DE10118505A1

DE10118505A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung oder Kompensation von in Strom- oder Spannungsverläufen auftretenden individuellen Oberschwingungen

Info

Publication number: DE10118505A1
Application number: DE10118505A
Authority: DE
Inventors: Srinivas Ponnaluri; Axel Brickwedde
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2002-10-17

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung individueller Strom- oder Spannungsoberschwingungen, insbesondere im Bereich der Energieversorgungstechnik bei der Verwendung aktiver Filterelemente (20), indem mit einer FSRF-Regelung und Referenzwerterzeugung (1) sowohl Grund- als auch Oberschwingungen in ein dq-Bezugssystem (FSRF) (42) übertragen und verarbeitet und mittels einer korrigierenden Regelvorrichtung (2) durch Verarbeitung der jeweiligen Oberschwingungen in individuellen, synchron mit der Frequenz der jeweiligen Oberschwingung rotierenden Bezugssystemen im individuellen Bezugssystem (ISRF) alle die jeweilige Oberschwingung betreffenden Größen in Gleichstrom- oder Gleichspannungsgrößen umgewandelt und daraus mittels einer korrigierenden Regeleinrichtung bzw. Referenzwerterzeugung (3) für jede zu regelnde Oberschwingung korrigierende Referenzwerte (4) generiert, ins FSRF-Bezugssystem (42) transformiert (5), mit den Referenzwerten (6) der FSRF-Regelung verknüpft (7) und die sich ergebenden korrigierten Referenzwerte (8) einer konventionellen Strom- oder Spannungsregelung (9) für die Erzeugung von Steuerspannungen- oder -strömen (10) sowie gegebenenfalls von Schaltsignalen zugeführt werden, woduruch eine Regelung der bei der Verarbeitung von Wechselstrom- oder Wechselspannungsgrößen in FSRF-Regelungen auftretenden Regel- oder Stellwertabweichungen und der damit verbundenen Oberschwingungsanteile erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung oder Kompensa tion in Strom- oder Spannungsverläufen auftretenden individuellen Oberschwingungen, indem bei der Verarbeitung von Oberschwingungen und der zugehörigen Wechsel strom- bzw. -spannungsgrößen aufgrund der eingesetzten Regelglieder auftretende Regel- oder Soll- bzw. Stellwertabweichungen auf einen vorbestimmten Wert oder Null korrigiert bzw. geregelt werden.

Der zunehmende Leistungsbedarf sowohl im Privaten als auch industriellen Bereich sowie die Entwicklung und der Einsatz immer leistungsfähigerer und leistungsstärkerer Maschinen und Antriebssysteme und das damit einhergehende Auftreten immer stärke rer bzw. größerer leistungselektronischer und elektrischer Lasten, sowie durch diese verursachte Oberschwingungen, führen insbesondere im Energieversorgungsbereich, aber auch in der Verkehrstechnik zu einer Reihe nachteiliger Nebeneffekte. So führen durch nichtlineare Lasten hervorgerufene Oberschwingungen beispielsweise zu einer Beeinträchtigung der Versorgungsströme oder -spannungen bzw. ihrer Qualität und damit der Leistungsqualität, was für Verbraucher, die an das gleiche elektrische Versor gungsnetz angekoppelt sind das Auftreten von Fehlfunktionen und/oder Geräteausfällen bzw. -defekten bedeuten kann.

Eine Möglichkeit dem Problem Herr zu werden bietet sich durch den Einsatz aktiver Fil ter, die hier wie eine Art geregelte Gegenstromquelle eingesetzt werden.

Demgemäß finden sich parallel geschaltete aktive Filterelemente in vielen technischen Bereichen zur Regelung und/oder Kompensation durch nichtlineare Lasten hervorge rufener Stromoberschwingungen und resultierender Blindströme, um zu gewährleisten, daß die Versorgungsströme bei einsetzender nichtlinearer Belastung ihren sinusförmi gen Verlauf beibehalten und auch weiterhin ein Leistungsfaktor von Eins erhalten bleibt.

Die maßgebliche Schwierigkeit liegt hierbei in der gleichzeitigen Regelung einer ver gleichsweise großen Anzahl von Stromoberschwingungen, deren maximal regelbare höchste Frequenzkomponente gemäß theoretischer Gesichtspunkte und Überlegungen durch die halbe Schaltfrequenz des aktiven Filters vorgegeben ist.

Die Verarbeitung der Lastströme bzw. der Stromgrund- sowie der zugehörigen Stromo berschwingungen erfolgt gemäß den Grundzügen der SRF(Synchronous Reference Frame)- oder FSRF(Fundamental Synchronous Reference Frame)-Theorie. Gemäß der FSRF-Theorie werden zunächst, sowohl die Ströme als auch gegebenenfalls die Spannungen in einem dreiphasigen statischen bzw. stationären, nicht rotierenden Be zugssystem mit drei, den einzelnen Phasen entsprechenden und um jeweils 120° ge geneinander verdrehten, sich in einem gemeinsamen Ursprung schneidenden Achsen ermittelt und in ein statisches bzw. stationäres, nicht rotierendes kartesisches Bezugs system mit einer α-, β- und Null-Achse übertragen. Aus vorgenanntem statischem bzw. stationären, nicht rotierenden αβ-Bezugssystem erfolgt ein erneuter Übertrag der Meß größen auf das SRF- oder FSRF-Bezugssystem. Hierbei handelt es sich um ein karte sisches Bezugssystem mit einer d-, q- und Null-Achse, dessen d- und q-Achse, beim FSRF-Bezugssystem synchron mit der Frequenz der Grundschwingung, um die Null- Achse des Bezugssystems rotieren. Die standardgemäße Rotationsrichtung ist hierbei der Zeigerbewegung einer Uhr entgegengerichtet und entspricht damit dem Drehsinn des Mitsystems der Grundschwingung. Im FSRF-Bezugssystem sind die Ströme oder Spannungen nach Wirk- und Blindanteil getrennt, wobei die d-Achse den Wirk- und die q-Achse den Blindanteil der dargestellten Strom- bzw. Spannungswerte wiedergibt.

Scheint ein aus drei phasenverschobenen Strömen oder Spannungen gebildeter Vektor in der Raumzeigerdarstellung des dreiphasigen statischen bzw. stationären, nicht rotie renden 123-Bezugsystems mit der Frequenz der Strom- bzw. Spannungsgrundschwin gung um den Ursprung zu rotieren, so werden die Wechselstrom- bzw. -spannungsgrö ßen der Grundschwingung nach Transformation in das dq-Bezugssystem, das synchron mit der Frequenz der Strom- bzw. Spannungsgrundschwingung rotiert, als Gleichstrom- bzw. -spannungsgrößen wiedergegeben und die vermeintliche Rotation hört auf.

Dieser Sachverhalt wird für die regelungstechnische Signalverarbeitung genutzt, da es, aufgrund der eingesetzten Regelglieder vorteilhafter ist Gleichstrom- bzw. -spannungs größen zu regeln oder zu verarbeiten als Wechselstrom- bzw. -spannungsgrößen. Dies läßt sich darauf zurückführen, daß bei der Verarbeitung von Wechselstrom- oder -span nungsgrößen unter Einsatz von entsprechenden Regelgliedern, insbesondere von Pro portional-Integral-Reglern (PI-Regler) und/oder Integral-Reglern (I-Regler), im stationä ren Betrieb eine Regel- oder Stellwertabweichung auftritt, wohingegen bei der Verarbei tung von Gleichstrom- oder -spannungsgrößen eine Regel- oder Stellwertabweichung von Null erreicht wird.

Treten beispielsweise in den Versorgungsströmen Oberschwingungen auf, so werden diese gemeinsam mit der Grundschwingung in das FSRF-Bezugssystem transformiert, besitzen in Folge ihrer, relativ zum rotierenden Bezugssystem, geänderten Frequenz dort jedoch eine andere Ordnung als zuvor. Wird zum Beispiel die Stromoberschwin gung fünfter Ordnung, bei der es sich typischerweise um eine Gegensystem-Ober schwingung handelt, deren Raumzeiger entgegen der Drehrichtung der Grundschwin gung mit der fünffachen Frequenz rotiert, in das FSRF-Bezugssystem transformiert, so ändert sich ihre relativ zum Bezugssystem gemessene Rotationsfrequenz und sie er scheint als Gegensystem-Oberschwingung sechster Ordnung.

Bei vorliegenden Unsymmetrien kann jede Oberschwingung ihre eigenen Gegen-, Mit- und Null-Systemanteile aufweisen. Als Null-Systemanteile werden hierbei diejenigen Frequenzanteile bezeichnet, die auf dem Nulleiter auftreten.

An dieser Stelle sei angemerkt, daß im FSRF-Bezugssystem gegenüber dem dreipha sigen statischen bzw. stationären, nicht rotierenden 123-System das Gegensystem der Grundschwingung als Gegensystem-Oberschwingung zweiter Ordnung auftritt und durch Regelung dieser Oberschwingung im FSRF-System eine Lastsymmetrierung er reicht werden kann, so daß keine separate, zusätzliche Regelung speziell für die Last symmetrierung erforderlich ist.

Zur Erzeugung der zum Ansteuern eines aktiven Filterelementes erforderlichen Refe renzströme werden zunächst die Lastströme mit Stromgrund- sowie Stromoberschwin gungen mittels einer Clark-Transformation, die durch Gleichung I wiedergegeben ist, in das statische bzw. stationäre, nicht rotierende αβ-Bezugssystem übertragen und von dort, durch eine in Gleichung II wiedergegebene Park-Transformation, in das FSRF- Bezugssystem übertragen.

Clark-Transformation:

wobei I₁, I₂ und I₃ die im statischen 123-Bezugssystem, entsprechend den drei Phasen, drei auftretenden Lastströme bzw. Laststromanteile und I_α, I_β und I₀ die drei ins αβ- Bezugssystem transformierten Lastströme bezeichnen.

Park-Transformation:

wobei I_α, I_β und I₀ die drei ins αβ-Bezugssystem und I_d, I_q und I₀ die drei ins dq-Bezugs system (FSRF) transformierten Lastströme bezeichnen und p die Phasenlage des Vektorzeigers der Versorgungsspannung im statischen 123-Bezugssystem wiedergibt.

Vorgenannte Transformationen lassen sich auch in einem einzigen Transformations schritt durchführen.

Da der auf der d-Achse des FSRF-Bezugssystems wiedergegebene Wirkstrom den nützlichen Gleichstromwirkanteil der Grundschwingung des Laststroms beinhaltet, läßt sich dieser Gleichstromwirkanteil mittels eines Tiefpassfilters extrahieren und vom ge samten Wirkstromanteil der d-Achse subtrahieren, wodurch nur noch der zu kompensie rende Stromanteil erhalten bleibt.

