CN109075696B - 用于运行逆变器***的方法和根据该方法工作的逆变器*** - Google Patents

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Abstract

一种用于运行逆变器***的方法和根据该方法工作的逆变器***。本发明涉及一种用于运行逆变器***(12)的方法和相对应的逆变器***(12)，其包括逆变器(10)、电网滤波器(20)和从电网滤波器(20)到逆变器(10)的反馈支路(30)，其中，借助数据单元(22)确定值，其中，借助求值单元(24)测定所检测的测量值的数值谱，其中，借助评估单元(26)将数值谱与预设的或可预设的极限值谱比较，并且其中，借助于在反馈支路(30)中在数据单元(22)、求值单元(24)和评估单元(26)之后的适配单元(28)根据比较的结果能够适配逆变器(10)的开关频率并且在运行中进行适配。

Description

用于运行逆变器***的方法和根据该方法工作的逆变器***
技术领域
本发明涉及一种用于运行逆变器***的方法和一种根据该方法工作的逆变器***。在此，电网逆变器连同在电网侧连接在上游的电网滤波器一起理解为逆变器***。
背景技术
有源的电网逆变器典型地用于在相应的AC电网和DC中间回路之间进行能量交换。该电网逆变器因此不仅对于驱动***具有重要意义，其中发动机逆变器将调节的DC电压用作输入，而该电网逆变器对于能量产生和能量存储也具有越来越重要的意义，例如借助DC中间回路中的电池。
在US 2013/0033907 A1中公开了一种具有有源前端变流器的功率变换***，例如用于分布式能源的马达驱动器和产能设备，利用对电网节点变流器的自适应谐波最小化，以最小化或降低在电网频谱中的谐波总失真，包括电源的谐波电流、负载谐波以及PWM谐波。
此外，DE 10 2008 018 497 A1公开了一种逆变器，尤其是太阳能逆变器，用于将多项电网电流馈送到供电网中的连接点，其中，逆变器具有输入侧的DC/DC变换器、在下游连接有变换滤波器的、电网引导的受控的整流器以及下游串联的用于减小整流器侧产生的谐波电流的电网滤波器。分别设置有具有反并联连接的半导体的可切断的功率半导体开关作为整流器的每相的整流器阀。逆变器具有用于借助于驱控信号来驱控功率半导体开关并且用于检测供电网的加载的相电压的控制装置。
有源的电网逆变器(图1)的特征在于有功功率在两个方向上的交换的能力，即从电网到中间回路中以对驱动器供电，并且相反地从中间回路到电网，以便例如将止动能量或存储的能量或借助PV模块产生的能量馈送到电网中。另外，也能够输出电容性的或电感性的无功功率。
如在马达侧的逆变器中那样，这根据现有技术利用开关半导体器件、例如B6桥式电路中的IGBT实现。通过在两个或更多个电压级之间快速切换能够因此在开关周期或脉冲周期期间平均地产生AC输出电压的近似连续的变化曲线。根据所使用的技术和输出功率，开关/脉冲频率(出于一致性的理由在下文中通常所说的是一个或多个开关频率)位于几百Hz直至几百kHz之间，典型地2kHz至20kHz。
脉冲逆变器的AC输出电压因此除了基本振荡(电网频率)和低频的电网谐波之外也包含开关频率(具有边带)和其数倍的分量。除了期望的基本振荡之外，低频的电网谐波能够通过调节逆变器来调节好或至少被降低。相反，通过功率半导体开关引起的不期望的频率部分必须通过适当的通常以电网滤波器形式的电路技术的措施降低一定程度，使得在连接点(Point of Common Coupling-PCC公共耦合点)处遵循相应有效的连接标准并且不干扰电网中的其他设备。
图2中的视图示例性地示出根据逆变器输出电压与PCC处的所得出的电压之间的传递函数的这种电网滤波器的频率特性。在(原本不期望的)共振点之上，随频率增加实现了对开关频率的电压干扰的更好的降低。为了设计总***而寻求：从相反的要求中达到最佳：
一方面，滤波器中的电感值应尽可能小，以便最小化成本和结构大小。因此，共振点朝更高的频率移动，并且在一特定的开关频率(共振频率之上)下效率下降。
另一方面，开关频率应尽可能小，以便将逆变器中的开关损失保持得较小并且将效率保持得高。然而，降低开关频率(在给定的滤波器中)又导致更小的滤波作用进而导致PCC电压中的开关频率分量的提高。
因此***开发人员的目的是：找出滤波器耗费和开关频率之间的尽可能最佳的折衷方案。在此要考虑的是：滤波作用也强烈地与电网电感相关。如果要遵循特定的对于开关频率的干扰电压极限值，就必须采取关于可预期的电网电感的假设并且必须对于最差情况进行***设计。
适用于电网电感LN和相对短路电压uK之间的关联的是：
Figure GDA0002521978530000031
其中SKS是电网的短路功率。因此，在图2中示例性示出的情况中经简化近似适用的是：滤波器在uK＝1％的情况中，必须设计得大5倍，以便也在uK＝10％的情况下也能够对于开关频率的干扰电压保持在特定的极限值内。
如果电网的特性事先已知并且近似恒定，那么滤波器和/或***能够成本最佳地适配。然而，通常并不存在该认知，并且此外，电网参数会随时间强烈变化。因此，必须对***配设可能不必要的衰减装置并且承担相应的构件成本和/或不必须要的开关损失。
发明内容
