CN103492894B - 用于确定差值电流的故障电流分量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在确定差值电流（i_diff(t)）的故障电流分量（I_F）时，其中，所述差值电流在一逆变器（1）上被测量，为了确定所述差值电流（i_diff(t)）的交流故障电流分量检测施加在所述逆变器（1）的一交流输出端上的交流电压（u_AC(t)）并且与被检测的交流电压（u_AC(t)）相关地产生变换正负号的一周期性参考函数（y(t)）。所述差值电流（i_diff(t)）与所述周期性参考函数（y(t)）相乘，并且所述差值电流（i_diff(t)）和所述参考函数（y(t)）的乘积关于所述参考函数（y(t)）的整数个周期（T）被平均。在此，所述参考函数（y(t)）至少为了所述逆变器（1）的一运行状态而以相对于被检测的交流电压（u_AC(t)）的预先给定的相位错开和/或以一频率产生，该频率是被检测的交流电压（u_AC(t)）的频率的整数多倍。

Description

用于确定差值电流的故障电流分量的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定差值电流的故障电流分量的方法以及一种用于执行这样的方法的装置，所述差值电流在一逆变器上被测量。

所述逆变器尤其涉及将直流电源提供的直流电调整成交流电的逆变器。该直流电源尤其可以是一光电设备，该光电设备单独地基于其空间上的扩展尺寸而具有巨大的对地漏电量相对地的该漏电量和电位位移在逆变器的运行中出现，由于它们而产生对地的漏电流。所述漏电流在差值电流中发现，该差值电流一般被监控用于快速识别故障电流的出现。大的漏电流因此导致，在通过监控差值电流识别故障电流时减少敏感性。因此而感兴趣的是：确定差值电流的实际故障电流分量。

背景技术

标准VDE 0126和VDE 0126-1-1要求，逆变器与突然出现的差值电流的有效值相关地通过其电网接口在预先给定的关断时间之内由电网分开。如已经说到的那样，该差值电流由阻性故障电流和附加的容性漏电流组成，它们矢量地叠加为所述差值电流。能够这样得到用于满足所提到的标准的规范的试验设置和试验流程的设定，即，故障电流的阶跃式提升必须也在存在大的漏电流的情况下单独地导致逆变器从电网的分开。对此而需要的是：确定差值电流的故障电流分量。

在一逆变器上，所述差值电流通常以一总电流互感器(Summenstromwandler)来测量，该总电流互感器的电压信号是对于所述逆变器的零线和相位之间的差值电流的量度。通过这样的趋势，即，无变压器的逆变器伴随光电设备的提高的功率和较大的尺寸设定来发展，相对地的电容进而出现的漏电流提高。通过使用确定的用于所述光电设备的材料，该趋势进一步加强。此外，所述漏电量例如在作为直流电源的光电设备的情况下不是恒定的，而是尤其由于到光伏电池板(Photovoltaikpaneele)上的沉积(Niederschlag)而改变。为了足够敏感地检测故障电流中的阶跃因此必须将漏电流分量连续地从所述差值电流分开。

为了将漏电流从总电流互感器的电压信号分离而已知的是，所述总电流互感器测量的所有缓慢改变的电流被限定为漏电流并且通过评价软件(Auswertungssoftware)来补偿。故障电流的出现的阶跃然后可以矢量地进行计算。但是在该方法中，漏电流中的阶跃错误地被解释为故障电流。

由WO 98/58432 A1公知了用于交流电网中的绝缘和故障电流监控的方法和装置。在所述方法和装置的情况下检测电网导线之间的通过矢量叠加而形成的差值电流。从所述差值电流来确定交流分量。作为第二电网参数检测至少两个电网导线之间的电网交流电压或一根电网导线及一根电位均衡导线或一根中性导线之间的电网交流电压。然后求出差值电流的交流分量的幅值与两个所检测的电网参数之间的相位角φ的余弦函数值之间的乘积来作为电网阻性故障电流的量度。该求出可以通过差值电流交流分量与一个乘法信号的乘法和接下来的构成算术平均值来执行，其中，所述乘法信号相应于在其有效值方面保持恒定的电网交流电压。在该已知方法宽展到一多相交流电网上时，所提到的多个步骤应该对于三根电网导线中的每个分开地执行，其方式是：检测所有三个电网导线的差值电流的交流分量；此外，检测每根电网导线以及一根中性导线或一根电位均衡导线之间的三个电网交流电压；求出差值电流交流分量的幅值以及所述三个相位角φ的余弦函数值之间的相应的三个乘积。公开的方法能够原理上地应用到一单相逆变器上，但是已证明的是：在一多相逆变器上所测量的差值电流的交流故障电流分量不能以该方式适用地确定。也在一单相逆变器的情况下出现这样的运行状态，其中，被测量的差值电流的交流故障电流分量以该公知的方法不能被适用地确定。

发明内容

本发明基于这样的任务，即，指出一种用于确定差值电流的故障电流分量的方法以及一种用于执行这样的方法的装置，该差值电流在一逆变器上测量，利用所述方法和装置至少适用地确定了所述差值电流的交流故障电流分量和优选地还有全部故障电流分量。

