に第１の影響をもち、半周期の測定後には、離散フーリエ変換の結果へ完全に影響を及ぼすことになる。
【００２９】
従って半周期のための離散フーリエ変換のもとでは、スライドする値の意味において、その都度、最新の値が、半周期だけ以前に戻って位置する測定値に至るまで記録され、離散フーリエ変換へ取り入れられるものとして理解される。
【００３０】
従って、それ以降新しい測定値が離散フーリエ変換の結果へ完全に影響を及ぼすという期間（Dauer）を、従来のフーリエ変換と比べ、全周期長にわたって半分にすることができる。それに対応し、離散フーリエ変換は、二倍の速さで結果をもたらすことになり、ないし起こり得る識別時間を半分にすることができる。
【００３１】
一実施形態により、電圧の正相と電圧の逆相への第１電圧、第２電圧、第３電圧の変換が、現在の系統周波数の測定の代わりに、予め決められた周波数を使用することにより特徴付けられている方法が提案される。そのような予め決められた周波数は、例えば、系統の定格周波数であり、即ち特にヨーロッパの相互接続系統の場合の５０Ｈｚであり又は米国の場合の６０Ｈｚであり得る。しかし予め決められた周波数は、他の値に固定することもでき、他の固定値としても、所定の計算規則によるものでも、或いは所定のモデルから使用される系統周波数を取り出してもよい。
【００３２】
この実施形態は、系統周波数の設定（プリセット）により変換に対し、特に変換の安定化の意味において、影響を及ぼすことができ、特に改善することができるという思想を基礎にしている。そのような構成は、正に系統故障があり且つ実際の系統周波数の測定が困難であるか、測定可能であっても不正確であるか、又は全く測定不能である場合において使用可能である。
【００３３】
好ましくは、予め決められた系統周波数として、以前に戻って位置する測定時点の系統周波数の値を使用することができる。この場合、変換は、実際の系統周波数の、最後の、特に信頼性をもって測定可能である値に即して行われる。
【００３４】
好ましい一展開形は、目標電流が対称座標成分の方法により電流の正相と電流の逆相を介して設定されることにより特徴付けられている方法を提案する。特にこの際、正相は、大きさと位相による複素正相電流成分により考慮され、逆相は、大きさと位相による複素逆相電流成分により考慮される。
【００３５】
対称座標成分の方法は、現存する非対称の三相系を検知するための方法として既知であり、即ち基本的に測定方法として既知である。この際、電流を、対称座標成分の方法による分解（Zerlegung）を基礎にして設定することが提案される。この設定（プリセット）は、特に、２つの複素電流、即ち正相電流成分と逆相電流成分が設定されるように行うことができる。そしてそれに基づき、個々の３つの目標電流が各々につき大きさと位相について設定される。
【００３６】
従って一実施形態により、第１電流目標値、第２電流目標値、第３電流目標値の計算が、三相の現存の系統電圧の電圧の正相及び／又は電圧の逆相の値に依存して行われ、この際、三相の発生すべき電流の具体的な設定（プリセット）は、正相電流成分と逆相電流成分の設定を介して行われる。この場合、完全に異なる２つの処理方式ないしステップが基礎とされる。
【００３７】
第１ステップでは、三相系の実際状態、即ち三相電圧系の実際状態から出発し、この実際状態は、対称座標成分の方法を利用して表現される。
【００３８】
第２ステップでは、目標電流に関するものであり、この際、設定（プリセット）が画像領域（Bildbereich）において行われることにより全く異なった措置がとられる。特に正相成分と逆相成分を介し、所望の非対称度を設定することができる。同様にこの画像領域において、即ち正相成分と逆相成分の使用による表示領域（Darstellungsbereich）において、位相角を設定することができる。そしてそれから出発し、実際の目標電流、即ち時間領域（Zeitbereich）における目標電流が決定され、最終的に対応して変換される。
【００３９】
好ましくは、目標電流は、正相と逆相を介して設定される。時間領域における個々の目標電流としてこれらの目標電流を変換する際に、これらの目標電流は、好ましくは、電圧の正相の位相角、即ち三相系統内の電圧の実際状態に割り当てられている正相における位相角を基準としている。
【００４０】