以前述内容为基础，本发明的目的在于：提出一种用于运行逆变器***的方法，借助该方法总是在最佳的运行点中运行逆变器***，从而最小化或至少降低构件成本并且最大化或至少提高效率。
根据本发明，为了实现该目的提出扩展逆变器***和提出用于其运行的方法。
对逆变器***的扩展在于：至少测量在电网连接点处的电压或确定类似的值，尤其以数值的方式测定，并且根据对相应测量值或值的自动评估实现开关频率的自动适配。持续地将开关频率选择成，使得对于输出电压的开关频率部分保持在全部在相应的应用中有效的极限值之内。可选地，在此开关频率持续地选择成，使得得到尽可能小的开关频率，以便将逆变器中的开关损失保持得较小并且将效率保持得较高。
因此，本发明是根据本发明的用于运行逆变器***的方法，其中，逆变器***包括逆变器、电网滤波器和为了自动地适配开关频率包括下面称作为反馈支路的从电网滤波器到逆变器的信号路径。在反馈支路中，各个功能单元信号方面彼此依次布置，即数据单元或起数据单元/数据检测单元作用的测量单元、求值单元、评估单元和适配单元。借助数据单元来确定或检测逆变器的电网侧的连接点处的值或测量值，尤其关于逆变器的当前的干扰发射的测量值、例如电压测量值。借助起数据检测单元作用的测量单元直接检测相应的值作为测量值。借助通常形式的数据单元，也能够以数值的方式来测定值，如原理上借助于测量单元来检测的值一样。这种数值地测定的值与以传感器方式检测的值等价并且在下文中为了避免重复性表达如“值或测量值”一并简称为测量值。借助于求值单元测定/计算所检测的测量值的数值谱。借助于评估单元，将将数值谱与预设的或可预设的极限值谱比较并且借助于闭合反馈支路的、且与逆变器相关联的适配单元根据比较的结果适配逆变器的开关频率。
同样地，本发明涉及一种具有用于执行方法以及如有可能方法的各个在下文中描述的实施方式的构件的逆变器***，尤其是具有并列的独立设备权利要求的逆变器***。在此，将逆变器***的电网滤波器的频率特性设计成，使得得到具有单调上升的衰减的足够大的工作范围。
电网侧的连接点PCC处的测量值的确定/检测能够在逆变器运行期间进行。于是，借助于相应的测量值也检测逆变器的当前的干扰发射。确定/检测例如能够也在逆变器脉冲截止时进行并且相应地能够在时间上与确定/或检测无关地进行开关频率的适配。适配的开关频率随后在用于逆变器的释放脉冲之后用作为初始的开关频率，并且适配的开关频率例如始于对于相应的运行类型预设的开关频率或在开关周期期间的平均的开关频率。
从DE 10 2009 049 820 A1中已知一种用于降低逆变器的电网反作用的方法。为了避免共振点的激发，测定电网阻抗的共振点，以便能够改变逆变器的开关频率，使得所得出的开关频率不再遇到该共振点。
本发明的优点在于：借助于反馈支路存在有用于适配逆变器的开关频率的闭环调节回路，其中，使用质量标准作为调节变量，该质量标准描述相应的干扰谱与其本地的(时间上和地点上的)允许的极限值的当前的偏差。
在具有高短路功率的电网处运行时，能够借助在此提出的方案适配、尤其降低开关频率，进而提高逆变器的效率。对于逆变器的运行者而言，在经济上值得的是：投资到功率强的电网中，因为形成少量的能量损失并且还必须排放更少的废热。此外，也能够在(至少暂时的)功率很弱的电网处保证符合标准的运行。为此，在承受开关损失的情况下，自动地适当提高开关频率。
在此，只要开关频率的适配引起开关频率的降低，当当前提供了具有高质量的电网时，就是实现开关损失的降低进而通常实现总效率的改进。此外，由于开关频率降低而引起逆变器的功率半导体中的损失更小。这使得半导体温度更低并进而平均地使得尤其在交变负荷下运行时逆变器的使用寿命提高。就此而言，将根据在此提出的方案的方法也能够有针对性地用于：在具有适当电网质量的情况下，在过载情况下降低逆变器的热负荷。
此外，未来的准则定义了在部分负载情况下对效率的提高的要求。特别地，对此，降低开关频率是有意义的并且也能够借助所提出的方法用于电网侧。
本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。在此使用的引用关系表示通过相应从属权利要求的特征构成来进一步构成独立权利要求的主题。该从属权利要求不可理解为放弃实现对于引用的从属权利要求的特征组合的独立的、具体的保护。此外，关于在下级的权利要求中的特征的详细具体化时对权利要求进行设计方面基于：这种限制在相应的上级的权利要求中不存在。最后需要指出的是：在此提出的方法也能够根据独立的设备权利要求改进并且反之亦然。
在方法的另一实施方式中，以一如此高的采样频率来检测借助于数据单元或起数据单元作用的测量单元确定的值或检测的测量值、即在逆变器的电网侧的连接点处检测的测量值、尤其关于逆变器的当前的干扰发射检测的测量值(输出电压和/或输出电流)，使得能够计算整个相关的干扰谱或至少基本上整个相关的干扰谱。
在方法的又一实施方式中，借助评估单元测定输出电压的和/或输出电流的相对的总干扰功率，并且除了将数值谱与极限值谱比较之外，在适配逆变器的开关频率时考虑该总干扰功率。以该方式能够补充地确保：相应的总干扰功率不超过预设的或可预设的极限值。
在方法的一个特别的实施方式中，借助数据单元在不接通逆变器(脉冲截止)的运行情况期间进行对值或测量值的确定或检测(数值确定或测量)。借助适配单元适配的开关频率因此不直接地与对值/测量值的确定/检测结合使用，而是随后才使用，即当消除脉冲截止并且相应地不接通逆变器的运行情况下被结束或是结束的时。以该方式，能够测定电网的可能的预载并且将开关频率适配于此。可选地，尽管适配开关频率而无法保持在极限值内时，也能够告知使用者。
