Способ подвода электрической энергии в трехфазную сеть переменного напряжения

Использование: в области электротехники. Технический результат - уменьшение несимметрии в трехфазной сети переменного напряжения. Способ включает в себя этапы: образование компонента системы прямой последовательности фаз, предназначенного для подвода тока, образование компонента системы обратной последовательности фаз, предназначенного для подвода тока, наложение компонента системы прямой последовательности фаз и компонента системы обратной последовательности фаз с получением предназначенного для подвода тока и подвод такого составного тока в трехфазную сеть переменного напряжения. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу подвода несимметричного трехфазного тока в трехфазную сеть переменного напряжения. Кроме того, настоящее изобретение относится к соответствующему устройству для подвода несимметричного тока в трехфазную сеть переменного напряжения, а также к снабженной таким устройством ветровой энергетической установке.

Электрическая энергия в большом объеме распределяется в трехфазной сети переменного напряжения, в частности, распределяется потребителям производителями энергии, такими как мощные электростанции, ветровые энергетические установки или тому подобные. В частности, потребители при этом регулируются под сеть переменного напряжения, которая обладает определенными характеристиками. К ним относится взаимная определенная частота и фаза между отдельными напряжениями, амплитуда напряжения каждой фазы и, наконец, также определенная симметрия сети переменного напряжения. Идеальным образом каждая фаза трехфазной системы, например, для европейской объединенной сети, имеет эффективное значение напряжения, равное 235 В, частоту, равную 50,0 Гц и положение фаз относительно каждой из двух других фаз, равное 120° или, соответственно, 240°. Соблюдение таких характеристик является важным требованием, и отклонения допустимы только в небольших границах. Слишком сильные отклонения могут наносить ущерб как стабильности соответствующей трехфазной сети переменного напряжения, так и вызывать повреждения чувствительных потребителей электроэнергии.

Для обеспечения соблюдения требуемых свойств, в частности симметрии трехфазной сети переменного напряжения, производители энергии, в частности мощные электростанции, осуществляют подвод тока в эту сеть переменного напряжения симметрично. Крупные потребители, такие как фабрики, оснащенные крупным оборудованием, должны гарантировать, что сеть переменного напряжения не будет нагружаться несимметрично, или будет, но только в очень небольших пределах.

В случае небольших потребителей исходят из того, что они в совокупности по существу нагружают сеть переменного напряжения только симметрично.

Все же может возникнуть ситуация, когда осуществляется несимметричная нагрузка или при известных условиях несимметричный подвод тока. Следствием может быть несимметричная сеть, по меньшей мере на отдельных участках. В этом случае желательно или даже необходимо, в зависимости от степени асимметрии, компенсировать асимметрию в сети переменного напряжения. Мощные электростанции часто не могут осуществлять такую компенсацию, потому что часто они осуществляют подвод тока через синхронный генератор, непосредственно связанный с сетью переменного напряжения. К отдельным фазам синхронного генератора при эксплуатации и в случае необходимости практически невозможен индивидуальный доступ.

При запитке ветровой энергетической установки через полный преобразователь, было бы, в принципе, возможно задание, генерирование и подвод несимметричного трехфазного переменного тока, если применяемый полный преобразователь обладает такой способностью. В таком случае каждое плечо моста полного преобразователя подает в сеть переменного напряжения различное количество тока.

Такой различный подвод тока может приводить к неодинаковой нагрузке и при известных условиях к слишком большим нагрузкам. Если полный преобразователь эксплуатируется до допустимого предела мощности и при этом осуществляет несимметричный подвод тока, то это может означать превышение предела нагрузки для одного отдельного плеча моста. Соответственно следует ожидать ускоренного старения конструктивных элементов или даже серьезной неисправности.

Таким образом, в основу настоящего изобретения положена задача, устранить или сократить по меньшей мере одну из вышеназванных проблем. В частности, должно быть создано решение для компенсации или частичной компенсации несимметричной ситуации в трехфазной сети переменного напряжения, при этом по меньшей мере одна из вышеназванных проблем должна быть предотвращена или сокращена. Предпочтительно должно быть предложено решение по подаче несимметричного, трехфазного переменного тока в сеть переменного напряжения или по предотвращению по меньшей мере одной из вышеназванных проблем. Должно быть предложено по меньшей мере одно альтернативное решение.

В соответствии с изобретением предлагается способ подвода несимметричного трехфазного тока в трехфазную сеть переменного напряжения согласно п. 1 формулы изобретения.

