DE10127776A1 - Simulation analysis and conditioning of power electronic circuits - Google Patents

Simulation analysis and conditioning of power electronic circuits

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DE10127776A1
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Srinivas Ponnaluri
Axel Brickwedde
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30Circuit design
    • G06F30/36Circuit design at the analogue level
    • G06F30/367Design verification, e.g. using simulation, simulation program with integrated circuit emphasis [SPICE], direct methods or relaxation methods

Abstract

The power electronics process uses a data process system that communicates with a data base and has input and display facility. This is used to analyse the voltage intermediate circuit (2) between the AC (40) and DC (41) circuits. Input parameters are entered and an optimising process initiated. The Output is generated that specifies components to meet the requirement. A comparison and simulation is made with specification to ensure that performance is within a tolerance band.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation, Analyse und Konditionierung leistungselektronischer Schaltungen, insbesondere auf Spannungszwischenkreis- Stromrichtern basierte Systeme, wie aktive Filtersysteme, im Bereich der Energieversorgungs-, Steuerungs- und Antriebstechnik. The invention relates to a method for simulation, analysis and conditioning power electronic circuits, especially on voltage intermediate circuit Systems based on converters, such as active filter systems, in the field of Power supply, control and drive technology.

Die Vielfalt einsetzbarer leistungselektronischer Geräte und Bauelemente zur Realisierung eines durch die jeweilige Aufgaben- oder Problemstellung vorgegebenen Schaltungsaufbaus, insbesondere im Bereich der Energieversorgungs-, Steuerungs- und Antriebstechnik, wird angesichts der zahlreichen und zunehmenden Anwendungsbereiche und den immer kürzer werdenden Entwicklungszyklen immer größer und unüberschaubarer. The variety of usable power electronic devices and components for Realization of a given by the respective task or problem Circuit design, especially in the field of power supply, control and Drive technology, given the numerous and increasing areas of application and the ever shorter development cycles are getting bigger and bigger unmanageable.

So muß hinsichtlich einer jeden neuen Aufgaben- oder Problemstellung eine umfassende und oftmals aufwendige sowie schwierige Analyse und Selektion etwaig geeigneter und sowohl mit einem vorgegebenen Schaltungsaufbau als auch gesetzten Vorgabewerten bzw. zu erfüllenden Anforderungen kompatibler Bauelemente und Komponenten durchgeführt werden. Ein Prozeß über dessen erfolgreiche Durchführung in aller Regel nur Feldversuche und experimentelle Überprüfungen endgültige Gewißheit verschaffen. So must with regard to each new task or problem comprehensive and often complex and difficult analysis and selection of any suitable and both with a given circuit structure and set Default values or requirements of compatible components and components to be met be performed. A process about its successful implementation as a rule only field trials and experimental reviews provide definitive certainty.

Die Durchführung von Feldversuchen bedingt ein gehöriges Maß an zeitlichem sowie finanziellem Aufwand, beispielsweise durch die Erstellung entsprechender Testaufbauten, die nicht zuletzt auch sicherheitsrelevanten Fragen zu genügen haben. All dies ist meist mit hohen Kosten verbunden, insbesondere Installationskosten, führt jedoch nur in erster Näherung zum Ziel. So sind bis zu einer endgültigen, befriedigenden Aufgaben- oder Problemlösung häufig mehrere Testläufe mit womöglich variierenden Testaufbauten von Nöten, was die Kostenspirale stetig nach oben treibt. Kurzfristige Änderungen oder Neuerungen sind hier nur vergleichsweise schwierig zu berücksichtigen und/oder zu implementieren. Conducting field trials requires a fair amount of time as well financial effort, for example by creating the corresponding Test setups, which not least also have to meet safety-related questions. All of this is mostly associated with high costs, especially installation costs, but only leads in the first approximation to the goal. So are up to a final, satisfactory Task or problem solution often multiple test runs with possibly varying Test setups are required, which is driving the spiral of costs upwards. short-term Changes or innovations are only comparatively difficult to do here take into account and / or implement.

Aus eben vorgenannten Gründen ist man deshalb bestrebt und versucht, hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit, des Zeitmanagements, der Flexibilität und Variabilität, einige wenige, gut bekannte bzw. genau spezifizierte leistungselektronische Schaltungen, in unterschiedlichen Applikationen oder Anwendungsbereichen, möglichst breitbandig einzusetzen. For the reasons just mentioned, one is therefore endeavored and attempted with regard to economy, time management, flexibility and variability, some few, well-known or precisely specified power electronic circuits, in different applications or areas of application, as broadband as possible use.

Das heißt, es wird angestrebt eine möglichst große Anzahl unterschiedlicher Anforderungen, Applikationen und Anwendungsbereiche mit einem möglichst einheitlichen Sortiment leistungselektronischer Schaltungen sowie der zugehörigen Bauelemente abzudecken. That is, the aim is to have as many different ones as possible Requirements, applications and areas of application with as uniform as possible Range of power electronic circuits and the associated components cover.

Hierzu müssen die einzelnen Bauelemente und/oder ein entsprechend konfigurierter Schaltungsaufbau, entsprechend dem jeweiligen Einsatzbereich und den damit verbundenen Vorgabewerten bzw. Randbedingungen oder Spezifikationen hinsichtlich ihrer Funktionalität und Betriebssicherheit eingehend überprüft werden. For this, the individual components and / or a correspondingly configured one Circuit structure, according to the respective area of application and thus associated default values or boundary conditions or specifications with regard to their Functionality and operational safety are checked in detail.

Um in der Praxis und/oder dem Experiment etwaig auftretende und oftmals sehr kosten- und zeitintensive Gerätedefekte- bzw. -ausfälle sowie damit einhergehende Reparatur- und/oder Stillstandszeiten von vornherein weitgehend ausschließen zu können, ist es aus Zeit- und Kostengründen wünschenswert die verschiedenen System- und Betriebsparameter im Vorhinein so genau wie möglich bestimmen bzw. errechnen zu können und gegebenenfalls individuelle leistungselektronische Bauelemente in ihrer Schaltungsumgebung basierend auf ihren Spezifikationsdaten simuliert, beispielsweise mittels einer entsprechenden Datenverarbeitungsanlage, testen und betreiben zu können. In order to avoid occurring in practice and / or experiment and often very costly and time-consuming device defects or failures as well as the associated repair and / or to be able to largely exclude downtimes from the outset, it is due to time and cost reasons the different system and To be able to determine or calculate operating parameters in advance as precisely as possible and, if necessary, individual power electronic components in their Circuit environment simulated based on their specification data, for example using a corresponding data processing system to test and operate.

Ein solches Vorhaben bedingt aufgrund der geforderten breitbandigen Einsatzmöglichkeiten leistungselektronischer Bauelemente und Schaltungen, sowie der Vielzahl unterschiedlicher Beschaltungsmöglichkeiten ein generalisiertes Verfahren, welches kurzfristig auf möglichst einfache Art und Weise Änderungen, beispielsweise der eingesetzten Pulsbreitenmodulationsstrategie, der Konverter- oder Stromrichterkonfigurationen sowie des Wechselkreises und/oder Gleichspannungszwischenkreises eines Spannungszwischenkreis-Stromrichter basierten aktiven Filtersystems ermöglicht bzw. berücksichtigt und eine einfache und schnelle Bestimmung der zur richtigen bzw. optimalen Auslegung bzw. Konditionierung des gesamten Schaltungsaufbaus sowie der eingesetzten Bauelemente erforderlichen Betriebsparameter erlaubt. Such a project requires due to the required broadband Possible uses of power electronic components and circuits, as well as the large number different wiring options a generalized procedure which Short-term changes in the simplest possible way, for example the ones used Pulse width modulation strategy, the converter or converter configurations as well of the AC circuit and / or DC voltage intermediate circuit Voltage intermediate circuit converter based active filter system enables or takes into account and a simple and quick determination of the right or optimal one Design and conditioning of the entire circuit structure as well as the used ones Components required operating parameters allowed.

Eine möglichst hohe Genauigkeit bei der Bestimmung erforderlicher bzw. relevanter Betriebsparameter erlaubt hierbei eine vergleichsweise optimale Auslegung bzw. Konditionierung der gesamten, zugrunde gelegten Schaltung und demgemäß, beispielsweise eine Erweiterung des zulässigen betriebssicheren Bereiches bzw. eine Reduktion des Sicherheitsspielraums bei gleichzeitiger Steigerung der Effizienz bzw. Auslastung der jeweiligen Schaltung und/oder des jeweiligen Bauelementes und damit auch eine Reduktion anfallender Installationskosten. The highest possible accuracy in determining necessary or relevant Operating parameters allow a comparatively optimal design or Conditioning of the entire, underlying circuit and accordingly, For example, an expansion of the permissible safe area or a reduction the safety margin while increasing efficiency and utilization the respective circuit and / or the respective component and thus also one Reduction of installation costs.

Im Hinblick auf einen on-line, also direkten Einsatz des Verfahrens im Rahmen einer Regelung ist für dessen Praktikabilität bzw. praktische Einsetzbarkeit insbesondere der für einen Verfahrensdurchlauf benötigte Zeitaufwand oder dessen Geschwindigkeit von entscheidender Bedeutung. With regard to an on-line, i.e. direct use of the method in the context of a Regarding its practicability or practical applicability, in particular, the time required for a process run or its speed of vitally important.

Lassen sich mittels bekannter zeitbasierter Verfahren, beispielsweise unter Verwendung der Datenverarbeitungsprogramme PSPICE und MATLAB/SIMULINK, einzelne Schaltungskomplexe mit vergleichsweise großem Zeit- und erheblichem Rechenaufwand gerade noch simulieren und analysieren, so erfordert eine Simulation und Analyse komplexerer leistungselektronischer Schaltungsaufbauten, wie beispielsweise die eines aktiven Filtersystems, auf einer Datenverarbeitungseinrichtung mit Pentium Prozessor bereits einen Zeitaufwand oder eine Rechenzeit, die weit über dem liegen kann, was noch ein effizientes arbeiten erlaubt. Can be done using known time-based methods, for example under Use of the data processing programs PSPICE and MATLAB / SIMULINK, individual Circuit complexes with a comparatively large time and considerable Just simulating and analyzing computing effort, this requires a simulation and analysis More complex power electronic circuit structures, such as one active filter system, on a data processing device with a Pentium processor already a time expenditure or a computing time, which can be far more than what still allows efficient work.

Eine genaue und erschöpfende System- oder Schaltungsanalyse ist auf diese Weise zeitraubend und unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten bereits nicht mehr praktikabel, ein on-line Einsatz gar undenkbar. This is an accurate and exhaustive system or circuit analysis time consuming and no longer practicable from an economic point of view, an on-line use is unthinkable.

So erfordert eine hinreichend genaue Bestimmung schaltungsrelevanter Betriebsdaten oder -parameter, beispielsweise eine Bestimmung des Frequenzspektrums auftretender Oberschwingungsanteile, bei Simulation und Analyse ein Vorgehen in sehr kleinen Zeitintervallen bzw. sehr kleinen zeitlichen Schritten. Eine Vorgehensweise, die wiederum eine Erhöhung des Rechenaufwand zur Folge hat und damit unweigerlich auch zu einer Erhöhung der benötigten Verarbeitungszeit führt. For example, a sufficiently precise determination of circuit-relevant operating data is required or parameters, for example a determination of the frequency spectrum that occurs Harmonic components, in simulation and analysis a procedure in very small Time intervals or very small time steps. An approach that in turn leads to an increase in the computing effort and inevitably to one Increases the processing time required.

Gängige zeitbasierte Verfahren sind demzufolge oftmals unflexibel und träge. So erfordern beispielsweise kleinere Modifikationen des Schaltungslayouts oder ein Austausch einzelner Bauelemente in aller Regel eine komplette Neuanalyse des vorliegenden Systems, wodurch ein effizientes und zügiges Arbeiten nahezu unmöglich gemacht wird. Common time-based procedures are therefore often inflexible and sluggish. So require, for example, minor modifications to the circuit layout or an exchange individual components usually a complete re-analysis of the present Systems, which makes efficient and speedy work almost impossible.

Im Vergleich hierzu erscheinen Verfahren, die auf der Technik der Frequenzanalyse basieren zur Simulation leistungselektronischer Schaltungsaufbauten bei gleicher Schrittweite sehr viel genauer als zeitbasierte Verfahren zu arbeiten. Davon abgesehen ist die dort erreichbare Genauigkeit mit der zeitbasierter Verfahren durchaus vergleichbar. In comparison, procedures appear based on the technique of frequency analysis are based on the simulation of power electronic circuit structures for the same Increment to work much more accurately than time-based procedures. Besides that is the accuracy that can be achieved there with the time-based method comparable.

Keines der bekannten Verfahren bietet bislang in Kombination Möglichkeiten zur Durchführung einer effizienten und hinreichend genauen Simulation, Analyse und Konditionierung leistungselektronischer Schaltungen. So far, none of the known methods offers possibilities in combination Implementation of an efficient and sufficiently precise simulation, analysis and Conditioning of power electronic circuits.

Es werden lediglich Teilaspekte abgedeckt. So besteht oftmals die Möglichkeit der Analyse, doch es fehlt das Mittel der Simulation. Only partial aspects are covered. So there is often the possibility of Analysis, but the means of simulation are missing.

Vielmehr sind für eine umfassende Bestimmung der relevanten Betriebsparameter zahlreiche separate Konditionierungs-, Analyse- und Simulationsverfahren sowie die zugehörigen Systemwerkzeuge erforderlich. Das Erfordernis der kombinatorischen Verwendung unterschiedlicher Systemwerkzeuge zur Bewältigung einer gestellten Aufgabe führt jedoch durch einen erhöhten Einarbeitungsaufwand zu einer Verringerung der Anwenderfreundlichkeit, einer Verschlechterung der Übersichtlichkeit und daraus folgend, beispielsweise durch mehrfache Daten- bzw. Parameterübergabe zur einer Erhöhung der Fehlerhäufigkeit und/oder Fehleranfälligkeit. Rather are for a comprehensive determination of the relevant operating parameters numerous separate conditioning, analysis and simulation processes as well as the associated system tools required. The requirement of combinatorial Use of different system tools to accomplish a given task leads, however, to a reduction in the amount of training required User friendliness, a deterioration in clarity and consequently, for example by multiple data or parameter transfer for an increase the frequency of errors and / or susceptibility to errors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde durch Analyse und Verarbeitung entsprechender Eingangsgrößen einer vorbestimmten leistungselektronischen Schaltung, insbesondere mit Spannungszwischenkreis-Stromrichter mit Pulsbreitenmodulation, im Rahmen eines einheitlichen Verfahren eine Bestimmung der optimiert auf die jeweilige Anwendung und die vorgegebenen Eingangsgrößen abgestimmten Betriebsparameter und damit eine optimale Konditionierung der gesamten Schaltung sowie individueller Bauelemente und/oder Komponenten zu ermöglichen. The object of the invention is based on analysis and processing corresponding input variables of a predetermined power electronic circuit, especially with voltage intermediate circuit converters with pulse width modulation, in As part of a uniform procedure, a determination of the optimized for each Application and the predetermined input parameters coordinated operating parameters and thus optimal conditioning of the entire circuit as well as individual To allow components and / or components.