本发明的任务通过根据本发明的方法以及根据本发明的装置解决。

根据本发明，提出一种用于确定差值电流的故障电流分量的方法，所述差值电流在一逆变器上被测量，其中，为了确定所述差值电流的交流故障电流分量：检测施加在所述逆变器的一交流输出端上的交流电压；与被检测的交流电压相关地产生变换正负号的一周期性参考函数；将所述差值电流与所述参考函数相乘；所述差值电流和所述参考函数的乘积关于所述参考函数的整数个周期被平均，其中，所述参考函数至少为了所述逆变器的一运行状态、以相对于被检测的交流电压的预先给定的相位错开和/或以一频率产生，该频率是被检测的交流电压的频率的整数多倍。

有利的是，在所述逆变器的一运行状态中，半导体开关不以所述逆变器的逆变桥的反向并联二级管来操控，所述参考函数至少为了该运行状态、以相对于所述交流电压的预先给定的相位错开来产生。

有利的是，所述逆变器具有n个交流输出端，在这些交流输出端上施加相同频率的n个交流电压，其中，n大于1，并且，所述参考函数以如下频率来产生，该频率是被检测的交流电压的频率的至少n倍。

有利的是，在所述逆变器的一运行状态中，半导体开关不以所述逆变器的逆变桥的反向并联二级管来操控，所述参考函数至少为了该运行状态这样地产生，使得所述参考函数的交零与被检测的交流电压的交零重合。

有利的是，为了确定所述差值电流的一另外的交流故障电流分量：产生变换正负号的一另外的周期性参考函数，所述另外的周期性参考函数的频率相对于所述参考函数的频率处在一整数比例中，其中，所述另外的周期性参考函数的交零与所述参考函数的交零重合；将所述差值电流与所述另外的周期性参考函数相乘，以及所述差值电流和所述另外的周期性参考函数的乘积关于所述另外的周期性参考函数的整数个周期被平均。

有利的是，使所述交流故障电流分量和所述另外的交流故障电流分量几何叠加，以便确定所述差值电流的全部交流故障电流分量。

有利的是，所述参考函数是一正弦函数，所述正弦函数的交零以被检测的交流电压的交零被触发。

有利的是，所述参考函数具有的峰值。

有利的是，所述差值电流和每个参考函数的乘积关于所述交流电压的整数个周期被平均。

有利的是，为了确定所述差值电流的直流故障电流分量时间上地平均所述差值电流。

有利的是，使所述直流故障电流分量和每个交流故障电流分量几何叠加，以便确定所述差值电流的全部故障电流分量。

有利的是，在所述逆变器的所有交流输出端上施加交流电压，当交流故障电流分量或直流故障电流分量或全部故障电流分量超过对于一最小时间的电流极限值时，使这些交流输出端由交流负载或交流电网分开和/或使所述逆变器关断。

有利的是，所述差值电流在所述逆变器的所有交流输出端上被测量。

根据本发明提出一种用于确定差值电流的故障电流分量的装置，具有：一总电流互感器，用于测量在一逆变器上的差值电流；一测量装置，用于检测施加在所述逆变器的一交流输出端上的交流电压；一信号发生器，用于与被检测的交流电压相关地产生变换正负号的一周期性参考函数；一乘法节点，用于将所述差值电流与所述参考函数相乘；一平均值形成器，用于形成所述乘法节点的乘积关于所述参考函数的整数个周期的平均值，其中，所述信号发生器至少为了所述逆变器的一运行状态、以相对于被检测的交流电压的预先给定的相位错开和/或以如下频率产生所述参考函数，该频率是被检测的交流电压的频率的整数多倍。

有利的是，所述信号发生器以相对于交流电压的预先给定的相位错开、至少为了所述逆变器的一如下运行状态产生所述参考函数，在该运行状态中，所述逆变器的一控制装置不以所述逆变器的逆变桥的反向并联二级管操控半导体开关。

有利的是，所述逆变器具有n个交流输出端，在这些交流输出端上施加相同频率的n个交流电压，其中，n大于1，并且，所述信号发生器以如下频率产生所述参考函数，该频率是被检测的交流电压的频率的至少n倍。

有利的是，在所述逆变器的一运行状态中，所述逆变器的一控制装置以所述逆变器的逆变桥的反向并联二级管来操控半导体开关，所述信号发生器至少为了该运行状态这样地产生所述参考函数，使得所述参考函数的交零与被检测的交流电压的交零重合。

有利的是，用于确定差值电流的故障电流分量的装置设置有：一另外的信号发生器，用于产生一另外的参考函数，所述另外的参考函数的频率相对于所述参考函数的频率处在一整数比例中，其中，所述另外的参考函数的交零与所述参考函数的交零重合；一另外的乘法节点，用于将所述差值电流与所述另外的参考函数相乘；以及一另外的平均值形成器，用于形成所述另外的乘法节点的乘积关于所述另外的参考函数的整数个周期的平均值。

