(57)【要約】  ２重給電式非同期機（５）の送出するまたは受け取る有効および無効電力を制御する本発明の方法および装置では、（下位の電流制御器を省略するという条件下で）この機械の最大許容電流（１６）の維持はつぎのようにして保証される。すなわち、２重給電式非同期機の動作中に、非同期機のモデルが使用されて（有利には少なくともこの機械の制限すべき電流の実際値によって補正された）上記の最大許容電流（１６）から、送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値（１０ａ）と、送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値（１０ｂ）とが計算されて、最大許容電流（１６）を上回らないようにされる。引き続いて上記の有効電力目標値および無効電力目標値は、計算された上記の最大許容値に制限される。
2009540790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送出するまたは受け取る有効電力ならびに送出するまたは受け取る無効電力が、あらかじめ設定した有効電力目標値および無効電力目標値に基づいて制御される、２重給電式非同期機（５）の電流を制限する方法において、
前記の２重給電式非同期機の動作中に、送出するまたは受け取る有効電力の最大許容目標値（１０ａ）および送出するまたは受け取る無効電力の最大許容目標値（１０ｂ）が、あらかじめ設定した最大許容電流（１６）から、前記の非同期機（５）のモデルに基づいて計算されて、当該の最大許容電流を上回らないようにし、また前記のあらかじめ設定した有効電力目標値および無効電力目標値が、計算した最大許容有効電力目標値および無効電力目標値に制限されることを特徴とする、
２重給電式非同期機（５）の電流を制限する方法。
【請求項２】
前記の有効電力および無効電力に対する最大許容目標値を計算する際に、少なくとも前記の制限すべき電流の実際値を使用して補正する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
優先有効電力を指定する際、まず前記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値（１０a）を決定して、前記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の目標値に依存して、送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値（１０ｂ）を決定し、
優先無効電力を指定する際、まず送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値（１０ｂ）を決定し、
前記の送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値に依存して、前記の送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値（１０ａ）を決定する、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記の２重給電式非同期機（５）の簡略化されたモデルを用いて、前記の最大許容電流から、最大許容皮相電力を求める、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
優先有効電力を指定する際、前記の最大許容皮相電力と補正有効電力（１１ａ）とから、前記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値（１０ａ）を決定し、
前記の送出するまたは受け取る有効電力の実際値（２ａ）と、補正有効電力（１１ａ）と、補正無効電力（１１ｂ）とから、前記の送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値（１０ｂ）を決定する、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
優先無効電力を指定する際、前記の最大許容皮相電力と補正有効電力（１１ｂ）とから、前記の送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値（１０ｂ）を決定し、
前記の送出するまたは受け取る無効電力の実際値（２ｂ）と、補正無効電力（１１ｂ）と、補正有効電力（１１ａ）とから、前記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値（１１ａ）を決定する、
請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記の送出するまたは受け取る有効電力に対する近似値と実際値（２ａ）とから、適合化ルールを用いて前記の補正有効電力（１１ａ）を決定し、
前記の近似値は、前記の２重給電式非同期機械の簡略化されたモデルによって求められる有効電力と、フィードバックされる補正有効電力（１１ａ）との和からなる、
請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記の送出するまたは受け取る無効電力に対する近似値と実際値（２ｂ）とから、適合化ルールを用いて前記の補正無効電力（１１ｂ）を決定し、
前記の近似値は、前記の２重給電式非同期機械の簡略化されたモデルによって求められる無効電力と、フィードバックされる補正無効電力（１１b）との和からなる、
請求項５または６に記載の方法。
【請求項９】
前記の最大許容皮相電力を正相成分量から決定し、
前記の最大許容電流を電流実際値の逆相成分だけ小さくすることによって、前記の電流の最大許容正相成分を決定する、
請求項４から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記の送出するまたは受け取る有効電力の実際値の代わりに、前記の送出するまたは受け取る正相有効電力の実際値を、また送出するまたは受け取る無効電力の実際値の代わりに、前記の送出するまたは受け取る正相無効電力の実際値を使用する、