Diese Aufgabenstellung wird durch ein modular aufgebautes Verfahren und zugehörige Vorrichtung zur Simulation, Analyse und Konditionierung leistungselektronischer Schaltungen, insbesondere auf Spannungszwischenkreis-Stromrichtern basierten leistungselektronischen Systemen, wie beispielsweise aktive Filtersysteme, gelöst, indem mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung mit Eingabeeinheit, Datenspeicher und Ausgabeeinheit sowie mindestens einer Schnittstelle zur Erfassung relevanter Eingangsgrößen, wie beispielsweise Versorgungsspannungen und/oder Lastströme, und gegebenenfalls zur Ausgabe entsprechender Regelgrößen, die erfaßten Eingangsgrößen, basierend auf einem vorbestimmten Schaltungsaufbau, mittels mehrerer, untereinander verknüpfter Verarbeitungsmodule automatisiert verarbeitet und analysiert werden und in Abhängigkeit der sich ergebenden, optimiert auf die jeweilige Schaltung und die vorgegebenen Eingangsgrößen abgestimmten Betriebsparameter sowie vorbestimmter Vorgabenwerte geeignete Bauelemente und Komponenten zum Aufbau bzw. der Realisierung oder Komplettierung der jeweiligen leistungselektronischen Schaltung automatisiert aus einer oder mehreren entsprechend konfigurierten Datenbanken selektiert werden und unter Berücksichtigung ihrer Spezifikationsdaten weitere sich daraus ergebende Betriebsparameter, wie beispielsweise Verlustleistungen, bestimmt und entsprechende Vorsorgemaßnahmen, beispielsweise entsprechend ausgelegte Kühlmittel, insbesondere Kühlkörper, aus einer oder mehreren vorkonfigurierten Datenbanken selektiert werden, wodurch eine optimierte Auslegung bzw. Konditionierung der gesamten leistungselektronischen Schaltung bzw. des Schaltungsaufbaus erreicht wird. This task is accomplished through a modular process and associated Device for simulation, analysis and conditioning of power electronics Circuits, in particular based on voltage intermediate circuit converters Power electronic systems, such as active filter systems, solved by by means of a data processing device with an input unit, data memory and Output unit and at least one interface for recording relevant Input variables, such as supply voltages and / or load currents, and if necessary, for the output of corresponding control variables that have been recorded Input variables, based on a predetermined circuit structure, by means of several, linked processing modules are automatically processed and analyzed and depending on the resulting, optimized for the particular circuit and the predetermined input variables matched operating parameters and predetermined Suitable components and components for setting up the Realization or completion of the respective power electronic circuit automatically selected from one or more appropriately configured databases and taking into account their specification data, further ones resulting operating parameters, such as power losses, determined and Appropriate preventive measures, for example, appropriately designed coolants, especially heat sinks, from one or more preconfigured databases be selected, whereby an optimized design or conditioning of the entire Power electronic circuit or the circuit structure is achieved.

Als Eingangsgrößen können hierbei über eine geeignete Schnittstelle experimentell erfaßte und/oder gespeicherte Meßgrößen oder unter Vorgabe entsprechender Randbedingungen im Rahmen des Verfahrens generierte Größen, wie beispielsweise Lastströme, Oberschwingungen und Versorgungsspannungen dienen, die dann automatisiert erfaßt, aus einem Datenspeicher abgerufen und/oder manuell über eine entsprechende Eingabevorrichtung eingegeben werden. Experimental inputs can be used as input variables Measured variables recorded and / or stored or by specifying corresponding ones Boundary conditions generated within the process, such as Load currents, harmonics and supply voltages then serve automatically recorded, retrieved from a data store and / or manually via a corresponding input device can be entered.

Die ermittelten, optimiert auf die jeweilige Schaltung und die vorgegebenen Eingangsgrößen abgestimmten Betriebsparameter sowie die Spezifikationsdaten der selektierten Bauelemente werden anschließend mit den Vorgabewerten verglichen. The determined, optimized for the respective circuit and the given Input parameters matched operating parameters as well as the specification data of the selected Components are then compared to the default values.

Stimmen die Daten innerhalb vorbestimmter Toleranzen überein, so werden sowohl die Betriebsparameter als auch eine Stückliste der selektierten Bauelemente und Komponenten mitsamt deren Spezifikationsdaten mittels einer entsprechenden Vorrichtung zur Anzeige gebracht und bei Bedarf ausgegeben, beispielsweise über einen Drucker oder Plotter, sowie auf einem Datenspeicher gespeichert. If the data match within predetermined tolerances, then both the Operating parameters as well as a parts list of the selected components and Components together with their specification data by means of a corresponding device for Displayed and output if necessary, for example via a printer or Plotter, as well as stored on a data storage device.

Stimmen die Daten innerhalb der vorbestimmten Toleranzen nicht überein, so sind die Vorgabenwerte und/oder der Schaltungsaufbau zu modifizieren und das erfindungsgemäße Verfahren erneut zu durchlaufen. If the data do not match within the predetermined tolerances, they are Modify default values and / or the circuit structure and that to go through the inventive method again.

Durch seinen modularen Aufbau erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber bekannten Systemen in vorteilhafter Weise die Analyse und Bestimmung auch einzelner Kenngrößen und Betriebsparameter und somit eine optimierte Abstimmung, Auslegung bzw. Konditionierung auch einzelner Schaltungskomponenten oder Regelmechanismen, so daß bei geringfügigen Modifikationen bereits bestehender bzw. real existierender Schaltungen nicht zwingend alle Verfahrensschritte bzw. Verarbeitungsmodule durchlaufen werden müssen. Due to its modular structure, the method according to the invention allows known systems in an advantageous manner, the analysis and determination also individual parameters and operating parameters and thus an optimized coordination, Design or conditioning of individual circuit components or Control mechanisms, so that with minor modifications already existing or real existing circuits do not necessarily include all process steps or processing modules have to go through.

Neben dem off-line Anwendungsbereich zu Planungs-, Analyse- bzw. Überprüfungs- und/oder Auslegungszwecken, das heißt bereits aufgezeichnete, abgespeicherte Eingangsgrößen werden analysiert und verarbeitet und daraus resultierend entsprechende Betriebsparameter bestimmt sowie gegebenenfalls geeignete Bauelemente und Komponenten selektiert, bietet sich hier auch die Möglichkeit das Verfahren on-line, im Rahmen einer Regelung einzusetzen. In addition to the off-line application area for planning, analysis and review and / or design purposes, that is, already recorded, stored Input variables are analyzed and processed and, as a result, corresponding ones Determines operating parameters and, if necessary, suitable components and Components selected, there is also the option of using the on-line method in the To use within the framework of a regulation.

Gegenüber dem off-line Bereich werden beim on-line Einsatz experimentelle Eingangsgrößen vermittels geeigneter Schnittstellen direkt erfaßt, analysiert, verarbeitet und ausgewertet und es werden für die jeweilige Schaltung und die vorgegebenen Eingangsgrößen resultierende Betriebsparameter bestimmt bzw. ermittelt. Die durch die ermittelten Betriebsparameter gegebenen Soll- oder Stellwerte werden vermittels geeigneter Verarbeitungsmodule aufbereitet und einer Regelvorrichtung zur Generierung entsprechender Regelgrößen zur Erreichung eines optimierten Betriebszustandes übermittelt. Compared to the off-line area, on-line use becomes experimental Input variables are recorded, analyzed, processed and directly using suitable interfaces evaluated and there are for the respective circuit and the given The operating parameters resulting from input variables are determined or ascertained. The through the Determined operating parameters given setpoints or manipulated values are conveyed suitable processing modules prepared and a control device for generation appropriate control variables to achieve an optimized operating state transmitted.

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 stärkerer 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 Versorgungsnetz angekoppelt sind das Auftreten von Fehlfunktionen und/oder Geräteausfällen bzw. -defekten bedeuten kann. The increasing power requirements in both the private and industrial sectors as well as the development and use of increasingly powerful and powerful Machines and drive systems and the associated occurrence always stronger power electronic and electrical loads, as well as caused by them Harmonics, particularly in the energy supply sector, but also in traffic engineering to a number of adverse side effects. So perform harmonics caused by nonlinear loads for example to a Impairment of the supply currents or voltages or their quality and thus the Quality of service, what for consumers connected to the same electrical supply network the occurrence of malfunctions and / or device failures or -may mean defects.

Eine Möglichkeit dem Problem Herr zu werden bietet sich durch den Einsatz aktiver Filtersysteme, die hier wie eine geregelte Gegenstromquelle betrieben werden. One way to deal with the problem is to use active Filter systems that are operated here like a regulated countercurrent source.

Demgemäß finden sich parallel geschaltete aktive Filterelemente in vielen technischen Bereichen zur Regelung und/oder Kompensation durch nichtlineare Lasten hervorgerufener Stromoberschwingungen und den daraus resultierenden Blindströmen, um zu gewährleisten, daß die Versorgungsströme bei einsetzender nichtlinearer Belastung ihren sinusförmigen Verlauf beibehalten und auch weiterhin ein Leistungsfaktor von Eins erhalten bleibt. Accordingly, active filter elements connected in parallel can be found in many technical Areas for regulation and / or compensation by non-linear loads caused current harmonics and the resulting reactive currents in order to ensure that the supply currents when nonlinear loading occurs maintain their sinusoidal shape and continue to have a power factor of One remains.

Mittels Pulsbreitenmodulation geregelte leistungselektronische Spannungszwischenkreis-Stromrichter, wie sie auch für aktive Filtersysteme eingesetzt werden, weisen für gewöhnlich einen Wechselstrom- bzw. -spannungskreis, einen Gleichspannungszwischenkreis sowie Regler zum Schalten des Konverters oder Stromrichters auf. Power electronic controlled by means of pulse width modulation Voltage intermediate circuit converters, such as those used for active filter systems, show for usually an AC circuit, one DC voltage intermediate circuit and regulator for switching the converter or converter on.

Das Leistungsspektrum sowie das Zusammenwirken der einzelnen Verarbeitungsmodule des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden beispielhaft anhand eines aktiven Filtersystems zur Kompensation durch nichtlineare Lasten hervorgerufener Oberschwingungen dargelegt. The range of services and the interaction of the individual Processing modules of the method according to the invention are described below using an example active filter system to compensate for nonlinear loads Harmonics set out.

So erlaubt das Leistungsspektrum des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem aktiven Filtersystem wechselstromseitig beispielsweise die Bestimmung von Spannungsoberschwingungen des Stromrichters, Stromoberschwingungen, Stromeffektivwerten sowie absoluter Stromspitzenwerte und erlaubt darüber hinaus anhand vorgenannter Meßwertgrößen eine Rekonstruktion der Stromwellenform bzw. des Stromverlaufs eines Wechselstrom- bzw. Grundschwingungszyklus. The performance spectrum of the method according to the invention allows one active filter system on the AC side, for example the determination of Voltage harmonics of the converter, current harmonics, current rms values as well as absolute current peaks and also allows based on the aforementioned Measured value quantities a reconstruction of the current waveform or the current profile an alternating current or fundamental oscillation cycle.

Das Konvertermodul eines Spannungszwischenkreis-Stromrichters, insbesondere auch eines aktiven Filters, weist hierbei in bekannter Weise leistungselektronische Bauelemente wie beispielsweise IGBT's (Insulated Gate Bipolar Transistors) und/oder IGCT's (Integrated Gate Commutated Thyristors) sowie Halbleiterdioden auf. Bezüglich des Konvertermoduls erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine Bestimmung des Strommittelwertes, des Stromeffektivwertes, des absoluten Stromspitzenwertes und des Stromdurchflusses des jeweiligen Bauelementes sowie Schalt- und/oder Bauteilverluste. Die Ermittlung und Berechnung etwaig auftretender Verlustleistungen ermöglicht die thermische Weiterentwicklung und Konditionierung der eingesetzten Bauelemente sowie des gesamten Aufbaus, inklusive vorzusehender Kühlkörper. The converter module of a voltage intermediate circuit converter, in particular also an active filter, has power electronics in a known manner Components such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and / or IGCTs (Integrated Gate Commutated Thyristors) and semiconductor diodes. Regarding the The converter module allows the method according to the invention to determine the Average current value, rms current value, absolute current peak value and Current flow of the respective component and switching and / or Structural losses. The determination and calculation of any power losses that occur the thermal development and conditioning of the components used as well as the entire structure, including the provided heat sink.

Der Gleichspannungszwischenkreis besitzt einen Filterkondensator mit Widerständen zur Spannungsangleichung. Auf der Gleichspannungsseite ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Ermittlung und Bestimmung von Stromoberschwingungen, Spannungsoberschwingungen, eines zur Begrenzung der Stromwelligkeit auf einen vorbestimmten Wert erforderlichen Kondensators und vieles mehr. Darüber hinaus ist es mit vergleichsweise geringem technischen und zeitlichen Aufwand erfindungsgemäß möglich den Gleichspannungszwischenkreis zu modifizieren beispielsweise durch Hinzufügen eines induktiv und kapazitiv abgestimmten Filterkreises zur Unterdrückung dominanter Stromoberwellen im Strom des Gleichspannungszwischenkreises oder durch Hinzufügen eines weiteren Spannungszwischenkreis-Stromrichters für den Antrieb eines Wechselstrommotors oder durch Hinzufügen eines Gleichstromstellers zum Antrieb eines Gleichstrommotors. The DC link has a filter capacitor with resistors for voltage adjustment. On the DC side, this enables inventive method the determination and determination of current harmonics, Voltage harmonics, one for limiting the current ripple to one predetermined value required capacitor and more. Beyond that it according to the invention with comparatively little technical and time expenditure possible to modify the DC link, for example Add an inductively and capacitively tuned filter circuit for suppression dominant current harmonics in the current of the DC link or through Adding another voltage intermediate circuit converter for the drive an AC motor or by adding a DC chopper to the drive a DC motor.

Die Modulationsspannung des Spannungszwischenkreis-Stromrichters wird unter Berücksichtigung der Übertragungsfunktion des Regelkreises der entsprechenden Anwendung berechnet. Hierbei können unterschiedliche Wirkungsweisen einer analogen und einer digitalen Regelung sowie unterschiedlicher Regelstrategien vergleichend für den Aufbau und die Konditionierung des Regelkreises in Betracht gezogen werden. The modulation voltage of the voltage intermediate circuit converter is below Taking into account the transfer function of the control loop of the corresponding Application calculated. Different modes of action of an analog and a digital control as well as different control strategies for the comparison Structure and conditioning of the control loop should be considered.

Um die individuellen Stromparameter der jeweiligen Bauelemente berechnen und ermitteln zu können, ist es notwendig den zeitlichen Verlauf des Stromes zu rekonstruieren bzw. nachzubilden. Es ist hierbei ausreichend die Wellenform innerhalb einer der vollen Periode der Strom- und/oder Spannungsgrundschwingung entsprechenden Zeitspanne nachzubilden. To calculate the individual current parameters of the respective components and To be able to determine, it is necessary to determine the time course of the current reconstruct or reproduce. The waveform within one of the full period of the current and / or voltage fundamental Replicate time span.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt hierbei vorteilhaft sowohl die Vorzüge des Zeit- als auch des Frequenzraumes, wobei beim on-line, also direkten Einsatz, beispielsweise im Rahmen einer Regeleinrichtung, bei der Bestimmung entsprechender Betriebsparameter aus Zeitgründen auf die Berücksichtigung der Einflüsse durch die Schaltfrequenz verzichtet wird. The method according to the invention advantageously uses both the advantages of the time as well as the frequency space, with on-line, i.e. direct use, for example in the context of a control device, when determining the corresponding Operating parameters for reasons of time to take into account the influences of the Switching frequency is dispensed with.

Bei einem off-line Einsatz empfiehlt sich jedoch im Hinblick auf eine möglichst genaue Bestimmung der zur optimalen Konditionierung einer bestehenden oder im Betrieb befindlichen Schaltung erforderlichen Betriebsparameter eine genaue Analyse auftretender bzw. zu erwartender Oberschwingungsanteile in Strom- und/oder Spannungsverläufen, beispielsweise hervorgerufen durch Schalten eines Stromrichters, durchzuführen. In the case of an off-line application, however, it is recommended with a view to being as accurate as possible Determination of the optimal conditioning of an existing or in the company operating circuit requires an accurate analysis occurring or expected harmonic components in electricity and / or Voltage profiles, for example caused by switching a converter, perform.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren eröffnen sich vielfältige Anwendungsbereiche, beispielsweise im Zusammenhang mit aktiven netzseitigen Stromrichtern (active front-end converter) oder STATCOM's (static compensators). Bei aktiven netzseitigen Stromrichtern sind die Ströme des netzseitigen Stromrichters in Abhängigkeit der auf der Gleichstromseite auftretenden Last zu bestimmen. Die Lastleistung auf der Gleichstromseite muß hierbei bekannt sein, so daß der Versorgung ein entsprechender Strom entzogen werden kann. Im Falle eines STATCOM werden die Lastströme verarbeitet und lediglich der enthaltene Blindanteil kompensiert. The method according to the invention opens up a variety of areas of application, for example in connection with active line-side converters (active front-end converter) or STATCOM's (static compensators). With active network-side Power converters are the currents of the line-side converter depending on the on the To determine the DC side occurring load. The load power on the DC side must be known, so that the supply of a corresponding current can be withdrawn. In the case of a STATCOM, the load currents are processed and only compensates for the blind component contained.

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) sind sehr eng mit aktiven Filtern verwandt. Der einzige Unterschied besteht darin, daß bei USV's der Grundschwingungswirkanteil des Laststromes zusätzlich zu den Oberschwingungsanteilen bereitgestellt wird. Aus diesem Grund besteht keine Notwendigkeit dazu die Lastströme aufwendig zu verarbeiten. Vielmehr ist hier der Strom des aktiven Filters dem Laststrom gleichzusetzen. Uninterruptible power supplies (UPS) are very tight with active filters related. The only difference is that the UPS Basic vibration active part of the load current is provided in addition to the harmonic components becomes. For this reason, there is no need to consuming the load currents to process. Rather, the current of the active filter is the load current equate.