有利的是，一几何加法器设置用于所述乘法节点的平均乘积和所述另外的乘法节点的平均乘积。

有利的是，所述信号发生器是一正弦发生器并且以被检测的交流电压的交零来触发。

有利的是，一模拟/数字变换器设置用于所述差值电流和被检测的交流电压。

有利的是，一平均值形成器设置用于所述差值电流。

有利的是，每个平均值形成器具有一积分器或低通滤波器。

有利的是，一几何加法器设置用于平均差值电流和用于所有乘法节点的平均乘积的几何总和。

有利的是，所述总电流互感器测量所述逆变器的所有交流输出端之间的差值电流。

根据本发明提出一种逆变器，具有一控制装置和一如前述那样的用于确定差值电流的故障电流分量的装置，其中，当一乘法节点的平均乘积或平均差值电流或一几何加法器的一输出端信号超过对于一最小时间的极限值时，所述控制装置将所述逆变器的施加有交流电压的所有交流输出端与交流负载或交流电网分开和/或关断所述逆变器。

在用于确定差值电流的故障电流分量的根据本发明的方法中，其中，所述差值电流在一逆变器上被测量，为了确定所述差值电流的交流故障电流分量：(i)检测施加在所述逆变器的一交流输出端上的交流电压；(ii)与被检测的交流电压相关地产生变换(wechselnden)正负号的一周期性参考函数；(iii)将所述差值电流与所述参考函数相乘；(iv)所述差值电流和所述参考函数的乘积关于所述参考函数的整数个周期被平均。在此，所述参考函数至少为了所述逆变器的一运行状态、以相对于被检测的交流电压的预先给定的相位错开和/或以一频率产生，该频率是被检测的交流电压(u_AC(t))的频率的整数多倍。也就是说至少为了所述逆变器的所述一运行状态，所述参考函数在其相位和/或在其频率上被限定地与被检测的交流电压偏离。

本发明基于这样的认识：对于在一逆变器上测量的差值电流的故障电流分量的确定而言不足够的是，假设在所述逆变器直流侧上的、随着在一个或多个输出端上检测的交流电压的频率和相位的电位波动。这至少适用于几乎所有的逆变器的确定的运行状态和适用于多相逆变器的所有运行状态。为了准确预料在所述逆变器直流侧上的重要的电位波动，甚至在根据本发明的方法中基于在逆变器的一输出端上检测的交流电压来产生一参考函数。该参考函数但是至少为了所述逆变器的确定的运行状态具有一预先给定的相位错开和尤其为了多相逆变器的多个运行状态而具有一频率，该频率是在交流输出端上的各个交流电压的不等于1的小的整数多倍。

在其中使用了预先给定的相位错开的运行状态典型地是这些，其中，半导体开关不以逆变器的逆变桥(Wechselrichterbrücke)的反向并联二级管来操控，所述逆变桥将逆变器的直流侧因此仅被动地(passiv)通过反向并联二极管与所述逆变器的所有输出端连接，在这些输出端上施加有交流电压。在此情况下，相对于一个或多个交流电压出现在所述逆变器直流侧上的产生的电位波动的典型的相位错开，所述交流电压施加在逆变器的一个或多个输出端上。所述相位错开由所述逆变器的所述运行状态预先给定并且可以根据理论方式来求得。该相位错开也可以这样地确定，使得通过在一确定的无故障的逆变器上执行根据本发明的方法时所述参考函数相对于被检测的交流电压的相位错开的变化来最小化交流故障电流分量。因此求得的相位错开然后可以将来固定地预先给定用于所述运行状态。

在该已经说到的运行状态中，其中，半导体开关不以逆变器的逆变桥的反向并联二级管来操控，也可以在单相逆变器的情况下，将在逆变器直流侧上的主导电位波动在其频率上相对于在一输出端上被检测的交流电压的频率例如提高到双倍。此外，在很多多相逆变器的正常运行中已证明的是：在它们的直流侧上出现电位波动，所述这些电位波动不具有在所述逆变器的交流输出端上的各个交流电压的频率，而是具有这样的频率，所述频率相对于在交流输出端上的各个交流电压的频率处在比1更大的整数比例中。尤其在三相逆变器的情况下，在所述直流侧上规律地出现在交流输出端上的各个交流电压的三倍频率的电位波动，这些电位波动例如在绝缘故障的情况下引起对地的阻性电流，这些阻性电流在被测量的差值电流中发现。然后相应地，重要的交流故障电流分量的频率为在所述交流输出端上的各个交流电压的频率的三倍。所述参考函数的由此在一具体的应用情况下待估计的频率可以以理论方式由交流输出端上的交流电压的特性或通过规律地存在的差值电流的评价来求得。在单相逆变器中，在其直流侧上的重要电位波动的频率除了在其交流输出端上的交流电压的频率的单倍之外也可以在确定的运行状态下为该频率的双倍。在两相逆变器中，尤其在一联接到根据美国标准的分相电网(Split-Phase-Netz)上的两相逆变器中，在其直流侧上的重要电位波动的频率除了在其交流输出端上的交流电压的频率的单倍之外也可以已经在正常运行中为该频率的双倍。因此经常示出在所述直流侧上的这样的电位波动，其频率在n相逆变器的情况下是在其交流输出端上的交流电压的频率的n倍。有时，在n相逆变器的所述直流侧上的这样的电位波动是重要的，其频率是在其交流输出端上的交流电压的频率的2n倍和/或3n倍。