請求項５から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記の２重給電式非同期機の簡略化されたモデルを用いて有効電力および無効電力を求めるため、正相成分量を使用する、
請求項７または８に記載の方法。
【請求項１２】
前記の２重給電式非同期機のロータ電流を制限する、
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記の２重給電式非同期機のステータ電流を制限する、
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記の２重給電式非同期機のステータの有効電力および無効電力を制御する、
請求項１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記の２重給電式非同期機に接続されている給電網の有効電力および無効電力を制御する、
請求項1から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
２重給電式非同期機（５）の送出するまたは受け取る有効電力または送出するまたは受け取る無効電力を制御する装置であって、
当該装置には前記の２重給電式非同期機の電流を制限する手段が含まれている形式の装置において、
前記の２重給電式非同期機の動作中に、送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値（１０ａ）と、送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値（１０ｂ）とが、前記の手段により、非同期機の数学モデルに基づき、あらかじめ設定した最大許容電流から決定されて、当該の最大許容電流（１６）を上回らないようにしたことを特徴とする装置。
【請求項１７】
前記装置には、優先度を指定する手段が含まれており、
優先有効電力を指定する際、まず前記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値（１０a）が当該手段によって決定され、
前記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の目標値に依存して、送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値（１０ｂ）が前記手段によって決定され、
優先無効電力を指定する際、まず送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値（１０ｂ）が前記手段によって決定され、
前記の送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値に依存して、前記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値（１０ａ）が前記手段によって決定される、
請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記手段により、前記の２重給電式非同期機の簡略化されたモデルが使用されて、前記の最大許容電流から最大許容皮相電力が求められる、
請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
優先有効電力を指定する際、前記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値（１０ａ）が、前記の最大許容皮相電力と補正有効電力（１１ａ）とから前記手段によって決定され、
前記の送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値（１０ｂ）が、前記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の実際値（２ａ）と、補正有効電力（１１ａ）と、補正無効電力（１１ｂ）とから前記手段によって決定される、
請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
優先無効電力を指定する際、前記の送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値（１０ｂ）が、前記の最大許容皮相電力と補正有効電力（１１ｂ）とから前記手段によって決定され、
前記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値（１０ａ）が、前記の送出すべきまたは受け取るべき無効電力の実際値（２ｂ）と、補正無効電力（１１ｂ）と、補正有効電力（１１ａ）とから前記手段によって決定される、
請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記の送出するまたは受け取る有効電力に対する近似値と実際値（２ａ）とから、適合化ユニットを用いて前記の補正有効電力（１１ａ）が決定され、
前記の近似値は、前記手段によって２重給電式非同期機械の簡略化されたモデルが使用されて求められる有効電力と、フィードバックされる補正有効電力（１１ａ）との和からなる、
請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記の送出するまたは受け取る無効電力に対する近似値と実際値（２ａ）とから、適合化ユニットを用いて前記の補正無効電力（１１ｂ）が決定され、
前記の近似値は、前記手段によって２重給電式非同期機械の簡略化されたモデルが使用されて計算される無効電力と、フィードバックされる補正無効電力（１１ｂ）との和からなる、
請求項１９または２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記の最大許容皮相電力は、前記手段により、正相成分量から決定され、