Im Falle von Antriebsregelungen sind jeweils die Eingangsdrossel des aktiven Filters und die Versorgungsspannungen durch die entsprechenden Komponenten und Verläufe des jeweiligen Antriebs zu ersetzen. In the case of drive controls, the input choke is the active filter and the supply voltages through the corresponding components and To replace courses of the respective drive.

Die Realisierung bzw. Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren kann hierbei in festverdrahter Form unter Verwendung analoger Bauelemente und Regelglieder sowie unter Verwendung digitaler Prozessoren oder auch in Form eines Datenverarbeitungsprogrammes unter Verwendung digitaler Regelglieder, geeigneter Schnittstellen zur Daten- bzw. Signalein- und -ausgabe sowie einer entsprechend ausgestalteten Datenverabeitungseinrichtung oder als Kombination vorgenannter Möglichkeiten und Bauelemente erfolgen. The implementation or implementation of the method according to the invention can be done in hard-wired form using analog components and control elements as well using digital processors or in the form of a Data processing program using digital control elements, suitable interfaces for Data or signal input and output and a correspondingly designed Data processing device or as a combination of the aforementioned options and Components are made.

Die weitere Erläuterung und Darlegung der Erfindung erfolgt anhand von einigen Zeichnungen und Ausführungsbeispielen. Some of the further explanation and explanation of the invention are given Drawings and working examples.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Figurenbeschreibungen und den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Further advantageous embodiments of the invention are the figure descriptions and the dependent claims.

Es zeigen Show it

Fig. 1 Schema einer Kompensationsschaltung mit aktivem Filter Fig. 1 scheme of a compensation circuit with an active filter

Fig. 2 Aufbauschema eines dreiphasigen aktiven Filters Fig. 2 construction diagram of a three-phase active filter

Fig. 3 Raumzeigerdarstellung der acht Schaltmöglichkeiten des Stromrichters Fig. 3 room pointer representation of the eight switching options of the converter

Fig. 4 Verallgemeinertes Blockschaltbild eines Spannungszwischenkreis- Stromrichters mit Pulsweitenmodulation, Regelvorrichtung ac- und dc- Kreis. Fig. 4 Generalized block diagram of a voltage intermediate circuit converter with pulse width modulation, control device ac and dc circuit.

Fig. 5 Pulsbreitenmodulationsverfahren und Verlauf der Schaltwellenform der Referenzspannung der zweiten Phase Fig. 5 pulse width modulation method and course of the switching waveform of the reference voltage of the second phase

Fig. 6 Ablaufschema der schrittweisen Analyse, Simulation und Konditionierung einer Stromrichterschaltung für ein aktives Filter Fig. 6 flow chart of the step-by-step analysis, simulation and conditioning of a converter circuit for an active filter

Fig. 7a Abgetastete Wellenform der einzelnen Phasen der Versorgungsspannung Fig. 7a sampled waveform of the individual phases of the supply voltage

Fig. 7b Abgetastete Wellenform der einzelnen Phasen des Laststromes Fig. 7b sampled waveform of the individual phases of the load current

Fig. 8 Abgetastete Wellenform der einzelnen Phasen des Stromes des aktiven Filters Fig. 8 sampled waveform of the individual phases of the current of the active filter

Fig. 9 Abgetastete Wellenform der Referenzspannungen der drei Phasen des aktiven Filters Fig. 9 Sampled waveform of the reference voltages of the three phases of the active filter

Fig. 10 Abgetastete, normierte Referenzspannungen der drei Phasen des aktiven Filters Fig. 10 sampled, standardized reference voltages of the three phases of the active filter

Fig. 11 Digitale Rekonstruktion der Schaltsignale zur Ansteuerung des aktiven Filters, basierend auf einer Sinus/Dreieck-Modulation Fig. 11 digital reconstruction of the switching signals for controlling the active filter, based on a sine / triangle modulation

Fig. 12 Oberschwingungsanteile der Versorgungsspannung der ersten Phase für die ersten 50 harmonischen Ordnungen Fig. 12 harmonic components of the supply voltage of the first phase for the first 50 harmonic orders

Fig. 13 Oberschwingungsanteile der Stromrichterausgangsspannung der ersten Phase für die ersten 50 harmonischen Ordnungen Fig. 13 harmonic components of the converter output voltage of the first phase for the first 50 harmonic orders

Fig. 14 Vollständiges Oberschwingungsspektrum der Stromrichterausgangsspannung der ersten Phase Fig. 14 Complete harmonic spectrum of the converter output voltage of the first phase

Fig. 15 Oberschwingungsanteile des Stromes des aktiven Filters der ersten Phase für die ersten 50 harmonischen Ordnungen Fig. 15 harmonic components of the current of the active filter of the first phase for the first 50 harmonic orders

Fig. 16 Vollständiges Oberschwingungsspektrum des Stromes des aktiven Filters der ersten Phase Fig. 16 Complete harmonic spectrum of the current of the active filter of the first phase

Fig. 17 Oberschwingungsanteile des Laststromes der ersten Phase für die ersten 50 Ordnungen Fig. 17 harmonic components of the load current of the first phase for the first 50 orders

Fig. 18 Durch aktive Filterung bereinigtes Oberschwingungsspektrum des Versorgungsstromes der ersten Phase Fig. 18 Harmonic spectrum of the supply current of the first phase, adjusted by active filtering

Fig. 19 Verbliebenes Oberschwingungsspektrum des Versorgungsstromes der ersten Phase bis zur 50sten harmonischen Ordnung, ohne Grundwelle Fig. 19 Remaining harmonic spectrum of the supply current of the first phase up to the 50th harmonic order, without fundamental wave

Fig. 20 Rekonstruierter Stromverlauf der ersten Phase des aktiven Filters Fig. 20 Reconstructed current curve of the first phase of the active filter

Fig. 21 Rekonstruierter Spannungsverlauf der ersten Phase des aktiven Filters Fig. 21 Reconstructed voltage during the first phase of the active filter

Fig. 22 Rekonstruierter Stromfluß der ersten Phase durch die obere Diode des Stromrichters Fig. 22 Reconstructed current flow of the first phase through the upper diode of the power converter

Fig. 23 Rekonstruierter Stromfluß der ersten Phase durch den oberen IGBT des Stromrichters Fig. 23 Reconstructed current flow of the first phase through the upper IGBT of the converter

Fig. 24 Rekonstruierter Stromfluß der ersten Phase durch die untere Diode des Stromrichters Fig. 24 Reconstructed current flow of the first phase through the lower diode of the converter

Fig. 25 Rekonstruierter Stromfluß der ersten Phase durch den unteren IGBT des Stromrichters Fig. 25 Reconstructed current flow of the first phase through the lower IGBT of the converter

Fig. 26 On-line, ohne Berücksichtigung der Einflüsse der Schaltfrequenz ermittelter bzw. rekonstruierter Stromfluß der ersten Phase durch die obere Diode des Stromrichters Fig. 26 On-line, without taking into account the influences of the switching frequency determined or reconstructed current flow of the first phase through the upper diode of the converter

Fig. 27 On-line, ohne Berücksichtigung der Einflüsse der Schaltfrequenz ermittelter bzw. rekonstruierter Stromfluß der ersten Phase durch den oberen IGBT des Stromrichters Fig. 27 On-line, without taking into account the influences of the switching frequency determined or reconstructed current flow of the first phase through the upper IGBT of the converter

Fig. 28 Rekonstruierter Verlauf des über den Kondensator des Gleichspannungszwischenkreises fließenden Stromes Fig. 28 Reconstructed course of the current flowing across the capacitor of the DC link

Fig. 29 Oberschwingungsanteile des über den Kondensator des Gleichspannungszwischenkreises fließenden Stromes für die ersten 50 harmonischen Ordnungen Fig. 29 Harmonic components of the current flowing across the capacitor of the DC link for the first 50 harmonic orders

Fig. 30 Vollständiges Oberschwingungsspektrum des über den Kondensator des Gleichspannungszwischenkreises fließenden Stromes Fig. 30 Complete harmonic spectrum of the current flowing across the capacitor of the DC link

Fig. 31 On-line, ohne Berücksichtigung der Einflüsse der Schaltfrequenz ermittelter bzw. rekonstruierter Verlauf des über den Kondensator des Gleichspannungszwischenkreises fließenden Stromes Fig. 31 On-line, without taking into account the influences of the switching frequency determined or reconstructed course of the current flowing through the capacitor of the DC voltage intermediate circuit

Fig. 32 Verlauf des über die Zeit integrierten Stromes, der über den Kondensator des Gleichspannungszwischenkreises fließt Fig. 32 the course of the time-integrated current flowing through the capacitor of the DC intermediate circuit

Fig. 33 Ersatzschaltbild zur Problematik des ersten Einschalten des aktiven Filters Fig. 33 Equivalent circuit diagram for the problem of first switching on the active filter

Fig. 34 Verlauf des Widerstandswertes Rp, des Zeitpunktes tmax sowie des Stromwertes idcmax als Funktion des Dämpfungsfaktors ξ Fig. 34 the course of the resistance R p, the time t max, as well as the current value i dcmax as a function of the damping factor ξ

Die Arbeitsweise, Möglichkeiten und Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahren werden im Folgenden anhand eines zur Kompensation durch nichtlineare Lasten hervorgerufener Stromoberschwingungen und den daraus resultierenden Blindströmen eingesetzten Regelkreises mit aktivem Filtersystem dargelegt. The mode of operation, possibilities and advantages of the method according to the invention are used below to compensate for non-linear loads caused current harmonics and the resulting reactive currents used control loop with active filter system.

In Fig. 1 ist ein Schaltungsaufbau dargestellt, in dem eine nichtlineare Last 12 aus einer dreiphasigen Wechselspannungsquelle 11 gespeist wird. Parallel zur Last ist ein aktives Filter 10 zur Kompensation durch nichtlineare Lasten verursachter Oberschwingungen geschaltet. Der exemplarische Verlauf der Versorgungsspannung, des Laststromes, des Filterstromes bzw. Stromes des aktiven Filters 10 und des kompensierten Versorgungsstromes ist jeweils dargestellt. In Fig. 1, a circuit configuration is shown in which a non-linear load is fed from a three-phase AC voltage source 11 12. An active filter 10 for compensating harmonics caused by nonlinear loads is connected in parallel with the load. The exemplary course of the supply voltage, the load current, the filter current or current of the active filter 10 and the compensated supply current is shown in each case.

Der Aufbau eines aktiven dreiphasigen Filters 10 mit Stromrichter 20, mit Halbleiterventilen 21, Induktivitäten Lf, ohmschen Widerständen Rf sowie zwei Kondensatoren 22 ist in Fig. 2 gezeigt. Die an den Kondensatoren 22 anliegende Spannung wird geregelt, um eine konstante virtuelle Gleichspannung udc aufrechtzuerhalten. Die netzseitigen Spannungen us1, us2 und Us3 werden ermittelt und entsprechende Schaltsignale derart generiert, daß die Spannungsdifferenz zwischen jeweils us1 und uf1, us2 und uf2 sowie zwischen us3 und uf3 den gewünschten Wert annimmt. Die Indizierung 1, 2, 3 kennzeichnet hierbei die der jeweiligen Phase zugeordneten Größen. Durch Regelung der Spannungen am Konverter 20 läßt sich der über die Halbleiterventile 21 fließende Strom regulieren und das aktive Filter 10 demgemäß als eine Art geregelte Stromquelle betreiben. Bei den eingesetzten Halbleiterventilen 21 handelt es sich vorzugsweise um IGBT's (Insulated Gate Bipolar Transistoren). Jeder Phase sind jeweils zwei Halbleiterventile 21 zugeordnet, die jeweils zwei unterschiedliche Schaltstellungen einnehmen können. The construction of an active three-phase filter 10 with converter 20 , with semiconductor valves 21 , inductors L f , ohmic resistors R f and two capacitors 22 is shown in FIG. 2. The voltage across the capacitors 22 is regulated to maintain a constant virtual DC voltage u dc . The network-side voltages u s1 , u s2 and U s3 are determined and corresponding switching signals are generated in such a way that the voltage difference between u s1 and u f1 , u s2 and u f2 and between u s3 and u f3 assumes the desired value. The indexing 1 , 2 , 3 identifies the variables assigned to the respective phase. By regulating the voltages at the converter 20 , the current flowing through the semiconductor valves 21 can be regulated and the active filter 10 can accordingly be operated as a kind of regulated current source. The semiconductor valves 21 used are preferably IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). Two semiconductor valves 21 are assigned to each phase, each of which can assume two different switching positions.

Befindet sich eines der beiden in Fig. 2 gezeigten Halbleiterventile 21 der jeweiligen Phase im Schaltzustand AUF, so befindet sich das jeweils andere Halbleiterventil 21 im Schaltzustand ZU und umgekehrt. Ist das in Fig. 2 gezeigte obere der beiden Halbleiterventile 21 einer Phase im Schaltzustand AUF, entsprechend das Untere im Schaltzustand ZU, so wird diese Schaltkombination der beiden Halbleiterventile 21 durch ein + gekennzeichnet. Liegt der umgekehrte Fall vor, das heißt das obere Ventil befindet sich im Schaltzustand ZU und das Untere im Schaltzustand AUF, so wird diese Schaltkombination mit einem - gekennzeichnet. If one of the two semiconductor valves 21 of the respective phase shown in FIG. 2 is in the switching state OPEN, the other semiconductor valve 21 is in the switching state CLOSED and vice versa. If the upper of the two semiconductor valves 21 shown in FIG. 2 of a phase in the switching state OPEN corresponds to the lower one in the switching state CLOSED, this switching combination of the two semiconductor valves 21 is identified by a +. If the opposite is the case, i.e. the upper valve is in the CLOSED switching state and the lower valve is in the OPEN switching state, this switching combination is identified with a -.

Angesichts der drei vorhandenen Phasen ergeben sich hieraus 23 mögliche Schaltkombinationen der insgesamt sechs Halbleiterventile 21 des Stromrichters 20. Diese acht Schaltmöglichkeiten des Stromrichters 20 sind in Fig. 3 im Rahmen einer Raumzeigerdarstellung gezeigt. Ausgehend vom Mittelpunkt eines Hexagons bzw. Sechseckes wird jede Schaltkombination der drei Phasen durch einen eigenen Schaltvektor verdeutlicht, dessen Länge dem Spannungswert udc des Gleichspannungskreises entspricht. Als Schaltvektoren treten auf die Kombinationen +++, ---, +--, ++-, -+-, -++, --+ und +-+. Bei den Vektoren +++ und --- handelt es sich um die Nullvektoren mit der Länge Null. Da in einem dreiphasigen System die Summation aller Ströme oder Spannungen stets den Wert Null ergibt und daher nur zwei voneinander unabhängige Größen auftreten, lassen sich sowohl Ströme als auch Spannungen von einem dreiphasigen statischen Bezugssystem mit drei, den einzelnen Phasen entsprechenden und um jeweils 120° gegeneinander verdrehten, sich in einem gemeinsamen Ursprung schneidenden Achsen auf ein zweidimensionales statisches kartesisches Bezugssystem mit einer α-, β-Achse übertragen bzw. projizieren. Alle drei Phasengrößen, beispielsweise die Referenzspannungen, zusammengenommen ergeben somit im α-, β-Bezugssystem einen resultierenden und entgegen dem Uhrzeigersinn mit der Kreisfrequenz ω, die der Winkelgeschwindigkeit der Spannungsgrundschwingung entspricht, resultierenden und rotierenden Referenzspannungsvektor u*f, aus dem zusammen mit dem jeweils aktiven Schaltvektor der induktive Spannungsabfall uLf an der Drossel und damit die Schaltwelligkeit abgeleitet werden kann, vgl. Fig. 3. In view of the three phases present, this results in 2 3 possible switching combinations of the total of six semiconductor valves 21 of the converter 20 . These eight switching options of the converter 20 are shown in FIG. 3 in the context of a room pointer representation. Starting from the center of a hexagon or hexagon, each switching combination of the three phases is illustrated by its own switching vector, the length of which corresponds to the voltage value u dc of the DC voltage circuit. The combinations +++, ---, + -, ++ -, - + -, - ++, - + and + - + occur as switching vectors. The vectors +++ and --- are zero-length vectors. Since in a three-phase system the summation of all currents or voltages always results in the value zero and therefore only two independent variables occur, both currents and voltages can be from a three-phase static reference system with three corresponding to the individual phases and 120 ° against each other twisted axes intersecting in a common origin are transferred or projected onto a two-dimensional static Cartesian reference system with an α, β axis. All three phase quantities, for example the reference voltages, taken together result in the α-, β-reference system resulting and rotating counter-clockwise with the angular frequency ω, which corresponds to the angular velocity of the fundamental voltage oscillation, resulting and rotating reference voltage vector u * f , from which together with the respective active switching vector the inductive voltage drop u Lf at the choke and thus the switching ripple can be derived, cf. Fig. 3.