在正常运行中，其中，半导体开关以逆变器的逆变桥的反向并联二级管来操控，以便例如通过脉宽调制正弦形地成形由逆变器给出的交流电，那么在逆变器直流侧上的电位波动典型地与逆变器的输出端上的交流电压的整体同相，从而使得在该运行状态下，所述参考函数在根据本发明的方法中这样地产生，使得参考函数的交零与被检测的交流电压的交零重合。在此，当所述参考函数具有比交流电压更高的频率时，该参考函数还具有附加的交零，这些交零然后典型地与逆变器的另外的输出端上的另外的交流电压的交零重合。

通过将差值电流与一参考函数相乘，该参考函数与预料的电位波动同相波动，并且接下来关于该参考函数的一个周期或整数个周期被平均，将由预料的电位波动所引起的交流故障电流分量由所述参考函数中选出并且尤其地由差值电流的每个直流电流分量和容性漏电流分开。通过相同的电位波动所引起的容性漏电流具有相对于所述电位波动的90°或π/2的相位错开，从而使得其与所述参考函数的乘积在时间上的平均中是0。所述差值电流的所有直流分量和参考函数的乘积也通过其正负号变换是0。

在根据本发明的方法中，为了确定所述差值电流的一另外的交流故障电流分量而可以将所述差值电流与变换正负号的至少一个另外的周期性参考函数相乘，该至少一个另外的周期性参考函数具有这样的频率，其频率相对于所述参考函数的频率处在一整数比例中，其中，所述另外的参考函数的交零与所述参考函数的交零重合，并且所述差值电流和所述另外的参考函数的乘积关于所述另外的参考函数的整数个周期被平均。当所述其它的参考函数的频率2倍大于所述参考函数的频率时，该另外的交流故障电流分量考虑差值电流的全部交流故障电流分量的经常主要的第一高次谐波(Oberwelle)。因此，在所述逆变器的输入端侧上尤其出现具有关于所述逆变器交流输出端上交流电压整体的电位波动的双倍频率的电位波动。由此所引起的容性交流电通过在应用经频率加倍的参考函数的情况下所确定的另外的交流故障电流分量来塑造。原理上，所述另外的参考函数的频率也可以低于所述参考函数的频率，例如当所述参考函数本身已经塑造了具有关于逆变器交流输出端上交流电压整体的电位波动的多倍频率的电位波动时。

为了由各个交流故障电流分量确定差值电流的全部交流故障电流分量，使不同频率的所述各个交流故障电流分量几何叠加。

替换于实际上确定不同的波分量也可以在给定边缘条件(逆变器类型、PV线路等)的情况下预计这些波分量的相对幅值，其方式是，将利用对于主导波的参考函数求得的交流故障电流分量与一缩放系数(Skalierungsfaktor)相乘，以便求得对于全部交流故障电流分量的近似值。如果存在两个波、例如基波和高次谐波的交流故障电流分量的至少一次测量，那么该收缩系数可以由它们的相对幅值来验证和必要时修改。

优选地，所述参考函数相应于在逆变器直流侧上的电位波动的典型时间进程在所述逆变器的交流输出端上的正弦形交流电压的情况下是一正弦函数。所述正弦函数的交零优选地随着被检测的交流电压的交零被触发。在此，每次交零随着或不随着限定的相位错开而触发所述正弦函数的交零。为此，在根据本发明的方法中，至少检测在交流电压情况下的所述交零的时间点，所述交流电压施加在所述逆变器的一输出端上。即使所述正弦函数的这些交零仅以逆变器的多个输出端上的多个交流电压中的一个交流电压的那些交零来触发，它们相对于所有规则地相位错开的交流电压的交零处在一经限定的相位关系中。

当所述参考函数具有的峰值时，差值电流和参考函数的乘积的平均值就是所述差值电流的由逆变器直流侧上的具有所述参考函数的频率的电位波动所引起的交流故障电流分量的有效值。

用于确定差值电流的每个交流故障电流分量的平均值形成在根据本发明的方法中优选地关于在逆变器交流输出端上被检测的交流电压的整数个周期来进行。由此，所述平均值覆盖逆变器交流输出端上的多个交流电压之间的每个不对称或不受它们影响。上面结合不同的交流故障电流分量所说到的几何叠加也是需要的，以便确定差值电流的全部故障电流分量，其除了全部交流故障电流分量之外包括直流故障电流分量。所述差值电流的直流故障电流分量本身也可以通过所述差值电流的简单的时间平均来求得。

在所述新的方法中，所述逆变器的所有交流输出端，包括一可能的零线可以由联接到逆变器上的交流负载或所联接的交流电网分开和/或所述逆变器可以被关断，如果差值电流的交流故障电流分量或直流故障电流分量或全部故障电流分量超过对于一最小时间的电流极限值的话。在此，所述电流极限值和所属的最小时间可以相应于开头所提到的标准。

所述差值电流可以在根据本发明的方法中在所述逆变器上在所述逆变器的所有交流输出端之间测量。原理上，但是差值电流在逆变器的输入端线路上的测量也是可行的。但是，为了将所述参考函数就器相位方面与交流电压的交零协调，在根据本发明的方法中，交流电压中的至少一个交流电压必须在所述逆变器的一交流输出端上进行检测。