好ましくは、目標電流は、電流の正相ないし正相電流成分に依存して計算され、系統故障の想定時には、これらの目標電流は、追加的に電流の逆相ないし逆相電流成分に依存して計算される。従って特に三相目標電流は、正相電流成分と逆相電流成分を介して設定することができ、それに対し、系統故障の場合には、系統状況に依存して両方の成分が使用され、系統故障が前提とされていない場合には、正相成分だけが使用される。それにより、系統故障及び／又は系統非対称性のような系統問題の考慮を行うことができる。
【００４１】
この際、特に故障のない対称の系統が存在する場合には、目標電流に関し、基本的に対称の系統を反映する正相電流成分だけを考慮する、給電のための効果的な方法が提案される。系統が数学的な意味において完全に対称であると、逆電流成分はゼロであり、それに対応し、非対称性が僅かであるとすることができる場合には、逆電流成分は小さいものである。従って適切なケースでは逆電流成分を無視することが提案される。念のため、逆電流成分との用語は逆相電流成分を表わし、正電流成分との用語は正相電流成分を表わすことを付言しておく。また系統は、系統が電圧を基礎にして作動することを強調するために、電圧系統と称することもできる。
【００４２】
有利な一実施形態により、本方法は、電流の正相ないし正相電流成分と電流の逆相ないし逆相電流成分が、正相の有効電力部分の設定値（予設定値）、正相の無効電力部分の設定値、及び／又は正相電流成分の大きさと比べた逆相電流成分の大きさの商の設定値に依存して決定されることにより特徴付けられている。
【００４３】
それにより簡単な方式で、有効電力部分と無効電力部分を設定（プリセット）することができる。好ましくは、三相電力系統の非対称性に反対作用するために、逆電流成分が使用される。それに依存せず、供給すべき電流の有効電力部分と無効電力部分は正相電流成分を介して設定することができる。このことは、特に、目標電流の供給が電圧の正相の位相角を基準としている場合に有利であり且つ有意義である。つまり、実質的に対称の電流部分を、対称の電圧部分へ適合（マッチング）して供給し且つ同時に非対称性を検知の際にも供給の際にも考慮することが達成可能である。
【００４４】
非対称度の設定（プリセット）又は非対称度を特徴付ける値の設定は、正相成分と逆相成分の商、即ち正相成分に対する逆相成分の商が固定される場合に、正相成分と逆相成分を介した三相目標電流の設定において簡単に行うことができる。或いはまた、固定の値の代わりに非対称度のために上限を設定することも可能である。
【００４５】
好ましくは、逆相電流成分は、正相電流成分に依存せずに調節及び／又は変更される。つまり例えば、正相電流成分を介し、先ずは、実質的に供給すべき電力、特に有効電力を振幅について設定することができる。それに対応し、簡単に表現すると、全電流がその振幅について第１近似において設定される。複素正相電流成分の設定時には、位相角を介しても、上述したように、有効電力と無効電力ないし有効電力部分と無効電力部分の分配が行われる。
【００４６】
逆電流成分を介し、先ずは、基本的に非対称性を設定することができる。特に非対称成分を、的確に目標を定め、特に質及び量により、電圧系統内の非対称性の少なくとも部分的な成分について設定することができる。それに対応し、正相電流成分と逆相電流成分の使用は、供給すべき三相電流の設定時に高い自由度を獲得する。正相電流成分の量は、特に基本的に風力発電装置の使用可能な電力により、そしてこの際、支配的な風の条件に依存して調節することができる。
【００４７】
好ましくは、本方法はオンラインで実行される。特に好ましくは、全ての方法ステップがオンラインで実行される。それによりできるだけ迅速に、起こり得る系統変化へ応答し且つ電流の供給をそれに対応して適合させることができる。特に説明した複数の実施形態は、特に正相電圧成分と逆相電圧成分への検知された三相電圧系の変換についてそうであるように、そのようなオンライン実行のために準備されている。特に既述した半周期だけの使用へ適合された離散フーリエ変換は、電流の検知と供給のための方法のそのようなオンライン実行を可能にしてくれる。
【００４８】
更に本発明により、既述の複数の実施形態のうちの少なくとも１つの、三相電圧系統へ電流を供給するための方法を使用する風力発電装置が提案される。
【００４９】
更に本発明により、複数のそのような風力発電装置を備えたウインドパークが提案される。そのようなウインドパークは、今日の最新の風力発電装置を用い、電力系統の重大な影響、特に電力系統の支援、また電力系統内の電流の品質改善をも可能とするサイズレンジを想定することができる。
【００５０】
この際、ウインドパークとしては、相互に影響を及ぼし合い、電力ネットワークへ電流を供給するための１つの又は複数の共通の供給ポイントを使用する、複数の風力発電装置の集合体として理解することができる。