Zur Erzeugung der Schaltsignale zur Ansteuerung der Halbleiterventile 21, vgl. Fig. 2, des Stromrichters 20 wird ein Pulsbreitenmodulationsverfahren (PWM) eingesetzt. To generate the switching signals for actuating the semiconductor valves 21 , cf. Fig. 2, the power converter 20 is a pulse width modulation (PWM) is used.

Ein mittels Pulsbreitenmodulation geregelter, leistungselektronischer Spannungszwischenkreis-Stromrichter weist, wie in Fig. 4 gezeigt, in bekannter Weise einen Wechselstrom- bzw. -spannungskreis 40, einen Gleichspannungszwischenkreis 41 sowie Regler 42 zum Schalten des Konverters oder Stromrichters 20 auf. A power electronic voltage intermediate circuit converter controlled by means of pulse width modulation, as shown in FIG. 4, has an alternating current or voltage circuit 40, a direct voltage intermediate circuit 41 and controller 42 for switching the converter or converter 20 in a known manner.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung sind modular aufgebaut und erlauben aufgrund ihrer einzelnen Verarbeitungsmodule gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen in vorteilhafter Weise eine Simulation, Analyse und Abstimmung bzw. Konditionierung auch einzelner Schaltungskomponenten und/oder Regelmechanismen. The method according to the invention and the associated device are modular constructed and allow due to their individual processing modules known methods and devices advantageously a simulation, analysis and coordination or conditioning of individual circuit components and / or control mechanisms.

Grundsätzlich generiert eine zur Regelung eines aktiven Filters 10 eingesetzte Regelvorrichtung 42 drei, den einzelnen Phasen entsprechende Referenzspannungen, die der Schaltsignalerzeugung mittels PWM-Verfahren zugrunde gelegt werden. Im Rahmen des PWM-Verfahrens werden nun, wie in Fig. 5 gezeigt, die drei den einzelnen Phasen entsprechenden Referenzspannungen u*f1, u*f2 und u*f3 mit einer Dreieckspannung 50, deren Frequenz der Schaltfrequenz des Stromrichters 20 entspricht, verglichen. Der Verlauf der Dreieckspannung 50 sowie der drei Referenzspannungen u*f1, u*f2 und u*f3 ist in Fig. 5 über eine Zeitdauer von zwei Abtastzyklen über der Zeit aufgetragen. Übersteigt der Wert der jeweiligen Referenzspannung den Istwert der Dreieckspannung 50 so nehmen die Halbleiterventile 21, vgl. Fig. 2, der jeweiligen Phase die Schaltkombination + ein, befindet sich der Referenzwert jedoch unterhalb des Istwertes der Dreieckspannung 50, so nehmen die Halbleiterventile 21 der jeweiligen Phase die Schaltkombination - ein. Vorgenanntes Verhalten gilt für alle drei Phasen. Hieraus ergeben sich in Abhängigkeit der Verhältnisse zwischen den Referenzspannungen und der applizierten Dreieckspannung 50 unterschiedliche Schaltvektoren, wie beispielsweise +++, ++-, +-- oder ---, vgl. Fig. 5. Da im Zeitintervall zwischen Punkt A und B der Wert der Dreieckspannung stets kleiner als derjenige der Referenzspannungen u*f1, u*f2 und u*f3 ist, befinden sich die jeweils zwei Halbleiterventile 21 der drei Phasen im Schaltzustand + und bilden demgemäß den Schaltvektor +++. Übersteigt nun der Wert der Dreieckspannung 50 die Referenzspannung u*f3, so bilden die Halbleiterventile 21 der dritten Phase am Punkt B die Schaltkombination - und es ergibt sich der Schaltvektor ++-. Der Verlauf der Schaltwellenform der zweiten Phase 51, kann damit abgeleitet werden und folgt einer Rechteckspannung, wie in Fig. 5 gezeigt. Basically, a control device 42 used to control an active filter 10 generates three reference voltages corresponding to the individual phases, which are used as the basis for the switching signal generation by means of the PWM method. In the context of the PWM method, as shown in FIG. 5, the three reference voltages u * f1 , u * f2 and u * f3 corresponding to the individual phases are compared with a triangular voltage 50 , the frequency of which corresponds to the switching frequency of the converter 20 . The course of the triangular voltage 50 and of the three reference voltages u * f1 , u * f2 and u * f3 is plotted in FIG. 5 over a period of two sampling cycles over time. If the value of the respective reference voltage exceeds the actual value of the delta voltage 50, then the semiconductor valves 21 , cf. 2, the respective phase the switching combination + A, the reference value but is below the actual value of the triangular voltage 50, so 21 take the semiconductor valves of the respective phase the switching combination -. A. The above behavior applies to all three phases. This results in 50 different switching vectors, such as +++, ++ -, + - or ---, depending on the relationships between the reference voltages and the applied delta voltage, cf. Fig. 5. Since the value of the delta voltage is always smaller than that of the reference voltages u * f1 , u * f2 and u * f3 in the time interval between points A and B, the two semiconductor valves 21 of the three phases are each in the switching state + and form accordingly the switching vector +++. If the value of the delta voltage 50 now exceeds the reference voltage u * f3 , then the semiconductor valves 21 of the third phase form the switching combination at point B - and the switching vector ++ - results. The course of the switching waveform of the second phase 51 can thus be derived and follows a square-wave voltage, as shown in FIG. 5.

Wie anhand des in Fig. 6 gezeigten Ablaufschemata zu sehen ist, erfolgt in einem oder mehreren verfahrensvorbereitenden Schritten V die Auswahl bzw. Erfassung oder Festlegung des der jeweiligen Aufgaben oder Problemstellung entsprechenden leistungselektronischen Schaltungsaufbaus sowie der zugehörigen Verarbeitungs- bzw. Verfahrensmodule. Auch die dem Verfahren zugrunde zu legenden Eingangsgrößen und zu erfüllenden Vorgabewerte werden erfaßt und bestimmt. As can be seen on the basis of the flow diagram shown in FIG. 6, in one or more process preparatory steps V, the selection or detection or determination of the power electronic circuit structure corresponding to the respective task or problem and the associated processing or process modules is carried out. The input variables to be used as the basis for the procedure and the default values to be met are also recorded and determined.

Bei den zu erfassenden Eingangsgrößen kann es sich hierbei beispielsweise um experimentell erfaßte Meßwertdaten, die entweder direkt, on-line über eine geeignete Schnittstelle eingelesen und verarbeitet werden, oder aber indirekt, off-line von einem Datenspeicher, auf dem sie zuvor gespeichert wurden, aufgerufen werden. Auch besteht die Möglichkeit künstliche Datensätze zu erstellen bzw. generieren und zu verarbeiten. The input variables to be recorded can be, for example experimentally acquired measured data, either directly, on-line via a suitable Interface can be read and processed, or indirectly, offline by one Data storage on which they were previously saved can be called up. Also there is the possibility to create or generate artificial data sets to process.

Vorbereitend ist auch anzugeben ob das erfindungsgemäße Verfahren on-line oder off- line eingesetzt werden soll, da hierdurch anteilig die Auswahl der einzusetzenden Verarbeitungsmodule bestimmt bzw. beeinflußt wird. In preparation, it must also be stated whether the method according to the invention is online or off-line. line should be used, since this means that the selection of those to be used is proportional Processing modules is determined or influenced.

Bei einem aktiven Filtersystem können zur umfassenden Bestimmung optimierter Betriebsparameter und einer dementsprechenden, optimierten Auslegung bzw. Konditionierung der vorliegenden Schaltung beispielsweise die folgenden Eingangsgrößen verwendet werden:

  • - die Spannungswellenform der Versorgungsspannung an der Stelle, an der das aktive Filter 10 in den Schaltungsaufbau implementiert wird,
  • - die Stromwellenform der Lastströme, die kompensiert werden sollen, wobei stets die maximal auftretende Last angenommen werden sollte, oder alternativ hierzu die Effektivwerte der Grund- und Oberschwingungsanteile der Lastströme,
  • - die Frequenz f der Versorgungsspannung,
  • - die höchste zu kompensierende Oberschwingungsordnung,
  • - die maximal zulässige Stromwelligkeit, in Prozentangabe oder als Absolutwert,
  • - der maximal zulässige Welligkeitswert der Gleichspannung, in Prozentangabe,
  • - der gewünschte maximale Modulationsindex,
  • - die maximale Umgebungstemperatur,
  • - Spezifikationsdaten der eingesetzten IGBT's und der ihnen zugehörigen elektrisch antiparallel geschalteten Dioden
In the case of an active filter system, for example, the following input variables can be used for the comprehensive determination of optimized operating parameters and a corresponding, optimized design or conditioning of the present circuit:
  • the voltage waveform of the supply voltage at the point where the active filter 10 is implemented in the circuit structure,
  • the current waveform of the load currents which are to be compensated, the maximum load which should always be assumed, or alternatively the effective values of the fundamental and harmonic components of the load currents,
  • - the frequency f of the supply voltage,
  • - the highest harmonic order to be compensated,
  • - the maximum permissible current ripple, in percentages or as an absolute value,
  • - the maximum permissible ripple value of the DC voltage, in percent,
  • - the desired maximum modulation index,
  • - the maximum ambient temperature,
  • - Specification data of the IGBTs used and the associated diodes connected electrically in anti-parallel

Nach Erfassen der Vorgabewerte, des Schaltungsaufbaus und der zugehörigen, der jeweiligen Problem bzw. Aufgabenstellung entsprechenden Verarbeitungsmodule sowie der entsprechenden Eingangsgrößen werden schrittweise, in den entsprechenden Verarbeitungsmodulen beispielsweise folgende Aktionen bzw. Verarbeitungsschritte durchgeführt und folgende, optimiert auf die jeweilige Schaltung und die vorgegebenen Eingangsgrößen abgestimmten Betriebsparameter ermittelt:

  • - Referenzströme i*f des aktiven Filters 10
  • - Schaltfrequenz fsw des aktiven Filters 10
  • - Induktivität Lf der Eingangsdrossel
  • - Spannungs- udc sowie Stromwert idc des zugehörigen Gleichspannungzwischenkreises
  • - Kapazität Cdc des Gleichspannungzwischenkreises
  • - beim off-line Einsatz eine Spektralanalyse der Spannungsoberschwingungen des eingesetzten Stromrichters
  • - beim off-line Einsatz eine Spektralanalyse der Stromoberschwingungen des aktiven Filters 10
  • - Rekonstruktion der Spannungs- und Stromwellenform des aktiven Filters 10
  • - Schaltsignale zum Ansteuern des Stromrichters 20
  • - Individuelle Ströme der eingesetzten Halbleiterbauelemente
  • - Verlustleistungen
  • - Auslegung oder Konditionierung eines vorzusehenden Kühlkörpers
After recording the default values, the circuit structure and the corresponding processing modules corresponding to the respective problem or task, as well as the corresponding input variables, the following actions or processing steps are carried out step by step in the corresponding processing modules, for example, and the following, optimized for the respective circuit and the predetermined input variables Operating parameters determined:
  • - Reference currents i * f of the active filter 10
  • - Switching frequency f sw of the active filter 10
  • - Inductance L f of the input choke
  • - Voltage u dc and current value i dc of the associated DC voltage intermediate circuit
  • - Capacitance C dc of the DC link
  • - In the case of off-line use, a spectral analysis of the voltage harmonics of the converter used
  • - When used off-line, a spectral analysis of the current harmonics of the active filter 10
  • - Reconstruction of the voltage and current waveform of the active filter 10
  • - Switching signals for controlling the converter 20
  • - Individual currents of the semiconductor components used
  • - power losses
  • - Design or conditioning of a heat sink to be provided

Darüber hinaus erfolgt in Abhängigkeit der jeweilig ermittelten optimierten Betriebsparameter und unter Berücksichtigung der erfaßten Vorgabewerte eine automatisierte Selektion geeigneter, in den vorbestimmten Schaltungsaufbau ersatzweise oder ergänzend zu implementierender Bauelemente und Komponenten aus einer oder mehreren, entsprechend vorstrukturierten und -konfigurierten Datenbanken zur Erreichung einer best möglichen Konditionierung und damit Performance bzw. Leistungsfähigkeit der jeweiligen leistungselektronischen Schaltung. In addition, depending on the respectively determined optimized Operating parameters and an automated taking into account the entered default values Selection of suitable, or alternatively in the predetermined circuit structure Components to be implemented in addition from one or more, correspondingly pre-structured and configured databases to achieve a best possible conditioning and thus performance of the respective power electronic circuit.

Unter Berücksichtigung der Spezifikationsdaten des oder der selektierten Bauelemente, insbesondere von Halbleiterbauelementen, und Komponenten, insbesondere Kabel und Busverbinder oder Schütze, werden nun, basierend auf den ermittelten Betriebsparametern und den bekannten Spezifikationsdaten weitere bauelemente- und schaltungsspezifische Kenngrößen wie beispielsweise Spitzenstromverträglichkeit, Verlustleistung, Wärmeentwicklung oder Verlustwärme zu bestimmt und entsprechend berücksichtigt, beispielsweise durch Auswahl und Implementierung geeigneter Kühlmittel oder Kühlkörper. Taking into account the specification data of the selected component (s), in particular of semiconductor components and components, in particular cables and Bus connectors or contactors are now determined based on the Operating parameters and the known specification data further component and Circuit-specific parameters such as peak current compatibility, power loss, Heat development or heat loss to be determined and taken into account accordingly, for example by selecting and implementing suitable coolants or Heatsink.

Auch eine optimierte Bestimmung, Dimensionierung und Selektion geeigneter Vorladewiderstände zur Schwingungsdämpfung und Unterdrückung des Einschaltstromes beim Einschalten des aktiven Filters 10 ist auf diese Weise unter Berücksichtigung der bisher ermittelten Betriebsparameter sowie der jeweiligen Bauelementespezifikation möglich. An optimized determination, dimensioning and selection of suitable precharging resistors for vibration damping and suppression of the inrush current when the active filter 10 is switched on is possible in this way, taking into account the operating parameters determined to date and the respective component specification.

Die ermittelten Frequenzspektren sowie alle im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahren simuliert ermittelten und rekonstruierten Strom- und Spannungsverläufe, beispielsweise des aktiven Filter 10 und des dc-seitigen Kondensators 22 werden graphisch dargestellt und ausgegeben bzw. zur Anzeige gebracht sowie gegebenenfalls auf einem Datenspeicher gespeichert. The determined frequency spectra as well as all the current and voltage profiles determined and reconstructed simulated within the scope of the method according to the invention, for example the active filter 10 and the dc-side capacitor 22, are graphically represented and output or displayed and optionally stored on a data memory.

Die in den einzelnen Verarbeitungsmodulen ermittelten, optimierten Betriebsparameter werden abschließend mit den Vorgabewerten verglichen. Besteht innerhalb vorbestimmter Toleranzen eine Übereinstimmung zwischen den optimierten Betriebsparametern und den Vorgabewerten, so endet das Verfahren mit Anzeige der ermittelten Betriebsparameter und einer Stückliste der selektierten Bauelemente und Komponenten sowie den Bauelementespezifikationen und/oder Ausgabe, beispielsweise auf einem Drucker oder Plotter und/oder Speicherung auf einem Datenspeicher. The optimized operating parameters determined in the individual processing modules are then compared with the default values. Exists within predetermined tolerances a match between the optimized Operating parameters and the default values, the process ends with the display of the determined Operating parameters and a parts list of the selected components and the component specifications and / or output, for example on a Printer or plotter and / or storage on a data storage device.

Ist innerhalb der vorbestimmten Toleranzen jedoch keine Übereinstimmung festzustellen, so werden die bestehenden Differenzen ausgewiesen und das Verfahren gegebenenfalls nach Modifikation der Betriebsparameter und/oder des Schaltungsaufbaus bei Bedarf erneut durchlaufen. However, there is no match within the predetermined tolerances existing differences are shown and the procedure if necessary after modification of the operating parameters and / or the circuit structure Run through again as needed.