前述目的也借助用于驱控逆变器的控制装置来实现，该控制装置根据在此和下面描述的方法来工作并且对此包括用于执行方法的构件。在此，本发明优选被实施为软件或软件和固件。本发明因此一方面是具有可通过计算机执行的程序代码指令的计算机程序，并且另一方面是具有这种计算机程序的存储介质，即具有计算机代码构件的计算机程序产品，以及最后也是控制单元，在该控制单元的存储器中加载或能够加载这种计算机程序作为用于执行方法和其设计方案的构件。当在下文中描述方法步骤或方法步骤顺序时，这涉及如下行为，其自动地根据这种计算机程序或自动地在计算机程序控制下进行。
代替具有各个计算机程序指令的计算机程序能够也以固件的形式实施在此和在下文中描述的方法。对于本领域技术人员明确的是：代替以软件实施方法总是也可以以固件或以固件和软件的形式或以固件和硬件的形式实施。因此，对于在此之前的描述适用的是：由术语软件或术语计算机程序也包括如下实施可行性，即尤其以固件或固件和软件或固件和硬件来实施。
附图说明
下面，根据附图详细阐述本发明的一个实施例。彼此相对应的物体或元件在全部附图中设有相同的附图标记。
实施例不可理解为对本发明的限制。更确切地说，在本发明的范围内完全也可以进行补充和修改，尤其如下补充和修改，该补偿和修改例如通过各个结合概述或具体说明书部分中描述的以及在权利要求和/或附图中包含的特征或方法步骤对于本领域技术人员而言能够在目的解决方案中得出并且通过可组合的特征产生新的主题或新的方法步骤或方法步骤序列。
附图示出：
图1示出连接到馈电电网上的电网逆变器，该电网逆变器与连接在之前的电网滤波器一起形成逆变器***，
图2示出电网滤波器的频率特性，
图3示出在此提出的逆变器***的一个实施方式，
图4示出没有电网滤波器的逆变器的电压输出谱，
图5示出LCL滤波器，
图6示出具有衰减装置的扼流的LCL滤波器，以及
图7示出具有衰减装置的LZ滤波器，
图8示出在不同的电网电感下的扼流的LCL电网滤波器的输出电压的绝对值频率特性的实例，以及
图9示出在不同的电网电感下的扼流的LCL电网滤波器的输出电流的绝对值频率特性的实例。
具体实施方式
如开始已经阐述的那样，图1中的视图示出有源的电网侧的逆变器(电网逆变器)10。该逆变器作为逆变器***12的一部分示出并且在下文中有时还简称为逆变器10。在图1中的视图的最右边示出馈电电网14。电网14的电感单独地作为电网电感16示出。在下面称作为连接点(PCC)18的电网连接点处三相地实现逆变器***12到电网14上的连接。将电网滤波器20连接在逆变器10上游。逆变器10和电网滤波器20共同形成逆变器***12。
图2中的视图示出根据逆变器10的输出电压和连接点(PCC)18处的所得出的电压之间的传递函数示出起电网滤波器20作用的未扼流的LCL滤波器的开头已经提及的频率特性。
图3中的视图示出根据本发明的逆变器***12的一个实施方式。该逆变器***除了逆变器10和电网滤波器20之外包括从电网滤波器20到逆变器10的信号路径，使得逆变器***12成为反馈***。在从电网滤波器20到逆变器10的信号路径中存在数据单元22、求值单元24、评估单元26和适配单元28，这些单元也能够以一个或多个单元的形式组合。在任何情况下，数据单元22、求值单元24、评估单元26和适配单元28共同称作为反馈支路30。
在所示出的实施方式中，数据单元起数据检测单元22和测量单元22的作用。基于此，当然在没有放弃大范围的普遍适用性的情况下延续进一步的描述，并且测量单元22用相同的附图标记表示。但是，原理上，还在每次提及测量单元22时可通读的是：借助测量单元22通过测量检测的测量值也能够以数值的方式确定，从而那么能够放弃测量。相应地，术语“测量值”可在此处提出的说明书的上下文中注释并且不仅包括实际上通过测量测定的值，而且也包括如下***变量的以数值方式测定的值，该***变量原理上能够直接或间接地通过测量来确定。
适配单元28驱控原理上本身已知的调制器32等，该驱控器又驱控由逆变器10所包括的功率半导体。适配单元28和调制器32能够组合为功能单元。所提及的功能单元22-28、32的整体形成了逆变器***12的控制单元34。单个或全部功能单元22-28、32或控制单元34的功能整体上能够例如通过如下方式以硬件、软件和/或固件来实施：即控制单元34包括呈微处理器形式的或按微处理器类型的(未示出的)处理单元并且在控制单元34的(同样未示出的)存储器中装载在逆变器***12运行时借助处理单元执行的计算机程序，该计算机程序包括单个或全部功能单元22-28、32的功能在软件中的实施。
借助测量单元22测量连接/联接点(PCC)18处的电压。借助求值单元24以对借助测量单元22测量的电压进行谱求值。谱求值例如借助于快速傅里叶变换(FFT)进行并且求值单元24相应地包括FFT算法的实施。求值单元24在这种实施方案中因此也能够理解为傅里叶变换器。借助于评估单元26对在求值单元24的输出处产生的数值谱在保持限定的极限值方面进行评估，如这在更下文中描述。适配单元28基于评估单元26的相应的输出引起逆变器10的平均的开关频率的提高或降低。