【００５１】
以下、添付の図面に関連し、例示した実施例に基づいて本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】一風力発電装置を示す図である。
【図２】本発明による方法の一実施形態を説明するための概要図を示す図である。
【図３】図２の計算ブロックの詳細を示す図である。
【実施例】
【００５３】
図１は、一風力発電装置（風力エネルギー設備）を示しており、該風力発電装置は、特に本発明による方法を実現し、対応する駆動制御装置を備えた少なくとも１つの周波数変換器を有し、従って三相電力系統への給電（電力供給）が可能となっている。
【００５４】
図２による本発明の一実施形態の構造は、三相系統１０を前提とし、該三相系統１０へは、インバータ（直交変換器 Wechselrichter）１２が出力チョークコイル１４並びに変圧器１６を介して給電を行う。変圧器１６は、一次側１８と二次側２０を有する。変圧器１６は、二次側２０を介して三相系統１０と接続されており、一次側１８は、出力チョークコイル１４を介してインバータ１２と接続されている。
【００５５】
インバータ１２には、直流電圧中間回路２２を介して直流電流ないし直流電圧が供給され、好ましくは、直流電圧中間回路２２は、発電機により発生された電流が整流器を用いて整流されて該直流電圧中間回路２２へ供給されることにより、風力発電装置ないし風力発電装置の発電機により給電可能である。
【００５６】
従ってインバータ１２は、直流電圧中間回路２２の直流電流ないし直流電圧から三相交流を発生させ、該三相交流は、３つの個別電流ｉ１，ｉ２，ｉ３を有する。三相交流ないし３つの個々の電流は、パルス幅変調を用いて発生される。そのために必要なパルスは、対応する許容バンドブロック２４による許容バンド制御（Toleranzbandsteuerung）を用いて設定（プリセット）される。そのために許容バンドブロック２４は、制御すべき電流ｉ１，ｉ２，ｉ３を目標値として獲得する。
【００５７】
許容バンドブロック２４による電流目標値を基礎にしたスイッチング時間の計算は、許容バンド法（Toleranzbandverfahren）による基本的に既知の方式で行われる。つまり簡単に表現すると、電流実際値が許容バンドから逸脱する場合、即ちその都度の目標値を、所定の許容値を超えて上回るか、又は該許容値を超えて又は他の所定の許容値を超えて下回る場合には、１つのパルスの発生又は終了のために対応する半導体スイッチのスイッチング操作が起動される。基本的にこの許容バンド法の代わりに他の方法を使用することもできる。
【００５８】
本発明の本質的な一視点は、これらの目標値ｉ１，ｉ２，ｉ３の決定、及び／又は３つの目標電流の経過態様（Verlauf）にある。この際、目標電流の経過態様は、系統特性との関連でも把握ないし評価することができる。
【００５９】
需要に応じて系統へ給電するために、因みに「系統」（Netz）との用語の代わりに同義として「ネットワーク」（Netzwerk）との用語を使うこともできるが、測定フィルタ２６が設けられており、該測定フィルタ２６は、系統の三相の電圧（複数）を測定し、そのために各々の測定抵抗２８と測定容量３０、即ちコンデンサとを有する。これらの素子は、各相のために設けられており、図２によるとそれらの電圧の測定は、変圧器１６の１次側１８で行われている。代替的に変圧器１６の二次側２０か又は系統１０内の他の箇所においても測定することができる。三相系統の測定の実行については、ドイツ特許出願公開明細書の上記特許文献６が参照とされ、上記特許文献６では、その図３において、本願の図２の測定フィルタ２６に対応する測定フィルタを開示している。
【００６０】
測定された電圧ｕＬ１（ｔ），ｕＬ２（ｔ），ｕＬ３（ｔ）は、変換ブロック３２へ入力され、該変換ブロック３２は、大きさと位相を有する複素量へ、極座標で測定された電圧値の時点における変換を計算し、即ち大きさとして系統電圧ＵＮと、位相として角度φＮを計算する。位相角は、第１電圧に関係している。当該計算は、以下のように行うことができ、この際、ｕ１，ｕ２，ｕ３は、各々、電圧ｕＬ１（ｔ），ｕＬ２（ｔ），ｕＬ３（ｔ）の現在の電圧値を表わしている：
【００６１】
0005933016.tif 000002
0005933016.tif 000003
0005933016.tif 000004
【００６２】
因みにこれらの数式並びにこれらの数式についての更なる説明は、上記特許文献６に記載されている。