В основу изобретения положен тот известный факт, что несимметричная, трехфазная сеть переменного напряжения в принципе может быть представлена компонентом системы прямой последовательности фаз и компонентом системы обратной последовательности фаз. Из электротехники, в принципе, известен метод симметричных компонентов для осуществления упрощенного анализа несбалансированной погрешности в системе трехфазного тока, то есть трехфазной системе переменного тока. При этом несимметричная система разделяется так называемыми фазорами на системы прямой последовательности фаз, системы обратной последовательности фаз и системы нулевой последовательности фаз.

Система прямой последовательности фаз, которая также может называться компонентом системы прямой последовательности фаз, имеет то же самое направление обхода контура, что и первоначальная система. Система обратной последовательности фаз, которая также может называться компонентом системы обратной последовательности фаз, имеет направление, противоположное направлению первоначальной системы. В сущности, она компенсирует отклонение фазоров от обычного смещения фаз на 120°. Система прямой последовательности фаз как таковая, а также система обратной последовательности фаз как таковая симметричны каждая внутри себя.

Системой нулевой последовательности фаз называется система, в которой все фазоры имеют одинаковое направление и одинаковую длину. Эта система нулевой последовательности фаз компенсирует вероятное отклонение от нуля суммирования первоначальной системы. Однако в настоящем случае оказалось, что часто можно обойтись без системы нулевой последовательности фаз или, соответственно, компоненты системы нулевой последовательности фаз. Во всяком случае, в соответствии с одним из вариантов осуществления предлагается обойтись без системы нулевой последовательности фаз.

Положенная в основу теория симметричных компонентов до сих пор использовалась для анализа и описания несимметричной трехфазной системы. Так, соответственно система прямой последовательности фаз и система обратной последовательности фаз может описываться посредством модуля и фазы. С помощью этих значений возможен углубленный анализ.

Теперь предлагается создать как систему прямой последовательности фаз, так и систему обратной последовательности фаз, и созданные таким образом системы прямой и обратной последовательности фаз наложить с получением желательной несимметричной системы, предназначенной для подвода тока, а именно, в частности, несимметричного трехфазного переменного тока. Полученный таким образом при наложении несимметричный трехфазный полный ток может в данном случае подаваться в трехфазную сеть переменного напряжения.

Теперь можно с помощью трехфазного модуля инвертора образовать симметричную систему прямой последовательности фаз. Для этого трехфазного модуля инвертора ставится, таким образом, стандартная задача, а именно, генерирования симметричного трехфазного переменного тока. Так как этот модуль инвертора должен генерировать только симметричный трехфазный переменный ток, отсутствуют и проблемы вероятной несимметричной нагрузки или перегрузки одного из плеч моста.

Другой модуль инвертора может образовывать систему обратной последовательности фаз. Для этого модуля инвертора также ставится только стандартная задача генерирования симметричного трехфазного переменного тока.

Наложение этой системы прямой последовательности фаз и системы обратной последовательности фаз может осуществляться просто за счет того, что соответствующие фазы подключаются каждая к одному общему узлу. Это может осуществляться до или после выходного дросселя.

Оба модуля инвертора могут частично иметь общие компоненты. В частности, в случае модуля инвертора, использующего соответственно промежуточный контур постоянного напряжения, для двух модулей инвертора может применяться один общий промежуточный контур постоянного напряжения и соответственно также один общий или несколько общих выпрямителей для подвода электрической энергии в промежуточный контур постоянного напряжения.

Примером модуля инвертора для системы прямой последовательности фаз и модуля инвертора для системы обратной последовательности фаз является один из вариантов осуществления, который также хорошо подходит для пояснения основной идеи.

Согласно другим вариантам осуществления предлагается применять больше двух модулей инвертора, а именно, по меньшей мере для системы прямой последовательности фаз или для системы обратной последовательности фаз применять второй модуль инвертора. Предпочтительно применяется несколько модулей инвертора. Для подлежащего генерированию несимметричного трехфазного переменного тока рассчитывается необходимая система прямой последовательности фаз и необходимая система обратной последовательности фаз. В зависимости от амплитуды каждой из систем применяется соответствующее количество модулей инвертора для образования системы прямой последовательности фаз и соответствующее количество модулей инвертора для образования системы обратной последовательности фаз. Так, возможно применение нескольких модулей инвертора, имеющих одинаковые размеры. Тогда амплитуда системы прямой последовательности фаз или, соответственно, системы обратной последовательности фаз реализуется только за счет количества применяемых имеющих одинаковые размеры модулей инвертора. Благодаря этому может достигаться по существу равномерное распределение.