Da die zur Kompensation der Oberschwingungsanteile erforderlichen Gegenströme des aktiven Filters von gleicher Größe jedoch mit umgekehrten Vorzeichen wie der Last strom sein müssen, werden in der Referenzstromerzeugung die gemessenen Strom oberschwingungen invertiert und als Referenzwerte weiterverarbeitet. Zusätzlich müs sen durch das aktive Filtersystem verursachte Verluste oder auch passive/aktive La sten oder Einspeiseeinheiten am Gleichspannungszwischenkreis vom einspeisenden Netz versorgt werden. Dies erfolgt über einen Gleichspannungsregler, der den Refe renzstrom in der d-Achse korrigiert bzw. regelt.

Für die Stromregelung wird ein Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) eingesetzt, der den Strom auf den jeweiligen Referenzwert regelt. Um die Steuerspannungen bzw. die Steuersignale zur Ansteuerung der Halbleiterventile des aktiven Filters zu erhalten wird das Ausgangssignal des Proportional-Integral-Stromreglers, welches den Spannungs abfall an der Eingangsspule bzw. -drossel des aktiven Filters wiedergibt, von der Ver sorgungsspannung zuzüglich zusätzlicher Entkopplungsanteile, die ein Übersprechen zwischen den Blind- und Wirkanteilen verhindern sollen, abgezogen. Die Versorgungs spannungen werden hierzu äquivalent wie die Lastströme in das FSRF-Bezugssystem übertragen. Die Steuerspannungen für die Ansteuerung der Halbleiterventile werden anschließend mittels einer inversen Park-Transformation gemäß Gleichung III in das statische αβ-Bezugssystem und schließlich mittels einer inversen Clark-Transformation gemäß Gleichung IV in das dreiphasige statische 123-Bezugssystem übertragen.

Inverse Park-Transformation:

wobei U^* _fd, U^* _fq und U^* _f0 die drei ins dq-Bezugssystem (FSRF) und U*_fα, U^* _fβ und U^* _f0 die drei ins αβ-Bezugssystem transformierten Referenzspannungen für die Ansteuerung der Halbleiterventile bezeichnen und ρ die Phasenlage des Vektorzeigers der Versor gungsspannung im statischen bzw. stationären, nicht rotierenden 123-Bezugssystem wiedergibt.

Inverse Clark-Transformation:

wobei U^* _fα, U^* _fβ und U^* _f0 die drei ins αβ-Bezugssystem und U^* _f1, U^* _f2 und U^* _f3 die drei ins dreiphasige statische 123-Bezugssystem transformierten Referenzspannungen für die Ansteuerung der Halbleiterventile bezeichnen.

Auch hier lassen sich die beiden vorgenannten Transformationen auch in einem einzi gen Transformationsschritt durchführen.

Die erzeugten und in das dreiphasige statische 123-Bezugssystem transformierten Steuerspannungen U^* _f1, U^* _f2 und U^* _f3 werden mittels Pulsbreitenmodulation in die für die Halbleiterventile erforderlichen Schaltsignale umgewandelt und diesen zugeführt.

Wird im FSRF-Bezugssystem lediglich ein einzelner Proportional-Integral-Regler zur Regelung der Gleich- sowie Wechselstrom- bzw. -spannungsanteile in jeder Bezugssy stemachse, sowohl in der d- als auch in der q-Achse eingesetzt, so tritt im stationären Betrieb eine Regel- bzw. Stellwertabweichung sowohl in der Phase als auch der Ampli tude bezogen auf die Wechselstrom- bzw. -spannungsanteile in den Referenzwerten auf. Beides, sowohl Amplituden- als auch Phasenfehler nehmen mit zunehmender Fre quenz und damit Ordnung der zu verarbeitenden Oberschwingung zu.

Die Regelung reagiert empfindlich auf Abtastzyklen, Totzeiten, Oberschwingungen und Unsymmetrien in der Versorgungsspannung.

Die Vorsteuerung der Versorgungsspannung innerhalb der Regelung ist nicht sehr ge nau und aufgrund des Abtastzyklus sowie einer Totzeit während der Abarbeitung durch die Regelung verzögert. Ein solches Regelverhalten läßt sich jedoch mittels Verwen dung von Meßwertdaten aus dem jeweils vorangegangenen Grundschwingungszyklus korrigieren.

Vorgenannte Sachverhalte sind vor allem auch hinsichtlich der Lastströme in Betracht zu ziehen und auf diese anzuwenden.

Da die vom aktiven Filter erzeugten Spannungsverläufe der Ableitung des Laststromes entsprechen, ist es erforderlich, mittels der Informationen des vorangegangenen Grund schwingungszyklus, für den Laststrom einen Phasenvorhalt von zwei Abtastzyklen vor zusehen. Der Phasenvorhalt und die Nutzung der Informationen vom vorangegangenen Zyklus sowohl für die Versorgungsspannung als auch für den Laststrom kann an oder aus- bzw. abgeschaltet werden, je nachdem, ob und wie groß die Differenz zwischen den Werten des vorangegangenen Grundschwingungszyklus und den momentanen Meßwerten ist. Durch Applizieren eines Phasenvorhalts auf die Versorgungsspannung und den Laststrom läßt sich die Leistungsfähigkeit der Regelung vergleichsweise deut lich erhöhen. Durch Beaufschlagen eines Phasenvorhalts auf den Laststrom wird das Phasenproblem des Proportional-Integral-Reglers verringert, wohingegen auftretende Verstärkungsfehler für Wechselstromgrößen unverändert bleiben.

Bekannte Regelungen sehen beispielsweise vor, daß die Lastströme in das FSRF- Bezugssystem übertragen und mittels Hochpassfilter die Gleichstromanteile der trans formierten Größen entfernt werden. Die ausgangsseitigen Signale des Hochpassfilters werden invertiert und einem Proportional-Integral-Regler als Referenzstrom in jeder Achse zugeführt. Auf diese Weise werden sowohl die Gegenstromkomponente der Grundschwingung als auch die Oberschwingungsanteile aus den Speise- bzw. Versor gungsströmen eliminiert. Der Proportional-Integral-Regler besitzt für Wechselstrom- bzw. -spannungsgrößen jedoch eine gewisse Regel- oder Sollwertabweichung, so daß eine exakte Kompensation nicht möglich ist. Die dynamische Leistungsfähigkeit dieses Systems ist sehr hoch, jedoch ist es beispielsweise nicht möglich eine ausgesuchte, individuelle Oberschwingung n-ter Ordnung auf einen vorbestimmten Wert zu regeln bzw. zu kompensieren.

Ein anderes Regelverfahren basiert auf der Verwendung eines FSRF-Reglers, der so wohl für die Regelung der Grundschwingungsgleichstrom- oder -spannungsanteile als auch der Wechselstrom- oder -spannungsgrößen bzw. der Oberschwingungen verant wortlich zeichnet. Zusätzlich werden zum FSRF-Regler ISRF-Regler parallelgeschaltet. Bei einer ISRF-Regelung wird jede Oberschwingung in einem eigenen, separaten, syn chron mit der Frequenz der Oberschwingung rotierenden Bezugssystem betrachtet und verarbeitet, wobei im individuellen Bezugssystem der jeweiligen Oberschwingung alle die jeweilige Oberschwingung betreffenden Größen zu Gleichstrom- bzw. -spannungs größen transformiert werden. Die ausgangsseitige Referenzspannung der ISRF-Regler wird hierbei der ausgangsseitigen Referenzspannung des FSRF-Reglers hinzuaddiert. Dies bedeutet, daß die Strom- oder Spannungsregler, vor allem im dynamischen Be trieb untereinander interagieren wodurch die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems beeinträchtigt und vermindert wird. Um eine Interaktion der verschiedenen Regler un tereinander weitgehend auszuschließen, besteht ein möglicher Ansatz darin, den FSRF-Regler lediglich für die Regelung der Strom- bzw. -spannungsgrundschwingung und die ISRF-Regler für die Regelung der jeweiligen Strom- bzw. Spannungsober schwingungen einzusetzen. Dies führt zu einer Verbesserung der stationären Regel- oder Stellwertgenauigkeit, verursacht jedoch aufgrund der erforderlichen Tiefpassfilter, zur Erfassung der Grund- und Oberschwingungen als Gleichstromgrößen, eine Ver schlechterung der Dynamik des Systems. Dies trifft auch für die Verwendung oder den Einsatz von auf Fast-Fourier-Transformationen (FFT) beruhenden Verfahren zu.

Vorgenanntes Verfahren läßt sich noch dahingehend modifizieren, daß sowohl die Oberschwingungen der Lastströme als auch der Ströme des aktiven Filters auf ande rem Wege meßtechnisch erfaßt werden. So können zur Bestimmung von Oberschwin gungen beispielsweise auch Notch- und Bandpassfilter eingesetzt werden, wobei die mit solchen Filtern ausgestatteten Regler die dynamische Leistungsfähigkeit von SRF- Reglern, d. h. von Reglern auf der Basis synchron rotierender Bezugssysteme, nicht erreichen.

Für die Regelung individueller Oberschwingungen ist eine auf adaptiver Rauschunter drückung mit Notchfiltern basierende Methode bekannt, die parallel zu einer FSRF- Regelung Anwendung findet. Aufgrund des parallelen Einsatzes ist daher im dynami schen Betrieb mit einer Interaktion zwischen den verschiedenen Stromreglern zu rech nen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei FSRF-basierten Regelmechanismen oder bei FSRF-basierten Regelungen eine genaue Regelung oder Kompensation von in Strom- oder Spannungsverläufen auftretenden oder aufgrund von Regel- oder Stell wertabweichungen eingesetzter Regelglieder, wie beispielsweise Proportional-Integral- Regler, verbliebenen Oberschwingungen bzw. Oberschwingungsanteilen zu ermögli chen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung oder Kom pensation von in Strom- oder Spannungsverläufen auftretenden individuellen Ober schwingungen gelöst, welche bei Verwendung einer FSRF-Regelung bzw. eines FSRF- Verfahrens zur Referenzwerterzeugung mittels mindestens einer korrigierenden Regel vorrichtung durch Verarbeitung der jeweiligen Oberschwingungen in individuellen, syn chron mit der Frequenz der jeweiligen Oberschwingung rotierenden Bezugssystemen (ISRF's) eine Generierung zusätzlicher, korrigierender Referenzwerte zur Kompensati on oder Korrektur bzw. Regelung von bei der Verarbeitung von Wechselstrom- oder -spannungsgrößen in Regel- und Stellgliedern der FSRF-Regelung, insbesondere von Proportional-Integral-Reglern, auftretenden Regel- oder Stellwertabweichungen und damit zur Regelung bzw. Korrektur oder Kompensation auftretender oder verbliebener individueller Oberschwingungen bzw. Oberschwingungsanteilen erlauben.