前記の最大許容電流を電流実際値の逆相成分だけ小さくする手段によって、前記の電流の最大許容正相成分を決定する、
請求項１８から２２までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２４】
前記手段により、前記の送出するまたは受け取る有効電力の実際値の代わりに、前記の送出するまたは受け取る正相有効電力の実際値が、また送出するまたは受け取る無効電力の実際値の代わりに、前記の送出するまたは受け取る正相無効電力の実際値が使用される、
請求項１９から２２までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２５】
前記の２重給電式非同期機の簡略化されたモデルを用いて有効電力および無効電力を求めるため、前記手段により、正相成分量が使用される、
請求項２１または２２に記載の装置。
【請求項２６】
前記の２重給電式非同期機のロータ電流が制限される、
請求項１６から２５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２７】
前記の２重給電式非同期機のスタータ電流が制限される、
請求項１６から２５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２８】
前記の２重給電式非同期機のステータの有効電力および無効電力が制御される、
請求項１６から２５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２９】
前記の２重給電式非同期機に接続されている給電網の有効電力および無効電力が制御される、
請求項１６から２５までのいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２重給電式非同期機の送出するまたは受け取る有効電力および無効電力を制御する方法および装置に関しており、ここでは上記の機械の電流を制限しようとするものである。
【０００２】
上記の２重給電式非同期機は、そのステータが一般に、一定の振幅および周波数の電圧によって駆動されかつ例えば給電網に接続される非同期機である。２重給電式非同期機のロータは、スリップリングを介してインバータ、有利にはパルスインバータに電気接続される。これによってロータに可変の振幅および周波数を有する電圧を加えることができる。上記の２重給電式非同期機により、一定のステータ電圧ないしは給電網電圧および可変のロータ回転数での動作が可能になる。上記のインバータは制御ユニットによって駆動制御することができ、これによって上記の２重給電式非同期機から送出するまたは受け取る有効電力および無効電力を制御することが可能である。この２重給電式非同期機は、例えば高出力の風力発電装置において造波装置（Wellengenerator）としてまたはフライホイールマス蓄積器（Schwungmassenspeicher）に関連して使用される。
【０００３】
上記の機械およびインバータを熱的な過負荷から保護するためには、最大許容電流を上回ってはならない。ここでは静的な最大許容電流と、動的な最大許容電流とを区別しなければならない。
【０００４】
上記の静的な最大許容電流は、例えば、機械のすべり周波数、周囲温度またはインバータの切換周波数などの種々異なるファクタに依存し得る。またこの静的な最大許容電流は、上記の機械およびインバータの冷却にも依存する。別個のファンによって強制的に空気冷却を行う際には、上記の許容電流は、一般には給電網電圧に相応するファン電圧にも依存し得る。
【０００５】
固定荷重（Dauerlast）を有するシステムでは、静的な最大許容電流を決定するので十分である。負荷がつねに変化するシステムでは一般に、所定の負荷許容差（Lastspiel）を許容したいという要求があり、これによって固定負荷に対してではなく最大の一時的負荷に相応してシステムを設計しなければならない。ここでは許容連続電流を上回る電流が一時的に許容される。一般的には簡略化して、損失電力が、ひいてはこのシステムの熱負荷が、電流の２乗に比例して増大するとする。システムを過負荷状態にさせないため、保証しなければならないのは、上記の電流の２乗の時間的な平均値が、最大許容連続電流の２乗を上回らないようにすることである。このようにして動的な最大許容電流が定められる。
【０００６】
２重給電式非同期機の送出するまたは受け取る有効電力および無効電力を制御するため、制御のカスケード構造がしばしば使用される。ここでは有効電力および無効電力に対して一つずつの制御器が設けられる。上記の電力制御器の出力は、下位の電流制御器に対する電流の目標値を表す。この電流の目標値は、実際値と比較される。差分信号によって、下位の電流制御器に対する入力が形成される。上記の電流の最大許容値への制限は、それが静的な最大許容電流値であろうと、または動的な最大許容電流値であろうと、上記のような装置において、有効および無効電力制御器の出力を制限することによって極めて簡単に実行することができる。しかしながらこのような制御構造は、明らかな欠点を有するのである。複数の下位の電流制御器を有する上記のようなカスケード構造により、動的特性ついてさまざまな制限を甘受しなければならない。所定の複数の制御器構造によって確かにこの動的特性を改善することはできるが、これらの制御構造により、パラメタ調整について高い要求が課されるのである。制御構造をそれぞれの装置に入念に調整しなければ、上記の制御の動的特性を改善することはできないのである。
【０００７】
このような欠点に起因して、要求が極めて動的である場合には、下位の電流制御の省略することが試みられるのである。
【０００８】