Соответственно каждая система прямой последовательности фаз состоит из нескольких частичных систем прямой последовательности фаз, и/или система обратной последовательности фаз состоит из нескольких частичных систем обратной последовательности фаз. Частичные системы прямой последовательности фаз или, соответственно, частичные системы обратной последовательности фаз образуются каждая модулем инвертора и затем накладываются. При наложении сначала частичные системы прямой последовательности фаз могут накладываться с получением системы прямой последовательности фаз и/или частичные системы обратной последовательности фаз могут накладываться с получением системы обратной последовательности фаз, а затем совместно накладываться с получением несимметричного, трехфазного переменного тока, или частичные системы прямой последовательности фаз и частичные системы обратной последовательности фаз все вместе накладываются с получением предназначенного для подвода несимметричного, трехфазного переменного тока.

Предпочтительно соответствующие фазы и амплитуды систем прямой последовательности фаз, при известных условиях частичных систем прямой последовательности фаз, систем обратной последовательности фаз и/или при известных условиях частичных систем обратной последовательности фаз задаются одним общим центральным устройством. С помощью такого центрального устройства предназначенный для подвода несимметричный, трехфазный переменный ток может расчетным путем распределяться в системы прямой последовательности фаз и системы обратной последовательности фаз, которые должны быть предусмотрены и созданы, при необходимости ток может также распределяться в дополнительное подразделение на частичные системы прямой последовательности фаз и частичные системы обратной последовательности фаз. Центральное устройство, в которое обычно поступают данные относительно имеющихся в распоряжении модулей инвертора, может, таким образом, осуществлять полное распределение и тем самым способствовать тому, чтобы несимметричный, трехфазный переменный ток состоял по существу из множества одинаковых симметричных трехфазных компонентов тока. Предпочтительно центральное устройство учитывает при этом имеющуюся в распоряжении полную эффективную мощность имеющихся в распоряжении модулей инвертора. В частности, при подводе электрической энергии, полученной посредством ветровой энергетической установки или, соответственно, мощности, она может регистрироваться по амплитуде и соответственно может выполняться распределение тока, который должен генерироваться.

С помощью предназначенного для этого устройства можно также без затруднений управлять симметричным подводом тока, то есть не предлагаемым изобретением подводом тока. В этом случае потребовалось бы только создать систему прямой последовательности фаз без системы обратной последовательности фаз.

Предпочтительно все частичные системы прямой последовательности фаз имеют одинаковые фазы и/или амплитуды и/или все частичные системы обратной последовательности фаз имеют, в свою очередь, одинаковые фазы и амплитуды.

Это позволяет осуществлять равномерное распределение, благодаря которому уменьшаются вероятные нагрузки на применяемые конструктивные элементы и благодаря которому может достигаться упрощение как расчета, так и производства.

Предпочтительно предлагается способ, который отличается тем, что система прямой последовательности фаз и система обратной последовательности фаз образуются каждая по меньшей мере одним собственным модулем инвертора и/или одно или, соответственно, упомянутое центральное устройство задает, какой или, соответственно, какие из модулей инвертора образуют систему прямой последовательности фаз, и какой или, соответственно, какие из модулей инвертора образуют систему обратной последовательности фаз.

При создании как системы прямой последовательности фаз, так и системы обратной последовательности фаз в каждом случае по меньшей мере одним собственным модулем инвертора каждый модуль инвертора может ограничиваться генерированием симметричного трехфазного переменного тока. Предпочтительно устройство управления задает, какой или, соответственно, какие из модулей инвертора образуют систему прямой последовательности фаз, и какой или, соответственно, какие из модулей инвертора образуют систему обратной последовательности фаз. Это означает также, что применяемые модули инвертора не являются жестко заданными для образования системы прямой последовательности фаз или образования системы обратной последовательности фаз. Напротив, в зависимости от необходимости в каждом случае различное количество модулей инвертора может применяться для образования системы прямой последовательности фаз и также различное количество модулей инвертора может применяться для образования системы обратной последовательности фаз.

Предпочтительно в зависимости от потребности могут применяться один модуль инвертора или несколько модулей инвертора в различных целях. Соответственно этому модуль инвертора, в качестве примера, может сначала образовывать систему прямой последовательности фаз, а затем переходить на образование системы обратной последовательности фаз, или наоборот.