Diese korrigierenden Referenzwerte werden mit den Referenzwerten der FSRF- Regelung in geeigneter Weise verknüpft und die sich ergebenden korrigierten Refe renzwerte einer sich anschließenden FSRF-basierten Strom- oder Spannungsregelung zugeführt.

Auf diese Weise wird eine verbesserte Regelung oder Kompensation von in Strom- oder Spannungsverläufen auftretenden individuellen Oberschwingungen durch Rege lung bzw. Korrektur oder Kompensation bei der Verarbeitung von Wechselstrom- oder -spannungsgrößen in den eingesetzten Regel- und Stellgliedern der FSRF-Regelung, insbesondere von Proportional-Integral-Reglern, auftretenden Regel- oder Stellwertab weichungen und damit eine Regelung bzw. Korrektur oder Kompensation verbliebener Oberschwingungsanteile möglich und erreicht.

Da hier lediglich auftretende Regel- oder Stellwertabweichungen der Regelglieder, ins besondere der Proportional-Integral- und/oder Integral-Regelglieder einer FSRF- Regelung ausgeglichen oder korrigiert werden, besitzt das erfindungsgemäße Regel verfahren nahezu die gleichen dynamischen Eigenschaften bzw. Leistungsfähigkeit wie die der FSRF-Regelung und erlaubt demgemäß eine schnelle und effiziente Regelung bzw. Kompensation individueller Oberschwingungen.

Jede Oberschwingung wird in einem eigenen separaten, synchron mit der Frequenz der jeweiligen Oberschwingung rotierenden Bezugssystem (ISRF) betrachtet und verarbei tet, wobei im individuellen Bezugssystem der jeweiligen Oberschwingung alle die jewei lige Oberschwingung betreffenden Größen als Gleichstrom- bzw. -spannungsgrößen vorliegen.

Durch Transformation der zu regelnden bzw. zu kompensierenden Oberschwingungen in ihre jeweiligen ISRF-Bezugssysteme und damit der Transformation der jeweilig zu gehörigen Wechselstrom- bzw. -spannungsgrößen in Gleichstrom- bzw. -spannungs größen ist es möglich, die auftretenden Oberschwingungen mittels Proportional-Inte gral- oder Integral-Reglern mit einer Regel- oder Stellwertabweichung von Null oder einem anderen beliebig vorgebbaren Wert zu regeln. Es ist anzumerken, daß Ober schwingungen, deren Frequenz sich von der Rotationsfrequenz des jeweiligen individuellen Bezugssystems (ISRF) unterscheidet, im ISRF weiter als Oberschwingungen, je doch mit geänderter Ordnung zu beobachten sind. So werden die Grundschwingungs anteile zum Beispiel im individuellen Bezugssystem (ISRF) für das Gegensystem der Oberschwingungen der fünften Ordnung als Mitsystem-Oberschwingungen sechster Ordnung wiedergegeben.

Die Ausgangssignale oder -größen der ISRF-Regler werden entsprechend dem jeweili gen Anwendungsbereich des Regelverfahrens miteinander verknüpft, verarbeitet, in das FSRF-Bezugssystem übertragen und nach Wirk- und Blindanteil getrennt den jeweiligen Referenzströmen oder -spannungen der FSRF-Regelung hinzugefügt.

An dieser Stelle sei angemerkt, daß bei einem geschlossenen Regel- oder Rückkoppel kreis die Ermittlung bzw. Generierung korrigierender Referenzwerte unter Berücksichti gung in den jeweiligen ISRF-Bezugssystemen bestimmter Rückkoppelgrößen erfolgt, beispielsweise beim Einsatz eines aktiven Filters durch ISRF-basierte Verarbeitung der aktiven Filterströme erzeugte Rückkoppelströme, diese werden dann im jeweiligen ISRF-Bezugssystem mit den entsprechenden Referenzgrößen der jeweiligen Ober schwingungsordnung verglichen und ein der Vergleichsdifferenz entsprechender korri gierender Referenzwert (4) ermittelt.

Hierzu sei angemerkt, daß zur Erzeugung sowohl der Rückkoppelgrößen, als auch der Referenzwerte im jeweiligen ISRF-Bezugssystem pro Bezugssystemachse auch nur ein Tiefpass eingesetzt werden kann, wodurch das Regelverfahren zusätzlich beschleunigt wird. Allerdings ist durch vorgenannte Maßnahme nur noch eine Regelung der entspre chenden Oberschwingung zu Null, d. h. eine vollständige Kompensation möglich.

Bei einem offenen Regelkreis hingegen erfolgt die Ermittlung bzw. Generierung der kor rigierenden Referenzwerte (4) und/oder deren Transformation (5) ins FSRF-Bezugssy stem unter Berücksichtigung einer frequenzabhängigen Phasen- und/oder Amplituden korrektur (111).

Auf diese Weise korrigiert die mittels der korrigierenden Regelvorrichtung verwirklichte ISRF-Regelung den FSRF-Stromregler und damit auch etwaige Regel- oder Stellwert abweichungen.

Die korrigierenden Stromregler sind hierbei so aufgebaut, daß sie ca. fünfmal langsa mer arbeiten als der innere FSRF-Regelkreis, was vorteilhaft eine Minimierung der Wechselwirkung zwischen den Ausgängen der Stromregler mit sich bringt. Die korrigie renden Stromregler für die Oberschwingungen können sowohl als geschlossene, als auch alternativ als offene bzw. gesteuerte Regelkreise ausgeführt sein.

Die korrigierende Regelvorrichtung mit ISFR-Regler, FSFR-Regler, sowie der gesamte regelungstechnische Schaltungsaufbau kann hierbei in festverdrahteter Form und unter Verwendung analoger Regelglieder, insbesondere Proportional-Integral-Regler, Inte gral-Regler, Tiefpassfilter, Hochpassfilter, Vergleicher, Addierer, Subtrahierer sowie In vertierer bzw. Inverter erfolgen, sowie unter Verwendung digitaler Prozessoren oder auch in Form eines Datenverarbeitungsprogrammes unter Verwendung digitaler Regel glieder, geeigneter Schnittstellen zur Daten- bzw. Signalein- und -ausgabe sowie einer entsprechend ausgestalteten Datenverarbeitungseinrichtung oder als Kombination vor genannter Möglichkeiten und Bauelemente realisiert werden.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren eröffnen sich vielfältige Anwendungsbereiche, bei spielsweise im Zusammenhang mit aktiven netzseitigen Stromrichtern (active front-end converter) oder Stromrichtern zur Korrektur des Leistungsfaktors im Bahn- und Indu striebereich. So weisen in aller Regel die in Hochleistungsstromrichtern gewandelten Spannungen nicht die gleichen Oberschwingungen auf wie die Versorgungsspannung, was darauf hindeutet, daß der Stromrichter selbst einige Stromoberschwingungen her vorruft. Diese können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens korrigiert und kom pensiert werden. Auch die Reduktion ausgewählter individueller Oberschwingungen auf der Gleichspannungsseite des netzseitigen Stromrichters (active front-end converter) ist mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung zur Regelung oder Kompensation von in Strom- oder Spannungsverläufen auftretenden individuellen Oberschwingungen möglich. Beispielsweise ist die Oberschwingung vierter Ordnung auf der Gleichstromseite von Bahnstromrichtern stark überhöht und kann mit tels vorgenanntem Verfahren eliminiert werden, das gleiche gilt auch für STATCOM's (Static Compensators).

Auch im Bereich unterbrechungsfreier Stromversorgungen (USV) findet das erfindungs gemäße Verfahren Anwendung.

Hier gilt es, im Gegensatz zu aktiven Filtern, die sinusförmige Ausgangsspannung zu erhalten und zu regeln. Die korrigierende Regelung kann als Spannungs- bzw. Strom regelung zur Regelung oder Kompensation individueller Oberschwingungen ausgeführt sein. Für den Fall einer korrigierenden Spannungsregelung werden die Spannungsrefe renzwerte für die Spannungsregelung im FSRF-System korrigiert. Für den Fall einer korrigierenden Stromregelung werden die entsprechenden Stromreferenzwerte für die Stromregelung im FSRF-System korrigiert.

Auch Antriebsregelungen können durch das Auftreten von Oberschwingungen im Strompfad empfindlich gestört werden. Ursächlich können die hier zu beobachtenden Oberschwingungen beispielsweise durch einen schlechten mechanischen Aufbau sowie einen stark gestörten Gleichspannungsanteil bei der Einspeisung hervorgerufen wer den. Oberschwingungen, selbst mit vergleichsweise kleinen Amplituden, können Oszil lationen des Drehmomentes hervorrufen, gegebenenfalls groß genug, den Motor und andere mechanische Teile und Komponenten nachhaltig zu beschädigen. Diese Be schädigungen wiederum führen in aller Regel zu reperaturbedingten Verzögerungen und Ausfallzeiten sowie immensen Kosten. Auch hier liegt die Lösung des Problems in der erfindungsgemäßen Kompensation auftretender, individueller Oberschwingungen.

Bei Anwendung des Verfahrens im Rahmen der "Instantaneous Active and Reactive Power Theory" zur Regelung bzw. Kompensation von Leistungsoberschwingungen wir ken korrigierende Leistungsregler im ISRF-Bezugssystem auf die Referenzwerte für die Leistungsregelung im FSRF-System ein.

Bei Anwendung des Verfahrens auf Serienfilter zur Verbesserung der Spannungsquali tät, beispielsweise durch Regelung von Spannungsoberschwingungen, in Versorgungs systemen kann ähnlich wie bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) alter nativ eine korrigierende Spannungs- oder Stromregelung zur Regelung bzw. Kompen sation von Oberschwingungen im ISRF-Bezugssystem eingesetzt werden. Der Ausgang der Spannungsregler im ISRF-Bezugssystem wirkt korrigierend auf die Referenzwerte der Spannungsregelung im FSRF-Bezugssystem und alternativ wirkt der Ausgang einer Stromregelung im ISRF-Bezugssystem korrigierend auf die Referenzwerte der Strom regelung im FSRF-Bezugssystem.