图4中的视图示例性地示出没有电网滤波器的逆变器10的电压输出谱。在横坐标上绘制出了频率并且在纵坐标上绘制了标准化的电压。特征在于，在电网频率(在此50Hz)下的基本振荡有用分量、平均开关频率附近的最大值(与调制类型相关，在此为PWM)和在具有逐渐变小的幅值的开关频率数倍的谱分量。开关频率在所示出的情况下为4kHz。
平均开关频率的变化在一次接近中引起开关频率的谱分量的相应的移动，而幅值和基本振荡保持不变。这说明：因为结合电网滤波器20随着在共振频率之上的滤波作用的增加(参见图2)，例如开关频率的提高引起在连接点18处的开关频率的电压分量降低。
在图5、图6和图7中的视图示出不同的滤波器拓扑的实例，该滤波器拓扑的构件成本和频率特性不同并且与之相应地根据逆变器类型、开关频率或调制方法来选择。左侧分别示出逆变器10并且右侧示出电网14。
具有根据图5的无源衰减装置的电网滤波器20降低了图1中示出的共振过高，其中，代替所示出的真实电阻也能够寄生地、例如通过导线或电容器实现电阻。电网滤波器20的横向支路的图6中示出的扼流圈带来新的动态特性并且产生频率特性中的最小值(参见图8)，并且在最小值之上引起减小的衰减。在LZ滤波器形式的电网滤波器20的图7中示出的变体方案中说明：能够取消电网侧的电感，因为在电网14中存在最小电感。
图8中的视图示出在不同的电网电感和相应的相关电网短路电压uK下的根据图6的扼流的LCL-电网滤波器20的输出电压的数值频率特性(连接点18处的电压U(PCC)与逆变器10的输出电压U(WR)的商的幅值谱)，其中在此uK＝1％、uK＝5％和uK＝10％。
根据在此提出的方案提出：开关频率的干扰电压或干扰电流的主要分量处于如下频率范围中，在该频率范围中电网滤波器20具有单调上升的滤波作用。于是，存在简单的关联，即随频率的上升，输出到电网14中的干扰幅值下降。借助该前提，该方法能够用于根据图5、图6和图7的在此提出的滤波器类型以及其他类似的滤波器类型。
由于电网14的阻抗(电感性)，经过连接点18的电流中的开关频率的谱分量随电网短路功率的增加而上升，进而与连接点18处的电压相比刚好显示出相反的特性。这也在连接点18处的输出电流I(PCC)与逆变器电压U(WR)相关的传递频率特性中可见，如这在图9的视图中所示出的。
图9中的视图示出在不同的电网电感和相应的相关电网短路电压uK下的根据图6的扼流的LCL-电网滤波器20的输出电流的数值频率特性(连接点18处的电流I(PCC)与逆变器10的输出电压U(WR)的商的幅值谱)，其中在此uK＝1％、uK＝5％和uK＝10％。
开关频率的谱分量的上升被解释为：较小的电网电感(即高的电网短路功率)以更小的电阻抵抗开关频率的电流并且使该电流流入到电网14中。
根据需在相应的应用中注意的电网标准或其他应用特定的时间的或地点的规定，能够进行对开关频率的优化，使得电压干扰或电流干扰或电压干扰和电流干扰不超过确定的、预设的或可预设的上限，并且可选地通过选择尽可能小的开关频率来最小化损失功率。为了降低损失功率事先在滤波器设计时注意降低的材料耗费并且在此预留最低的最差情况裕度。
下面，单独地观察图3中示出的反馈支路的功能单元：
测量单元22
所提出的方案的主要组成部分是：借助于测量单元22或一般性地借助于数据单元22/数据检测单元22来确定或检测在逆变器10的电网侧的连接点18处的值或测量值，尤其检测关于逆变器10在连接点18处的当前的干扰发射的测量值，并且关于这些来适配开关频率。除了逆变器10中的在逆变器10中总是测量的相电流IWR(图3)之外，对此还能够使用另外的测量传感器。
在图3中的视图中，就此而言示出如下实施方式，其中借助于测量单元22测量在电网滤波器20的横向支路之上的电压或逆变器输出电压。另外，测量逆变器电流和/或电网滤波器20中的电流。在电网滤波器20的器件的阻抗值已知的情况下，从中能够借助于复交流电计算来计算连接点18处的电压。
可选地，借助测量单元22能够测量两个或更多个导体至导体电压或测量两个或更多个在连接点18处的支路电压。
在本发明的一个有利的实施方式中，根据采样定理将由测量单元22用于测量的采样频率选择为极限频率的至少双倍，直至对输出电压谱在关于遵循相应要求的标准方面进行监控和评估。如果例如直至10kHz的频率范围是具有决定性意义的，那么对测量使用最大50μs的采样周期。
用于测量和计算连接点18处的电压谱的可选方案在于：借助于数据单元22持续地确定有效的差分的电网阻抗。对此的可行方案提供对于总电感的如下关联：
Figure GDA0002521978530000131
在此，借助于数据单元22确定或测量电流变化ΔIWR，该电流变化在短时间段Δt期间形成，在该时间段中执行半导体开关的开关操作(例如Δt＝50μs)。在此，逆变器电压UWR和电网电压UNetz能在足够的精度下被视为恒定的。电网滤波器20的已知的电感能从如此计算的总电感中减去，以便获得对电网电感LN的估算值。由借助数据单元22估算的电网电感LN借助于所观察的电路的复交流电计算能够用逆变器10的已知的发射谱来计算连接点18处的电压谱。
求值单元24、评估单元26