用于执行根据本发明的方法的根据本发明的装置包括：(i)一总电流互感器，用于测量在一逆变器上的差值电流；(ii)一用于检测施加在所述逆变器的一交流输出端上的交流电压的装置；(iii)一信号发生器，用于与被检测的交流电压相关地产生变换正负号的周期性参考函数；(iv)一乘法节点(Multiplikationsknoten)，用于所述差值电流与所述参考函数的相乘；(iv)一平均值形成器，用于形成所述乘法节点的乘积关于所述参考函数的整数个周期的平均值。在此，所述信号发生器这样地构造，使得所述信号发生器至少为了所述逆变器的一运行状态、以相对于被检测的交流电压的一预先给定的相位错开和/或以如下频率产生所述参考函数，所述频率是被检测的交流电压的频率的整数多倍。

具体地，所述信号发生器可以是一正弦发生器并且以在所述逆变器的交流输出端上被检测的交流电压的交零被触发。

所述装置此外可以具有用于差值电流和被检测的交流电压的模拟/数字变换器(A/D-Wandler)。于是，所述装置的另外组成部分数字式构造，包括信号发生器。

为了也考虑到逆变器直流侧上的电位波动的至少一个另外的波，所述装置可以具有另一乘法节点和另一平均值形成器，以便将所述差值电流例如与相对于所述参考函数经频率加倍的一另外的参考函数相乘并且以便关于所述另外的参考函数的整数个周期形成所述另外的乘法节点的乘积的平均值。原理上可以在该新的装置中如在新的方法中那样还考虑另外的、频率较高的或频率较低的波。为此，然后可以相应地将所述差值电流与另外的参考函数相乘。

各个乘法节点的平均乘积在该新的装置中在一加法器中几何叠加。这样的几何加法器也可以设置用于所述差值电流的由一平均值形成器所形成的时间上的平均值的附加叠加。

平均值形成器中的每个例如可以构造为具有合适地经调准的(eingestimmten)积分时间的积分器，但是也可以构造为具有足够低地被协调的截止频率的低通滤波器。在所述平均值形成器的数字式构造的情况下，所述平均值形成器也可以实际上地构造关于对应乘积的单个值数目的平均值，这些数目相应于参考信号的周期的预先给定的数目。

根据本发明的逆变器具有一控制装置和一根据本发明的、用于确定在所述逆变器上测量的差值电流的故障电流分量的装置，在该逆变器的情况下，所述控制装置至少将逆变器的在所述逆变器的正常无故障运行中施加一交流电压的所有交流输出端与交流负载或交流电网分开和/或关断所述逆变器，如果一乘法节点的平均乘积或平均差值电流或一几何加法器的一输出端信号超过对于一最小时间的极限值的话。存在的零线同样可以被分开。由开头所提到的标准所预先给定的、对于300/150/40ms的时间段不允许超过的30/60/150mA的极限值能够根据本发明容易地监控，这是因为40ms的最小时间在50Hz交流电的情况下还包括所述交流电的两个周期并且相应地在关于所述交流电的一个周期的平均值形成时非常及时地(没有考虑在20ms之内的信号运行时间)完全检测一出现的故障电流。

本发明的有利的改进方案由专利权利要求、说明书和附图获得。特征和多个特征的组合的在说明书介绍中提到的优点仅是示例性的并且可以替换地或累积地起作用，而不必强制性地由根据本发明的实施方式来获得优点。其它特征可以从附图，尤其从所示出的布置和作用连接取得。本发明的不同实施方式的特征和不同专利权利要求的特征的组合同样地可以与专利权利要求的所选择的引用不同并且由此来出发。这也涉及这样的特征，这些特征在多个单独的附图中示出或在它们的描述中提到。这些特征也可以与不同的专利权利要求的特征组合。同样可以在专利权利要求中为了本发明的其它实施方式去除所列出的特征。

附图说明

本发明下面根据参考附图的实施例详细阐释并描述。

图1示出了具有用于执行根据本发明的方法的根据本发明的装置的逆变器；

图2示出了用于执行根据本发明的方法的方块图；

图3示出了在根据图1的逆变器的交流输出端上的交流电压、在所述逆变器上测量的差值电压和在根据本发明的方法中使用的参考函数的时间进程。

具体实施方式

图1中示出了一逆变器1，所述逆变器入口侧地联接到作为直流电源3的光电设备2上。出口侧地，所述逆变器联接到三相交流电网4上。该逆变器为此具有多个交流输出端5至8。在此，所述交流输出端5至7设置用于外导线L1至L3并且所述交流输出端8设置用于所述三相交流电网4的零线N。相应地，所述交流电网4的三个相位错开的交流电压u_AC(t)施加在所述交流输出端5至7上。总电流互感器9设置用于检测所述逆变器1的所有交流输出端5至8之间的差值电流i_diff(t)。测量装置10检测相对于交流接口8上的零电位的三个交流电压u_AC(t)在输出端线路7上的一个交流电压。所述差值电流i_diff(t)和所述交流电压u_AC(t)在一模拟/数字变换器11中被数字化并且然后输入给一评价装置12，该评价装置由这里输入的值确定故障电流I_F。该故障电流在判断装置13中与极限值比较，并且为了极限值中之一对于配置给对应的极限值的时间段被超过的情况操纵一分开开关14，以便所有相地将逆变器1与所述交流电网4分开。由总电流互感器9、测量装置10、模拟/数字变换器11、评价装置12和判定装置13所形成的装置9至13因此测量所述逆变器1上的差值电流i_diff(t)，由此确定故障电流I_F和在超过对于故障电流的极限值的情况下从电网分开所述逆变器1并且能够额外地将其关断。