Die weitere Erläuterung und Darlegung der Erfindung erfolgt anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Figurenbeschreibungen und den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Es zeigen:

Fig. 1: Erfindungsgemäßes Regelschema;

Fig. 2: Schema einer Kompensationsschaltung mit aktivem Filter;

Fig. 3: Aufbauschema eines dreiphasigen aktiven Filters;

Fig. 4: Drei Bezugssysteme: Ein statisches dreiphasiges Bezugssystem, ein sta tisches kartesisches Bezugssystem und ein rotierendes kartesisches Be zugssystem;

Fig. 5: Schema einer Referenzstromerzeugung auf Basis der FSRF-Theorie;

Fig. 6: Regelschema einer FSRF-Stromregelung;

Fig. 7: Laststromverarbeitungsschema zur Generierung der Referenzströme für das aktive Filter für Grund- und Oberschwingungen;

Fig. 8: Verarbeitungsschema zur Gewinnung der Stromistwertrückführung der aktiven Filterströme für Grundschwingung und Oberschwingungen;

Fig. 9: ISRF-Regelung mit Istwertrückführung;

Fig. 10: Bode-Diagramm der Stromübertragungsfunktion im FSRF-Bezugssystem bei geschlossenem Regelkreis;

Fig. 11: Als offener Regelkreis ausgeführte ISRF-Regelung;

Fig. 12: FSRF-Stromregelung mit korrigierten Referenzströmen;

Fig. 13: Gemessener nichtlinearer Laststrom;

Fig. 14: Durch Oberschwingungen gestörter Versorgungsstrom;

Fig. 15: Mittels erfindungsgemäß korrigierten Referenzströmen geregelter sinus förmiger Versorgungsstrom.

Der besondere Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Möglichkeit einer schnellen und exakten Korrektur und Regelung von Stellwertabweichnungen einer kon ventionellen FSRF-Regelung und damit einer genauen und effizienten Regelung bzw. Kompensation von Strom- bzw. -spannungsoberschwingungen auf der Basis ergän zend bestimmter, korrigierender Referenzwerte.

In Fig. 1 ist das prinzipielle Regelschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Re gelung bzw. Kompensation von in Strom- oder Spannungsverläufen auftretenden indivi duellen Oberschwingungen gezeigt. Bei Verwendung eines FSRF-Verfahrens werden mittels eines Regelgliedes zur Referenzwerterzeugung 1 sowohl die Grund- als auch Oberschwingungen in ein synchron mit der Frequenz der jeweiligen Oberschwingung rotierendes Bezugssystem transformiert. In einer korrigierenden Regelvorrichtung 2, werden für jede zu regelnde Oberschwingungsordnung, hier exemplarisch gezeigt für die Oberschwingung n-ter Ordnung, mittels mindestens eines Verarbeitungsgliedes 3 durch Verarbeitung der jeweiligen Oberschwingungen in individuellen, synchron mit der Frequenz der jeweiligen Oberschwingung rotierenden Bezugssystemen zusätzliche kor rigierende Referenzwerte 4 generiert und mittels je eines Transformationsgliedes mit Park-Transformation 5 in das FSRF-Bezugssystem transformiert und mit den Refe renzwerten 6 aus der FSRF-basierten Referenzwerterzeugung vermittels mindestens einer Additionsstelle 7 verknüpft, beispielsweise diesen aufaddiert. Die Anzahl der ein zusetzenden Verarbeitungsglieder 3 sowie der Transformationsglieder 5 entspricht hierbei der Anzahl der zu regelnden bzw. kompensierenden Oberschwingungen bzw. Oberschwingungsanteile oder Oberschwingungsordnungen. Dies ist unabhängig davon ob jeweils eine korrigierende Regelvorrichtung (2) pro zu regelnder Oberschwingungs ordnung mit jeweils einem Verarbeitungsglied (3) und je einem Transformationsglied (5) oder lediglich eine korrigierende Regelvorrichtung (2) mit je einem Verarbeitungsglied (3) und je einem Transformationsglied (5) pro zu regelnder Oberschwingungsordnung eingesetzt wird.

Die sich hieraus ergebenden korrigierten Referenzwerte 8 werden anschließend einer konventionellen Strom- oder Spannungsregelung 9 im FSRF-Bezugssystem für die Er zeugung bzw. Generierung von Steuergrößen 10, insbesondere Steuerspannungen, zugeführt. Diese werden abschließend mittels mindestens eines Transformationsgliedes 11, unter Verwendung beispielsweise einer inversen Park- und sich daran anschließend einer inversen Clark-Transformation, vom FSRF-Bezugssystem in das dreiphasige sta tische bzw. stationäre, nicht rotierende 123-Bezugssystem übertragen. Die somit im statischen 123-Bezugssystem vorliegenden Steuergrößen 12, insbesondere Spannun gen, sowie gegebenenfalls daraus mittels eines Pulbreitenmodulators erzeugte Schalt signale werden daraufhin beispielsweise einem aktiven Filter zur Generierung entspre chender Gegen- bzw. Kompensationsströme oder -spannungen zugeführt.

Auf diese Weise ist eine effiziente und dynamische Regelung oder Kompensation von in Strom- oder Spannungsverläufen auftretenden individuellen Oberschwingungen sowie der bei der Verarbeitung von Wechselstrom- bzw. -spannungsgrößen in den einge setzten Regel- und Stellgliedern der FSRF-Regelung, insbesondere in Proportional- Integral-Reglern, auftretenden Regel- oder Stellwertabweichungen und den damit ver bundenen Oberschwingungsanteilen möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf alle Regelungen oder Regelverfahren anwenden, insbesondere FSRF-basierte, die sich mit der Verarbeitung von Wechsel strom- bzw. -spannungsgrößen befassen, beispielsweise bei einer Regelung zur Kom pensation durch nichtlineare Lasten hervorgerufener Stromoberschwingungen mittels eines aktiven Filters.

Die grundsätzliche Arbeits- bzw. Wirkungsweise sowie Struktur des erfindungsgemäßen Regelverfahrens mit korrigierender Referenzwerterzeugung wird nachfolgend beispiel haft anhand einer Regelung mit aktivem Filter zur Kompensation durch nichtlineare La sten hervorgerufener Stromoberschwingungen dargelegt.

In Fig. 2 ist ein Schaltungsaufbau dargestellt, in dem eine nichtlineare Last 22 aus einer dreiphasigen Wechselspannungsquelle 21 gespeist wird. Parallel zur nichtlinearen Last 22 ist ein aktives Filter 20 zur Kompensation durch nichtlineare Lasten verursachter Oberschwingungen geschaltet. Der beispielhafte Verlauf der Versorgungsspannung, des Laststromes, des Filterstromes bzw. Stromes des aktiven Filters und des Versor gungsstromes nach Oberschwingungskompensation ist jeweils dargestellt.

Der beispielhafte Aufbau eines aktiven dreiphasigen Filters 20 mit einem Konverter 30, mit Halbleiterventilen 31, Induktivitäten L_f, ohmschen Widerständen R_f sowie Kondensatoren 32 ist in Fig. 3 gezeigt. Die an den Kondensatoren 32 anliegende Spannung wird geregelt, um eine konstante virtuelle Gleichspannung U_dc aufrechtzuerhalten. Die netzseitigen Spannungen U₁, U₂ und U₃ werden ermittelt und es werden entsprechende Schaltsignale generiert, so daß die Spannungsdifferenz zwischen jeweils U₁ und U_f1, U₂ und U_f2 sowie zwischen U₃ und U_f3 einen gewünschten Wert annimmt. Durch Regelung der Spannungen U_f1, U_f2 und U_f3 am Stromrichter 30 läßt sich der über die Halbleiter ventile 31 fließende Strom I_f1, I_f2 und I_f3 regeln und das aktive Filter 20 demgemäß als eine Art geregelte Stromquelle betreiben. Bei den eingesetzten Halbleiterventilen 31 handelt es sich beispielsweise um IGBT's (Insulated Gate Bipolar Transistors).

In Fig. 4 werden die verschiedenen Bezugssysteme vorgestellt, die im Rahmen des Regelverfahrens zur Verarbeitung der Grund- und Oberschwingungen herangezogen werden. In Fig. 4 auf der linken Seite ist das dreiphasige statische bzw. stationäre, nicht rotierende 123-Bezugssystem 40 gezeigt, dessen jeweils um 120° gegeneinander ver setzte 1-, 2- und 3-Achse den drei Phasen des Stromes oder der Spannung entsprechen. Mittig in Fig. 4 ist das statische bzw. stationäre, nicht rotierende kartesische αβ-Bezugs system 41 mit α-, β- und Null-Achse gezeigt, dessen Ströme oder Spannungen sich mittels einer Clark-Transformation aus den dreiphasigen Strömen des vorgenannten statischen 123-Bezugssystems 40 ergeben. Auf der rechten Seite von Fig. 4 ist ein ro tierendes kartesisches Bezugssystem 42 gezeigt, dessen rotierende d-Achse den Wirk- und q-Achse den Blindanteil der Spannung oder des Stromes wiedergibt. Der Übergang vom αβ-Bezugssystem 41 in das dq-System 42 erfolgt mittels einer Park- Transformation. Will man die verschiedenen Bezugssysteme in umgekehrter Richtung durchlaufen, so sind entsprechend die inversen Transformationen auf die jeweiligen Meßgrößen anzuwenden.

In Fig. 5 ist schematisch die Referenzstromerzeugung aus den nichtlinearen Lastströ men auf Basis der FSRF-Theorie dargelegt. Zur Erzeugung der Referenzströme zur Stromregelung mittels eines aktiven Filterelementes 20 (vgl. Fig. 3) werden zunächst die Lastströme mit Stromgrund- sowie Stromoberschwingungen in einem ersten Schritt in einem Transformationsglied 50 mittels einer Clark-Transformation, die durch Glei chung I wiedergegeben wird, in das stationäre αβ-Bezugssystem 41 übertragen und von dort in einem zweiten Schritt in einem weiteren Transformationsglied 51 durch die in Gleichung II wiedergegebene Park-Transformation in das FSRF-Bezugssystem 42 übertragen. Da der auf der d-Achse des FSRF-Bezugssystems 42 wiedergegebene Gleichstromwirkanteil den nützlichen Grundschwingungswirkanteil des Laststroms be inhaltet, läßt sich dieser in einem dritten Schritt mittels eines Tiefpassfilters 52 extrahie ren und an einer Additionsstelle 53 vom gesamten Wirkstromanteil der d-Achse subtra hieren, wodurch lediglich der zu kompensierende Stromanteil _d übrig bleibt. Da die zur Kompensation der Oberschwingungen erzeugten Ströme des aktiven Filterelementes 20 von entsprechender Größe jedoch mit umgekehrten Vorzeichen wie der Laststrom sein müssen, werden die ermittelten Ströme I_d, I_q und I₀ in einem vierten Schritt in ei nem Regelglied zur Referenzstrombildung 54 invertiert und in der d-Achse auftretende, durch das aktive Filter 20 verursachte Verluste oder auch andere Wirkanteile am Gleichspannungszwischenkreis mittels eines Gleichspannungsreglers 55 wieder aus geglichen und somit die Referenzströme I^* _fd, I^* _fq und I^* _f0 gebildet. Im Gleichspannungs regler 55 wird durch Differenzbildung aus Gleichspannungsistwert- U_dc und -sollwert U^* _dc an einer Additionsstelle 56 das Eingangssignal eines Proportional-Integral-Reglers 57 gebildet. Das Ausgangssignal I_dloss des PI-Reglers 57 ist bzw. wird dem Regelglied zur Referenzstrombildung 54 zugeführt.