このために基本的に考えられるのは、上記の電流を間接的に制限することであり、しかも送出するまたは受け取る有効電力および無効電力の目標値を制限することによってこれを行うことである。このために考えられ得るのは、送出するまたは受け取る有効電力および無効電力の最大許容目標値を有する特性曲線を、種々異なる影響量に依存して求めて使用することである。このような影響量は、例えば電圧、周波数または回転数とすることが可能である。しかしながらその他の多くの影響量により、前もって計算される特性曲線の不正確さは不可避的に一層大きくなってしまう。これにより、多くの動作状態において、装置を保護するために実際に必要であるよりも電流を大きく制限しなければならないことになってしまうのである。すなわちこのような保護コンセプトでは、上記のインバータおよび機械を、相応に大きな電力に対して設計して、許容値がつねに維持されるように保証しなければならないのであるが、これらの許容値の上記のような持続的な維持を省略することはできないのである。
【０００９】
したがって本発明の課題は、送出するまたは受け取る有効電力および無効電力が制御される２重給電式非同期機の電流を高い信頼性で制限して、電力制御の動的特性が影響を受けず、またできる限り小さい電力に対して上記の装置を設定できるようにすることである。
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明では請求項１の特徴部分に記載した特徴的構成を有する方法ならびに請求項１６の特徴部分の記載した特徴的構成を有する装置を提案する。
【００１１】
本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【００１２】
上記の課題を解決するため、２重給電式非同期機の電流を制限する方法が提案され、ここではこの２重給電式非同期機の送出するまたは受け取る有効電力および無効電力が制御され、この２重給電式非同期機の動作中にこの非同期機のモデルを用いて、上記の最大許容電流から、送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値と、送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値とを決定して、この最大許容電流を上回ることがないようにし、また上記の設定される有効電力目標値および無効電力目標値が、計算した最大許容値に制限される。
【００１３】
すなわち本発明よる解決手段ではもはや下位の電流制御器は不要である。それは、送出するまたは受け取る有効電力および無効電力の目標値が制限され、ひいては上記の電流制限が間接的に行われるからである。上で説明した特性曲線による解決手段とは異なり、送出するまたは受け取る有効電力および無効電力の最大許容目標値は前もって計算されるのではなく、２重給電式非同期機の動作中に、有利には適切なフィードバックを使用して計算する。これにより、送出するまたは受け取る有効電力および無効電力の最大許容目標値を、動作点毎に個別に決定することができるのである。
【００１４】
本発明の有利な実施形態では、上記の有効電力および無効電力に対する最大許容目標値を計算する際に、少なくとも上記の制限すべき電流の実際値を使用して補正を行う。
【００１５】
本発明の有利な実施形態では、優先有効電力を指定する際、まず送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値を決定し、送出すべきまたは受け取るべき有効電力の目標値に依存して、送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値を決定する。優先無効電力を指定する際、まず送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値を決定し、この送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値に依存して、送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値を決定する。
【００１６】
優先有効電力を指定する際には、優先的に有効電力を形成する。すなわち、無効電力をまず低減するのである。この優先度は、例えば、パワートレインダンピング（Triebstrangdaempfung）のために設定される。優先有効無効電力を指定する際には、優先的に無効電力を形成する。すなわち、有効電力をまず過大な電流において低減するのである。優先無効電力は、例えば、電圧支持（Spannungsstuetzung）のために設定される。
【００１７】
優先有効電力または無効電力を指定することによって有利にも、２重給電式非同期機を有する装置を都度の条件に適合させることができる。
【００１８】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の２重給電式非同期機の簡略化されたモデルにより、上記の最大許容電流から最大許容皮相電力が求められる。
【００１９】
上記の２重給電式非同期機およびこれに対応するインバータを熱から保護するためには上記の電流の絶対値を制限しなければならない。この際にこれが有効電流であるかまたは無効電流であるかは取るに足らないことである。これによって上記の最大許容電流は、皮相電流を表す。これによって殊に簡単であるのは、簡略化されたモデルを使用して、上記の最大許容皮相電流から、最大許容皮相電力を求めることである。このような実施形態は、殊に汎用的である。この実施形態は、優先有効電力または優先無効電力が指定されているか否か、または有効電力と無効電力との所定の比、すなわち力率が設定されているか否かには無関係に適用可能である。
【００２０】
本発明の別の有利な実施形態によれば、優先有効電力を指定する際、上記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値が、上記の最大許容皮相電力と補正有効電力とから決定され、また上記の送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値が、上記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の実際値と、補正有効電力と、補正無効電力とから決定される。
【００２１】