【００６３】
そのように決定された系統電圧ＵＮと、そのように決定された系統位相角φＮは、ＳＯ１ブロックと称することもできる状態観察ブロック３４へ入力される。位相角のための状態観察ブロック３４の入力部は、更に状態スイッチ３６を有し、該状態スイッチ３６は、系統内の起こり得る故障の場合に依存し、系統位相角φＮの代わりに変換ブロック３２の出力として、他の位相角を状態観察ブロック３４へ入力することができ、このことについては、後続段落で更に説明を加える。
【００６４】
状態観察ブロック３４は、観察された状態量として、系統電圧の評価された実効値として評価量Ｕを出力し、系統位相角の評価量として、評価された位相角φを出力する。
【００６５】
状態観察ブロック３４と共に変換ブロック３２の可能な実施形態も、上記特許文献６に記載されている。この際、上記特許文献６の図４並びにそれに対応する説明が参照される。変換ブロック３２は、例えば、上記特許文献６の図４のブロック６のように実施することができる。また状態観察ブロック３４は、例えば、上記特許文献６の図４のブロック１０及び１２を有するブロックＦ１のように実施することができる。
【００６６】
評価された位相角φは、直接的に決定ブロック（Ｂ）３８へ入力される。決定ブロック３８は、三相電流のための目標値ｉ１（ｔ），ｉ２（ｔ），ｉ３（ｔ）を計算する。これらの目標電流は、許容バンドブロック２４のための入力を構成し、従ってインバータ１２において実行される変調のための基礎を構成する。この際、評価された位相角φは、重要な基礎量であるが、その理由は、稼働中の交流系統内の交流電流の供給は、系統内のその都度の現在の位相角を認識することでのみ可能なためである。それでも決定ブロック３８は、少なくとも間接的に更なる情報、即ち評価された系統電圧Ｕ、供給すべき有効電力及び／又は無効電力の可能な設定値（プリセット）、並びに重大な系統故障があるか又はその可能性があるか否かについての情報を考慮する。これらの情報は、最終的にはＰＱ制御ブロック４０を介して決定ブロック３８へ達する。決定ブロック３８は、目標電流ｉ１（ｔ），ｉ２（ｔ），ｉ３（ｔ）の計算又は決定を行い、この際、基礎となる計算は、系統故障が認識されたか否かに依存している。この理由から、このブロック３８のために「決定ブロック」との用語が選択されるに至った。決定ブロック３８の内部の計算については、後続段落で更に説明を加える。ＰＱ制御ブロックへの更なる情報についても、同様に後続段落で更に説明を加える
【００６７】
決定ブロック３８は、後続段落で更に詳細に説明するが、正相（Mitsystem）と逆相（Gegensystem）への分解（Zerlegung）を使用する。それに対応し、正相電流ないし正相電流成分Ｉ＋と、逆相電流ないし逆相電流成分Ｉ−が、各々、決定ブロック３８の入力量を構成する。決定ブロック３８は、いずれにせよ系統故障がない場合には、正相を基礎とし、正相成分は、本願全般において半行上に記入された＋の記号で特徴付けられており、それに対し、逆相成分は、半行上に記入された−の記号で特徴付けられている。換言すると、図２のシステム、特に決定ブロック３８における計算は、正相成分を基準値（referenzieren）としている。
【００６８】
正相又は逆相への測定された電圧Ｕ１（ｔ），Ｕ２（ｔ），Ｕ３（ｔ）の分解は、計算ブロック４２において行われ、該計算ブロック４２は、そのために規定の周波数ｆｓｅｔを使用する。この周波数は、想定される系統周波数の最も簡単な場合には、例えばヨーロッパの相互接続系統では５０Ｈｚであり、米国の系統では６０Ｈｚである。或いはまた他の値、場合により可変の値を選択することも可能である。
【００６９】
決定ブロック３８は、入力信号として更に少なくとも、計算ブロック４２における三相電圧の変換による、逆相の位相角φＵ−ｆｓｅｔを取得する。更に決定ブロック３８は、入力として、系統故障を前提とするか否かの指標としてのフラグを取得する。決定ブロック３８において行われる、３つの目標電流ｉ１（ｔ），ｉ２（ｔ），ｉ３（ｔ）の計算は、フラグのための値に依存して行われる。
【００７０】
フラグが０の場合、即ち故障ケースでない場合には、３つの電流は、以下のように計算される：
【００７１】
0005933016.tif 000005
【００７２】
従って各々の目標電流の各々の現在値は、正相目標電流Ｉ＋の大きさと、評価された系統位相角φと、正相の目標電流の位相角φＩ＋とを基礎としている。この際、評価された系統位相角φは、第１相に対し、系統電圧のその都度の現在の絶対位相角を表わしている。正相電流成分の位相角φＩ＋は、系統電圧の位相角φに対し、正相の電流の位相角を表わしている。