В соответствии с изобретением, кроме того, предлагается устройство для подвода несимметричного трехфазного тока в трехфазную сеть переменного напряжения в соответствии с п. 6 формулы изобретения. Такое устройство включает в себя по меньшей мере один первый модуль инвертора для образования системы прямой последовательности фаз предназначенного для подвода тока и один второй модуль инвертора для образования системы обратной последовательности фаз предназначенного для подвода тока. Оба модуля инвертора связаны таким образом, что система прямой последовательности фаз накладывается на систему обратной последовательности фаз с получением предназначенного для подвода тока, а именно предназначенного для подвода суммарного тока. Для этого модули инвертора, в частности, подключены соответствующим образом к своему выходу тока. Он может быть предусмотрен перед дросселем или позади него.

Предпочтительно первый модуль инвертора может поддерживаться другими модулями инвертора при образовании системы прямой последовательности фаз, а второй модуль инвертора может поддерживаться другими модулями инвертора при образовании системы обратной последовательности фаз.

Предпочтительно упомянутый по меньшей мере один первый модуль инвертора и упомянутый по меньшей мере один второй модуль инвертора связаны посредством одного общего промежуточного контура постоянного напряжения для образования соответствующей системы прямой последовательности фаз или, соответственно, системы обратной последовательности фаз из постоянного напряжения этого общего промежуточного контура постоянного напряжения. Поэтому различные модули инвертора создают различные компоненты несимметричного трехфазного предназначенного для подвода тока, но используют один общий источник. В частности, такой общий промежуточный контур постоянного напряжения может питаться от одного общего источника, такого, как, например, фотогальваническая установка или ветровая энергетическая установка или, соответственно, током, вырабатываемым генератором ветровой энергетической установки. Это, кроме того, имеет то преимущество, что изменения в отношении образования системы прямой последовательности фаз и системы обратной последовательности фаз для промежуточного контура постоянного напряжения и вместе с тем питающего предвключенного источника по существу не имеют последствий. Так, по меньшей мере один из модулей инвертора может также использоваться по-новому, а именно, для образования одной частичной системы прямой последовательности фаз вместо одной частичной системы обратной последовательности фаз или наоборот, без обязательных последствий для промежуточного контура постоянного напряжения.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления, таким образом предусматривается, что по меньшей мере один из по меньшей мере одного первого модуля инвертора и/или по меньшей мере одного второго модуля инвертора предназначен для того, чтобы, на выбор, образовывать систему прямой последовательности фаз или ее часть или систему обратной последовательности фаз или ее часть.

Предпочтительно предусмотрено устройство, которое отличается тем, что предусмотрено центральное устройство управления для задания номинальных значений модуля и фазы для образования соответствующей системы обратной последовательности фаз или, соответственно, системы прямой последовательности фаз и/или для определения, какой из первого и второго модулей инвертора будет применяться для образования системы прямой последовательности фаз, а какой - для образования системы обратной последовательности фаз.

Таким образом, простым и эффективным образом может предусматриваться устройство с общим управлением, которое тем не менее предоставляет различные компоненты тока, накладывающиеся друг на друга для подвода тока.

Предпочтительно для связи модулей инвертора между собой и при необходимости для связи с центральным устройством управления предусмотрена система шины данных. Благодаря этому простым образом возможен обмен данными между отдельными модулями инвертора и центральным устройством управления, для управления отдельными компонентами и для достижения взаимно согласованного общего режима работы устройства. Такая система шины данных предпочтительна также в случае, когда предусмотрено множество модулей инвертора, которые при известных условиях не размещены в одном и том же корпусе. Так, например, в подножье башни ветровой энергетической установки может быть предусмотрено множество модулей инвертора, которые имеют один общий промежуточный контур постоянного напряжения, в частности промежуточный контур постоянного напряжения, который выполнен в виде так называемой сборной шины. В том случае, если между отдельными модулями инвертора предусмотрены расстояния, это может быть предпочтительно для их охлаждения. Также в случае замены или технического обслуживания одного из модулей инвертора он может простым образом отсоединяться от промежуточного контура постоянного напряжения, а также отсоединяться от шины данных, а заменяющий модуль или отремонтированный модуль вставляться на это место. Это позволяет получить модульную конструкцию и в то же время центральное управление общим устройством подвода тока.

Такая модульная конструкция позволяет также предусмотреть одинаковые модули инвертора для устройств подвода тока, которые имеют различные суммарные мощности. Эти различные суммарные мощности, например, для применения в ветровых энергетических установках различного размера, могут достигаться простым образом за счет предусмотренного соответствующего количества модулей инвертора.