上記の最大許容皮相電力は、簡略化されたモデルを用いて決定される。このような理由から、実際には上記の最大許容皮相電力は、上または下に偏差し得る。したがって優先有効電力を指定する際には、送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値を、最大許容皮相電力だけから求めるべきではなく、むしろ有利であるのは、最大許容皮相電力に補正有効電力を加えることである。優先有効電力を指定する際、装置を最適に利用するため、有利には送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値を決定して、有効電力および無効電力に対する補正値を考慮して上記の最大許容皮相電力を上回らないようにする。ここまでで明らかであるのは、送出するまたは受け取る無効電力の最大許容目標値を求めるため、送出すべきまたは受け取るべき有効電力の実際値が考慮されることである。
【００２２】
本発明の別の有利な実施形態によれば、優先無効電力を指定する際、上記の送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値が、上記の最大許容皮相電力と補正有効電力とから決定され、また上記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値が、上記の送出すべきまたは受け取るべき無効電力の実際値と、補正無効電力と、補正有効電力とから決定される。
【００２３】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の送出するまたは受け取る有効電力に対する近似値と実際値とから、適合化ルールを用いて上記の補正有効電力が決定される。ここでこの近似値は、上記の２重給電式非同期機械の簡略化されたモデルによって求められる有効電力と、フィードバックされる補正有効電力との和からなる。
【００２４】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の送出するまたは受け取る無効電力に対する近似値と実際値とから、適合化ルールを用いて上記の補正無効電力が決定される。ここでこの近似値は、上記の２重給電式非同期機械の簡略化されたモデルによって求められる無効電力と、フィードバックされる補正無効電力との和からなる。
【００２５】
すなわち有効電力および無効電力に対する補正値の算出は、有利にはオブザーバによって行われるのである。このオブザーバは、有利なフィードバックを有する簡単なモデルからなり、ここではこのフィードバックにより、上記の近似値と、測定したシステム量とが一致するようにされる。この一致は、適合化ルールに基づいて行われる。この適合化ルールは、上記の適合化過程が安定して行われるように選択しなければならない。適合化ルールに対する簡単な実施は、近似値と実際値との差分を制御器またはフィルタによって評価することである。上記のオブザーバのシステム量は有効電力および無効電力である。上記の簡略化されたモデルにより、制限すべき電流および電圧の実際値から、モデル有効電力およびモデル無効電力が計算される。このために上記のフィードバックにより、有効電力または無効電力に対する補正値が加算されて、この和と、制御しようとする送出すべきまたは受け取るべき有効および無効電力とが一致するようにされる。
【００２６】
一般的には上記の２重非同期機が対称３相給電網で駆動されることを前提とする。しかしながら実際にはこの前提がつねに得られるとは限らない。非対称性により、電圧および電流において正相成分の他に逆相成分が発生する。上記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力および無効電力を制御するため、または電流を制限するために必要な測定電流および測定電圧は、公知の方法を用いて正相成分および逆相成分に分解することができる。このような方法は、例えば２００４年にShaker Verlagにて出版されたＨ. Wredeの学位論文"Beitraege zur Erhoehung von Versorgungssicherheit und Spannungsqualitaet in der Uebertragung und Verteilung elektrischer Energie durch leistungselektronische Betriebsmittel"から知ることができる。
【００２７】
上記の電流の逆相成分は、付加的な熱負荷になるため、本発明の別の有利な実施形態では上記の最大許容皮相電力を正相成分量から決定し、また最大許容電流を電流実際値の逆相成分だけ減少させることにより、上記の電流の最大許容正相成分を決定する。
【００２８】
本発明の別の有利な実施形態では、上記の送出するまたは受け取る有効電力の実際値の代わりに、上記の送出するまたは受け取る正相有効電力の実際値が、また上記の送出するまたは受け取る無効電力の実際値の代わりに、上記の送出するまたは受け取る正相無効電力の実際値が使用される。
【００２９】
中性点接地を有しないシステムに対する基本振動成分の総電力は、４つの積の和から合成される。すなわち、電流および電圧の正相成分の積と、電流および電圧の逆相成分の積と、電圧の正相成分および電流の逆相成分の積と、電圧の逆相成分および電流の逆相成分の積との和から合成されるのである。例えば、正相成分と逆相成分との積は、電力制御および電流成分の際に問題になり得る。それはここから交番電力が発生するからである。５０Ｈｚの基本振動周波数の場合、この交番電力の周波数は100Hzである。これに対して逆相成分ないしは正相成分だけから形成される複数の積は、安定時には同じである。上記の正相成分電力は、正相成分と逆相成分から得られる積および逆相成分から得られる積の分だけ上記の総電力を低減することによって計算される。
【００３０】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の２重給電式非同期機の簡略化されたモデルを用いて上記の有効電力および無効電力を求めるため、正相成分量を使用する。