【００７３】
フラグが１の値をとる場合（フラグ＝１）には、系統故障が前提とされる。そのような系統故障又は系統障害には、以下のものが含まれる：
−  角度安定性の損失、
−  孤立系構成の発生、
−  三相短絡の発生、及び、
−  二極短絡の発生。
【００７４】
そのような系統障害の種類についての更なる説明も、上記特許文献６に記載されている。そのような系統故障の発生は、検知された系統状態、特に位相角φと電圧の高さＵとが間違って検知されてしまう及び／又は供給すべき電流のための方向付けに適正を欠くか又は適していないことをもたらすことにもなる。従って系統故障が前提とされる場合のための決定ブロック３８における計算は、全般的に述べると、より強く計算ブロック４２における算定量（ermittelte Groessen）を基礎とし、従ってより強く規定の周波数ｆｓｅｔを基礎としている。このことは、単に全般的な説明としてのみ理解されるべきであり、それ故、念のため、計算ブロック４２の計算は、正相電流成分Ｉ＋と逆相電流成分Ｉ−の決定を介して決定ブロック３８へ取り入れられ、それ故、系統故障を想定しない決定ブロック３８における計算にとっても重要であることを指摘しておく。
【００７５】
系統故障の想定時（フラグ＝１）には、目標電流ｉ１（ｔ），ｉ２（ｔ），ｉ３（ｔ）の計算ないし決定の後、以下の３つのステップが提案される。以下の計算ステップは、系統故障のない場合の上記の計算もそうであるが、３つの目標電流ｉ１（ｔ），ｉ２（ｔ），ｉ３（ｔ）のために各々１つの現在値が許容バンドブロック２４へ受け渡される各時点のために行われる。
【００７６】
第１ステップでは、正相と逆相のために、各々、ｃｏｓ成分Ｉ＋ＣとＩ−Ｃ並びにｓｉｎ成分Ｉ＋ＳとＩ−Ｓが、以下のように計算される：
【００７７】
0005933016.tif 000006
【００７８】
第１ステップの上記の連立方程式において、Ｉ＋は、正相電流成分の大きさを表わし、それに対応し、Ｉ−は、逆相電流成分の大きさを表わしている。φＩ＋ないしφＩ−は、正相ないし逆相の位相角を表わしている。これらの角度は、図２の構造によると、明確に決定ブロック３８に受け渡されてはいないが、複素正相電流成分Ｉ＋ないし複素逆相電流成分Ｉ−の固有要素である。計算ブロック４２において決定される、電圧の逆相成分の位相角は、後続段落で更に説明されるが、決定ブロック３８に直接的に受け渡される。
【００７９】
基本的に既知である対称座標成分の方法に基づき、正相成分と逆相成分への三相系統電圧の分解が計算ブロック４２において行われることが顧慮されなくてはならない。この対称座標成分の方法は、ＰＱ制御ブロック４０による電流の正相成分及び逆相成分の決定の基礎にもなっている。これらの両方の電流成分は、複素数値として決定ブロック３８に受け渡される。計算ブロック４２による系統電圧のこの分解が、理想的な場合には、系統電圧の実際状態の表示（Darstellung）を表わす一方、ＰＱ制御ブロック４０における電流のための正相と逆相への分配（分解）は、供給すべき所望の電流の表示、ないし供給すべき所望の電流の準備中の表示を内容として含んでいる。つまり電流のための正相と逆相のこの表示は、例えば、所望の無効電力部分を供給するために、電圧に対して相対的に所望の電流の位相ずれを内容として含むことができる。
【００８０】
今や、正相のためにも逆相のためにもそのように計算されたｃｏｓ成分とｓｉｎ成分Ｉ＋Ｃ，Ｉ＋Ｓ，Ｉ−Ｃ，Ｉ−Ｓから、補助電流値ｉ＊と補助角度値φ＊が、第２ステップにおいて、以下のように計算される：
【００８１】
0005933016.tif 000007
【００８２】
補助電流値ｉ＊と補助角度値φ＊から、最終的に第３ステップにおいて、目標電流ｉ１（ｔ），ｉ２（ｔ），ｉ３（ｔ）の各々のために、該当時点のための各々の値が、以下のように計算される：
【００８３】
0005933016.tif 000008
【００８４】
この第３ステップにおいては、３つの目標電流ｉ１（ｔ），ｉ２（ｔ），ｉ３（ｔ）のために３つの個々の値が計算されることが顧慮されなくてはならない。このことは、各計算時点のために行われ、つまり各周期（各周期時間）のために何度も行われる。また各時点において補助電流値ｉ＊と補助角度値φ＊が変化することが顧慮されなくてはならない。従って第３ステップの計算の３つの方程式が２／３πないし４／３πの角度オフセットでのみ異なっているにもかかわらず、それらの補助電流値ｉ＊と補助角度値φ＊の変化に応じ、この第３ステップの計算の結果は、対称の三相電流系をもたらす必要はない。つまりそれにもかかわらず３つの電流の非対称の設定値（プリセット）、従って非対称の供給が、正に対称の供給のように可能となっている。因みに意味合いとして同じことが、系統故障を前提としない場合、即ちフラグ＝０の場合にも、決定ブロック３８における目標電流ｉ１（ｔ），ｉ２（ｔ），ｉ３（ｔ）の上述の計算にも該当する。