Предпочтительно предлагается ветровая энергетическая установка, снабженная устройством для подвода несимметричного трехфазного тока согласно изобретению. Такая ветровая энергетическая установка имеет, в частности, ротор, включающий в себя ступицу ротора и одну или несколько лопастей ротора, для преобразования ветра во вращательное движение ротора. Кроме того, предусмотрен электрический генератор, в частности, синхронный генератор с электромагнитным ротором, привод которого осуществляется только что описанным аэродинамическим ротором, для генерирования электрического тока. Этот электрический ток используется после соответствующего преобразования для подвода в сеть переменного напряжения посредством устройства для подвода тока. Для этого, например, вырабатываемый генератором ток может выпрямляться и запитываться в промежуточный контур постоянного напряжения, к которому подключены модули инвертора, для выполнения подвода. Предпочтительно устройство расположено внутри или на башне ветровой энергетической установки, на которой расположены и опираются упомянутый ротор и генератор.

Особое преимущество применения ветровой энергетической установки, снабженной предлагаемым изобретением устройством для подвода несимметричного трехфазного тока в трехфазную сеть переменного напряжения, заключается в том, что, в частности, на нецентральных участках сети переменного напряжения могут возникать явления асимметрии. При применении ветровой энергетической установки ее можно устанавливать также нецентрально, и тем самым целенаправленно противодействовать асимметрии на этом нецентральном участке сети.

Кроме того, при этом возможен также отбор электрической энергии из сети переменного напряжения, обладающей асимметрией, и преобразование в несимметричный трехфазный ток, который противодействует указанной асимметрии. Таким образом, ветровая энергетическая установка даже в случае безветрия при необходимости может способствовать симметрированию асимметрии в сети переменного напряжения.

Настоящее изобретение, в частности, предусмотрено также для выполнения требований, которые устанавливаются предписаниями, такими как технические предписания «Федеральный Союз энергетики и водного хозяйства (BDEW), технические предписания для генерирующих установок в сети среднего напряжения, предписания по подключению и параллельной эксплуатации генерирующих установок в сети среднего напряжения, июнь 2008 г.». Также изобретение предусмотрено для работы в соответствии с предписаниями по подводу тока и, в частности, выполнения новейших требований к качеству сети таких предписаний. Это касается, в частности, также распоряжения по системным требованиям к ветровым энергетическим установкам от 10 июля 2009 г.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения предлагаемое изобретением устройство для подвода несимметричного трехфазного тока образует генерирующее устройство или, соответственно, часть генерирующего устройства в соответствии с предписаниями Федерального Союза энергетики и водного хозяйства (BDEW) для среднего напряжения.

Ниже настоящее изобретение наглядно поясняется подробнее на примерах осуществления, изображенных на фигурах, на которых показано:

Фиг. 1 - схематичный вид структуры генерирующего устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2a-2с - структура несимметричного трехфазного переменного тока (фиг. 2c) из системы прямой последовательности фаз (фиг. 2a) и системы обратной последовательности фаз (фиг. 2b).

Фиг. 3 - схематичный вид полного преобразователя, включающий в себя несколько модулей преобразователя в соответствии с настоящим изобретением.

Генерирующее устройство 1 в соответствии со схематичным изображением фиг. 1 включает в себя участок 2 преобразования энергии, на который подается электрическая энергия из другой формы энергии. Так, например, с помощью ветровой энергетической установки энергия ветра может преобразовываться посредством аэродинамического ротора и электрического генератора в электрический ток. Между аэродинамическим ротором и электрическим генератором может быть предусмотрена передача, что, однако, не рассматривается в рамках настоящей заявки. В качестве другого примера получения электрической энергии из другой формы энергии можно назвать солнечный элемент, который может получать электрическую энергию из поглощаемого солнечного излучения.

Чтобы подготовить эту электрическую энергию, получаемую на участке 2 преобразования энергии, к подводу в электрическую сеть переменного напряжения, предусмотрен полный преобразователь 4. По существу вся электрическая энергия, получаемая посредством участка 2 преобразования энергии, направляется через этот полный преобразователь 4, для подвода в сеть переменного напряжения. Полный преобразователь образует при этом в соответствии с изобретением по меньшей мере одну систему прямой последовательности фаз и по меньшей мере одну систему обратной последовательности фаз, которые накладываются в опорной точке 6, чтобы затем подаваться в сеть в виде общего, несимметричного суммарного тока. В связи с этим для наглядности изображен блок 8 подвода тока в сеть.