在足够长的时间区间记录借助测量单元22接收的电压测量值，以便也检测在频率小的情况下的信号分量。有意义的是至少一个电网周期。借助于求值单元24以循环的间距(例如每秒一次)计算该测量值的数值谱|F(f)|。在如今的逆变器10中典型地存在对此所需的计算性能。在该上下文中需要指出：测量单元22、求值单元24、评估单元26和适配单元28不必须是实体的且独立于逆变器10的单元，而是能够由逆变器10包括作为相应的功能/功能单元，例如以硬件、固件和/或软件中的相应的功能的实施方案的形式。
所计算的数值谱借助于评估单元26与之前选择的极限值谱|G(f)|比较，该极限值谱描述了待监控的频率范围fMin...fMax中的允许的干扰电压分量。计算的数值谱(实际谱)和极限值谱之间的差的最大值例如能够用于频率调节。
可选地，借助评估单元26计算n·fNetz＝fMin至k·fNetz＝fMax之间的待监控的频率范围中的相对的总干扰电压(总谐波失真-THD)
Figure GDA0002521978530000151
即全部谱幅值的平方的总和。典型地，相关的总干扰电压(THD)应同样不超过预设的或可预设的、尤其可参数化的极限值。类似地，THD的计算也能够针对电流进行。
在对总干扰电压的原理上可选的附加考虑中，由于观察极限值谱一方面检查：是否有单个谱线不超过特定的高度，并且另一方面由于考虑总干扰电压附加地检查：全部谱线的总和是否遵循极限值。在观察总干扰电压时，通过各个被加数的方根以适当预设的系数来加权的方式，也能够对该总干扰电压加权。
适配单元28
借助评估单元26在由其执行的求值步骤中计算一个或多个质量标准，即计算至少所计算的数值谱和极限值谱之间的差的最大值或可选地所计算的数值谱和极限值谱之间的差的最大值以及附加地相关总干扰电压。根据一个或多个质量标准，借助适配单元28周期地执行逆变器10的对开关频率的适配。在开关频率当前过小的情况下，电压中的(或电流中的)谐波分量过大。在此，根据对极限值谱的观察得出：至少一个单个的谱线超出通过极限值谱预设的极限值。此外，根据可选的对总干扰电压的观察能够得出：该总干扰电压超过预设的极限值。因为由于电网滤波器20的滤波器特性谐波分量随开关频率上升而下降，在下一评估周期预设新的、更高的开关/脉冲频率。
对此，考虑多种可行方案。在下文中描述两种可行方案并且总结性地称作迭代地适配开关频率：
根据一个启发式方案，当质量标准之一超出极限值时，即当例如在至少一个频率中借助于测量单元22接收的电压测量值的数值谱|F(f)|的幅值高于例如通过极限值谱|G(f)|预设的极限值时，将逆变器10的开关频率提高一预设的或可预设的、尤其可参数化的系数或偏移量。如果质量标准之一位于低于极限值的容差带中，则保持开关频率。如果全部质量标准低于容差带，那么将逆变器10的开关频率降低一预设的或可预设的、尤其可参数化的系数或偏移量。
可选地，为了适配逆变器10的开关频率考虑起比例调节器作用的适配单元28。在此，参见下文：“谱评估”，考虑按百分比计的质量标准，该质量标准目前为“临界路径”(即在超过在极限值时高于极限值的最远，或者，如果保持在全部极限值内，则具有距极限值的最小间距)。极限值的具有符号的偏差借助预设的或可预设的、尤其可参数化的正系数K来加权，并且得到瞬时的频率偏移量ΔfSchalt，该频率偏移量被加至开关频率ΔfSchalt,nml的相应的标称值:
谱评估：
Figure GDA0002521978530000161
可选的THD评估：
Figure GDA0002521978530000162
调节器：
fSchalt，neu＝fSchalt，nml+ΔfSchalt，1或
fSchalt，neu＝fSchalt，nml+max{ΔfSchalt，1，ΔfSchalt，2}。
在保持在极限值内的情况下，开关频率也在之前描述的启发式方案中那样被降低。只要保持在极限值内就一直进行这种对开关频率的降低，基于这种降低，在迭代地适配开关频率时，实现了开关频率的逐步的最小化并得到损失功率的最小化。与在之前描述的启发式地适配开关频率不同，不以固定预设的步长来降低开关频率。更确切地说，在每个评估步骤中基于距一个或多个极限值的当前间距而得到步长。在间距大的情况下，得到较大的步长并且相应地使得开关频率大程度地降低。在间距小的情况下，相应地得到较小的步长并且使得开关频率小程度地降低。在违反极限值的情况下，提高开关频率并且开关频率提高的量(类似于开关频率的之前描述的降低)与违反极限值的范围相关。
原理上可选地对总干扰电压THD或总干扰电流的评估的激活能够借助于系数K2进行。在K2＝0时，解除对总干扰电压的评估的激活。基于此，同样可以解除谱评估的激活，使得随后仅仅利用对总干扰电压的评估进行开关频率的适配。同样地，借助于适当地选择系数K1和K2可以为了确定相应新的开关频率对这两个可能的影响系数进行自由的加权。原理上，也能够使用总干扰电流和/或从电流和电压计算的总干扰功率作为可选的标准。
一般来说，借助于适配单元28来选择一开关频率，在该开关频率下确保遵循一个或多个质量标准，即引起小程度违反极限值的开关频率。此外，借助于适配单元28降低开关频率，只要这在遵循仅限制期间是可行的。借助所引起的开关频率的降低有利地降低了损失功率。当然，随着频率降低程度的增加，电网滤波器20的滤波器作用也变更差，如这例如根据图2中示出的滤波器频率特性可见的那样。因此，在由于电网滤波器20的滤波器作用的降低引起逆变器10的干扰发射的位置处，结束开关频率的降低，该干扰发射引起违反至少一个极限值。于是，提高开关频率，在上文中概述的启发式的方案中提高一预设的或可预设的值，或者在借助于比例调节器进行的方案中提高一与违反该极限值或每个极限值的程度相关的值。