【００８５】
図３は、図２で示された全体構造の計算ブロック４２の詳細を示している。それによると、測定された系統電圧ｕ１（ｔ），ｕ２（ｔ），ｕ３（ｔ）が読み取られ、それから、ハーフサークルＤＦＴ（ＨＡＬＦ・ＣＹＣＬＥ・ＤＦＴ）と称される変換ブロック５０において複素電圧Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３へ変換ないし換算される。これらの複素電圧Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３は、理想的な場合には、単に、測定された系統電圧ｕ１（ｔ），ｕ２（ｔ），ｕ３（ｔ）のための他の表示であり、固定の周波数を有するサイン形状の経過態様を前提としている。
【００８６】
従ってそれらの３つの複素電圧Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３は、三相電圧系を定義するが、非対称であり得る。それに対応し、正相成分と逆相成分へのこの三相系の分解は、対称座標成分の方法を基礎として行われる。正相成分、即ちその大きさＵ＋ｆｓｅｔとその位相φＵ＋ｆｓｅｔが正相変換ブロック５２において計算され、逆相成分、即ちその大きさＵ−ｆｓｅｔとその位相φＵ−ｆｓｅｔが逆相変換ブロック５４において計算される。簡単にＤＦＴ変換ブロックとも称すことのできるハーフサークルＤＦＴ・計算ブロック５０も、正相変換ブロック５２と逆相変換ブロック５４も、その計算のために、設定され且つ外部から入力された周波数ｆｓｅｔないしそれから計算される角度φｆｓｅｔを使用する。規定のないし固定設定された角度φｆｓｅｔは、積分ブロック５６において、規定のないし設定された周波数ｆｓｅｔの積分により得られる。
【００８７】
正相成分と称することもできる正相の計算、並びに逆相成分と称することもできる逆相の計算は、基本的に、対称座標成分の方法の理論から知られている。この際、非対称の三相系は、所謂フェーザ（Phasoren）により正相、逆相、零相へ分配される。正相は、基礎となる三相系と同じ回転方向を有し、それに対し、逆相は、その本来の系とは逆の方向を有する。正相をそれ自体で見ると、また逆相をそれ自体で見ると、各々それ自体対称である。零相は、全てのフェーザ（位相ベクトル）が同じ方向且つ同じ長さを有する系を示している。この零相は、本来の系の合計で起こり得るゼロからのずれを補償する。しかし本ケースにおいては、中性線が存在しないないし考慮されないことによっても理由付けられているが、零相は観察されず、従って計算されず、正相ないし正相成分と逆相ないし逆相成分だけが観察され、従って計算される。
【００８８】
三相非対称系からの正相と逆相の計算は、当業者にとって様々な参考書から知られており、従ってここで詳述な説明は行わないものとする。
【００８９】
複素電圧値Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３の計算は、離散フーリエ変換（手短にＤＦＴ（diskrete Fouriertransformation）と称する）の基本的に既知の方法を基礎としている。離散フーリエ変換において、基本振動（Grundschwingung）とその調和振動（Oberschwingung）のスーパーポジションとして、即ち直流部分の重なり合いとしての周期的な信号は、一体一に対応する即ち可逆の方式により記述される。最も簡単な場合には、直流部分も調和振動も存在せず、ないしそのような部分は、無視することができる。この場合、対応して記述された成分は省略され、大きさと位相と周波数による信号の記述が専ら使用される。そのような離散フーリエ変換を行うためには、周期的な信号の周期（周期時間）が検知されなくてはならない。ヨーロッパの相互接続系統内の電圧がそうであるように５０Ｈｚの周波数のサイン形状の信号がある場合（意味的に例えば米国における６０Ｈｚの系統にも転用できる）には、周期長Ｔは、１／ｆ＝１／５０Ｈｚ＝２０ｍｓである。つまり５０Ｈｚの電圧系統の電圧信号の離散フーリエ変換のためには、少なくとも２０ｍｓが必要とされる。この時間は、系統内で系統故障に対して迅速に応答が成されるべき場合には、極めて長い時間となり得る。