Die schrittweise Bestimmung der verschiedenen, optimiert an eine Schaltung mit aktivem Filter 10 zur Oberschwingungskompensation und die Eingabegrößen angepaßten Betriebsparameter sowie die Selektion geeigneter Bauelemente durch die jeweilig am Verfahren beteiligten Verarbeitungsmodule wird im folgenden detailliert anhand von Fig. 6 dargelegt. The step-by-step determination of the various operating parameters, which are optimized for a circuit with an active filter 10 for harmonic compensation and the input variables, and the selection of suitable components by the respective processing modules involved in the method are described in detail below with reference to FIG. 6.

Nach Auswahl bzw. Erfassung oder Festlegung 60 des entsprechenden leistungselektronischen Schaltungsaufbaus sowie der zugehörigen Verarbeitungs- bzw. Verfahrensmodule, der dem Verfahren zugrunde zu legenden Eingangsgrößen und Vorgabewerte in einem verfahrensvorbereitenden Schritt V, werden, wie in Fig. 6 gezeigt, in einem ersten Verfahrensschritt S1 anhand eines aufgezeichneten dreiphasigen Laststromes, vgl. Fig. 7b, der hier als Eingangssignal bzw. -größe dient, in einem Verarbeitungsmodul 61 die Referenzströme i*f zur Ansteuerung des aktiven Filters 10 bestimmt. After selection or detection or determination 60 of the corresponding power electronic circuit structure and the associated processing or process modules, the input variables to be used as the basis for the process and default values in a process preparatory step V, as shown in FIG. 6, in a first process step S1 based on a recorded three-phase load current, cf. Fig. 7b which here serves as an input signal or size, in a processing module 61, the reference currents i * f for controlling the active filter 10 is determined.

Hierzu wird mittel eines Verarbeitungsmoduls 61, mit einem oder mehreren Regel und/oder Verarbeitungsgliedern, der Wirkanteil der Stromgrundschwingung des Laststromes ermittelt und vom Laststrom il subtrahiert. Die resultierenden Ströme werden sodann invertiert, woraus sich resultierend die Referenzströme i*f zum Ansteuern des aktiven Filters 10 ergeben. For this purpose, the active component of the fundamental current oscillation of the load current is determined by means of a processing module 61 with one or more control and / or processing elements and subtracted from the load current i l . The resulting currents are then inverted, which results in the reference currents i * f for driving the active filter 10 .

Es sei angemerkt, daß bei einer analogen Regelvorrichtung die aufgezeichnete Datenmenge der zehnfachen Schaltfrequenz fsw des Stromrichters 20 entsprechen soll, wohingegen sie bei einer digitalen Regelung 42 lediglich der einfachen Abtastfrequenz der Regelung zu entsprechen hat. Dies bedeutet für den Fall der digitalen Regelung, daß beispielsweise für jede Phase eines 50 Hz Laststromes, bei einer beispielhaft zugrunde gelegten Schaltfrequenz fsw des Stromrichters 20 von 6450 Hz und einer demgemäßen Abtastfrequenz der Regelung 42, die der doppelten Schaltfrequenz fsw des Stromrichters 20, also 12900 Hz entspricht, ein Datensatz von 258 Datenpunkten vorhanden sein muß. Da sich bei einem dreiphasigen System eine der drei Phasen aus den beiden Anderen ergibt, reicht es aus die geforderte Datenmenge lediglich für je zwei der insgesamt drei Phasen aufzuzeichnen. It should be noted that in the case of an analog control device, the recorded data quantity should correspond to ten times the switching frequency f sw of the converter 20 , whereas in the case of a digital control 42 it only has to correspond to the simple sampling frequency of the control. In the case of digital control, this means that, for example, for each phase of a 50 Hz load current, with an exemplary switching frequency f sw of the converter 20 of 6450 Hz and a corresponding sampling frequency of the control 42 , which is twice the switching frequency f sw of the converter 20 , ie corresponds to 12900 Hz, a data record of 258 data points must be available. Since in a three-phase system one of the three phases results from the other two, it is sufficient to record the required amount of data only for two of the three phases.

Vorgenanntes gilt sowohl für die Lastströme als auch die Versorgungsspannungen us. The above applies to both the load currents and the supply voltages u s .

Für den Fall, daß die aufgezeichnete Datenmenge das erforderliche Maß übersteigt, wird im Falle der digitalen Regelung ein erneuter Abtastzyklus durchgeführt, so daß schließlich der resultierende Datensatz bzw. die resultierende Datenmenge der Abtastfrequenz der Regelung 42 entspricht. In the event that the amount of data recorded exceeds the required amount, a new sampling cycle is carried out in the case of digital control, so that the resulting data record or the resulting amount of data finally corresponds to the sampling frequency of the controller 42 .

Sind keine experimentellen Daten hinsichtlich Laststrom il und Versorgungsspannung us greif- oder verfügbar, so können diese mittels entsprechend implementierter Verarbeitungsmodule unter Kenntnis und Verwendung der Effektivwerte der Grundschwingung der Versorgungsspannung us bzw. des Laststromes iL sowie ihrer Oberschwingungsanteile auch künstlich generiert bzw. erzeugt werden. If no experimental data regarding load current i l and supply voltage u s are available or available, they can also be artificially generated or processed using appropriately implemented processing modules with knowledge and use of the root mean square values of the supply voltage u s or load current i L and their harmonic components. be generated.

Zur Bestimmung der Stromgrundschwingung des Laststromes il im Verarbeitungsmodul 61 wird eine Fast Fourier Transformation (FFT) eingesetzt, die der folgenden Gleichung genügt,


wobei k der Ordnung der Oberschwingung, n der Ordnung der Abtastung, Il dem Laststrom, il(n) dem Laststrom der n-ten Abtastung und N der Gesamtanzahl der erfolgten Abtastungen sowie der Anzahl der Harmonischen entspricht.
A Fast Fourier Transformation (FFT) is used to determine the fundamental current oscillation of the load current i l in the processing module 61 , which satisfies the following equation,


where k corresponds to the order of the harmonic, n the order of the sampling, I l the load current, i l (n) the load current of the nth sampling and N the total number of samples taken and the number of harmonics.

Die einzelnen Phasen des exemplarisch zugrunde gelegten Laststromes il sind in Fig. 7 gezeigt. The individual phases of the load current i 1 used as an example are shown in FIG. 7.

Ausreichend ist hier lediglich eine Berechnung des Realanteils der Stromgrundschwingung des Laststromes. All that is sufficient is a calculation of the real part of the Current fundamental oscillation of the load current.

Zur Berechnung des Realanteils der Stromgrundschwingung werden sowohl ihr Imaginäranteil als auch etwaige Oberschwingungsanteile auf Null gesetzt bzw. ihnen der Wert Null zugewiesen. Zur Erlangung der Wirkanteile der Grundschwingung des Laststromes il1re im jeweiligen Zeitbereich wird nun eine inverse Fourier-Transformation gemäß Gleichung 2 durchgeführt.


wobei k der Ordnung der Oberschwingung, n der Ordnung der Abtastung, Il dem Laststrom, il(n) dem Laststrom der n-ten Abtastung und N der Anzahl der erfolgten Abtastungen sowie der Anzahl der Harmonischen entspricht.
To calculate the real component of the fundamental current vibration, both its imaginary component and any harmonic components are set to zero or assigned the value zero. In order to obtain the active components of the basic oscillation of the load current i l1re in the respective time range, an inverse Fourier transformation according to equation 2 is now carried out.


where k corresponds to the order of the harmonic, n the order of the sampling, I l the load current, i l (n) the load current of the nth sampling and N the number of samples taken and the number of harmonics.

Da die der inversen Fourier-Transformation zugrunde gelegten Eingangswerte nur aus reellen Zahlenwerten gebildet werden, weisen auch die ermittelten Ergebniswerte nur reelle Zahlenwerte auf. Since the input values on which the inverse Fourier transformation is based only from real numerical values are formed, the determined results only show real numerical values.

Die Referenzströme i*f(n) der n-ten Abtastung des aktiven Filters 10 ergeben sich demgemäß zu

i*f(n) = -(il(n) - il1re(n)) 1 ≤ n ≤ N, Gleichung 3,

The reference currents i * f (n) of the nth sampling of the active filter 10 result accordingly

i * f (n) = - (i l (n) - i l1re (n)) 1 ≤ n ≤ N, equation 3,

Die derart ermittelten Referenzströmen i*f bzw. die aus ihnen gebildeten Kompensationsströme if des aktiven Filters 10 sind in Fig. 8 gezeigt. The reference currents i * f determined in this way and the compensation currents i f of the active filter 10 formed from them are shown in FIG. 8.

In einem zweiten Verarbeitungsmodul 62 wird nun die optimale Schaltfrequenz fsw des aktiven Filters 10 bestimmt. Diese ergibt sich aus der Frequenz der zu kompensierenden Stromoberschwingung höchster Ordnung. Gemäß theoretischer Erwägungen ist es möglich Oberschwingungen bis zu einer Frequenz halb so groß wie die Schaltfrequenz fsw zu regeln bzw. zu kompensieren. Folglich muß die Schaltfrequenz fsw doppelt so hoch sein wie die Frequenz der maximal zu kompensierenden Oberschwingung. Im folgenden Beispiel wurde eine Schaltfrequenz fsw von 6,45 kHz gewählt. The optimal switching frequency f sw of the active filter 10 is now determined in a second processing module 62 . This results from the frequency of the highest order current harmonic to be compensated. According to theoretical considerations, it is possible to regulate or compensate harmonics up to a frequency half the switching frequency f sw . Consequently, the switching frequency f sw must be twice the frequency of the maximum harmonic to be compensated. In the following example a switching frequency f sw of 6.45 kHz was chosen.

Im Falle einer digitalen Regelung 42, die hier beispielhaft für alle weiteren Betrachtungen vorausgesetzt werden soll, wird die Versorgungsspannung us in einem dritten Verarbeitungsmodul 63 mit einem Phasenvorschub von beispielsweise 1,5 Abtastperioden beaufschlagt. Hierbei werden durch den Phasenvorschub sowohl zeitliche Verzögerungen sowie Totzeiten der Regelung 42 als auch der Abtastung berücksichtigt. In the case of a digital control 42 , which is to be assumed here for all further considerations as an example, the supply voltage u s is applied in a third processing module 63 with a phase advance of, for example, 1.5 sampling periods. In this case, time delays and dead times of the control 42 and the scanning are taken into account by the phase feed.

Zur Kompensation bzw. Ausgleich oder Korrektur etwaiger Verzögerungen wird die Versorgungsspannung us(n) der n-ten Abtastung anhand der Spannungswerte us(n + 1) der nächsten und us(n + 2) der übernächsten Abtastung gemäß Gleichung 4 bestimmt.


wobei n die Ordnung der Abtastungen bzw. Abtastpunkte und us(n) die jeweilig abgetastete Versorgungsspannung us bezeichnen.
To compensate or compensate for or correct any delays, the supply voltage u s (n) of the nth scan is determined on the basis of the voltage values u s (n + 1) of the next scan and u s (n + 2) of the scan after next in accordance with equation 4.


where n denotes the order of the samples or sampling points and u s (n) the respective sampled supply voltage u s .

Der beispielhafte zeitliche Verlauf der auf vorgenannte Weise aufbereiteten Versorgungsspannung us ist in Fig. 7a gezeigt. The exemplary time profile of the supply voltage u s prepared in the aforementioned manner is shown in FIG. 7a.

In einem vierten Verarbeitungsmodul 64 wird sowohl die Induktivität Lf der Eingangsdrossel des aktiven Filters 10, basierend auf einem vorab zu ermittelnden oder vorzugebende Stromwelligkeitsspitzenwert îwell als auch deren zulässiger Widerstandswert Rfbestimmt. Zur Berechnung des Spitzenwertes der Stromwelligkeit îwell wird zunächst das Fehlen jeglicher Lastströme il angenommen bzw. vorausgesetzt. Unter dieser Voraussetzung und einem vernachlässigbaren ohmschen Eigenwiderstand Rf der Drossel des aktiven Filters 10 entspricht die Referenzspannung u*f des Stromrichters der Versorgungsspannung us. In a fourth processing module 64 , both the inductance L f of the input choke of the active filter 10 is determined based on a current ripple peak value î well to be determined or specified in advance, and also its permissible resistance value R f . To calculate the peak value of the current ripple î well , the absence of any load currents i l is initially assumed or assumed. Under this condition and a negligible ohmic resistance R f of the choke of the active filter 10 , the reference voltage u * f of the converter corresponds to the supply voltage u s .

Der Differenzvektor zwischen der Versorgungsspannung us bzw. dem Referenzvektor und dem Schaltvektor entspricht dem Raumzeiger des Spannungsabfalls an der Drossel des aktiven Filters 10, vgl. Fig. 3. Dieser Spannungsabfall ist für die Stromwelligkeit maßgeblich verantwortlich. The difference vector between the supply voltage u s or the reference vector and the switching vector corresponds to the space vector of the voltage drop at the choke of the active filter 10 , cf. Fig. 3. This voltage drop is largely responsible for the current ripple.

Theorie und Simulationen zeigen, daß der Spitzenwert der Stromwelligkeit îwell dann erreicht wird, wenn der Spannungsistwert einer Phase der Versorgungsspannung us nahe bei Null liegt. Wie Fig. 3 entnehmbar, erreicht die zweite Phase der Versorgungsspannung bei einer Winkelposition von π/6 einen Istwert von Null. Theory and simulations show that the peak value of the current ripple î well is reached when the actual voltage value of a phase of the supply voltage u s is close to zero. As from FIG. 3, the second phase of the supply voltage reaches a value of zero at an angular position of π / 6.

Unter vorgenannten Gesichtspunkten ergeben sich bei einer Winkelposition des Referenzvektors von π/6 die drei Phasen der Versorgungsspannung wie folgt. Für ωt = π/6 gilt:


wobei us1, us2, us3 die Versorgungsspannungen der jeweiligen Phase, Us den Effektivwert (rms Wert) der Versorgungsspannung pro Phase und ωt die Raumzeigerposition der Versorgungsspannung im dreiphasigen statischen bzw. stationären, nicht rotierenden 123-Bezugssystem bezeichnen. Das 123-Bezugssystem weist hierbei drei, den einzelnen Phasen entsprechende und um jeweils 120° gegeneinander verdrehte, sich in einem gemeinsamen Ursprung schneidende Achsen auf.
From the aforementioned points of view, the three phases of the supply voltage result as follows when the reference vector has an angular position of π / 6. For ωt = π / 6:


where u s1 , u s2 , u s3 denote the supply voltages of the respective phase, U s the effective value (rms value) of the supply voltage per phase and ωt the position indicator of the supply voltage in the three-phase static or stationary, non-rotating 123 reference system. The 123 reference system has three axes that correspond to the individual phases and are rotated by 120 ° with respect to one another and intersect in a common origin.

Unter der gleichen Bedingung ergibt sich für die drei Phasen der Referenzspannung u*f und unter Berücksichtigung der Zwischenkreisspannung udc:


Under the same condition, for the three phases of the reference voltage u * f and taking the DC link voltage u dc into account:


Und demgemäß lassen sich beispielhaft unter Verwendung der Sinus/Dreieck- Modulation die Schaltzeiten bzw. die Zeitdauern tsw der jeweiligen Schaltzustände, vgl. Fig. 5, wie folgt bestimmen:


wobei u*f1, u*f2, u*f3 die Referenzspannungen der jeweiligen Phase, Us den Effektivwert (rms Wert) der Versorgungsspannung pro Phase, ωt die Raumzeigerposition der Versorgungsspannung, udc den dc-Spannungswert des Gleichspannungszwischenkreises, fsw die Schaltfrequenz und tsw0, tsw1, tsw2, tsw7 die Schaltzeiten bzw. -zeitdauern der einzelnen Schaltvektoren 0, 1, 2 und 7 im dreiphasigen statischen bzw. stationären, nicht rotierenden 123-Bezugssystem bezeichnen.
Accordingly, the switching times or the time durations t sw of the respective switching states can be exemplified using the sine / triangle modulation, cf. . Determine Figure 5, as follows:


where u * f1 , u * f2 , u * f3 the reference voltages of the respective phase, U s the effective value (rms value) of the supply voltage per phase, ωt the space vector position of the supply voltage, u dc the dc voltage value of the DC link, f sw the switching frequency and t sw0 , t sw1 , t sw2 , t sw7 denote the switching times or time periods of the individual switching vectors 0, 1, 2 and 7 in the three-phase static or stationary, non-rotating 123 reference system.