根据图2的方块图示出了多个在所述评价装置12内执行的步骤，以便由所测量的差值电流i_diff(t)确定所述故障电流I_F。由所述差值电流i_diff(t)一次性地求得直流故障电流分量其方式是，在一平均值形成器19中形成所述差值电流i_diff(t)的平均值，这通过关于一时间段的积分并且接下来除以所述时间段来表明。附加地，所述故障电流i_diff(t)在一乘法节点15中与一具有变换正负号的周期性参考函数y(t)相乘，该周期性参考函数由一信号发生器16来产生，给该信号发生器输入交流电压u_AC(t)。该信号发生器16产生作为正弦函数的参考函数y(t)，其频率在图1中所示出的配置中例如相应于交流电压u_AC(t)的三倍频率，其中，所述交流电压u_AC(t)的每个交零触发所述参考函数y(t)的交零。根据逆变器的运行状态的不同，所述参考函数y(t)的交零附加地以一预先给定的、例如一事先求得的相位错开被延迟。因为所述根据图1的逆变器1的所述三个交流电压彼此具有相同的相位错开，所以这意味着，所述参考函数y(t)在所述逆变器1的交流输出端5至7上的交流电压中的每个交流电压的每次交零时同样具有交零。所述参考函数y(t)塑形了在根据图1的逆变器1直流输入侧上的电位波动的基波，并且通过该参考函数的与差值电流i_diff(t)在所述乘法节点15中的乘法和在平均值形成器17中的接下来的平均值形成来确定差值电流i_diff(t)的阻性交流故障电流分量该阻性交流故障电流分量与这些电位波动同相。接下来，直流故障电流分量和交流故障电流分量在一几何加法器18中平方地相加，以便获得故障电流分量I_F。

测量到的差值电流i_diff(t)可以包括所有高次谐波分量(Oberwellenanteile)通过下面的总和，由傅里叶级数来描述：

$i_{\mathrm{Diff}}\left(t\right)=a_0+\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k\sin \left(k{\mathrm{\ω}}_{0}t\right)+\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k\cos \left({\mathrm{k\ω}}_{0}t\right)---\left(I\right)$

在此，加数a₀相应于差值电流的直流分量，第二个加数相应于包括所有高次谐波分量的全部交流故障电流分量并且第三加数相应于容性漏电流分量，其同样是一交流分量，但是相对于阻性全部交流故障电流分量具有90°相位移。

与所述正弦函数也就是具有峰值或幅值的参考函数y(t)的乘法获得：

$i_{\mathrm{Diff}}\left(t\right)\·\sqrt{2}\·\sin \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)=a_0\sqrt{2}\·\sin \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)+\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{2}\·a_k\sin \left(k{\mathrm{\ω}}_{0}t\right)\·\sin \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)+\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{2}\·b_k\cos \left({\mathrm{k\ω}}_{0}t\right)\·\sin \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)---\left(\mathrm{II}\right)$

关于周期持续时间T的接下来的平均值形成获得：

$\begin{array}{c}\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}{i}_{\mathrm{Diff}}\left(t\right)\·\sqrt{2}\·\sin \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)\mathrm{dt}=\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}{a}_0\sqrt{2}\·\sin \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)\mathrm{dt}+\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{2}\·a_k\sin \left({\mathrm{k\ω}}_{0}t\right)\·\sin \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)\mathrm{dt}\\ +\frac{1}{T}\underset{o}{\overset{T}{\∫}}\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{2}\·b_k\cos \left({\mathrm{k\ω}}_{0}t\right)\·\sin \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)\mathrm{dt}\end{array}---\left(\mathrm{III}\right)$

对于等式III的右侧上的加数适用于：

$\frac{1}{T}\underset{o}{\overset{T}{\∫}}{a}_0\sqrt{2}\·\sin \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)\mathrm{dt}=0$

$\frac{1}{T}\underset{o}{\overset{T}{\∫}}\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{2}\·a_k\sin \left({\mathrm{k\ω}}_{0}t\right)\·\sin \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)\mathrm{dt}=0|k\≠1$

$\frac{1}{T}\underset{o}{\overset{T}{\∫}}\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{2}\·a_k\sin \left({\mathrm{k\ω}}_{0}t\right)\·\sin \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)\mathrm{dt}=\frac{1}{\sqrt{2}}\·a_1|k=1$

$\frac{1}{T}\underset{o}{\overset{T}{\∫}}\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{2}\·b_k\cos \left({\mathrm{k\ω}}_{0}t\right)\·\sin \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)\mathrm{dt}=0---\left(\mathrm{IV}\right)$