适配单元28的这种调节功能(比例调节器)的容易想到的扩展是调节偏差(PI调节器)的积分分量、附加的微分的信号路径(PD调节器)和容差带。在最后的情况下，例如当新的开关频率处于范围fSchalt，nml，min＜fSchalt，nml至fSchalt，mml中时，例如不执行逆变器10的开关频率的变化。
附加地或可选地，能够根据期望借助于在实际值信号路径(到适配单元28的信号路径)中和/或在输出信号路径(从适配单元28到逆变器10的信号路径)中的数字平滑环节来适配调节的动态特性。就此而言，例如考虑使用具有惯性特性的平滑环节。
根据地点要求，也需要考虑和评估连接点18处的电流谱。于是，将用于频率适配的所描述的步骤以对于电流谱THD1的质量和/或对于从电流和电压值中可计算的谱、例如功率谱的质量的大小来进行相应的扩大。
借助于对电压谱的监控和/或借助于对至少一个另外的质量标准的监控，当在相同的连接点18处例如连接另外的开关频率的逆变器10或非线性的用电器时，也确保遵循极限值。要注意的是：于是通常必须实现开关频率变化的足够程度的平滑，以便防止开关频率振荡或波动。调节装置中的D分量同样对***特性起衰减作用。
在迭代地适配开关频率时，也进行对相应的得出的步长的适配。在该方法中，在开关频率高于为逆变器10确定的(测量)开关频率的情况下随开关频率的增加而缩小用于进一步提高开关频率的步长和/或扩大用于降低开关频率的步长。可选地或累加地，在(测量)开关频率之下减小用于进一步降低开关频率的步长和用于提高开关频率的步长。借助该方法的这种补充实现：每个逆变器10获得在其测量开关频率范围中工作的趋势。
这还能够通过如下方式补充：进行所得出的步长的适配，使得用于提高开关频率的步长与用于降低开关频率的步长之间的差随着距为逆变器10确定的测量开关频率的间距的增加而增加。
当逆变器10不发出脉冲(脉冲截止)进而不发射干扰电压时，评估***也能够工作。这是有意义的，以便测定电网14的预载并且如有可能为使用者指示电网状态。此外，当在逆变器10运行时如果其他电网参与者是干扰肇事者而没有遵循电网标准时，实现对“责任问题”的澄清。
最小可行开关频率的预先计算
因为通常随开关频率上升允许的电压辐射下降，所以可行的是：开关频率的提高不改进电网兼容性或者开关频率的降低不使电网兼容性变差。就此而言，能够出现如下情况：开关匹配的上面描述的适配不得出令人满意的解决方案。是否如此取决于滤波器传递函数和所基于的极限值谱的极限值曲线关于频率的变化。具体地，当极限值曲线的梯度大于滤波器传递函数的梯度时，出现该特性。
为了在滤波器传递函数和极限值曲线的全部已知的变化曲线中确定在电网逆变器中所需的最小的开关频率，在此处提出的方案的一个特别的实施方式中借助于数据单元22不仅确定逆变器10的电网侧的连接点18处的值，尤其借助于起测量单元作用的数据单元22来测量连接点18处的电压。基于这种确定或测量也估算：连接点18处的发射曲线在开关频率变化时、尤其在开关频率根据上面描述的进程变化时看起来如何。连接点18处的该发射曲线与在分析时间点存在的频率相关的电网阻抗相关。如在更上面中描述的那样，该发射曲线能够从对电压测量、逆变器10的电流IWR的谱的了解以及电网滤波器20的传递函数中测定。在变化的开关频率中，在连接点18处估算的发射曲线通过如下方式获得：从电网电感16的所测定的阻抗和电网滤波器20的已知的拓扑中测定的传递函数(参见图2)应用于逆变器10的电流IWR的在开关频率变化时预期的辐射谱。
该计算的发射曲线与极限值曲线比较并且评估是否遵循极限值。该比较能够借助于数据/测量单元22或借助于适配单元28来进行。该计算有利地在最小的可行的开关频率下开始。如果借此遵循极限值，那么选择该开关频率进而达到尽可能最佳的效率。实例如下：根据比较的结果，即根据遵循极限值的结果来适配逆变器10的开关频率。开关频率的选择和用于逆变器10的所得出的开关频率的预设同样能够借助于数据/测量单元22或借助于适配单元28来进行。
如果不遵循极限值，那么利用提高一预设的或可预设步长(例如100Hz)的开关频率重复计算(借助于数据/测量单元22或借助于适配单元28)。继续这样的重复直至发现如下开关频率，以该开关频率遵循极限值曲线。实例如下：根据比较的结果、即未遵循极限值的事件适配逆变器10的开关频率，即迭代地地适配。如果在最大可行的开关频率下未遵循极限值曲线，那么将警告输出给包括逆变器10的设备的运行者：该设备当前以不遵循标准的电网反馈工作。
最小可行的开关频率的预先计算例如总是在接通相应的包括逆变器***10的设备时进行。可选地或附加地，例如通过如下方式，预先计算也能够定期地在除此之外进行迭代地适配开关频率的期间进行：即在预设的或可预设的、尤其等间距的时间点分别进行开关频率的预先计算并且将所测定的最小可行的开关频率一定程度上用作为用于直至下一预先计算进行的迭代地适配(校正)开关频率的启动值。
就此而言，例如通过在接通时借助于预先计算测定最小可行的开关频率并且因此将该开关频率用作为用于运行或负载相关的适配的最佳的启动时的方式，最小可行的开关频率的预先计算能够有意义地补充上面描述的迭代的适配开关频率。在进行定期的预先计算时，该预先计算也能够取代迭代地适配开关频率。就此而言，最小可行的开关频率的预先计算也为与之前描述的迭代的适配开关频率无关的、在此介绍的创新的一个方面。