Abhängig vom Modulationsverfahren ändert sich zwar die Schaltzeit tsw0 des Nullvektors, jedoch bleibt die Summe über alle Schaltzeiten konstant. Auch die Schaltzeiten tsw1 und tsw2 bleiben unabhängig vom jeweiligen Modulationsverfahren erhalten. Depending on the modulation method , the switching time t sw0 of the zero vector changes, but the sum remains constant over all switching times. The switching times t sw1 and t sw2 are retained regardless of the respective modulation method .

Demzufolge ergibt sich für den Spitzenwert der Stromwelligkeit der beispielhaft ausgewählten zweiten Phase:


wobei îf2 den Spitzenwert der Stromwelligkeit der zweiten Phase, Us den Effektivwert (rms Wert) der Versorgungsspannung pro Phase, udc den dc-Spannungswert des Gleichspannungszwischenkreises, fsw die Schaltfrequenz, Lf die Induktivität der Eingangsdrossel und tsw2 die Einschaltdauer im dreiphasigen statischen bzw. stationären, nicht rotierenden 123-Bezugssystem bezeichnen.
This results in the peak value of the current ripple of the second phase selected as an example:


where î f2 the peak value of the current ripple of the second phase, U s the effective value (rms value) of the supply voltage per phase, u dc the dc voltage value of the DC link , f sw the switching frequency, L f the inductance of the input choke and t sw2 the duty cycle in designate three-phase static or stationary, non-rotating 123 reference system.

Der Spitzenwert der Stromwelligkeit der zweiten Phase îf2 entspricht hierbei maßgeblich der Summation der Stromwelligkeiten aller drei Phasen, so daß demzufolge die Induktivität Lf der Eingangsdrossel durch die folgende Relation beschrieben wird:


wobei îwell der Vorgabewert des zulässigen Spitzenwertes der Stromwelligkeit, fsw die Schaltfrequenz, Lf die Induktivität der Eingangsdrossel und Us den Effektivwert (rms Wert) der Versorgungsspannung pro Phase bezeichnen.
The peak value of the current ripple of the second phase î f2 essentially corresponds to the summation of the current ripples of all three phases, so that the inductance L f of the input choke is therefore described by the following relation:


where î well is the default value of the permissible peak value of the current ripple, f sw the switching frequency, L f the inductance of the input choke and U s the effective value (rms value) of the supply voltage per phase.

An dieser Stelle sei angemerkt, daß die ermittelte Induktivität Lf der Drossel bzw. des Induktors außer von der Schaltfrequenz fsw der Versorgungsspannung us auch vom gewünschten maximal zulässigen Wert der Stromwelligkeit îwell abhängt, jedoch beim Spannungsnulldurchgang unabhängig vom Gleichspannungswert udc des dc-Kreises 41 ist. At this point it should be noted that the determined inductance L f of the choke or inductor depends not only on the switching frequency f sw of the supply voltage u s but also on the desired maximum permissible value of the current ripple î well , but at zero voltage crossing regardless of the DC voltage value u dc of the dc -Circle 41 is.

Bei einem Effektivwert der Versorgungsspannung Us von 230 V pro Phase, einer Schaltfrequenz fsw von 6,45 kHz und einer beispielhaft zulässigen Stromwelligkeit îwell von 15 A ergibt sich somit eine Induktivität Lf der Drossel von 485 µH, welche auf 500 µH aufgerundet wird. With an effective value of the supply voltage U s of 230 V per phase, a switching frequency f sw of 6.45 kHz and an exemplary current ripple î well of 15 A, this results in an inductance L f of the choke of 485 µH, which is rounded up to 500 µH becomes.

Der Spitzenwert der Stromwelligkeit îwell läßt sich beispielsweise als prozentualer Anteil des dem IGBT bemessenen Stromes betrachten. The peak value of the current ripple î well can be viewed, for example, as a percentage of the current measured for the IGBT.

Die obere Grenze des zulässigen Widerstandswertes Rf der Drossel wird anhand der Schaltfrequenz fsw des aktiven Filters 10 ermittelt. Das maximale Zeitintervall innerhalb dessen ein Schaltvektor geschaltet werden kann entspricht hierbei der halben Schaltzeit bzw. -dauer. Innerhalb dieses Zeitintervalles sollte der Strom einen möglichst linearen Verlauf aufweisen bzw. erzielen, damit die Regelung 42 den nominell richtigen Wert erfassen kann. Abhängig von diesem Kriterium ergibt sich für die Drossel ein Widerstandswert Rf von

Rf << 2fswLf.
The upper limit of the permissible resistance value R f of the choke is determined on the basis of the switching frequency f sw of the active filter 10 . The maximum time interval within which a switching vector can be switched corresponds to half the switching time or duration. Within this time interval, the current should have a curve that is as linear as possible, so that the control 42 can detect the nominally correct value. Depending on this criterion, the throttle has a resistance value R f of

R f << 2f sw L f .

Im hier zugrunde gelegten Beispiel sollte der Widerstand Rf der Drossel demgemäß weniger als 6,45 Ω betragen, was in der Praxis für nahezu alle Drosseln oder Induktionsspulen erfüllt ist. In the example on which this is based, the resistance R f of the choke should accordingly be less than 6.45 Ω, which in practice is fulfilled for almost all chokes or induction coils.

Anschließend werden unter Berücksichtigung der zuvor ermittelten Betriebsparameter, insbesondere der Induktivität Lf und des Widerstandswertes Rf, sowie etwaiger Vorgabewerte, beispielsweise kostenrelevante Aspekte, aus einer entsprechend vorkonfigurierten Datenbank 64b geeignete Eingangsdrosseln bzw. -spulen selektiert. Then, taking into account the previously determined operating parameters, in particular the inductance L f and the resistance value R f , and any default values, for example cost-relevant aspects, suitable input chokes or coils are selected from a correspondingly preconfigured database 64 b.

In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird nun der optimale Spannungswert udc des Gleichspannungszwischenkreises ermittelt. In a second method step S2, the optimal voltage value u dc of the DC link is determined.

Die Bestimmung des minimal zulässigen Gleichspannungswertes ist für die Berechnung der erforderlichen Referenzspannungswerte u*f zum Ansteuern des aktiven Filters 10 von entscheidender Bedeutung. The determination of the minimum permissible DC voltage value is of crucial importance for the calculation of the required reference voltage values u * f for driving the active filter 10 .

Hierfür werden mittels eines fünften Verarbeitungsmodules 65 die Referenzspannung u*f des aktiven Filters 10 gemäß Gleichung 10 ermittelt.


wobei u*f die Referenzspannung des aktiven Filters 10, us die Versorgungsspannung, Lf die Induktivität der Eingangsdrossel und dif/dt die zeitliche Ableitung des Stromes if des aktiven Filters 10 bezeichnen.
For this purpose, the reference voltage u * f of the active filter 10 is determined according to equation 10 by means of a fifth processing module 65 .


where u * f the reference voltage of the active filter 10 , u s the supply voltage, L f the inductance of the input choke and di f / dt the time derivative of the current i f of the active filter 10 .

Die zeitliche Ableitung des Stromes h des aktiven Filters 10 ist hierbei gegeben durch:


wobei dif/dt die zeitliche Ableitung des Stromes des aktiven Filters 10, if den Strom des aktiven Filters, n die Ordnung der jeweiligen Abtastung und fsw die Schaltfrequenz bezeichnen.
The time derivative of the current h of the active filter 10 is given by:


where di f / dt the time derivative of the current of the active filter 10 , i f the current of the active filter, n the order of the respective sampling and f sw the switching frequency.

Auch der Laststrom il wird aufgrund einer verzögerten Abtastung und einer durch den Regelprozeß hervorgerufenen Verzögerung mit einem Phasenvorschub von beispielsweise 1,5 Abtastperioden beaufschlagt. Eine Abtastperiode bezeichnet hierbei die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen. Die bei einer Verzögerung von 1,5 Abtastperioden zu erwartende Änderungsrate des Laststromes il wird entsprechend Gleichung 10 über eine Laststromabtastung der nächsten il(n + 1) und übernächsten il(n + 2) Ordnung ermittelt. Because of a delayed sampling and a delay caused by the control process, the load current i l is also subjected to a phase advance of, for example, 1.5 sampling periods. A sampling period denotes the time period between two successive samples. The rate of change of the load current i l to be expected with a delay of 1.5 sampling periods is determined in accordance with equation 10 via a load current sampling of the next i l (n + 1) and the next but one i l (n + 2) order.

Die ermittelten Referenzspannungen u*f der drei Phasen sind in Fig. 9 über der Ordnung n der erfolgten Abtastung aufgetragen. The determined reference voltages u * f of the three phases are plotted in FIG. 9 over the order n of the sampling carried out.

Mittels eines weiteren, sechsten Verarbeitungsmodules 66 wird sodann unter Berücksichtigung einer Raumzeigermodulation der notwendige Spannungswert udc des Gleichspannungszwischenkreises 41 des aktiven Filters 10 gemäß Gleichung 12 bestimmt.


wobei ufmax den maximal zu schaltenden Spitzenspannungswert des Stromrichters 20, gemäß Fig. 9, und udc den minimal zulässigen Spannungswert des dc-Kreises 41 bezeichnen.
Using a further, sixth processing module 66 , the necessary voltage value u dc of the DC voltage intermediate circuit 41 of the active filter 10 is then determined in accordance with equation 12, taking into account space vector modulation.


where u fmax denotes the maximum peak voltage value of the converter 20 to be switched, as shown in FIG. 9, and u dc the minimum permissible voltage value of the dc circuit 41 .

Folglich ergibt sich für das hier ausgewählte Beispiel eine minimal zulässige Zwischenkreisspannung von 747 V, der jedoch auf einen glatten Wert von 750 V aufgerundet wird. As a result, there is a minimum allowable for the example selected here DC link voltage of 747 V, but rounded up to a smooth value of 750 V. becomes.

Wird das Verfahren on-line, also direkt im Rahmen einer Regelung eingesetzt, so entfällt zeitbegründet eine Betrachtung und Analyse individueller, durch den Schaltvorgang verursachter Strom- und/oder Spannungsoberschwingungen im Frequenzraum und es wird in einem zweiten Verfahrensschritt S2 mittels eines entsprechenden Verarbeitungsmoduls 67 lediglich approximativ ein effektiver Stromwelligkeitswert Ilrip der Drossel bzw. Spule des aktiven Filters 10 gemäß Gleichung 13 ermittelt, wobei eine Raumzeigermodulation zugrunde gelegt wird.


If the method is used on-line, that is to say directly in the context of a control system, there is no time-based consideration and analysis of individual current and / or voltage harmonics in the frequency domain caused by the switching process, and in a second method step S2 it is only achieved by means of a corresponding processing module 67 Approximately, an effective current ripple value I lrip of the choke or coil of the active filter 10 is determined according to equation 13, based on a space vector modulation.


Hierbei bezeichnen Us den Effektivwert (rms Wert) der Versorgungsspannung pro Phase, udc Spannungswert des Gleichspannungszwischenkreises 41, Lf die Induktivität der Eingangsdrossel und fsw die Schaltfrequenz. Here U s denote the effective value (rms value) of the supply voltage per phase, u dc voltage value of the DC link 41 , L f the inductance of the input choke and f sw the switching frequency.

Für das hier vorgestellte Beispiel ergibt sich demgemäß ein effektiver Stromwelligkeitswert von 4,85 A. For the example presented here, there is accordingly an effective one Current ripple value of 4.85 A.

Sich daran Anschließend erfolgt die Berechnung des Stromwertes idc des dc- bzw. Gleichspannungszwischenkreises 41. The current value i dc of the DC or DC voltage intermediate circuit 41 is then calculated.

Hierfür werden die Umrichter- bzw. Stromrichterspannungen und -Ströme entweder im Frequenzraum oder im zeitbasierten Bezugsraum herangezogen. For this purpose, the converter or converter voltages and currents are either in Frequency space or used in the time-based reference space.

Im Frequenzraum wird der Gleichstromberechnung das mathematische Modell einer Faltung zugrunde gelegt, wohingegen im zeitbasierten Bezugsraum eine Berechnung gemäß Gleichung 14 durchgeführt werden kann.


In the frequency domain, the direct current calculation is based on the mathematical model of a convolution, whereas in the time-based reference space, a calculation according to equation 14 can be carried out.


Hierbei bezeichnen idc den gleichspannungskreisseitigen Strom des aktiven Filters 10, udc den dc-Spannungswert des Gleichspannungszwischenkreises 41 und uf1, uf2, uf3 die Spannungen des aktiven Filters 10 im dreiphasigen statischen bzw. stationären, nicht rotierenden 123-Bezugssystem. Here, i dc denote the DC circuit-side current of the active filter 10 , u dc the dc voltage value of the DC voltage intermediate circuit 41 and u f1 , u f2 , u f3 the voltages of the active filter 10 in the three-phase static or stationary, non-rotating 123 reference system.

Der zuvor im sechsten Verarbeitungsmodul 66, vgl. Fig. 6, ermittelte Gleichspannungswert udc wird hierbei als konstant vorausgesetzt. Selbst für den Fall, daß er nicht konstant wäre, würde dies eine entsprechende Regelung 42 durch Normierung der Referenzwerte u*f vermittels des aktuellen Gleichspannungswertes kompensieren. Aus diesem Grund liegen die aktuellen Stromwerte idc stets dicht an den errechneten Größen deren beispielhafter Verlauf in Fig. 31 gezeigt ist. The previously in the sixth processing module 66 , cf. Fig. 6, determined DC voltage value u dc is assumed to be constant. Even if it were not constant, this would compensate for a corresponding regulation 42 by normalizing the reference values u * f by means of the current DC voltage value. For this reason, the current values i dc are always close to the calculated quantities, the exemplary course of which is shown in FIG. 31.

Die gemittelten iavg und effektiven irms Gleichstromwerte ergeben sich gemäß Gleichung 15.


wobei iavg den Strommittelwert, irms den Stromeffektivwert, n die Ordnung der Abtastung, N die Gesamtzahl der durchgeführten Abtastungen und idc den dc-seitigen Strom des aktiven Filters 10 bezeichnen.
The averaged i avg and effective i rms direct current values result from equation 15.


where i avg is the mean current value, i rms is the rms current value, n is the order of the sampling, N is the total number of samplings carried out and i dc is the dc-side current of the active filter 10 .

Bei Verwendung des bereits ermittelten Stromwelligkeitswert Ilrip der Drossel und Beachtung des Energieerhaltungssatzes ergibt sich für die Stromwelligkeit ICdcrip des Gleichspannungszwischenkreises 41:


mit dem Effektivwert (rms Wert) Us der Versorgungsspannung pro Phase und dem Spannungswert udc des Gleichspannungskreises 41.
When using the current ripple value I lrip of the choke and observing the energy conservation law, the current ripple I Cdcrip of the DC link 41 results in:


with the effective value (rms value) U s of the supply voltage per phase and the voltage value u dc of the DC voltage circuit 41 .

Beispielhaft ergibt sich für die Stromwelligkeit somit ein Wert von 4,48 A und folglich für den Gesamteffektivstrom des Kondensators 22 des Gleichspannungszwischenkreises 41 ein Wert von 25,16 A. For example, a value of 4.48 A results for the current ripple and consequently a value of 25.16 A for the total effective current of the capacitor 22 of the DC voltage intermediate circuit 41 .

Bei off-line, also indirekter Anwendung oder Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens empfiehlt sich zur Gewährleistung einer möglichst hohen Genauigkeit eine Betrachtung relevanter Größen im Frequenzraum sowie eine Berücksichtigung durch das Schalten des Stromrichters 20 auftretender Oberschwingungen, hierbei ist festzustellen, daß die Stromwelligkeit durch eine Analyse der Stromoberschwingungen des aktiven Filters 10 bestimmt wird. In the case of off-line, that is to say indirect application or use of the method according to the invention, it is advisable, in order to ensure the highest possible accuracy, to consider relevant variables in the frequency domain and to take account of harmonics which occur as a result of switching the converter 20 , and it is to be ascertained here that the current ripple can be determined by analyzing the Current harmonics of the active filter 10 is determined.

Hierfür sind im zweiten Verfahrensschritt S2, bezogen auf das on-line Verfahren, ersatzweise für das on-line Verfahren die folgenden Verarbeitungsschritte durchzuführen bzw. Verarbeitungsmodule heranzuziehen. For this purpose, in the second process step S2, based on the online process, alternatively to carry out the following processing steps for the on-line method or processing modules.