Der systematische Aufbau einer Stromregelung im FSRF-Bezugssystem wird anhand von Fig. 6 verdeutlicht. Die gemäß Fig. 5 generierten Referenzströme I^* _fd, I^* _fq und I^* _f0 werden in einem ersten Schritt mittels eines Stromreglers 60 mit Additionsstellen 61 mit den ins FSRF-Bezugssystem transformierten Strömen I_fd, I_fq und I_f0 des aktiven Filters 20 verglichen und mittels Proportional-Integral-Regler 62 wird jeweils eine der jeweili gen Stromdifferenz entsprechende Steuerspannung U^* _Lfd, U^* _Lfq und U^* _Lf0 erzeugt. Diese wiederum werden, jede Achse (vgl. Fig. 4) für sich, an Additionsstellen 63 mit den je weiligen Versorgungsspannungen zuzüglich zusätzlicher jeweiliger Entkoppelungsan teile, (+ωL_fI^* _fq) für die d- und (-ωL_fI^* _fd) die q-Achse, verknüpft. Anschließend werden in einem zweiten Schritt in einem Transformationsglied 64 die resultierenden Spannungen U^* _fd, U^* _fq und U^* _f0 mittels einer inversen Park- und darauf folgend in einem dritten Schritt in einem weiteren Transformationsglied 65 mittels einer inversen Clark-Transformation in das statische dreiphasige 123-Bezugssystem 40 (vgl. Fig. 4) rücküberführt und ab schließend einem Pulsbreitenmodulator 66 zugeführt. Mittels der zugeführten Steuer spannungen erzeugt dieser die zum Schalten des Stromrichters 30 bzw. der Halbleiter ventile 31 des aktiven Filters 20 notwendigen Schaltsignale.

Wie in Fig. 7 gezeigt, wird zur Erlangung der Referenzströme für die FSRF-Regelung der Grund- und Oberschwingungsanteil der nichtlinearen Lastströme aus einem stati schen dreiphasigen Bezugssystem 40 schrittweise über ein Transformationsglied mit Clark-Transformation 70 und ein Transformationsglied mit Park-Transformation 71 in ein synchron mit der Frequenz der Grundschwingung rotierendes Bezugssystem (FSRF) 42 (vgl. Fig. 4) transformiert und nach Wirk- I_d und Blindstrom I_q separiert. Im rotierenden FSRF-Bezugssystem 42 werden nach erfolgter Filterung mit einem Tiefpass 72 und Verknüpfung des gefilterten Wirkstroms mit dem ungefilterten Wirkstrom I_d über eine Additionsstelle 73 die Gleichstromanteile aus dem Wirkstrom I_d des Grundschwin gungsanteils der nichtlinearen Lastströme entfernt. Das resultierende Wechselstromsi gnal wird mittels eines Inverters bzw. Invertierers 74 invertiert und damit der Referenz strom I^* _fd gebildet.

Im rotierenden FSRF-Bezugssystem 42 wird der mit Gleich- und Wechselstromanteilen behaftete Blindstromanteil I_q der nichtlinearen Lastströme mittels eines Inverters 75 invertiert und damit der Referenzstrom I^* _fq gebildet.

Beispielhaft wird der zu kompensierende Oberschwingungsanteil n-ter Ordnung der nichtlinearen Lastströme aus dem statischen dreiphasigen Bezugssystem 40 (vgl. Fig. 4) schrittweise mittels einer Clark-Transformation im Transformationsglied 70 und einer Park-Transformation in einem weiteren Transformationsglied 76 in jeweils ein eigenes synchron mit der Frequenz der jeweiligen Oberschwingung rotierendes Bezugssystem (ISRF) transformiert, jeweils in Blind- I_qn und Wirkstrom I_dn separiert, mittels eines Tief passes 77 gefiltert, mittels eines Inverters 78 invertiert und die verbleibenden Gleich ströme als Referenzströme I^* _fqn für den Blindanteil und I^* _fdn für den Wirkanteil bereit gestellt. Vorgenanntes Verfahren ist auf alle zu kompensierenden oder zu regelnden Oberschwingungsordnungen bzw. -anteile anzuwenden.

In Fig. 8 ist das Verarbeitungsschema zur Gewinnung der Rückkoppelströme des akti ven Filterelementes 20 gezeigt. Die Ströme des aktiven Filterelementes 20 werden schrittweise durch ein Transformationsglied mit Clark-Transformation 80 und ein Trans formationsglied mit Park-Transformation 81 aus dem statischen dreiphasigen 123-Be zugssystem 40 (vgl. Fig. 4) in das synchron mit der Frequenz der Grundschwingung rotierende FSRF-System 42 transformiert und als Rückkoppelströme nach Wirk- I_fd und Blindstrom I_fq separiert für die Regelung bereitgestellt.

Zusätzlich werden die zu kompensierenden Oberschwingungsanteile sowie der Grund schwingungsanteil der Ströme des aktiven Filters 20 schrittweise durch ein Transforma tionsglied mit Clark-Transformation 80 und ein Transformationsglied mit Park-Trans formation 82, exemplarisch für die n-te Oberschwingungsordnung gezeigt, aus dem statischen dreiphasigen 123-Bezugssystem 40 (vgl. Fig. 4) in jeweils ein synchron mit der Frequenz einer Oberschwingung rotierendes Bezugssystem (ISRF) 42 transfor miert, jeweils in Blind- und Wirkstrom separiert, mittels eines Tiefpasses 83 gefiltert und die verbleibenden Gleichströme als Rückkoppelstrom I_fqn für den Blindanteil und I_fdn für den Wirkanteil zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt.

Zur Verarbeitung aller zu kompensierender Oberschwingungsordnungen ist eine ent sprechende Anzahl an Transformationsgliedern mit Park-Transformation 82 zur Trans formation der Oberschwingungen in ihre jeweiligen ISRF-Bezugssysteme sowie Tief pässen 83 zur anschießenden Filterung vorzusehen.

Wie in Fig. 9 für die n-te Oberschwingungsordnung gezeigt, werden bei einem ge schlossenen Rückkoppelkreis an einer Additionsstelle 90 die aus den jeweiligen Ober schwingungsanteilen der Lastströme ermittelten Referenzströme I^* _fdn und I^* _fqn mit den jeweiligen Rückkoppelströmen des aktiven Filterelementes I_fdn und I_fqn entsprechender Ordnung verglichen und mittels eines Integral-Reglers 91 eine der jeweiligen Stromdif ferenz entsprechende Stellgröße ermittelt. Diese wird anschließend durch ein Trans formationsglied mit Park-Transformation 92 in das sich synchron mit der Frequenz der Grundschwingung rotierende FSRF-Bezugssystem 42 transformiert und die jeweiligen resultierenden Referenzströme als Wirkstrom I^*or _fdn und als Blindstrom I^*or _fqn n-ter Ord nung bereitgestellt. Entsprechendes gilt auch für die anderen Oberschwingungsordnun gen.

Es sei hier angemerkt, daß alternativ zu einem geschlossenen oder einem offenen Re gelkreis bzw. einer Steuerung auch eine Kombination aus beidem möglich und ver wendbar ist.

Das in Fig. 10 gezeigte Bode-Diagramm gibt im wesentlichen die Übertragungsfunktion des geschlossenen Rückkoppelkreises der Stromregelung im FSRF-Bezugssystem wieder, welcher sich in folgender Weise darstellen läßt:

wobei I_f den Strom des aktiven Filters 20, I^* _f den Referenzstrom des aktiven Filters 20, K_i die Verstärkung des FSRF-Stromreglers, s den Laplaceoperator, L_f die Eingangsin duktivität des aktiven Filters und ω die Grundschwingungsfrequenz der Versorgungs spannung bezeichnen.

Deutlich ist hier, vgl. Fig. 10, zu sehen, daß Gleichstromgrößen eine Regel- oder Stell wertabweichung von Null, bei Wechselstromgrößen jedoch mit zunehmender Frequenz bzw. Ordnung der Oberschwingung eine prozentuale Zunahme der Regelabweichung, sowohl in der Phase 100 als auch in der Amplitude 101 zu verzeichnen ist. Sowohl die Amplitudenabweichung als auch die Phasenabweichung sind dem hier dargelegten Diagramm als Funktion der Frequenz zu entnehmen.

Bei einem offenen, also gesteuerten Regelkreis, dessen schematischer Aufbau in Fig. 11 gezeigt ist, werden die aus den jeweiligen Oberschwingungsanteilen bzw. -ordnun gen ermittelten Referenzströme I^* _fdn für den Wirkanteil und I^* _fqn für den Blindanteil, bei gleichzeitiger Berücksichtigung eines Korrekturgliedes 111 für Phase und Amplitude durch ein Transformationsglied mit Park-Transformation 110 in das sich synchron mit der Frequenz der Grundschwingung rotierende Bezugssystem (FSRF) 42 (vgl. Fig. 4) transformiert und als Wirkstrom I^*or _fdn und als Blindstrom I^*or _fqn n-ter Ordnung an die Regelung weitergegeben. Entsprechendes gilt auch für alle anderen zu kompensieren den Oberschwingungsordnungen.

Mittels einer FSRF-Stromregelung werden, wie in Fig. 12 zu sehen, sowohl die ermit telten Wirkströme I^*or _fdn als auch die Blindströme I^*or _fqn getrennt voneinander über die vorhandenen Oberschwingungsordnungen aufsummiert und im FSRF-Bezugssystem 42 (vgl. Fig. 4) mit dem jeweils bereitgestellten Referenzstrom I^* _fd und I^* _fq zu einem Summenstrom I^*total _fd und I^*total _fq aufaddiert. Anschließend wird an Additionsstellen 120 von der Summe der Wirkströme I^*total _fd der Rückkoppelstrom des aktiven Filterelemen tes I_fd sowie von der Summe der Blindströme I^*total _fq der Rückkoppelstrom des aktiven Filterelementes I_fq subtrahiert und mittels jeweils eines Proportional-Integral-Reglers 121 ein der jeweiligen Stromdifferenz entsprechendes Spannungssignal erzeugt. Die beiden resultierenden Spannungssignale werden an weiteren Additionsstellen 122 von den jeweiligen Versorgungsspannungen zuzüglich entsprechender Entkopplungsantei le, (+ωL_fI^*total _fq) für die d- und (-ωL_fI^*total _fd) die q-Achse, subtrahiert und die den jeweili gen Spannungsdifferenzen entsprechenden Spannungswerte U^* _fd und U^* _fq gebildet. Diese werden daraufhin durch ein Transformationsglied mit inverser Park-Transfor mation 123 und ein weiteres Transformationsglied mit inverser Clark-Transformation 124 schrittweise in das statische dreiphasige Bezugssystem 40 (vgl. Fig. 4) mit drei um 120° gegeneinander versetzten Koordinatenachsen transformiert und die drei resultie renden Referenzspannungen U^* _f1, U^* _f2 und U^* _f3 einem Pulsbreitenmodulator 125 zur Erzeugung der Schaltsignale für die Halbleiterventile 31 des aktiven Stromrichters 30 mittels Pulsbreitenmodulation zugeführt.