为了执行这种基于预先计算地适配开关频率，具有用于确定/计算相关值的数据单元22和适配单元28的反馈支路30是足够的。可选地，数据单元22和适配单元28的功能也能够组合在单独的单元中，使得反馈支路30于是根据考虑方式仅还包括一个数据单元22或仅还包括一个适配单元28。具有逆变器10和电网滤波器20的、设定用于仅执行这种方法的逆变器***12相应地包括数据单元22和/或适配单元28，其中，借助于数据或适配单元22、28在逆变器10的电网侧的连接点18处能够确定值、尤其关于逆变器10在连接点18处的当前的干扰发射的测量值，其中，借助于数据或适配单元22、28能够测定发射曲线的估算的变化曲线，其中，借助于数据或适配单元22、28将估算的发射曲线与预设的或可预设的极限值谱比较，并且其中，能够借助于数据或适配单元22、28根据比较的结果来适配逆变器10的开关频率。
损失功率观察
与逆变器10的电路拓扑和在逆变器10中使用的功率半导体的类型无关而适用的是：开关损失随开关频率的提高而增加。因此，当开关频率如所描述的那样总是选择得尽可能低时，能够提高逆变器10的效率。
然而，对于在逆变器10和电网滤波器20的总***中的损失需注意的是：电流纹波(开关频率范围总的电流分量)随开关频率变小而增加进而电网滤波器20中的、尤其换向扼流圈中的损失增加。在单独情况下在此评估：整体上是否实现损失的降低。然而通常，扼流圈中的损失上升比逆变器10中的增益更小。即使不是这种情况，在此提出的方案也能够是有意义的，因为一个或多个扼流圈的热时间常数显著大于功率半导体的热时间常数。因此，该方案在应对过载情况时是有帮助的。此外，提高用于电网滤波器20的平均冷却功率通常技术上更简单并且比用于逆变器10的功率半导体的相应的冷却功率的提高更成本适宜地实现。
尽管详细地通过实施例详细阐明和描述本发明，那么本发明不通过一个或多个所公开的实例来限制并且能够由本领域技术人员从中推导出其他的变型形式，而没有偏离本发明的保护范围。
因此，在此提交的说明书的各个前述方面能够简短地如下进行总结：提出提供一种用于运行逆变器***12的方法和根据该方法工作的逆变器10，其中，测定一开关频率，该开关频率满足预设的或可预设的质量标准，其中，只要遵循质量标准并且未违背未违反一个或多个背相应的极限值，就降低开关频率。通过在不违反极限值期间降低逆变器10的开关频率的方式，有利地得到实现损失功率的降低。当在运行时造成出现违反极限值时，提高开关频率，直至不再存在违反极限值。对于各所基于的运行或负载状态，该开关频率是如满足一个或多个质量标准的下开关频率，开关频满足一个或多个质量标准，并且提高的开关频率是最优的开关频率，因为该就开关频率为对于运行或负载状态最小可行的开关频率的意义而言的最佳的开关频率。
在此提出的创新因此是用于运行逆变器***12的方法和相对应的逆变器***12，该逆变器***包括逆变器10、电网滤波器20和从电网滤波器20到逆变器10的反馈支路30，其中，借助数据或测量单元22确定或检测关于逆变器10的当前的干扰发射的值或测量值，其中，借助求值单元24测定当前的干扰发射的量、尤其所检测的测量值或测量值的数值谱，其中，借助评估单元26将干扰发射的量、尤其数值谱与预设的或可预设的极限值谱或极限值谱进行比较，并且其中，借助于在反馈支路30中在数据或测量单元22、求值单元24和评估单元26之后的适配单元28根据比较的结果能够适配逆变器10的开关频率并且在运行中进行适配。

Claims (14)

1.一种用于运行逆变器***(12)的方法，所述逆变器***包括逆变器(10)、电网滤波器(20)以及从所述电网滤波器(20)到所述逆变器(10)的反馈支路(30)，
其中，所述反馈支路(30)包括数据单元(22)、求值单元(24)、评估单元(26)和适配单元(28)，
其中，借助所述数据单元(22)确定在所述逆变器(10)的电网侧的连接点(18)处的值，
其中，借助在所述反馈支路(30)中连在所述数据单元(22)之后的所述求值单元(24)来测定所述值的数值谱，
其中，借助在所述反馈支路(30)中连在所述求值单元(24)之后的所述评估单元(26)将所述数值谱与预设的或能预设的极限值谱比较，
其中，借助于在所述反馈支路(30)中连在所述评估单元(26)之后的所述适配单元(28)根据比较的结果来适配所述逆变器(10)的开关频率，
其中，借助于所述数据单元(22)记录所述电网滤波器(20)处的电压测量值和/或电流测量值并且借助于所述求值单元(24)测定电压谱、电流谱或功率谱作为数值谱并且借助于所述评估单元(26)将所述数值谱与相应的极限值谱比较，
其中，在迭代地适配所述开关频率时，也进行对步长的适配，其中，在开关频率在为所述逆变器(10)所确定的测定开关频率之上时，与用于适配到更低的开关频率的步长相比，将用于适配到更高的开关频率的步长选择得更小，
和/或在开关频率在为所述逆变器(10)所确定的测定开关频率之下时，与用于适配到更低的开关频率的步长相比，将适配到更高的开关频率的步长选择得更大。