【００３１】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の２重給電式非同期機のロータ電流が制限される。
【００３２】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の２重給電式非同期機のステータ電流が制限される。
【００３３】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の２重給電式非同期機のステータの有効電力および無効電力が制御される。
【００３４】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の２重給電式非同期機に接続されている給電網の有効電力および無効電力が制御される。
【００３５】
さらに上記の課題を解決するため、２重給電式非同期機の送出するまたは受け取る有効電力および無効電力を制御する装置が提案され、ここでこの装置は、２重給電式非同期機の電流を制限する手段を備えており、つぎのような特徴を有する。すなわち上記の２重非同期機の動作中、上記の手段により、送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値と、送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値とが、上記の非同期機のモデルを用いて、最大許容電流から決定されて、これを上回らないようにするという特徴を有するのである。
【００３６】
本発明による上記の装置は、例えばインバータを駆動制御する制御装置とすることでき、ここでこの制御装置は、測定値および目標値設定を受け取るためのインタフェースを備えており、またこれらのインタフェース信号を評価して制御を行う１つまたは複数のマイクロコントローラを有する。
【００３７】
本発明の有利な実施形態によれば、上記の装置には、優先度を指定する手段が含まれており、ここで優先有効電力の指定時にはまず、送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値と、送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値とが、上記の手段により、送出すべきまたは受け取るべき有効電極の目標値に依存して決定される。また優先無効電力を指定する際にはまず、送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値と、送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値とが、上記の手段により、送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値に依存して決定される。
【００３８】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の手段により、上記の２重給電式非同期機の簡略化されたモデルが使用されて、上記の最大許容電流から最大許容皮相電力が求められる。
【００３９】
本発明の別の有利な実施形態によれば、優先有効電力を指定する際、上記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値が、上記の手段により、上記の最大許容皮相電力と補正有効電力とから決定され、また上記の送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値が、上記の手段により、上記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の実際値と、補正有効電力と、補正無効電力とから決定される。
【００４０】
本発明の別の有利な実施形態によれば、優先無効電力を指定する際、上記の送出すべきまたは受け取るべき無効電力の最大許容目標値が、上記の手段により、上記の最大許容皮相電力と補正無効電力とから決定され、また上記の送出すべきまたは受け取るべき有効電力の最大許容目標値が、上記の手段により、上記の送出すべきまたは受け取るべき無効電力の実際値と、補正無効電力と、補正有効電力とから決定される。
【００４１】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の送出するまたは受け取る有効電力に対する近似値と実際値とから、適合化ユニットを用いて上記の補正有効電力が決定される。ここでこの近似値は、上記の２重給電式非同期機の簡略化されたモデルを使用して上記の手段によって計算される有効電力と、フィードバックされる補正有効電力との和からなる。
【００４２】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の送出するまたは受け取る無効電力に対する近似値と実際値とから、適合化ユニットによって上記の補正無効電力が決定される。ここでこの近似値は、上記の２重給電式非同期機の簡略化されたモデルを使用して上記の手段によって計算される無効電力と、フィードバックされる補正無効電力との和からなる。
【００４３】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の最大許容皮相電力は、前記手段により、正相成分量から決定され、また上記の最大許容電流を電流実際値の逆相成分だけ小さくする手段によって、上記の電流の最大許容正相成分が決定される。
【００４４】
本発明の別の有利な実施形態では、上記の送出するまたは受け取る有効電力の実際値の代わりに、上記の送出するまたは受け取る正相有効電力の実際値が、また上記の送出するまたは受け取る無効電力の実際値の代わりに、上記の送出するまたは受け取る正相無効電力の実際値が、上記の手段によって使用される。