В случае генерирующих устройств, таких как генерирующее устройство 1, содержащее полный преобразователь 4, режим подвода тока определяется преобразователем переменного тока или, соответственно, полным преобразователем. Вид подвода тока, например, в отношении эффективной/реактивной мощности и фазного угла задается путем настройки силовых полупроводников, содержащихся в преобразователе. Несимметричный подвод мощности можно осуществлять за счет несимметричного подвода тока. В таком случае подаваемый ток состоит в соответствии с изобретением из системы прямой последовательности фаз и обратной последовательности фаз, что приводит к несимметричному суммарному току генерирующего устройства.

Генерирование предназначенного для подвода трехфазного переменного тока поясняется с помощью векторных диаграмм на фиг. 2a-2c. В основу этого пояснения, ради наглядности, положена структура несимметричного трехфазного суммарного тока из системы прямой последовательности фаз и системы обратной последовательности фаз. Система прямой последовательности фаз изображена на фиг. 2a. На ней показана амплитуда и фаза трех токов I_L1m, I_L2m и I_L3m. Круговая частота изображенной векторной системы обозначена ω. Круговая частота ω приводит к последовательности фаз I_L1m, I_L2m и I_L3m. Фазы между тремя токами I_L1m, I_L2m и I_L3m составляют в каждом случае от 120° до 140°. Амплитуды трех токов I_L1m, I_L2m и I_L3m одинаковы. Поэтому имеется симметричный трехфазный ток.

Система обратной последовательности фаз в соответствии с фиг. 2b изображена тремя векторами для трех токов I_L1g, I_L3g и I_L2g, которые также имеют фазный угол, равный 120° или, соответственно, 140°, и которые имеют каждый одну и ту же амплитуду. Круговая частота для системы обратной последовательности фаз также обозначена ω. Система обратной последовательности фаз, таким образом, также является симметричной.

Таким образом, генерируются по меньшей мере два симметричных трехфазных тока.

Общая система получается из наложения системы прямой последовательности фаз и системы обратной последовательности фаз. Это означает, что в каждом случае токи одной фазы обеих систем суммируются. Наложенная таким образом система изображена на фиг. 2c. Векторы I_L1, I_L2 и I_L3 изображают три тока результирующего несимметричного, наложенного трехфазного суммарного тока. Соответственно вектор I_L1 получается при векторном сложении векторов I_L1m системы прямой последовательности фаз в соответствии с фиг. 2a и I_L1g в соответствии с системой обратной последовательности фаз, показанной на фиг.2b. Соответственно суммируются I_L2m и I_L2g с получением I_L2, а также суммируются I_L3m и I_L3g с получением I_L3. Это изображено на фиг. 2c. Круговая частота этой несимметричной общей системы также обозначена ω. Круговая частота ω для системы прямой последовательности фаз в соответствии с фиг. 2a, системы обратной последовательности фаз в соответствии с фиг. 2b и суммарного тока в соответствии с фиг. 2c одинакова.

На фиг. 2c, таким образом, показано, что трехфазный несимметричный суммарный ток получается в результате наложения двух трехфазных симметричных токов.

Чтобы генерировать изображенный на фиг. 2c суммарный ток I_L1, I_L2 и I_L3, полный преобразователь немодульной конструкции, в котором, например, для каждой фазы имеется инверторный мост, при подводе несимметричного тока должен был бы допускать несимметричную настройку своих вентилей, в частности, полупроводниковых реле. Но даже в случае полного преобразователя модульной конструкции, который имеет несколько модулей инвертора, каждый из которых в отдельности генерирует трехфазный ток, может генерироваться несимметричный суммарный ток, при этом каждый модуль инвертора генерирует несимметричный частичный ток и все генерируемые несимметричные частичные токи накладываются с получением несимметричного суммарного тока. В частности, каждый модуль инвертора мог бы генерировать несимметричный частичный ток, который по фазе и положению фаз соответствовал бы несимметричному суммарному току, но имел бы меньшие амплитуды.

Однако в случае полного преобразователя модульной конструкции несимметричная настройка вентилей или, соответственно, полупроводниковых реле не является необходимой. Каждый модуль преобразователя может вместо этого подводить симметричный ток, при этом подвод суммарного тока распределяется по модулям преобразователя неравномерно. Напротив, изобретение предусматривает задание характеристики подвода тока, при которой, в зависимости от требуемой асимметрии, определенное количество модулей преобразователя подводит ток к чистой системе прямой последовательности фаз, то есть подводит чистый ток системы прямой последовательности фаз, то есть трехфазный ток в соответствии с фиг. 2a, в то время как прочие модули подводят ток к чистой системе обратной последовательности фаз, то есть подводят чистый ток системы обратной последовательности фаз, то есть трехфазный ток в соответствии с фиг. 2b. Такое распределение наглядно поясняется на фиг. 3. Показанные модули преобразователя образуют модули инвертора, как описано выше, или, соответственно, модули преобразователя могут также называться модулями инвертора.