2.根据权利要求1中所述的方法，其中，借助于所述评估单元(26)测定相关总干扰电压和/或总干扰电流和/或总干扰功率，并且在适配所述逆变器(10)的开关频率时除了将所述数值谱与所述极限值谱比较之外，考虑所述总干扰电压和/或总干扰电流和/或总干扰功率。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，预先计算最小可行的开关频率并且将所述最小可行的开关频率用作为用于根据所述数值谱和所述极限值谱的比较来适配开关频率的基础。
4.根据权利要求1中所述的方法，其中，借助所述数据单元(22)在不接通所述逆变器(10)的运行情况期间进行对所述测量值的检测，并且其中，一旦不接通所述逆变器(10)的所述运行情况结束，就借助所述适配单元(28)使用所适配的开关频率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，用于提高开关频率的步长与用于降低开关频率的步长之间的差随着距为所述逆变器(10)所确定的测定开关频率的间距的增加而增加。
6.一种用于运行逆变器***(12)的方法，所述逆变器***包括逆变器(10)、电网滤波器(20)以及在从所述电网滤波器(20)到所述逆变器(10)的反馈支路(30)中包括数据单元(22)和/或适配单元(28)，
其中，借助于所述数据单元(22)和/或适配单元(28)确定在所述逆变器(10)的电网侧的连接点(18)处的值，
其中，基于所确定的值估算在变化的开关频率下的发射曲线的变化曲线，
其中，所估算的发射曲线与预设的或能预设的极限值谱比较，并且
其中，根据比较的结果适配所述逆变器(10)的开关频率，并且其中，基于存在于分析时间点的频率相关的电网阻抗进行对所述发射曲线的变化曲线的估算。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，当在所述发射曲线与所述极限值谱的比较的结果中出现违反至少一个由所述极限值谱限定的极限值时，以迭代的方式利用提高一预设的或可预设的步长的开关频率重复对所述发射曲线的估算，直至遵循全部由所述极限值谱限定的所述极限值。
8.一种计算机可读存储介质，在所述计算机可读存储介质上安装有计算机程序，所述计算机程序具有程序代码构件，用于当借助于所述逆变器(10)的控制单元(34)执行所述计算机程序时，实施权利要求1至7中任一项所述的方法。
9.一种逆变器***(12)，具有逆变器(10)和电网滤波器(20)以及从所述电网滤波器(20)到所述逆变器(10)的反馈支路(30)，
其中，所述反馈支路(30)包括数据单元(22)、求值单元(24)、评估单元(26)和适配单元(28)，
其中，借助所述数据单元(22)能够确定在所述逆变器(10)的电网侧的连接点(18)处的值，
其中，借助在所述反馈支路(30)中连在所述数据单元(22)之后的所述求值单元(24)能够测定所检测的测量值的数值谱，
其中，借助在所述反馈支路(30)中连在所述求值单元(24)之后的所述评估单元(26)能够将所述数值谱与预设的或能预设的极限值谱比较，并且
其中，借助在所述反馈支路(30)中连在所述评估单元(26)之后的所述适配单元(28)能够根据比较结果适配所述逆变器(10)的开关频率，
其中，借助于数据单元(22)能够记录所述电网滤波器(20)处的电压测量值和/或电流测量值并且借助于求值单元(24)能够测定电压谱、电流谱或功率谱作为数值谱并且借助于评估单元(26)将所述数值谱与相应的极限值谱比较，并且
其中，在迭代地适配所述开关频率时，也进行对步长的适配，其中，在开关频率在为所述逆变器(10)所确定的测定开关频率之上时，与用于适配到更低的开关频率的步长相比，将用于适配到更高的开关频率的步长选择得更小，
和/或在开关频率在为所述逆变器(10)所确定的测定开关频率之下时，与用于适配到更低的开关频率的步长相比，将适配到更高的开关频率的步长选择得更大。
10.根据权利要求9所述的逆变器***(12)，具有用于执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法的构件。
11.根据权利要求10所述的逆变器***(12)，所述构件是安装在根据权利要求8所述的计算机可读存储介质上的计算机程序。
12.一种逆变器***(12)，具有逆变器(10)、电网滤波器(20)和从所述电网滤波器(20)到所述逆变器(10)的反馈支路(30)，
其中，所述反馈支路(30)包括数据单元(22)和/或适配单元(28)，
其中，借助所述数据单元(22)或所述适配单元(28)能够确定在所述逆变器(10)的电网侧的连接点(18)处的值，
其中，借助所述数据单元(22)或所述适配单元(28)能够基于所确定的值来测定对在变化的开关频率下的发射曲线的估算的变化曲线，
其中，借助所述数据单元(22)或所述适配单元(28)能够将所估算的所述发射曲线与预设的或能预设的极限值谱比较，并且
其中，借助所述数据单元(22)或所述适配单元(28)能够根据比较结果来适配所述逆变器(10)的开关频率。
13.根据权利要求12所述的逆变器***(12)，具有用于执行根据权利要求6和7中任一项所述的方法的构件。
14.根据权利要求13所述的逆变器***(12)，所述构件是安装在根据权利要求8所述的计算机可读存储介质上的计算机程序。
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