因为所有加数除了基波(k＝1)的故障电流分量都等于零，所以跟随：

$|\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}{i}_{\mathrm{Diff}}\left(t\right)\·\sqrt{2}\·\sin \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)\mathrm{dt}|=|\frac{1}{\sqrt{2}}\·a_1|=\left|\sqrt{\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}{(a_1\·\sin \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right))}^2\mathrm{dt}}\right|=I_{\mathrm{Fac}}---\left(V\right)$

根据被测量的差值电流i_diff(t)与参考函数y(t)的乘法和平均值形成因此获得在该基波频率下的差值电流i_diff(t)的故障交流分量的有效值。

对于所述差值电流的交流故障电流分量的高次谐波分量的计算可以类似地行事，其方式是，参考信号y(t)的频率相应于高次谐波的被考虑的级乘以整数值(k>1)。

图3示出了三个交流电压u1_AC(t)至u3_AC(t)、差值电流i_diff(t)和在所述逆变器的正常运行中待使用的参考函数y(t)的时间进程，所述参考函数如交流电压u1_AC(t)至u3_AC(t)是一正弦函数并且所述参考函数在所述三个交流电压u1_AC(t)至u3_AC(t)中的一个交流电压的每次交零时本身具有一交零。因为所述参考函数y(t)的频率正好如单个的交流电压u_AC(t)中的一个交流电压的三倍大，所以其不具有其它的交零。为了检测差值电流i_diff(t)的第一高次谐波分量会使用相对于所述参考函数y(t)经频率加倍的参考函数并且与所述差值电流i_diff(t)相乘。

附图标记列表

1      逆变器

2      光电设备

3      直流电源

4      交流电网

5      交流接口

6      交流接口

7      交流接口

8      交流输出端

9      总电流互感器

10     测量装置

11     模拟/数字转换器

12     评价装置

13     判定装置

14     分开开关

15     乘法节点

16     信号发生器

17     平均值形成器

18     加法器

19     平均值形成器

9-13   装置

L1     外导线

L2     外导线

L3     外导线

N      零线

i_diff(t)差值电流

u_AC(t) 交流电压

I_F     全部故障电流分量

y(t)   参考函数

     直流故障电流分量

     交流故障电流分量

T      周期

Claims (26)

1.用于确定差值电流(i_diff(t))的故障电流分量(I_F)的方法，所述差值电流在一逆变器(1)上被测量，其中，为了确定所述差值电流(i_diff(t))的交流故障电流分量(I_FAC)

-检测施加在所述逆变器(1)的一交流输出端上的交流电压(u_AC(t))；

-与被检测的交流电压(u_AC(t))相关地产生变换正负号的一周期性参考函数(y(t))；

-将所述差值电流(i_diff(t))与所述参考函数(y(t))相乘；

-所述差值电流(i_diff(t))和所述参考函数(y(t))的乘积关于所述参考函数(y(t))的整数个周期(T)被平均，

其特征在于，所述参考函数(y(t))至少为了所述逆变器(1)的一运行状态、以相对于被检测的交流电压(u_AC(t))的预先给定的相位错开和/或以一频率产生，该频率是被检测的交流电压(u_AC(t))的频率的整数多倍。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述逆变器(1)的一运行状态中，半导体开关不以所述逆变器(1)的逆变桥的反向并联二级管来操控，所述参考函数(y(t))至少为了该运行状态、以相对于所述交流电压(u_AC(t))的预先给定的相位错开来产生。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述逆变器(1)具有n个交流输出端，在这些交流输出端上施加相同频率的n个交流电压(u_AC(t))，其中，n大于1，并且，所述参考函数(y(t))以如下频率来产生，该频率是被检测的交流电压(u_AC(t))的频率的至少n倍。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述逆变器(1)的一运行状态中，半导体开关不以所述逆变器(1)的逆变桥的反向并联二级管来操控，所述参考函数(y(t))至少为了该运行状态这样地产生，使得所述参考函数(y(t))的交零与被检测的交流电压(u_AC(t))的交零重合。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了确定所述差值电流(i_diff(t))的一另外的交流故障电流分量

-产生变换正负号的一另外的周期性参考函数，所述另外的周期性参考函数的频率相对于所述参考函数(y(t))的频率处在一整数比例中，其中，所述另外的周期性参考函数的交零与所述参考函数(y(t))的交零重合，

-将所述差值电流(i_diff(t))与所述另外的周期性参考函数相乘，以及

-所述差值电流(i_diff(t))和所述另外的周期性参考函数的乘积关于所述另外的周期性参考函数的整数个周期被平均。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使所述交流故障电流分量(I_FAC)和所述另外的交流故障电流分量几何叠加，以便确定所述差值电流(i_diff(t))的全部交流故障电流分量。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述参考函数(y(t))是一正弦函数，所述正弦函数的交零以被检测的交流电压(u_AC(t))的交零被触发。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述参考函数(y(t))具有的峰值。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述差值电流(i_diff(t))和每个参考函数(y(t))的乘积关于所述交流电压(u_AC(t))的整数个周期(T)被平均。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了确定所述差值电流(i_diff(t))的直流故障电流分量(I_FDC)时间上地平均所述差值电流(i_diff(t))。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，使所述直流故障电流分量(I_FDC)和每个交流故障电流分量(I_FAC)几何叠加，以便确定所述差值电流(i_diff(t))的全部故障电流分量(I_F)。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述逆变器(1)的所有交流输出端(5至8)上施加交流电压(u_AC(t))，当交流故障电流分量(I_FAC)或直流故障电流分量(I_FDC)或全部故障电流分量(I_F)超过对于一最小时间的电流极限值时，使这些交流输出端由交流负载或交流电网(4)分开和/或使所述逆变器(1)关断。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述差值电流(i_diff(t))在所述逆变器(1)的所有交流输出端(5至8)上被测量。