Zunächst werden im zweiten Verfahrensschritt S2 mittels eines achten Verarbeitungsmodules 68 die Spannungsoberschwingungen des Stromrichters 20 des aktiven Filters 10 ermittelt, wobei zu beachten ist, daß die Referenzspannungen u*f auf die gleiche Art und Weise zu verarbeiten sind wie bei einem realen Stromrichter 20, d. h., daß das Verhalten eines realen Stromrichters 20 hier möglichst realitätsnah zu simulieren ist. In den meisten Fällen wird hierfür die Methode der Raumzeigermodulation eingesetzt, wobei zur Erreichung einer Skalierung der Referenzwerte u*f zwischen -1 und +1 die Referenzwerte u*f mittels des Gleichspannungswertes udc normiert werden. Jeder abgetastete Referenzspannungswert u*f der Raumzeigermodulation läßt sich gemäß der folgenden Matrizenverknüpfung neu bestimmen:


First, in the second method step S2, the voltage harmonics of the converter 20 of the active filter 10 are determined by means of an eighth processing module 68 , wherein it should be noted that the reference voltages u * f can be processed in the same way as in a real converter 20 , ie that the behavior of a real converter 20 is to be simulated as realistically as possible here. In most cases, the space vector modulation method is used for this, the reference values u * f being normalized by means of the DC voltage value u dc in order to achieve a scaling of the reference values u * f between -1 and +1. Each sampled reference voltage value u * f of the space vector modulation can be newly determined according to the following matrix combination:


Die normierten, digitalen, gemäß Gleichung 17 ermittelten Referenzspannungen u*f sind in Fig. 11 gezeigt. The standardized, digital reference voltages u * f determined according to equation 17 are shown in FIG. 11.

Für eine Spektralanalyse der Spannungsoberschwingungen werden zunächst die Schaltwinkel bzw. Winkelpositionen des Raumzeigers beim Schalten ermittelt, wobei vorausgesetzt wird, daß die Halbleiterventile 21 des Stromrichters 20 ein ideales Verhalten zeigen. Ein ideales Schaltverhalten führt, im Vergleich zu einem trapezförmigen Schaltverlauf mit endlichen Ein- und Ausschaltzeiten, rechnerisch auf den Fall schlimmstmöglicher Oberschwingungen. Bei hinreichend genauer Bestimmung der Schaltwinkel αn sind auch die ermittelten Oberschwingungsanteile hinreichend genau bestimmt und die erreichbare Genauigkeit wird lediglich durch das Auflösungsvermögen bzw. die Leistungsfähigkeit des eingesetzten Datenverarbeitungssystems begrenzt. Die bei der Pulsbreitenmodulation eingesetzte normierte Dreieckspannung 50, vgl. Fig. 11, ist hierbei als synchron mit der Grundschwingung der Versorgungsspannung verlaufend vorauszusetzen, wobei beim Grundschwingungsanteil der Versorgungsspannung ein cosinusförmiger Verlauf angenommen wurde. For a spectral analysis of the voltage harmonics, the switching angles or angular positions of the space vector during switching are first determined, it being assumed that the semiconductor valves 21 of the converter 20 exhibit ideal behavior. Compared to a trapezoidal switching curve with finite switch-on and switch-off times, ideal switching behavior arithmetically leads to the worst possible harmonics. If the switching angle α n is determined with sufficient accuracy, the harmonic components determined are also determined with sufficient accuracy and the achievable accuracy is only limited by the resolution or the performance of the data processing system used. The normalized triangular voltage 50 used in pulse width modulation, cf. Fig. 11 is here presupposed as running synchronously with the fundamental wave of the supply voltage, a cosinusoidal curve was adopted by the fundamental component of the supply voltage.

Die Schaltzeitpunkte tn ergeben sich aus den Referenzspannungen u*f gemäß Fig. 11 und Gleichung 18:


mit der Schaltfrequenz fsw und der Referenzspannung u*f(n) der Abtastung mit der Ordnung n.
The switching times t n result from the reference voltages u * f according to FIG. 11 and equation 18:


with the switching frequency f sw and the reference voltage u * f (n) of the sampling with the order n.

Die entsprechenden Winkel αn ergeben sich zu


mit der Schaltfrequenz fsw, der Grundschwingungsfrequenz f und der Referenzspannung u*f(n) der Abtastung mit der Ordnung n.
The corresponding angles α n result in


with the switching frequency f sw , the fundamental frequency f and the reference voltage u * f (n) of the sampling with the order n.

Unter Vernachlässigung der dc-Anteile läßt sich die zeitabhängige Spannung uf(t) des aktiven Filters 10 als Fourier-Reihe gemäß Gleichung 20 entwickeln.


mit den Koeffizienten


mit der Oberschwingungsordnung k und der Abtastordnung n, wobei die Fourier- Koeffizienten eines dreiphasigen Stromrichters 20 noch folgendermaßen modifiziert werden können:


Neglecting the dc components, the time-dependent voltage u f (t) of the active filter 10 can be developed as a Fourier series according to equation 20.


with the coefficients


with the harmonic order k and the scanning order n, where the Fourier coefficients of a three-phase converter 20 can also be modified as follows:


Mittels vorgenannter Modifikation werden etwaige dc-Anteile, die der Einfachheit halber zunächst vernachlässigt wurden, eliminiert. By means of the above-mentioned modification, any dc components, which are for the sake of simplicity were initially neglected, eliminated.

An dieser Stelle sei angemerkt, daß es bei der Methode der Pulsbreitenmodulation nicht erforderlich ist, die Oberschwingungsanteile bis ins Unendliche zu berechnen. Vielmehr ist es vorteilhaft, abhängig von der angestrebten Genauigkeit, eine Obergrenze der der Bestimmung zugrunde zu legenden Ordnung Nh zu setzen. Diese liegt im hier angeführten Beispiel beim 25,5-fachen Wert der Schaltfrequenz fsw. At this point it should be noted that with the pulse width modulation method it is not necessary to calculate the harmonic components to infinity. Rather, it is advantageous, depending on the accuracy sought, to set an upper limit on the order Nh on which the determination is to be based. In the example given here, this is 25.5 times the switching frequency f sw .

Die Spannungsoberschwingungen ergeben sich aus den ermittelten Fourier- Koeffizienten gemäß Gleichung 23.

Uf(k) = Ak - jBk Gleichung 23
The voltage harmonics result from the determined Fourier coefficients according to equation 23.

U f (k) = A k - jB k Equation 23

Nun werden mittels eines weiteren, neunten Verarbeitungsgliedes 69 die Stromoberschwingungsanteile If(k) des aktiven Filters 10 bzw. seines Stromrichters 20 im Frequenzraum ermittelt. Hierzu wird zunächst zum Erhalt der Oberschwingungsanteile der Versorgungsspannung us die Versorgungsspannung fouriertransformiert, vgl. Fig. 12 und 13. Now the current harmonic components I f (k) of the active filter 10 or its converter 20 in the frequency domain are determined by means of a further, ninth processing element 69 . For this purpose, the supply voltage is first Fourier transformed to obtain the harmonic components of the supply voltage u s , cf. Fig. 12 and 13.

Unter Berücksichtigung der zuvor ermittelten Spannungsoberschwingungen Uf(k) und der Spannungsoberschwingungen der transformierten Versorgungsspannung Us ergeben sich die Stromoberschwingungen If(k) des aktiven Filters 10 im Frequenzraum gemäß der folgenden Relation:


Taking into account the previously determined voltage harmonics U f (k) and the voltage harmonics of the transformed supply voltage U s , the current harmonics I f (k) of the active filter 10 result in the frequency domain according to the following relation:


Die Kompensationsströme if des aktiven Filters 10 besitzen einen Grundschwingungsanteil, der dem Blindanteil des Laststromes il entspricht. Es sei hier festgehalten, daß im Versorgungsstrom immer noch einige lastbedingte Oberschwingungsanteile erhalten sind, deren Amplitude jedoch sehr klein ist. Ursache hierfür ist ein bei jeder Oberschwingung auftretender Amplitudenfehler im abgetasteten Signalverlauf. Dieser ist auch in der Praxis zu beobachten. Bei Anwendung frequenzbasierter Regelmechanismen läßt sich dieser jedoch beeinflussen und reduzieren. The compensation currents i f of the active filter 10 have a fundamental component which corresponds to the reactive component of the load current i l . It should be noted here that some load-related harmonic components are still preserved in the supply current, but their amplitude is very small. The reason for this is an amplitude error in the sampled signal curve that occurs with every harmonic. This can also be observed in practice. When using frequency-based control mechanisms, however, this can be influenced and reduced.

Die im Frequenz- oder Phasenraum ermittelten Strom- und Spannungsoberschwingungen werden daraufhin in einem zehnten Verarbeitungsmodul 70 mittels einer inversen Fourier-Transformation in den zeitbasierten Bezugsraum rücktransformiert, dadurch ihre Wellenform im zeitbasierten Bezugsraum rekonstruiert und entsprechende Stromeffektivwerte irms berechnet, vgl. Fig. 20 und 21. The current and voltage harmonics determined in the frequency or phase space are then transformed back in a tenth processing module 70 by means of an inverse Fourier transformation into the time-based reference space, thereby reconstructing their waveform in the time-based reference space and calculating corresponding rms values i rms , cf. Fig. 20 and 21.

Die Berechnung der Stromeffektivwerte irms kann alternativ hierzu aber auch im Frequenzraum durchgeführt werden. Alternatively, the effective rms values i rms can also be calculated in the frequency domain.

Unter Berücksichtigung der ermittelten Effektivwerte irms erfolgt, hinsichtlich Material und Querschnitt, dann eine Konditionierung und Auswahl der Kupferwicklungen der Eingangsdrossel des aktiven Filters 10, der Sammelschienenstege sowie der einzusetzenden Kabel. Die effektivwertabhängige Auswahl erfolgt hierbei automatisiert aus einer oder mehreren entsprechend vorkonfigurierten Datenbanken 70b. Taking into account the determined effective values i rms , the copper windings of the input choke of the active filter 10 , the busbar webs and the cables to be used are then conditioned and selected in terms of material and cross section. The effective value-dependent selection takes place automatically from one or more correspondingly preconfigured databases 70 b.

Aufgrund einer limitierten Anzahl von Oberschwingungen, die für die inverse Fourier- Transformation herangezogen wurden sind in den Stromrichterspannungen uf vereinzelte scharfe Kanten zu beobachten. Die erzielten Ergebnisse genügen jedoch hinsichtlich ihrer Genauigkeit allen praktischen Anwendungen. Due to a limited number of harmonics that were used for the inverse Fourier transformation, isolated sharp edges can be observed in the converter voltages u f . However, the results obtained meet all practical applications in terms of their accuracy.

In einem elften Verarbeitungsmodul 71 erfolgt wieder die Berechnung des Gleichstromwertes idc. Hierfür werden die Umrichterspannungen uf und -ströme if entweder im Frequenzraum oder im Zeitraum herangezogen. The DC value i dc is again calculated in an eleventh processing module 71 . For this purpose, the converter voltages u f and currents i f are used either in the frequency domain or in the period.

Im Frequenzraum wird der Gleichstromberechnung das mathematische Modell einer Faltung zugrunde gelegt, wohingegen im Zeitraum bzw. zeitbasierten Bezugsraum eine Berechnung gemäß der folgenden Gleichung durchgeführt wird:


In the frequency domain, the direct current calculation is based on the mathematical model of a convolution, whereas in the period or time-based reference space, a calculation is carried out according to the following equation:


Der im sechsten Verfahrensmodul 66 ermittelte Gleichspannungswert udc wird hierbei als konstant vorausgesetzt. Selbst wenn er nicht konstant wäre würde dies die Regelung 42 durch Normierung der Referenzwerte u*f mittels des aktuellen Gleichspannungswertes kompensieren. The DC voltage value u dc determined in the sixth method module 66 is assumed to be constant. Even if it were not constant, this would compensate the control 42 by normalizing the reference values u * f using the current DC voltage value.

Für die Berechnung der Stromwertes idc des Gleichspannungszwischenkreises 41 wird die mittels der Spannungsoberschwingungen des Umrichters 20 ermittelte Umrichterspannung uf eingesetzt. Dies bedeutet, daß die Berechnung des Gleichstromes idc effektiv im Frequenzraum durchgeführt wird. Zwecks Einsparung bzw. Verkürzung der Rechenzeit wird der Gleichstrom idc jedoch in den zeitbasierten Bezugsraum bzw. Zeitraum übertragen. Die gemittelten und effektiven Gleichströme werden gemäß Gleichung 26 berechnet.


The converter voltage u f determined by means of the voltage harmonics of the converter 20 is used to calculate the current value i dc of the DC voltage intermediate circuit 41 . This means that the calculation of the direct current i dc is carried out effectively in the frequency domain. In order to save or shorten the computing time, however, the direct current i dc is transferred to the time-based reference space or period. The averaged and effective DC currents are calculated according to Equation 26.


Für das hier angeführte Beispiel ergibt sich demgemäß für das off-line Verfahren ein effektiver Gleichstromwert von 28,58 A. For the example given here, the off-line method accordingly results effective DC current value of 28.58 A.

Das Oberschwingungsspektrum des Stromes idc im Gleichspannungszwischenkreis 41 ist in den Fig. 29 und 30 wiedergegeben. The harmonic spectrum of the current i dc in the DC link 41 is shown in FIGS. 29 and 30.

Für die Konditionierung des oder der Kondensatoren 22 des Gleichspannungszwischenkreises 41 wird zur Bestimmung der Stromwelligkeit sowohl beim on-line als auch off-line Verfahren in einem weiteren Verarbeitungsmodul 72 zunächst der ermittelte Stromwert idc über der Zeit integriert. Da es sich bei einer Integration um eine Art Summationsprozeß handelt werden die durch das Schalten des Stromrichters 20 hervorgerufenen Welligkeiten zum Großteil herausgemittelt, siehe Fig. 32. For the conditioning of the capacitor (s) 22 of the DC voltage intermediate circuit 41 , the determined current value i dc is first integrated over time in a further processing module 72 to determine the current ripple in both the on-line and off-line method. Since an integration is a type of summation process, the ripples caused by switching the converter 20 are largely averaged out, see FIG. 32.

Der Spitze-Spitze Welligkeitswert des integrierten Gleichstromes beträgt hier 0,0358 As. The peak-to-peak ripple value of the integrated direct current is 0.0358 As.

Der oder die Kondensatoren 22 des Gleichspannungszwischenkreises 41 werden nun derart konditioniert, daß der Spitz-Spitze Welligkeitswert udcpp auf einen vorgegebenen Prozentanteil des nominellen Gleichspannungswertes udc begrenzt wird. The capacitor or capacitors 22 of the DC voltage intermediate circuit 41 are now conditioned in such a way that the peak-to-peak ripple value u dcpp is limited to a predetermined percentage of the nominal DC voltage value u dc .

Die Gesamtkapazität Cdc des oder der eingesetzten Kondensatoren 22 bzw. des dc- Kreises 41 ergibt sich demgemäß zu:


The total capacitance C dc of the capacitor (s) 22 or of the dc circuit 41 used is accordingly:


Soll beispielsweise der Spitze-Spitze Wert udcpp auf 0,5% eines nominellen Gleichspannungswertes von 750 V begrenzt werden, so ergibt sich gemäß Gleichung 28 eine Kapazität des Kondensators 22 von 0,0095 F.


For example, if the peak-to-peak value u dcpp is to be limited to 0.5% of a nominal DC voltage value of 750 V, the capacitance of the capacitor 22 is 0.0095 F according to equation 28.


Eine weiterer relevanter Parameter, der bei der Konditionierung und Auswahl eines entsprechenden Kondensators 22, neben der geforderten Kapazität Cdc, zu berücksichtigen ist, ist der bereits ermittelte Effektivstromwert. Im hier angeführten Beispiel 28,58 A. Another relevant parameter that has to be taken into account when conditioning and selecting a corresponding capacitor 22 , in addition to the required capacitance C dc , is the rms current value that has already been determined. In the example given here 28.58 A.

Nach Auswahl eines geeigneten Kondensators 22 aus einer vorkonfigurierten Datenbank 73b lassen sich unter Berücksichtigung seiner Spezifikationsdaten ESR-Effekte bzw. effektive Serienwiderstandseffekte, Gleichspannungswelligkeiten sowie Verluste bestimmen. After a suitable capacitor 22 has been selected from a preconfigured database 73 b, ESR effects or effective series resistance effects, DC ripples and losses can be determined taking into account its specification data.