【００９０】
ここで、変換すべき信号の半周期長だけを使用することが提案される。つまり各電圧信号Ｕ１（ｔ），Ｕ２（ｔ），Ｕ３（ｔ）から、各々、半周期長だけが考慮される。ハーフサイクルＤＦＴともここでは称されるこの修正されたＤＦＴの結果は、変換ブロック５０において計算され、出力される。それに対応し、３つの電圧位相の各々のために電圧の大きさＵｉと電圧の位相φＵｉが得られる。変数「ｉ」は、１か２か３の値をとることでき、それに対応して第１相、第２相、第３相である。
【００９１】
0005933016.tif 000009
【００９２】
この計算は、各相のために計算され、即ちインデックスｉにより表わされており、従って該インデックスｉは、位相に応じて１か２か３の値をとる。従って先ず第１電圧部分ＵｉＣと第２電圧部分ＵｉＳが、各々記載された積分を用いて計算される。つまり従って０から１／２ｆｓｅｔまでの所定の積分が計算される。この際、１／２ｆｓｅｔ＝（１／２）Ｔであり、従って所定の積分は、周期長Ｔの半分にわたって計算される。第１電圧部分ＵｉＣのためには、更に基準化係数ＫＣが考慮され、第２電圧部分ＵｉＳのためには、対応して基準化係数ＫＳが考慮されており、この際、これらの両方の基準化係数（スケーリング因子）は、同一であることも可能である。上記の両方の積分は、異なる方式で計算することができる。例えば、離散的な計算を行うことも考慮でき、特に各々の電圧値ｕｉ（ｔ）がプロセス計算機において、従って変換ブロック５０においてサンプリング値として存在することを考慮することができる。例えばプロセス計算機においてそのような積分形成又はそれに類似の積分形成を具体的に実現することは、当業者にとって周知である。因みに、第１電圧部分ＵｉＣと第２電圧部分ＵｉＳが、虚数部と実数部として解釈され得るだろうことも指摘しておく。
【００９３】
第１電圧部分と第２電圧部分のための両方の積分の計算時には、各々、半周期（半周期時間）に至るまで以前に戻って位置するｕｉ（ｔ）の電圧値が考慮されることが顧慮されなくてはならない。実際的な一例を述べるが、５０Ｈｚの周波数を有するサイン形状の電圧信号の場合には、１０ｍｓという半周期が得られる。従ってほぼ１０ｍｓ後の変化は、この修正されたＤＦＴないしハーフサイクルＤＦＴにより完全に検知される。しかし最初の影響（erste Auswirkungen）は、そのような変化をそれらの発生時において既に有している。従って図３の変換ブロック５０において提案された、複素電圧値、即ちＵ１，Ｕ２，Ｕ３の変換ないし計算を際めて迅速に行うことができる。変換ブロック５０が使用するサンプリング周波数は、例えば５ｋＨｚとすることができ、従って２００μｓごとに計算値が得られる。従ってこの２００μｓとは、この例では、それ以降系統電圧の変化の最初の影響が、計算された複素電圧値に反映されるという期間（Dauer）である。
【００９４】
それに対応し、ほぼこの時間の後にも、正相の値と逆相の値における影響が得られ、即ちＵ＋ｆｓｅｔ，φＵ＋ｆｓｅｔ，Ｕ−ｆｓｅｔ，φＵ−ｆｓｅｔのためである。
【００９５】
図２は、計算ブロック４２において計算された正相と逆相のための成分の更なる使用を以下のように示している。
【００９６】
状態スイッチ３６は、故障信号に依存し、即ちフラグに依存して切り替えられる。フラグ＝０の場合、即ち系統故障がないことが前提とされる場合には、状態スイッチ３６は、変換ブロック３２において計算された系統位相角φＮが状態観察ブロック３４の入力量として使用されるように切り替えられる。
【００９７】
しかし系統故障が前提とされる場合には、フラグ＝１であり、状態スイッチ３６は、位相角φＵ＋ｆｓｅｔ、即ち正相の計算された位相角が、状態観察ブロック３４の入力、即ち入力角を構成するように切り替えられる。つまりこの場合には、正相の位相角が状態観察ブロック３４のための基礎を構成する。このことは、いずれにせよ位相角に関しては正相が基準とされると解釈することもできる。
【００９８】
逆相の位相角φＵ−ｆｓｅｔは、決定ブロック３８の一入力信号を構成する。この角度は、決定ブロック３８において、系統故障が前提とされる場合に必要であり、このことは、決定ブロック３８における計算ないしプロセスとの関連で既に説明が成されている。それ故、決定ブロック３８は、系統故障の想定時には、正相と逆相の位相角を結合（リンク）し、従って系統電圧の非対称性を考慮する。この場合、既述のように、逆相の位相角φＵ−ｆｓｅｔは、直接的に状態観察ブロック３４の状態観察を介し、そして正相の位相角φＵ＋ｆｓｅｔは、間接的に状態観察ブロック３４の状態観察を介して作用する。