Die Oberschwingungsanteile bzw. Frequenzanteile lassen sich alternativ auch mittels einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) bestimmen.

An dieser Stelle sei noch einmal angemerkt, daß die Frequenz und damit auch die Ord nung der höchsten regelbaren Oberschwingung durch die halbe Schaltfrequenz des aktiven Filters 20 oder seines Stromrichters 30 vorgegeben ist.

In Fig. 13 wird eine Phase eines nichtlinearen, mit Oberschwingungen behafteten ge messenen Laststromes, als Funktion der Zeit gezeigt.

Der nicht optimal bereinigte Versorgungsstrom des nichtlinearen Laststromes ist in Fig. 14 als Funktion der Zeit gezeigt. Deutlich sind im hier dargelegten Stromverlauf verblie bene Oberschwingungsanteile zu erkennen, die nicht vollständig kompensiert wurden.

Demgegenüber zeigt sich in Fig. 15 ein sehr viel glatterer sinusförmiger Stromverlauf des Versorgungsstromes, aus dem mittels des erfindungsgemäßen Verfahren nahezu alle Nichtlinearitäten vollständig entfernt wurden. Es ist anzumerken, daß hier ein ge schlossener Regelkreis zugrunde gelegt wurde.

Bezugszeichenliste

U^* _dc

dc Referenzspannung oder Spannungsistwert
U_dc

dc Spannungsistwert
I_dc

dc-seitiger Strom des aktiven Filters
K_udc

Verstärkung des PI-Reglers zur dc-Spannungsregelung
T_udc

Integrationskonstante des dc-Spannungs-PI-Reglers
U₁

, U₂

, U₃

Versorgungsspannungen im dreiphasigen statischen 123-Bezugssystem

40

U verallgemeinerte Bezeichnung der Versorgungsspannung
U_α

, U_β

Versorgungsspannungen im statischen αβ-Bezugssystem

41

U₀

Null-Achsenanteil der Versorgungsspannung
U_d

, U_q

Versorgungsspannungen im rotierenden dq-Bezugssystem (FSRF)

42

I₁

, I₂

, I₃

Lastströme im dreiphasigen statischen 123-Bezugssystem

40

I verallgemeinerte Bezeichnung des Laststromes
I_α

, I_β

Lastströme im statischen αβ-Bezugssystem

41

I₀

Null-Achsenanteil des Laststromes
I_d

, I_q

Lastströme im rotierenden dq-Bezugssystem (FSRF)

42

I_dn

, I_qn

Lastströme n-ter Ordnung im ISRF-Bezugssystem
T_p

Zeitkonstante des Tiefpassfilters
_d

AC-Anteil des d-Achsen (Wirkanteil) Laststromes
I_dloss

d-Achsen (Wirkanteil) dc-Verluststrom des aktiven Filtersystems
I_f1

, I_f2

, I_f3

Ströme des aktiven Filters

20

im dreiphasigen statischen 123- Bezugssystem

40

I_f

verallgemeinerte Bezeichnung des Stromes des aktiven Filters

20

I_fα

, I_fβ

Ströme des aktiven Filters

20

im statischen αβ-Bezugssystem

41

I_f0

Null-Achsenanteil des Stromes des aktiven Filters

20

I_fd

, I_fq

Ströme des aktiven Filters im rotierenden dq-Bezugssystem (FSRF)

42

I_fdn

, I_fqn

Ströme des aktiven Filters n-ter Ordnung im rotierenden dq- Bezugssystem (FSRF)

42

I^* _fd

, I^* _fq

Wirkanteil (d-Achse) und Blindanteil (q-Achse) des Referenzstromes im FSRF-Bezugssystem

42

I^* _f0

Null-Achsenanteil des Referenzstromes im FSRF-Bezugssystem

42

I^* _fdn

, I^* _fqn

Wirkanteil (d-Achse) und Blindanteil (q-Achse) des Referenzstromes des aktiven Filters im ISRF-Bezugssystem n-ter Ordnung
I^*or _fdn

, I^*or _fqn

korrigierte, ins FSRF-Bezugssystem transformierte Referenzströme n-ter Ordnung
I^*total _fd

, I^*total _fq

im FSRF-Bezugssystem über alle Ordnungen aufsummierte, korrigierte Referenzströme zuzüglich der jeweiligen Referenzströme I^* _fd

, I^* _fq

K_i

Verstärkung des FSRF-Stromreglers oder der FSRF-Stromreglung
T_i

Zeitkonstante des FSRF-Stromreglers oder der FSRF-Stromreglung
U^* _Lfd

, U^* _Lfq

Wirkanteil (d-Achse) und Blindanteil (q-Achse) der Referenzspannung am Ausgang der Stromregelung im FSRF-Bezugssystem

42

U^* _Lf0

Null-Achsenanteil der Referenzspannung im FSRF-Bezugssystem

42

U^* _fd

, U^* _fq

Wirkanteil (d-Achse) und Blindanteil (q-Achse) der resultierenden Refe renzspannung des aktiven Filters

20

im FSRF-Bezugssystem

42

U^* _f0

Null-Achsenanteil der Referenzspannung des aktiven Filters im FSRF- Bezugssystem

42

U^* _fα

, U^* _fβ

Resultierende Referenzspannung des aktiven Filters im statischen αβ- Bezugssystem

41

U^* _f1

, U^* _f2

, U^* _f3

Resultierende Referenzspannungen des aktiven Filters im dreiphasigen statischen 123-Bezugssystem

40

U_f1

, U_f2

, U_f3

Spannungen des aktiven Filters im dreiphasigen statischen 123- Bezugssystem

40

ω Grundschwingungsfrequenz der Versorgungsspannung
ρ Raumzeigerposition im dreiphasigen statischen 123-Bezugssystem
L_f

, R_f

Eingangsinduktivität (Idrossel) und ohmscher Widerstand des aktiven Filters
C_dc

dc-seitiger Kondensator des aktiven Filters
s Laplaceoperator
j √-1

SRF (Synchronous Reference Frame); synchron rotierendes Bezugssystem
FSRF (Fundamental Synchronous Reference Frame); synchron mit der Frequenz der Grundschwingung rotierendes Bezugssystem

1

Regelglied zur FSRF-basierte Referenzwerterzeugung in

Fig.

1

2

korrigierende Regelvorrichtung in

Fig.

1

3

Verarbeitungsglied zur ISRF-basierten korrigierenden Referenzwerter zeugung in

Fig.

1

4

korrigierende Referenzwerte im ISRF-Bezugssystem in

Fig.

1

5

Transformationsglied zur Transformation der korrigierenden Refer enzwerte ins FSRF-Bezugssystem in

Fig.

1

6

Referenzwerte im FSRF-Bezugssystem in

Fig.

1

7

Additionsstelle in

Fig.

1

8

korrigierte Referenzwerte im FSRF-Bezugssystem in

Fig.

1

9

konvent. Strom- oder Spannungsregelung FSRF basiert in

Fig.

1

10

Steuergrößen bzw. -spannungen im FSRF-Bezugssystem in

Fig.

1

11

Transformationsglied zur Transformation der Steuergrößen

10

aus dem FSRF-

42

ins dreiphasige statische Bezugssystem

40

in

Fig.

1

12

Steuergrößen- bzw. -spannungen im dreiphasigen statischen 123- Bezugssystem

40

in

Fig.

1

20

aktives Filter (Leistungsteil) in

Fig.

2

21

dreiphasige Versorgungsspannung in

Fig.

2

22

Lastquelle in

Fig.

2

30

Stromrichter des aktiven Filters

20

in

Fig.

3

31

Halbleiterventile des Stromrichters

30

in

Fig.

3

32

Kondensatoren des dc-Spannungszwischenkreises in

Fig.

3

40

dreiphasiges statisches bzw. stationäres, nicht rotierendes Bezugssystem bzw. 123-Bezugssystem in

Fig.

4

41

statisches bzw. stationäres, nicht rotierendes kartesisches αβ- Bezugssystem in

Fig.

4

42

synchron mit der Frequenz ω rotierendes dq-Bezugssystem (FSRF) in

Fig.

4

50

Transformationsglied mit Clark-Transformation ins αβ-Bezugssystem in

Fig.

5

51

Transformationsglied mit Park-Transformation ins dq-Bezugssystem (FSRF) in

Fig.

5

52

Tiefpassfilter in

Fig.

5

53

Additionsstelle zur Eliminierung der Gleichstromwirkanteile in

Fig.

5

54

Regelglied zur Referenzstromerzeugung in

Fig.

5

55

Gleichspannungsregler in

Fig.

5

56

Additionsstelle zur Berechnung der Regelabweichung zwischen dem U_dc

- Istwert und dem U_dc

-Referenzwert

57

PI-Regler des Gleichspannungsreglers in

Fig.

5

60

Stromregler der FSRF-Regelung in

Fig.

6

61

Additionsstelle des Stromreglers zur Subtraktion des Stromes des aktiven Filters I_f

vom Referenzstrom des aktiven Filters I^* _f

in

Fig.