【００４５】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の２重給電式非同期機の簡略化されたモデルを用いて上記の有効電力および無効電力を計算するため、上記の手段により、正相成分量が使用される。
【００４６】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の２重給電式非同期機のロータ電流が制限される。
【００４７】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の２重給電式非同期機のステータ電流が制限される。
【００４８】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の２重給電式非同期機のステータの有効電力および無効電力が制御される。
【００４９】
本発明の別の有利な実施形態によれば、上記の２重給電式非同期機に接続されている給電網の有効電力および無効電力が制御される。
【００５０】
以下では図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】２重給電式非同期機の送出するまたは受け取る有効電力および無効電力を制御する、下位の電流制御器のない制御構造の略図である。
【図２】送出すべきまたは受け取るべき有効電力および無効電力の最大許容目標値を決定する本発明の方法の略図である。
【図３】補正有効電力を求める方法の略図である。
【図４】補正無効電力を求める方法の略図である。
【００５２】
本発明は、２重給電式非同期機の送出するまたは受け取る有効電力および無効電力を制御することに関しており、ここでは上記の機械の電流が制限される。以下では、２重給電式非同期機のロータ電流を制御する例で本発明を説明する。ここではこの２重給電式非同期機が給電網に送出するまたはここから受け取る有効電力および無効電力が制御される。
【００５３】
図１は、相応する制御技術を有する２重給電式非同期機の略図である。非同期機５は、ステータ５ａとロータ５ｂとからなる。さらにこの非同期機は位置検出器５ｃを有する。この２重給電式非同期機を駆動するためにはさらにインバータ６が必要である。この実施例において上記のインバータは、給電網側のインバータ６ａと機械側のインバータ６ｂとからなる。給電網側および機械側のこれらのインバータとは、直流中間回路６ｃによって互いに接続されている。機械側のインバータ６ｂは、スリップリングを介して非同期機のロータ５ｂに接続されている。この機械のステータ５ａは、給電網９および給電網側のインバータ６ａに接続されている。位置検出器５ｃには、図示しない評価ユニットが含まれている。これにより、上記の制御に対してロータ位置もロータ回転数も共に得ることができる。択一的な実施形態では、ロータ位置およびロータ回転数を非同期機の電気的な量から決定することも可能である。すなわち機械的なセンサを使用せずに決定することができるのである。
【００５４】
上記の２重給電式非同期機の制御部には、以下では省略して有効電力目標値と称する、送出すべきまたは受け取るべき有効電力に対する目標値１ａと、以下では省略して無効電力目標値と称する、送出すべきまたは受け取るべき無効電力に対する目標値１ｂとが供給される。図１に示した略図において対象となるのは、給電網に送出するまたは給電網から受け取る有効電力および無効電力に対する目標値である。電力計算モジュール２により、上記の給電網電流および給電網電圧の実際値から、給電網有効電力の実際値２ａおよび給電網無効電力の実際値２bが決定される。有効電力目標値１ａおよび負の有効電力実際値２ａは加算器４ａに供給されて目標量偏差が得られる。これに相応して無効電力目標値１ｂと、負の無効電力実際値２ｂとが加算器４ｂに供給されて目標量偏差が決定される。上記の相応する目標量偏差は、有効電力制御器３ａおよび無効電力制御器３ｂに供給される。
【００５５】
下位の電流制御器のない出力制御部の重要な構成部分は、モデルベースのフィードバックである。これはフィードバックユニット７によって計算される。このフィードバックユニットには、ステータ電圧、ステータ電流およびロータ電流が供給され、３相で測定した量は、変換ユニット８ａ〜cによって２相の座標系に変換される。この２相の座標系は、コイルに固定の座標系とすることも、回転する座標系とすることも共に可能である。上記のフィードバックの種類に応じて、これらの量の一部だけが必要である。さらに上記のフィードバックに対して、一般的に上記の機械の回転数が必要である。このために上記の位置検出器の評価ユニットから、フィードバックユニット７に回転数が供給される。電力制御器３ａおよび３ｂの出力は、加算器４ｃにより、フィードバックユニットの出力に加えられる。使用される座標系の種類に応じて、上記の電極制御器の出力は、フィードバックユニット８により、前もって相応する座標系に変換される。加算器４ｃの和により、変換ユニット８ｄによる３相の通常の座標系に変換の後、機械側のインバータに対する調整信号が形成される。
【００５６】
図２には、送出するまたは受け取る有効電力および無効電力の最大許容目標値を決定する本発明の方法の略図が示されている。ここでは有効電力目標値１ａは、送出するまたは受け取る有効電力の最大許容目標値１０ａに制限される。この制限された有効電力目標値はつぎに、図１にも示したように、加算器４ａを用いて有効電力の負の実際値２ａに加えられて有効電力制御器３ａに供給される。これに相応して無効電力目標値１ｂは、送出するまたは受け取る無効電力の最大許容目標値１０ｂに制限され、加算器4bを用いて無効電力の負の実際に加えられて無効電力制御器３ｂに供給される。
【００５７】
有効電力および無効電力に対する最大許容目標値は、電流制限ユニット１０によって求められる。電流制限ユニット１０には、優先有効電力または優先無効電力を設定することができる。この優先度とは無関係には、上記の電流制限ユニットを用いて、最大許容目標値Ｓmaxを式（１）にしたがって計算する。
【数１】
2009540790.tif 000003
【００５８】