На фиг. 3 показан общий промежуточный контур Z_k постоянного напряжения, к которому подключено множество модулей M₁, M₂-M_k и M_k+1-M_n преобразователя. Эти модули M₁-M_n преобразователя образуют преобразователь в смысле полного преобразователя 4 в соответствии с фиг. 1. Модули M₁-M_k преобразователя образуют каждый систему прямой последовательности фаз, то есть ток системы прямой последовательности фаз. Прочие модули M_k+1-M_n преобразователя образуют каждый систему обратной последовательности фаз, то есть ток системы обратной последовательности фаз в соответствии с фиг. 2b. Генерируемые таким образом токи в опорной точке 6 или до нее накладываются и затем, как наглядно поясняется с помощью блока 8, подводятся в сеть переменного напряжения. Соответственно наложение в опорной точке генерирующего устройства приводит к несимметричному суммарному току.

В зависимости от способа управления, и вместе с тем в зависимости от выбранного варианта осуществления изобретения, управление модулями преобразователя осуществляется по группам, а именно в так называемой группе системы прямой последовательности фаз и так называемой группе системы обратной последовательности фаз, при этом амплитуда и положение фаз каждого тока модуля внутри одной группы идентичны, или осуществляется управление каждым отдельным модулем. В этом втором случае амплитуда и положение фаз у модулей преобразователя могут отличаться.

В частности, когда управление модулями преобразователя осуществляется по группам и предусмотрено центральное устройство управления, которое выполняет групповую настройку и при необходимости также определяет распределение по группам, возможно по существу равномерное распределение всей предназначенной для подвода мощности по всем модулям M₁-M_n, насколько это возможно при имеющемся количестве модулей M₁-M_n преобразователя.

Задание предназначенного для подвода несимметричного трехфазного тока может осуществляться путем внешних вводов, например, оператором сети переменного напряжения, или генерирующее устройство и/или подлежащее применению центральное устройство управления регистрирует асимметрию в сети переменного напряжения и самостоятельно рассчитывает предназначенный для подвода несимметричного тока, чтобы противодействовать зарегистрированной в сети асимметрии.

Предпочтительным образом генерирующее устройство применяется с ветровой энергетической установкой. Предпочтительно применение ветровой энергетической установки, которая может варьироваться по частоте вращения и использует синхронный генератор. Синхронный генератор генерирует при эксплуатации электрический ток, который выпрямляют и используют для питания промежуточного контура постоянного напряжения, такого как промежуточный контур Z_k постоянного напряжения, показанный на фиг. 3. Благодаря этому регулирование частоты вращения ветровой энергетической установки может по существу быть изолировано от подвода тока в электрическую сеть переменного напряжения. К промежуточному контуру постоянного напряжения подключено множество модулей инвертора, которые могут использовать энергию в промежуточном контуре и, как описано, могут генерировать токи системы прямой последовательности фаз и токи системы обратной последовательности фаз для наложения с получением несимметричного суммарного тока.

Когда несколько модулей преобразователя, таких как, например, модули M₁-M_k преобразователя, генерируют ток системы прямой последовательности фаз, то ток, генерируемый в каждом случае одним модулем, может называться частичной системой прямой последовательности фаз или частичным током системы прямой последовательности фаз. Соответственно, когда несколько модулей преобразователя, таких как модули M₁-M_k преобразователя, генерируют ток системы обратной последовательности фаз, ток системы обратной последовательности фаз, генерируемый каждым модулем преобразователя, может называться частичным током системы обратной последовательности фаз.

Таким образом, настоящее изобретение может применяться в области управления преобразователями. Предпочтительно применяется преобразователь модульной конструкции, в котором управление модулями преобразователя может осуществляться по отдельности или в группах. Изобретение находит также применение при выполнении предписаний по подключению к сети, в частности, в рамках подвода электрической энергии в сеть общего пользования, а именно в сеть переменного напряжения общего пользования или, соответственно, в контур переменного напряжения.