6

62

PI-Regler einer konventionellen FSRF-Stromregelung mit der Übertra gungsfunktion

63 weitere oder zweite Additionsstelle des Stromreglers zur Spannungsdiffe renzbildung in Fig. 6
64 Transformationsglied mit inverser Park-Transformation ins αβ- Bezugssystem 41 in Fig. 6
65 Transformationsglied mit inverser Clark-Transformation ins dreiphasige statische Bezugssystem 40 in Fig. 6
66 Pulsbreitenmodulator in Fig. 6
70 Transformationsglied mit Clark-Transformation der Lastströme ins αβ- Bezugssystem 41 in Fig. 7
71 Transformationsglied mit Park-Transformation ins FSRF-Bezugssystem 42 in Fig. 7
72 Tiefpassfilter zum Erhalt der Gleichstromwirkanteile im FSRF- Bezugssystem 42 in Fig. 7
73 Additionsstelle zur Eliminierung der Gleistromwirkanteile aus dem Gesamtsignal im FSRF-Bezugssystem 42 in Fig. 7
74 Inverter zur Inversion der Wechselstromanteile der d-Achse im FSRF- Bezugssystem 42 in Fig. 7
75 Inverter zur Inversion der Wechsel- und Gleichstromanteile der q-Achse im FSRF-Bezugssystem in Fig. 7
76 Transformationsglied mit Park-Transformation der Grund- und Ober schwingungsanteile der Lastströme in die jeweiligen ISRF- Bezugssysteme der Oberschwingungen in Fig. 7
77 Tiefpass zum Erhalt der Gleichstromanteile der Oberschwingung n-ter Ordnung in ihrem ISRF-Bezugssystem in Fig. 7
78 Inverter zur Inversion der Gleichstomanteile der Blind- und Wirkströme der Oberschwingung n-ter Ordnung im jeweiligen ISRF-Bezugssystem in Fig. 7
80 Transformationsglied mit Clark-Transformation der Ströme des aktiven Filters ins αβ-Bezugssystem 41 in Fig. 8
81 Transformationsglied mit Park-Transformation der Ströme des aktiven Filters aus dem αβ-Bezugssystem 41 ins FSRF-Bezugssystem 42 in Fig. 8
82 Transformationsglied mit Park-Transformation der Ströme des aktiven Filters aus dem αβ-Bezugssystem 41 ins jeweilige ISRF-Bezugssystem der Oberschwingung n-ter Ordnung in Fig. 8
83 iefpass zur Ausfilterung der Wechselstromanteile im jeweiligen ISRF- Bezugssystem der Oberschwingung n-ter Ordnung in Fig. 8
90 Additionsstelle zum Vergleich der aus der Oberschwingung n-ter Ordnung ermittelten Referenzströmen mit den Rückkoppelströmen des aktiven Filters in Fig. 9
91 Integral-Regler in Fig. 9
92 Transformationsglied mit Park-Transformation vom ISRF-Bezugssystem der Oberschwingung n-ter Ordnung ins FSRF-Bezugssytem 42 in Fig. 9
110 Transformationsglied mit Park-Transformation vom ISRF-Bezugssystem der Oberschwingung n-ter Ordnung ins FSRF-Bezugssytem 42 in Fig. 11
111 Korrekturglied zur Amplituden- und Phasenkorrektur
121 PI-Regler einer konventionellen FSRF-Stromregelung mit der Übertra gungsfunktion

in Fig. 12122 weitere Additionsstelle zur Spannungsdifferenzbildung in Fig. 12
123 Transformationsglied mit inverser Park-Transformation ins αβ- Bezugssystem 41 in Fig. 12
124 Transformationsglied mit inverser Clark-Transformation ins dreiphasige stationäre Bezugssystem 40 in Fig. 12
125 Pulsbreitenmodulator zur Erzeugung der Schaltsignale für den Strom richter des aktiven Filters in Fig. 12

Claims

1. Verfahren zur Regelung oder Kompensation von in Strom- oder Span nungsverläufen auftretenden individuellen Oberschwingungen, insbesondere im Bereich der Energieversorgungstechnik bzw. -qualität bei der Verwendung aktiver Filterele mente (20), wobei unter Verwendung einer FSRF-Regelung bzw. eines FSRF- Verfahrens zur Referenzwerterzeugung (1) sowohl Grund- als auch Oberschwingungen in ein synchron mit der Frequenz der Grundschwingung rotierendes Bezugssystem (FSRF) (42) mit separaten Achsen für den Wirk- und den Blindanteil des Stromes oder der Spannung übertragen verarbeitet und entsprechende Referenzwerte erzeugt wer den und wobei

a) mittels mindestens einer korrigierenden Regelvorrichtung (2) in einem ersten Verfahrensschritt nach Transformation sowohl der Grund- als auch der Ober schwingungen in individuelle, synchron mit der Frequenz der jeweiligen Ober schwingung rotierende Bezugssysteme durch Verarbeitung sowohl der Grund- als auch der Oberschwingungen in individuellen, synchron mit der Frequenz der jeweiligen Oberschwingung rotierenden Bezugssystemen korrigierende Refe renzwerte (4) zur Kompensation oder Korrektur bzw. Regelung von bei der Ver arbeitung von Wechselstrom- oder -spannungsgrößen in Regel- und Stellgliedern der FSRF-Regelung, insbesondere von Proportional-Integral-Reglern, auftreten den Regel- oder Stellwertabweichungen und damit zur Regelung bzw. Korrektur oder Kompensation auftretender oder verbliebener individueller Oberschwingun gen bzw. Oberschwingungsanteilen generiert werden,
b) in einem Transformationsschritt (5) die korrigierenden Referenzwerte (4) ins FSRF-Bezugssystem (42) transformiert werden,
c) mittels einer Verknüpfung (7) die korrigierenden Referenzwerte der jeweiligen zu regelnden Oberschwingungen bzw. Oberschwingungsanteile mit den Referenz werten (6) der FSRF-Regelung zusammengeführt werden und
d) anschließend die sich ergebenden korrigierten Referenzwerte (8) im FSRF- Bezugssystem einer konventionellen FSRF-basierten Strom- oder Spannungsregelung (9) für die Erzeugung von Steuergrößen bzw. -spannungen (10), insbe sondere von Steuerspannungen, zugeführt werden,
e) die generierten Steuergrößen bzw. -spannungen (10) mittels eines Transforma tionsschrittes (11) in das dreiphasige statische 123-Bezugssystem (40) überführt und somit die im statischen 123-Bezugssystem erforderlichen Steuergrößen bzw. -spannungen (12), insbesondere zum Ansteuern eines Pulsbreitenmodulators (66) zur Generierung etwaig erforderlicher Schaltsignale zum Ansteuern von Stromrichtern (30), gebildet werden,

wodurch eine genaue, effiziente und dynamische Regelung bzw. Kompensation von in Strom- oder Spannungsverläufen auftretenden individuellen Oberschwingungen erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der korrigierenden Referenzwerte der ISRF-basierten korrigierenden Regelvorrichtung (2) unter Anwendung eines geschlossenen Rückkoppel- oder Regelkreises erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ge schlossenen Regel- oder Rückkoppelkreis zur Ermittlung bzw. Generierung der korrigie renden Referenzwerte (4) ISRF-basiert Rückkoppelgrößen, insbesondere Rückkoppel ströme, ermittelt, diese im jeweiligen ISRF-Bezugssystem mit den Referenzgrößen der jeweiligen Oberschwingungsordnung und Bezugssystemachse verglichen und ein der Vergleichsdifferenz entsprechender korrigierender Referenzwert (4) ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der korrigierenden Referenzwerte der ISRF-basierten korrigierenden Regelvorrichtung (2) unter Anwendung eines offenen Regelkreises, also gesteuert erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem offe nen Regelkreis die Ermittlung bzw. Generierung der korrigierenden Referenzwerte (4) und/oder deren Transformation (5) ins FSRF-Bezugssystem unter Berücksichtigung einer frequenzabhängigen Phasen- und/oder Amplitudenkorrektur (111) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch Transformation und Regelung der auftretenden Oberschwingungen in indivi duellen Bezugssystemen, im individuellen Bezugssystem (ISRF) der jeweiligen Ober schwingung alle die jeweilige Oberschwingung betreffenden Größen in Gleichstrom- oder Gleichspannungsgrößen umgewandelt werden und die sich ergebenden Gleich strom- oder Gleichspannungsgrößen mittels Proportional-Integral- oder Integral-Reglern mit einer Regel- oder Stellwertabweichung von Null regelbar sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschwingungen, deren Frequenz sich von der Rotationsfrequenz des jewei ligen individuellen Bezugssystems (ISRF) unterscheidet, im ISRF-System als Wechsel strom- oder -spannungsgrößen mit veränderter Frequenz erhalten bleiben und bei Be darf mittels einer Filteranordnung eliminiert werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschwingungsanteile bzw. Frequenzanteile mittels einer Fast-Fourier- Trasformation (FFT) bestimmt oder ermittelt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Oberschwingungen bzw. die sie betreffenden Regel- oder Stell wertabweichungen gezielt ausgewählt und auf einen vorbestimmten Referenzwert ge regelt bzw. korrigiert werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregelzeiten der korrigierenden Regelvorrichtung (2) mehrmals, insbesondere fünfmal, so lang gewählt sind wie die der FSRF-Regelung, wodurch eine gegenseitige Beeinflussung der erzeugten Ausgangs- bzw. Referenzsignale weitgehendst vermieden wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur bzw. Regelung der Referenzwerte der FSRF-Referenzwerterzeugung (1) bzw. die Korrektur der jeweiligen Oberschwingung entsprechenden Regel- oder Stellwertabweichung mittels korrigierender Referenzwerte (4) in vorbestimmten Zeitab ständen oder zu vorbestimmten Zeitpunkten erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für jede zu kompensierende bzw. zu regelnde Oberschwingung jeweils eine ISRF- basierte, korrigierende Regelvorrichtung (2) mit mindestens einem Verarbeitungsglied (3) und mindestens einem Transformationsglied (5) zur Erzeugung korrigierender Refe renzwerte (4) verwendet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine korrigierende Regelvorrichtung (2) verwendet wird, die in festver drahteter Form realisiert ist und analoge Regelglieder, insbesondere Proportional- Integral-Regler, Integral-Regler, Tiefpassfilter, Hochpassfilter, Vergleicher, Addierer, Subtrahierern und Invertierer bzw. Inverter aufweist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine korrigierende Regelvorrichtung (2) verwendet wird, die digitale Bauelemente und Prozessoren aufweist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Eingangsgrößen bzw. -signale, insbesondere als erfaßte Lastströme und/oder Versorgungsspannungen, die Meßwertdaten vom vorangegangenen Grundschwin gungszyklus zur Weiterverarbeitung, Referenzwerterzeugung, Spannungsvorsteuerung sowie Entkopplung herangezogen werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß den als Eingangsgrößen bzw. -signale verwendeten Meßwertdaten, insbesondere für Lastströme und/oder Versorgungsspannungen, vom vorangegangenen Grund schwingungszyklus ein zusätzlicher Phasenvorhalt zur Kompensation von Totzeiteffek ten beaufschlagt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformation der Grund- und/oder Oberschwingungen von einem dreiphasigen statischen 123-Bezugssystem in ein synchron mit der Frequenz der jeweiligen Oberschwingung rotierendes Bezugssystem (ISRF) mittels einer Clark- und sich daran anschließend einer Park-Transformation erfolgt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung aktiver Filter (20) und/oder Konverter bzw. Stromrichter zur Kom pensation in nichtlinearen Lastströmen auftretenden Oberschwingungen und zur Ge währleistung eines ungestört sinusförmigen Versorgungsstromes