ここでＵGenは、発電機電圧１５の絶対値、またIRot,maxは、最大許容ロータ電流１６である。上記の有効変換比ｗ21は、上記の簡略化したモデルのパラメタである。
【００５９】
優先有効電力を指定する際には、上記の送出するまたは受け取る有効電力の最大許容目標値１０ａ  Ｐmaxが式（２）から、また送出されるまたは受けられる無効電力の最大許容目標値１０ｂ  Ｑmaxが式（３）から計算される。
【数２】
2009540790.tif 000004
【００６０】
ここでＰ0は補正有効電力１１a、またＱ0は補正無効電力１１ｂであり、これらは補正ユニット１１から電流制限ユニット１０に供給される。送出するまたは受け取る有効電力の実際値2a  Ｐistは、電力計算モジュール２から電流制限ユニット１０に供給される。ｓはすべり１２であり、これも同様に電流制限ユニットに供給しなければならない。
【００６１】
優先無効電力を指定する際には、上記の送出するまたは受け取る無効電力の最大許容目標値１０ａ  Ｑmaxが式（4）から、また送出されるまたは受けられる有効電力の最大許容目標値１０ａ  Pmaxが式（5）から計算される。
【数３】
2009540790.tif 000005
【００６２】
ここではすでに説明した量にさらに、送出するまたは受け取る無効電力の実際値２ｂ  Ｑistが加わり、この値は、有効電力実際値と類似に電力計算モジュール２から電流制限ユニット１０に供給される。
【００６３】
補正有効電力１１ａおよび補正無効電力１１ｂを求めるため、補正ユニット１１には、送出するまたは受け取る有効電力の実際値２ａおよび無効電力の実際値２ｂが供給される。さらに上記の補正ユニットには、すべり１２と、発電機電圧の実際値１３と、ロータ電流の実際値１４とが供給される。この補正ユニットの動作の仕方を図３および図４で詳細に説明する。
【００６４】
図３には、補正有効電力１１ａを求める方法の略図が示されている。計算ユニット１７ａには、発電機電圧１３と、ロータ電流１４と、すべり１２が供給される。図示の実施例では、発電機電圧およびロータ電流が、コイルに固定の２相の座標系で示されている。したがって発電機電圧は、成分ＵGen,αおよびＵGen,βで表される。ロータ電流は、成分IRot,αおよびIRot,βからなる。これによって上記の有効電力ＰModellは、上記の簡略化されたモデルから計算される。
【００６５】
PModell＝(1-s)・w21・(UGen,α・IRot,α+UGen,β・IRot,β)      （６）
モデル有効電力ＰModellにより、計算ユニット１７ａの出力が形成される。上記のモデル有効電力は、加算器１８ａによって、フィードバックされた補正有効電力１１ａに加えられ、送出するまたは受け取る有効電力の近似が得られる。この近似値および有効電力実際値２ａは、適合化ユニット１９ａに供給され、また適合化ルールを用いて補正有効電力１１ａを決定する。この適合化過程は、加算器２０ａおよび制御器２１によって実現される。加算器２０ａにより、負の近似値と有効電力値とからこの制御器に対する入力量が求められる。制御器２１ａの出力量により、補正有効電力１１ａが形成される。
【００６６】
図４には、補正無効電力を求める相応の方法の略図が示されている。計算ユニット１７ｂにより、発電機電圧１３とロータ電流１４とからモデル無効電力ＱModellが求められる。コイルに固定の２相の座標系において、モデル無効電力が式（７）にしたがって計算される。
【００６７】
ＱModell＝・w21・(−UGen,α・IRot,β+UGen,β・IRot,α)      （7）
加算器１８ｂにより、上記のモデル無効電力と、フィードバックされた補正無効電力とが加えられて、上記の送出するまたは受け取る無効電力に対する近似値が得られる。加算器２０ｂにより、上記の負の近似値と無効電力実際値２ｂとから偏差が求められ、これが制御器２１ｂに供給される。この制御器の出力が、補正無効電力１１ｂである。加算器２０ｂおよび制御器２１ｂが、上記の適合化ユニット１９ｂを形成するのである。
【００６８】
上記の実施例は、対称３相給電網における２重給電式非同期機の動作時にしか確実に機能しない。しかしながら非対称性を考慮することは可能である。このため測定量を、正相成分と逆相成分とに分解する。
【００６９】
この場合、上記の電流制限ユニット１０に供給される最大許容ロータ電流１６は、ロータ電流の最大許容正相成分IRot,max,mitによって置き換えられる。この正相成分は、最大許容ロータ電流ＩRot,maxと、ロータ電流実際値の逆相成分ＩRot,gegenとから得られる。
【数４】
2009540790.tif 000006
【００７０】
上記の送出するまたは受け取る有効電力の実際値２ａおよび無効電力の実際値２ｂは、電流制限ユニット１０に対しても、また補正ユニット１１に対しても、上記の実際値の正相成分によって置き換えられる。
【００７１】
モデル有効電力およびモデル無効電力の計算に対して、発電機電圧およびロータ電流の正相成分を使用する。
【００７２】
ＰModell＝(1-s)・w21・(UGen,α,mit・IRot,α+UGen,β,mit・IRot,β,mit)  （9）
ＱModell＝・w21・(−UGen,α,mit・IRot,β,mit+UGen,β,mit・IRot,α,mit)  （10）
本発明の方法を上記のように拡張することにより、給電網が非対称性である場合にも上記の保護コンセプトを使用可能である。
【００７３】
上記の方法は同様に使用して、２重給電式非同期機のステータ電流を制限することも可能である。さらに、上記のステータの有効電力および無効電力を制御する場合にも使用可能である。
【図１】
2009540790.tif 000007
【図２】
2009540790.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2009540790.tif 000012
2009540790.tif 000013
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