【００９９】
計算ブロック４２において計算された正相の電圧の大きさＵ＋ｆｓｅｔと逆相の電圧の大きさＵ−ｆｓｅｔは、ＰＱ制御ブロック４０において使用される。ＰＱ制御ブロックでは、基本的に所望の供給すべき電流が、供給すべき３つの全ての電流に関して決定される。設定（プリセット）とも称することのできるこの決定は、対応して各々の複素正相電流Ｉ＋と複素逆相電流Ｉ−を出力する。従って三相電流が非対称であり、それ故、対称座標成分の方法による記述が使用されるという可能性が少なくとも前提とされる。ＰＱ制御ブロック４０は、確かに計算ブロック４２において作成されて構成された電圧振幅Ｕ＋ｆｓｅｔとＵ−ｆｓｅｔを使用するが、正相電流成分Ｉ＋と逆相電流成分Ｉ−の計算のためには、個別の計算、即ち正相と逆相への分解を行う。
【０１００】
この規定の電流の計算は、異なる設定（プリセット）を考慮することができ、即ち供給すべき有効電力部分、特に正相の有効電力部分Ｐ＋と、供給すべき無効電力部分、即ち正相の無効電力部分Ｑ＋である。更に正相の電流Ｉ＋に対する逆相の電流Ｉ−の電流の大きさの比率、即ちＩ−／Ｉ＋を考慮することができる。この商（除法表現）は、これらの正相成分と逆相成分により記述される三相系の非対称度のための尺度である。
【０１０１】
更にＰＱ制御ブロック４０は、複数の故障基準を考慮し、これらの故障基準から、系統故障を導き出すことができ、系統故障がないことが前提とされる場合には０の値をとり、系統故障があることが前提とされる場合には１の値をとる既述のフラグを決定する。そのような故障基準は、例えば、強い周波数変化や、１つの相の欠落や、或いは全相の振幅における欠落ないし強い低下等であり得る。また故障基準は、既に外部評価の結果であるか又は系統提供者から受け渡され、この際には場合により系統故障の種類も詳述する直接的な信号でもあり得る。
【０１０２】
ＰＱブロックは、様々な方式で実施することができる。ＰＱブロックは、例えば、Ｕ＋ｆｓｅｔとＵ−ｆｓｅｔとＵを同時に考慮することができる。例えば、基本的に合成値であるＵ＋ｆｓｅｔとＵ−ｆｓｅｔと、実際の電圧のためにあるＵとは、正確に再現される必要はない。つまり、Ｕ＋ｆｓｅｔとＵ−ｆｓｅｔは、例えば、周波数誤差をもつことができる。具体的な状況に依存し、一方の値か又は他方の値か又は両方の値が使用される。
【符号の説明】
【０１０３】
（図２）
１０    三相系統
１２    インバータ
１４    出力チョークコイル
１６    変圧器
１８    一次側
２０    二次側
２２    直流電圧中間回路
２４    許容バンドブロック
２６    測定フィルタ
２８    測定抵抗
３０    測定容量（コンデンサ）
３２    変換ブロック
３４    状態観察ブロック（ＳＯ１ブロック）
３６    状態スイッチ
３８    決定ブロック
４０    ＰＱ制御ブロック
４２    計算ブロック
５０    ハーフサイクルＤＦＴ・計算ブロック
５２    正相変換ブロック
５４    逆相変換ブロック
５６    積分ブロック
ｕＬ１（ｔ），ｕＬ２（ｔ），ｕＬ３（ｔ）  測定された電圧
ｉ１（ｔ），ｉ２（ｔ），ｉ３（ｔ）      三相電流のための目標値
ＵＮ  系統電圧
φＮ  系統位相角
Ｕ    評価された系統電圧
φ    評価された位相角
Ｉ＋    正相電流
Ｉ−    逆相電流
ｆｓｅｔ    規定の周波数
Ｕ＋ｆｓｅｔ    正相成分の大きさ
Ｕ−ｆｓｅｔ    逆相成分の大きさ
φＵ＋ｆｓｅｔ  正相の位相角
φＵ−ｆｓｅｔ  逆相の位相角
Ｉ＋    正相の電流
Ｉ−    逆相の電流
Ｐ＋    正相の有効電力部分
Ｑ＋    正相の無効電力部分
（図３）
ｕ１（ｔ），ｕ２（ｔ），ｕ３（ｔ）  測定された電圧
Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３  複素電圧
ｆｓｅｔ      規定の周波数
φｆｓｅｔ      規定の角度
Ｕ＋ｆｓｅｔ    正相成分の大きさ
Ｕ−ｆｓｅｔ    逆相成分の大きさ
φＵ＋ｆｓｅｔ  正相の位相角
φＵ−ｆｓｅｔ  逆相の位相角
【図１】
0005933016.tif 000010
【図２】
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【図３】
0005933016.tif 000012