a) die nichtlinearen Lastströme aus einem dreiphasigen statischen Bezugssystem (40) durch eine Clark-Transformation (70) und eine Park-Transformation (71) in das FSRF-Bezugssystem (42), wo nach Wirk- I_d und Blindstrom I_q separiert wird, übertragen, der Wirkstrom I_d mittels eines Tiefpasses gefiltert (72), an einer Ad ditionsstelle (73) die Gleichstromanteile aus dem gefilterten Wirkstrom I_d entfernt, das resultierende Wechselstromsignal mittels eines Inverters (74) invertiert und somit der Referenzstrom I^* _fd gebildet,
b) im FSRF-Bezugssystem (42) der mit Gleich- und Wechselstromanteilen behaf tete Blindstrom I_q des nichtlinearen Laststroms mittels eines Inverters (75) inver tiert und somit der Referenzstrom I^* _fq gebildet wird,
c) die Ströme des aktiven Filters (20) aus dem dreiphasigen statischen Bezugssy stem (40) durch eine Clark-Transformation (80) und eine Park-Transformation (81) in das FSRF-Bezugssystem (42) übertragen und die Rückströme oder Rückkoppelströme des aktiven Filterelementes (20) mit Wirkstromanteil I_fd und Blindstromanteil I_fq gebildet werden,
d) die zu kompensierenden Oberschwingungsanteile n-ter Ordnung der nichtlinea ren Lastströme aus dem statischen dreiphasigen Bezugssystem (40) durch eine Clark-Transformation (70) und eine Park-Transformation (76) in jeweils ein indi viduelles, synchron mit der Frequenz der jeweiligen n-ten Oberschwingung rotie rendes Bezugssystem (ISRF) transformiert, in jeweils Blind- I_qn und Wirkstrom I_dn separiert, mittels eines Tiefpasses gefiltert (77), mittels eines Invertierers inver tiert (78) und aus den resultierenden Gleichströmen die Referenzströme I^* _fqn für den Blindstromanteil und I^* _fdn für den Wirkstromanteil gebildet werden,
e) die zu kompensierenden Oberschwingungsanteile n-ter Ordnung in den Strömen des aktiven Filters (20) aus dem dreiphasigen statischen Bezugssystem (40) durch eine Clark-Transformation (80) und eine Park-Transformation (82) in je weils ein individuelles ISRF-Bezugssystem transformiert, in Blind- und Wirkstro manteil separiert, mittels eines Tiefpasses gefiltert (83) und die Rückkoppelströ me der Oberschwingung n-ter Ordnung I_fqn für den Blindstromanteil und I_fdn für den Wirkstromanteil gebildet werden,
f) bei einem geschlossenen Rückkoppel- bzw. Regelkreis, die ermittelten Refe renzströme I^* _fdn und I^* _fqn mit den jeweiligen Rückströmen des aktiven Filterele mentes I_fdn und I_fqn entsprechender Ordnung an einer Additionsstelle (90) vergli chen, mittels eines Integral-Regelgliedes (91) der jeweiligen Stromdifferenz ent sprechende Stellgrößen ermittelt und durch eine Park-Transformation (92) in das FSRF-Bezugssystem (42) transformiert und der korrigierende Wirkstrom I^*or _fdn sowie Blindstrom I^*or _fqn n-ter Ordnung gebildet werden,
g) alternativ zu einem geschlossenen Rückkoppel- bzw. Regelkreis bei einem offe nen, also gesteuerten Regelkreis, die ermittelten Referenzströme I^* _fdn und I^* _fqn unter gleichzeitiger Korrektur (111) von Phase und Verstärkung durch eine Park- Transformation (110) in das FSRF-Bezugssystem transformiert und der korrigie rende Wirkstrom I^*or _fdn sowie Blindstrom I^*or _fqn n-ter Ordnung gebildet werden,
h) die korrigierenden Wirkströme I^*or _fdn und Blindströme I^*or _fqn getrennt über die ver schiedenen Ordnungen aufsummiert und mit den Referenzströmen I^* _fd und I^* _fq zu einem Summenströmen I^*total _fd und I^*total _fq aufaddiert werden,
i) im FSRF-Bezugssystem an einer Additionsstelle (120) vom Summenwirkstrom I^*total _fd der Rückstrom des aktiven Filterelementes I_fd sowie vom Summenblind strom I^*total _fq der Rückstrom I_fq subtrahiert und jeweils mittels eines Proportional- Integral-Regelgliedes (121) ein der jeweiligen Stromdifferenz proportionales Spannungssignal erzeugt, an einer weiteren Additionsstelle (122) von Wirk- und Blindanteil der Versorgungsspannung zuzüglich zusätzlicher Entkopplungsanteile subtrahiert, die aus den jeweiligen Spannungsdifferenzen resultierenden Steuer spannungen U^* _fd und U^* _fq gebildet, durch eine inverse Park-Transformation (123) und eine inverse Clark-Transformation (124) in das dreiphasige statische 123- Bezugssystem (40) übertragen und die resultierenden Referenzspannungen U^* _f1, U^* _f2 und U^* _f3 einem Pulsbreitenmodulator (125) zur Erzeugung der Schaltsignale für den Stromrichter (30) des aktiven Filters (20) zugeführt werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß es im Bereich des Schienenverkehrs oder der Verkehrstechnik zur Eliminierung einzelner ausgezeichneter Oberschwingungen auf der Gleichstromseite von Bahn stromrichtern eingesetzt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß es bei unterbrechungsfreien Strom- oder Spannungsversorgungen (UVS) zur Kom pensation von Spannungsoberschwingungen und dem Erhalt einer sinusförmigen Aus gangsspannung eingesetzt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß es bei Antriebssteuerungen zur Kompensation von im Rückstrom oder Rückkop pelstrom auftretender Oberschwingungen, insbesondere durch mechanische Unzuläng lichkeiten bzw. Unsymmetrien verursachte Oberschwingungen eingesetzt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß es bei netzseitigen aktiven Stromrichtern zur Reduktion oder Unterdrückung eigen verursachter Stromoberschwingungen eingesetzt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß es bei Verwendung im Energieversorgungsbereich zur Kompensation in nichtlinea ren Lastströmen auftretender Oberschwingungen und zur Gewährleistung eines unge stört sinusförmigen Versorgungsstromes eingesetzt wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Leistungsregelung gemäß der "Instantaneous Active and Reactive Power Theory" eingesetzt wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß es bei Serienfiltern zur Verbesserung der Spannungsqualität eingesetzt wird.

26. Vorrichtung zur Regelung oder Kompensation von in Strom- oder Span nungsverläufen auftretenden individuellen Oberschwingungen, insbesondere im Bereich der Energieversorgungstechnik bzw. -qualität bei der Verwendung aktiver Filterele mente (20), wobei

a) mindestens ein Regelglied zur FSRF-basierten Referenzwerterzeugung (1),
b) mindestens eine korrigierende, ISRF-basierte Regelvorrichtung (2) mit
- 1. mindestens einem Verarbeitungsglied (3) zur Transformation und Verar beitung der zu regelnden Oberschwingungen in individuellen, synchron mit der Frequenz der jeweiligen Oberschwingung rotierenden Bezugssystemen (ISRF) und zur Erzeugung korrigierender Referenzwerte (4) zur Kompensa tion oder Korrektur bzw. Regelung von bei der Verarbeitung von Wechsel strom- oder -spannungsgrößen in Regel- und Stellgliedern, insbesondere von Proportional-Integral-Reglern, auftretenden Regel- oder Stellwertab weichungen und damit zur Regelung bzw. Korrektur oder Kompensation auftretender oder verbliebener individueller Oberschwingungen bzw. Ober schwingungsanteilen sowie
- 2. mindestens einem Transformationsglied (5) zur Transformation der er zeugten korrigierenden Referenzwerte (4) aus dem jeweiligen ISRF- Bezugssystem ins FSRF-Bezugssystem,
c) mindestens eine Additionsstelle (7) zur Verknüpfung der Referenzwerte (6) der FSRF-basierten Referenzwerterzeugung (1) mit den ins FSRF-Bezugssystem transformierten korrigierenden Referenzwerten und somit zur Bildung korrigierter Referenzwerte (8),
d) eine konventionelle FSRF-basierte Strom- oder Spannungsregelung (9) zur Er zeugung bzw. Generierung von Steuerspannungen (10) im FSRF-Bezugssystem,
e) mindestens ein Transformationsglied (11) zur Transformation der erzeugten Steuerspannungen (10) vom FSRF-Bezugssystem in das dreiphasige statische bzw. stationäre, nicht rotierende 123-Bezugssystem, sowie
f) gegebenenfalls einen Pulsbreitenmodulator zur Erzeugung von Schaltsignalen anhand der Steuerspannungen im statischen 123-Bezugssystem, insbesondere zur Ansteuerung eines aktiven Filters (20) zur Generierung entsprechender Ge gen- bzw. Kompensationsströme oder -spannungen vorhanden ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der in der ISRF-basierten Regelvorrichtung (2) eingesetzten Verarbeitungsglieder (3) zur korrigierenden Referenzwerterzeugung und die Anzahl der Transformationsglieder (5) der Anzahl der zu regelnden bzw. zu kompensierenden Oberschwingungen entspre chen.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der eingesetzten ISRF-basierten Regelvorrichtungen (2) mit je einem Verarbeitungsglied (3) zur korrigierenden Referenzwerterzeugung sowie je einem Transformationsglied (5) der Anzahl der zu regelnden bzw. zu kompensierenden Oberschwingungen entspricht.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem geschlossenen Regel- oder Rückkoppelkreis die in der/den korrigieren den Regelvorrichtungen (2) enthaltenen Verarbeitungsglieder (3) wiederum Regel- und Transformationsglieder zur ISRF-basierten Erzeugung von Rückkoppelgrößen und Re ferenzwerten, Additionsstellen (90) zum Vergleich der Rückkoppelgrößen mit den jewei ligen Referenzwerten sowie Regelglieder, insbesondere Integral-Regelglieder (91), zur Erzeugung bzw. Ermittlung eines der jeweiligen Vergleichsdifferenz entsprechenden korrigierenden Referenzwertes (4) enthalten.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem offenen Regelkreis zur Ermittlung bzw. Generierung der korrigierenden Referenzwerte (4) für jedes ISRF-Bezugssystem bzw. jedes Transformationsglied (5) mindestens ein Korrektur- oder Regelglied zur Beaufschlagung einer frequenzabhängi gen Phasen- und/oder Amplitudenkorrektur (111) auf die ISRF-basiert erzeugten Refe renzwerte vorhanden ist.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß sie in festverdrahteter Form realisiert ist und analoge Regelglieder, insbesondere Proportional-Integral-Regler, Integral-Regler, Tiefpassfilter, Hochpassfilter, Vergleicher, Addierer, Subtrahierer sowie Invertierer, aufweist.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß sie digitale Bauelemente und Prozessoren aufweist.