14.用于确定差值电流的故障电流分量的装置，具有：

-一总电流互感器(9)，用于测量在一逆变器(1)上的差值电流(i_diff(t))；

-一测量装置(10)，用于检测施加在所述逆变器(1)的一交流输出端上的交流电压(u_AC(t))；

-一信号发生器(16)，用于与被检测的交流电压(u_AC(t))相关地产生变换正负号的一周期性参考函数(y(t))；

-一乘法节点(15)，用于将所述差值电流(i_diff(t))与所述参考函数(y(t))相乘；

-一平均值形成器(17)，用于形成所述乘法节点(15)的乘积关于所述参考函数(y(t))的整数个周期(T)的平均值，

其特征在于，所述信号发生器(16)至少为了所述逆变器(1)的一运行状态、以相对于被检测的交流电压(u_AC(t))的预先给定的相位错开和/或以如下频率产生所述参考函数(y(t))，该频率是被检测的交流电压(u_AC(t))的频率的整数多倍。

15.根据权利要求14所述的装置(9-13)，其特征在于，所述信号发生器(16)以相对于交流电压(u_AC(t))的预先给定的相位错开、至少为了所述逆变器(1)的一如下运行状态产生所述参考函数(y(t))，在该运行状态中，所述逆变器的一控制装置不以所述逆变器(1)的逆变桥的反向并联二级管操控半导体开关。

16.根据权利要求14或15所述的装置(9-13)，其特征在于，所述逆变器(1)具有n个交流输出端，在这些交流输出端上施加相同频率的n个交流电压(u_AC(t))，其中，n大于1，并且，所述信号发生器(16)以如下频率产生所述参考函数(y(t))，该频率是被检测的交流电压(u_AC(t))的频率的至少n倍。

17.根据权利要求14或15所述的装置，其特征在于，在所述逆变器(1)的一运行状态中，所述逆变器的一控制装置以所述逆变器(1)的逆变桥的反向并联二级管来操控半导体开关，所述信号发生器(16)至少为了该运行状态这样地产生所述参考函数(y(t))，使得所述参考函数(y(t))的交零与被检测的交流电压(u_AC(t))的交零重合。

18.根据权利要求14或15所述的装置(9-13)，其特征在于

-一另外的信号发生器(16)，用于产生一另外的参考函数(y(t))，所述另外的参考函数的频率相对于所述参考函数(y(t))的频率处在一整数比例中，其中，所述另外的参考函数(y(t))的交零与所述参考函数的交零重合，

-一另外的乘法节点，用于将所述差值电流(i_diff(t))与所述另外的参考函数相乘；以及

-一另外的平均值形成器，用于形成所述另外的乘法节点的乘积关于所述另外的参考函数的整数个周期的平均值。

19.根据权利要求18所述的装置(9-13)，其特征在于，一几何加法器设置用于所述乘法节点(15)的平均乘积和所述另外的乘法节点的平均乘积。

20.根据权利要求14或15所述的装置(9-13)，其特征在于，所述信号发生器(16)是一正弦发生器并且以被检测的交流电压(u_AC(t))的交零来触发。

21.根据权利要求14或15所述的装置(9-13)，其特征在于，一模拟/数字变换器(11)设置用于所述差值电流(i_diff(t))和被检测的交流电压(u_AC(t))。

22.根据权利要求14所述的装置(9-13)，其特征在于，一平均值形成器(19)设置用于所述差值电流(i_diff(t))。

23.根据权利要求14所述的装置(9-13)，其特征在于，每个平均值形成器(17、19)具有一积分器或低通滤波器。

24.根据权利要求22或23所述的装置(9-13)，其特征在于，一几何加法器(18)设置用于平均差值电流(I_FDC)和用于所有乘法节点(15)的平均乘积的几何总和。

25.根据权利要求14或15所述的装置(9-13)，其特征在于，所述总电流互感器(9)测量所述逆变器(1)的所有交流输出端(5-8)之间的差值电流(i_diff(t))。

26.逆变器(1)，具有一控制装置和一根据权利要求14至25之一所述的装置(9-13)，其特征在于，当一乘法节点(15)的平均乘积或平均差值电流(i_diff(t))或一几何加法器(18)的一输出端信号超过对于一最小时间的极限值时，所述控制装置将所述逆变器(1)的施加有交流电压(u_AC(t))的所有交流输出端(5至8)与交流负载或交流电网(4)分开和/或关断所述逆变器(1)。