Цель заключается в том, чтобы реализовать асимметричный подвод тока к генерирующему устройству (EZE). Такое генерирующее устройство включает в себя, в частности, также полный преобразователь модульной конструкции, посредством которого происходит подвод тока в сеть. Настоящее изобретение находит применение в том, чтобы стабилизировать сеть при несимметричных сетевых напряжениях с несимметричной мощностью тока.

Способ, при котором каждый модуль преобразователя осуществляет несимметричный подвод тока, приводит к несимметричной нагрузке на рабочие средства. Именно для преобразователей, оптимизированных для симметричного подвода тока, несимметричный подвод тока является непредпочтительным, может быть, даже невозможным или недопустимым, если предварительно не осуществлять выбор размеров существенных компонентов. Другими словами, должна быть создана концепция совершенно нового инвертора. В предлагаемом решении каждый модуль преобразователя в отдельности подводит симметричный ток. Для компонентов обеспечивается, таким образом, во всяком случае, с точки зрения нагрузки, отсутствие отличий от нормального режима работы, который имеет место, когда подвод тока осуществляется в целом симметрично.

1. Способ подвода несимметричного трехфазного тока в трехфазную сеть переменного напряжения, включающий в себя этапы:
- образование компонента системы прямой последовательности фаз для предназначенного для подвода тока,
- образование компонента системы обратной последовательности фаз для предназначенного для подвода тока,
- наложение компонента системы прямой последовательности фаз и компонента системы обратной последовательности фаз с получением предназначенного для подвода тока и подвод такого составного тока в трехфазную сеть переменного напряжения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что компонент системы прямой последовательности фаз состоит из нескольких компонентов частичной системы прямой последовательности фаз, и/или компонент системы обратной последовательности фаз состоит из нескольких компонентов частичной системы обратной последовательности фаз.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что соответствующие фазы и амплитуды компонента системы прямой последовательности фаз, и при известных условиях компонентов частичной системы прямой последовательности фаз, компонента систем обратной последовательности фаз и/или при известных условиях компонентов частичной системы обратной последовательности фаз задаются одним общим центральным устройством.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что каждый из компонентов частичной системы прямой последовательности фаз имеет одинаковые фазы и/или одинаковые амплитуды, и/или каждый из компонентов частичной системы обратной последовательности фаз имеет одинаковые фазы и/или одинаковые амплитуды.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что компонент системы прямой последовательности фаз и компонент системы обратной последовательности фаз образуются каждый по меньшей мере одним собственным модулем инвертора и/или одно или, соответственно, упомянутое центральное устройство управления задает, какой или, соответственно, какие из модулей инвертора образуют компонент системы прямой последовательности фаз и какой или, соответственно, какие из модулей инвертора образуют компонент системы обратной последовательности фаз.

6. Устройство для подвода несимметричного трехфазного тока в трехфазную сеть переменного напряжения, включающее в себя:
- по меньшей мере один первый модуль инвертора для образования компонента системы прямой последовательности фаз для предназначенного для подвода тока,
- по меньшей мере один второй модуль инвертора для образования компонента системы обратной последовательности фаз для предназначенного для подвода тока, и
- по меньшей мере один первый модуль инвертора и по меньшей мере один второй модуль инвертора связаны так, что компонент системы прямой последовательности фаз и компонент системы обратной последовательности фаз накладываются с получением предназначенного для подвода тока.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что по меньшей мере один первый модуль инвертора и по меньшей мере один второй модуль инвертора связаны посредством одного общего промежуточного контура постоянного напряжения для образования компонента соответствующей системы прямой последовательности фаз или, соответственно, компонента системы обратной последовательности фаз из постоянного напряжения общего промежуточного контура постоянного напряжения.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что по меньшей мере один из по меньшей мере одного первого модуля инвертора и/или по меньшей мере одного второго модуля инвертора выполнен с возможностью, на выбор, образовывать компонент системы прямой последовательности фаз или его часть или компонент системы обратной последовательности фаз или его часть.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что предусмотрено центральное устройство управления для задания номинальных значений модуля и фазы для образования соответствующего компонента системы обратной последовательности фаз или, соответственно, компонента системы прямой последовательности фаз и/или для определения, какой из первого и второго модулей инвертора применяется для образования компонента системы прямой последовательности фаз, а какой - для образования компонента системы обратной последовательности фаз.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что для связи модулей инвертора между собой и при необходимости для связи с центральным устройством управления предусмотрена система шины данных.

11. Устройство по любому из пп.6-10, отличающееся тем, что применяется способ по любому из пп.1-5.

12. Ветровая энергетическая установка, снабженная устройством по любому из пп.6-11.