Aufgrund der Tatsache, daß die rekonstruierten Spannungsverläufe selbst gewisse Fehler aufweisen, würde deren weitere Verwendung, beispielsweise zur Bestimmung individueller durch die eingesetzten Halbleiterbauelemente fließender Ströme, insbesondere der IGBT's und der elektrisch antiparallel geschalteten Dioden der Halbleiterventile 21, ebenfalls zu fehlerbehafteten Ergebnissen führen. Due to the fact that the reconstructed voltage curves themselves have certain errors, their further use, for example for determining individual currents flowing through the semiconductor components used, in particular the IGBTs and the diodes of the semiconductor valves 21 electrically connected in parallel, would likewise lead to erroneous results.

Für den off-line Ansatz wird aus diesem Grund eine Bestimmung der individuellen durch die jeweiligen Halbleiterbauelemente des aktiven Filters 10 fließenden Ströme in einem weiteren Verarbeitungmodul 74 basierend auf einer digitalen Rekonstruktion der Schaltsignale 110, vgl. Fig. 11, mit einem Wert von Eins oder Null, zur Ansteuerung des aktiven Filters 10 unter Beibehaltung einer identischen Anzahl von Abtastpunkten wie die der rekonstruierten Stromrichterspannung und unter Verwendung der Schaltwinkelpositionen αn im zeitbasierten Bezugsraum durchgeführt. For the off-line approach, a determination of the individual currents flowing through the respective semiconductor components of the active filter 10 is therefore carried out in a further processing module 74 based on a digital reconstruction of the switching signals 110 , cf. 11, with a value of one or zero, α for the control of the active filter 10 while maintaining an identical number of sampling points as that of the inverter voltage and reconstructed using the switching angular positions n conducted. In time-based reference space.

Wurden die Schaltsignale 110, vgl. Fig. 11, erst einmal rekonstruiert ist es vergleichsweise einfach die über die einzelnen Halbleiterventile 21 des Stromrichters 20 fließenden Ströme zu bestimmen. Steht das Schaltsignal 110 auf Hoch, auf dem Wert Eins, so ist der obere IGBT der entsprechenden Phase eingeschaltet, also im Schaltzustand AUF und der Untere aus, also im Schaltzustand ZU. Entsprechendes gilt im umgekehrten Fall. Ist der obere IGBT ein- bzw. angeschaltet, im Schaltzustand AUF, und fließt ein positiver Strom, so ist die obere Diode (IGBT) in Durchlaßrichtung geschaltet, fließt ein negativer Strom, dann fließt dieser durch den oberen IGBT. Die gleiche Logik wird beim Auffinden der durch den unteren IGBT und die untere Diode fließenden Ströme eingesetzt wenn das Schaltsignal auf Tief bzw. auf dem Wert Null steht. If the switching signals 110 , cf. 11, once reconstructed. It is relatively easy to determine the 20 currents flowing through the individual semiconductor valves 21 of the converter. If the switching signal 110 is high, at the value one, the upper IGBT of the corresponding phase is switched on, that is to say in the switching state OPEN and the lower one is off, that is to say in the switching state CLOSE. The same applies in the opposite case. If the upper IGBT is switched on or on, in the switching state OPEN, and a positive current flows, the upper diode (IGBT) is switched in the forward direction, a negative current flows, then this flows through the upper IGBT. The same logic is used when locating the currents flowing through the lower IGBT and the lower diode when the switching signal is at low or at the value zero.

Die auf diese Weise rekonstruierten, zeitlichen Stromverläufe sind in den Fig. 22 bis 25 gezeigt. The temporal current profiles reconstructed in this way are shown in FIGS. 22 to 25.

Für den on-line Einsatz wird im Verarbeitungsmodul 74 wieder eine alternative, vereinfachte Betrachtungsweise, ohne Berücksichtigung der Einflüsse durch die Schaltfrequenz, durchgeführt bzw. vorgenommen. Ist die Referenzspannung positiv, dann wird der obere IGBT der jeweiligen Phase eingeschaltet, bei negativer Referenzspannung der untere IGBT. Wenn der obere IGBT eingeschaltet ist und der Strom ist positiv, dann leitet die obere Diode und wenn der Strom negativ ist, dann fließt der Strom durch den oberen IGBT. Korrespondierende Betrachtungen gelten für die Bestimmung des Stromes durch den unteren IGBT bzw. die untere Diode wenn die Referenzspannung negativ ist. Die resultierenden, zeitlichen Stromverläufe sind in den Fig. 26 und 27 wiedergegeben. For online use, an alternative, simplified view is again carried out or taken into account in the processing module 74 , without taking into account the influences caused by the switching frequency. If the reference voltage is positive, the upper IGBT of the respective phase is switched on, and if the reference voltage is negative, the lower IGBT. If the upper IGBT is on and the current is positive, the upper diode conducts and if the current is negative then the current flows through the upper IGBT. Corresponding considerations apply to the determination of the current through the lower IGBT or the lower diode if the reference voltage is negative. The resulting temporal current profiles are shown in FIGS. 26 and 27.

Die gemittelten und effektiven Ströme beruhend auf einer Anzahl von insgesamt N Abtastungen werden gemäß Gleichung 29 bestimmt.


The averaged and effective currents based on a total of N samples are determined according to Equation 29.


Die sich hier beispielhaft ergebenden Werte sind der folgenden Tabelle 1 entnehmbar. Tabelle 1

The values resulting here by way of example can be found in the following Table 1. Table 1

Im hier angeführten Beispiel beträgt der durch die Halbleiterventile 21 fließende Spitzenstromwert 73,77 A. In the example given here, the peak current value flowing through the semiconductor valves 21 is 73.77 A.

Da nun sowohl der Spannungswert udc des Gleichspannungszwischenkreises 41 als auch der Spitzenwert des Kompensationsstromes des erforderlichen leistungselektronischen Bauelementes bekannt sind wird selbiges Bauelement nun unter Berücksichtigung vorgenannter Betriebsparameter sowie etwaiger Vorgabewerte automatisiert aus einer vorkonfigurierten Datenbank 74b selektiert. Since both the voltage value u dc of the DC voltage intermediate circuit 41 and the peak value of the compensation current of the required power electronic component are now known, the same component is now selected automatically from a preconfigured database 74 b, taking into account the aforementioned operating parameters and any default values.

Hierzu ist anzumerken, daß sich einige Hersteller bei ihren Spezifikationsdaten hinsichtlich der Stromverträglichkeit ihrer Produkte auf eine Gehäusetemperatur von 25°C, andere jedoch auf 85°C beziehen. It should be noted that some manufacturers look at their specification data regarding the current compatibility of your products to a housing temperature of 25 ° C, others, however, refer to 85 ° C.

In den Halbleiterbauelementen kurzzeitig zulässige Ströme sind häufig deutlich größer als kontinuierlich bzw. über einen längeren Zeitraum fließende Ströme. Ein kurzzeitiger, zulässiger Strom von beispielsweise zwei Millisekunden ist hier bereits meist doppelt so groß wie ein kontinuierlich fließender Strom. Currents that are temporarily permissible in the semiconductor components are often significantly larger as currents flowing continuously or over a longer period of time. A short-term, permissible current of, for example, two milliseconds is usually twice as high here big as a continuously flowing stream.

Ein Sachverhalt der zur Steigerung bzw. Erhöhung der Effizienz oder des Nutzen des jeweiligen Bauelementes herangezogen werden kann. Auftretende Verlustleistungen sowie zur Kühlung des jeweiligen Bauelementes vorgesehene Kühlmittel beeinflussen ebenfalls die zulässige Strombemessung. A matter of increasing or increasing the efficiency or the benefit of the respective component can be used. Power losses that occur as well as coolant provided for cooling the respective component also the permissible current measurement.

Die Spezifikationsdaten der im Rahmen des aktiven Filtersystems beispielhaft eingesetzten Halbleiterbauelemente vom Typ SEMIKRON SkiiP 342 GD 120-314 CTV sind der folgenden Tabelle zu entnehmen. Tabelle 2

The specification data of the semiconductor components of the type SEMIKRON SkiiP 342 GD 120-314 CTV used as examples in the active filter system can be found in the following table. Table 2

Für die selektierten IGBT's werden in einem weiteren Verarbeitungmodul 75 die zu erwartenden Schalt- und Durchlaßverluste gemäß


ermittelt.
For the selected IGBTs, the expected switching and forward losses are calculated in a further processing module 75


determined.

Die Verlustleistungen der einzelnen Dioden werden gemäß


bestimmt.
The power losses of the individual diodes are calculated according to


certainly.

Hierbei bezeichnen VTO den Spannungsschwellenwert, rTO den dynamischen Ersatzwiderstandswert, VCC die Kollektor-Emitter Versorgungsspannung, IC den kontinuierlichen Kollektorstrom, VCCref den Referenzwert der Kollektor-Emitter Versorgungsspannung, ICref den Referenzwert des kontinuierlichen Kollektorstromes, VCE(O) die Kollektor- Emitter Schwellenspannung (statisch), ICrms den Effektivwert (rms Wert) des Kollektorstromes, Eon den Energieverlust während der Einschaltdauer bzw. -phase, Eoff den Energieverlust während der Abschaltdauer bzw. -phase, PswIGBT die Schaltverluste im IGBT, PswDIODE die Schaltverluste in der Diode, PcondIGBT die Durchlaßverluste im IGBT Und PcondDiode die Durchlaßverluste in der Diode. Here V TO denotes the voltage threshold value, r TO the dynamic equivalent resistance value, V CC the collector-emitter supply voltage, I C the continuous collector current, V CCref the reference value of the collector-emitter supply voltage, I Cref the reference value of the continuous collector current, V CE (O) the collector-emitter threshold voltage (static), I Crms the effective value (rms value) of the collector current, E on the energy loss during the switch-on period or phase, E off the energy loss during the switch-off period or phase, P swIGBT the switching losses in the IGBT , P swDIODE the switching losses in the diode, P condIGBT the forward losses in the IGBT and P condDiode the forward losses in the diode.

Bei einer Diode sind in aller Regel auftretende Einschaltverluste gegenüber Ausschaltverlusten zu vernachlässigen, wobei die bei den IGBT's auftretenden Verluste noch einmal deutlich höher als bei Dioden sind. Der thermische Widerstand zwischen Sperrschicht und Gehäuse ist bei Dioden deutlich größer als bei IGBT's. Aus diesem Grund ist es ratsam stets beide Sperrschichttemperaturen zu ermitteln und zu überprüfen, welche von beiden den Kompensationsstrom nach Oben limitiert. Switch-on losses generally occur in the case of a diode Neglecting switch-off losses, the losses occurring at the IGBTs still are significantly higher than diodes. The thermal resistance between The barrier layer and housing is significantly larger for diodes than for IGBTs. For this reason it is advisable to always determine and check both junction temperatures, which of the two limits the compensation current upwards.

Die Sperrschichttemperaturen können hierbei on-line berechnet und darauf basierend eine Begrenzung des Spitzenstromwertes veranlaßt bzw. durchgeführt werden. The junction temperatures can be calculated online and based on them a limitation of the peak current value can be initiated or carried out.

Eine off-line Bestimmung der Obergrenze des Spitzenstromwertes und eine Bestimmung des zulässigen Zeitintervalls für das diese Obergrenze eingenommen bzw. zugelassen werden darf ist ebenfalls möglich. An off-line determination of the upper limit of the peak current value and one Determination of the permissible time interval for which this upper limit is taken or may also be allowed.

In den meisten Fällen liegt die im stationären Betrieb maximal zulässige Sperrschichttemperatur bei 125°C und die Gehäusetemperatur bei 80°C. In most cases, the maximum permissible in stationary operation Junction temperature at 125 ° C and the housing temperature at 80 ° C.

Die angegebenen Gleichungen zur Berechnung auftretender Verluste bieten eine Genauigkeit, die für die meisten Anwendungen als ausreichend zu erachten ist. Bei Bedarf kann hier jedoch auch ein exakteres Berechnungsmodell zugrunde gelegt werden. The given equations for the calculation of occurring losses offer a Accuracy that is considered sufficient for most applications. If necessary however, a more exact calculation model can also be used here.

Die sich hieraus beispielhaft ergebenden Verlustleistungen sowohl der IGBT's als auch der elektrisch antiparallel geschalteten Dioden sind der folgenden Tabelle entnehmbar. Tabelle 3

The resulting power losses of both the IGBTs and the electrically antiparallel connected diodes can be seen in the following table. Table 3

Auch hier erfolgt in Abhängigkeit der einzuhaltenden Betriebstemperaturen, der geometrischen Abmessungen bzw. eines entsprechenden thermischen Ersatzschaltbildes sowie gegebenenfalls getroffener Vorgaben automatisiert eine Auswahl geeigneter Kühlmittel bzw. -körper aus einer entsprechend vorkonfigurierten Datenbank 75b. Here too, depending on the operating temperatures to be observed, the geometric dimensions or a corresponding thermal equivalent circuit diagram and any specifications that have been made, selection of suitable coolants or bodies is carried out automatically from a correspondingly preconfigured database 75 b.

Der beispielhaft anhand der zur Verfügung stehenden Daten ausgewählte Kühlkörper wird als P16 bezeichnet, sein thermischer Widerstand zur Umgebung beträgt 0.036°C/W. Dies erfordert den Einsatz eines Gebläses vom Typ SKF 16B-230-01. Nimmt man eine Umgebungstemperatur von 45°C an, so resultiert hieraus eine Gehäusetemperatur bzw. Kühlkörpertemperatur nahe dem Bauelement von

TS = 174.96 × 0.036 + 45 = 51,3°C.
The heat sink selected as an example based on the available data is referred to as P16, its thermal resistance to the environment is 0.036 ° C / W. This requires the use of a SKF 16B-230-01 blower. Assuming an ambient temperature of 45 ° C, this results in a housing temperature or heat sink temperature close to the component of

T S = 174.96 × 0.036 + 45 = 51.3 ° C.

Die Sperrschichttemperatur der IGBT's sowie der Dioden beträgt demgemäß

TjIGBT 21,76 × 0,09 + 51,3 = 53,25°C,

TjDiode = 7,4 × 0,25 + 51,3 = 53,15°C,

wobei TjIGBT die Sperrschichttemperatur des IGBT Und TjDiode die Sperrschichttemperatur der Diode bezeichnen.
The junction temperature of the IGBTs and the diodes is accordingly

T jIGBT 21.76 × 0.09 + 51.3 = 53.25 ° C,

T j diode = 7.4 × 0.25 + 51.3 = 53.15 ° C,

where T jIGBT is the junction temperature of the IGBT and T j diode is the junction temperature of the diode.

Wird der Stromrichter 20 erstmals angeschaltet, so ist das hierdurch gebildete elektrische System einem dreiphasigen Diodengleichrichter gleichwertig. Aus diesem Grund könnte es zwischen der Eingangsdrossel und dem Kondensator 22 am Gleichspannungszwischenkreis 41 zu Schwingungen kommen, was beim Kondensator 22 zum Auftreten von Überspannungen führen kann, die ihn nachhaltig beschädigen können. When the converter 20 is switched on for the first time, the electrical system formed in this way is equivalent to a three-phase diode rectifier. For this reason, vibrations could occur between the input choke and the capacitor 22 on the DC voltage intermediate circuit 41 , which can lead to the occurrence of overvoltages in the capacitor 22 , which can damage it sustainably.

Um solches zu verhindern und auftretende Schwingungen bei Zeiten zu dämpfen ist ein Vorladewiderstand von Nöten, der gleichzeitig auch für eine Unterdrückung des Einschaltstromes sorgt. To prevent this and to dampen vibrations at times is a Preload resistance is required, which is also used to suppress the Inrush current ensures.

Die in den IGBT's enthaltenen Dioden besitzen eine deutlich geringere Stromstoßverträglichkeit als herkömmliche Dioden, wie sie üblicherweise bei Gleichrichtern zum Einsatz kommen. The diodes contained in the IGBT's have a significantly lower one Impulse compatibility as conventional diodes, as usually used for rectifiers Come into play.

Im Falle eines herkömmlichen Systems mit Diodengleichrichter besitzt der Vorladewiderstand lediglich die Aufgabe den Einschaltstrom zu unterdrücken. In einem Diodengleichrichter können zu einem gegebenen Zeitpunkt nur zwei Phasen gleichzeitig Strom führen. Lediglich in der Kommutierungsphase können alle drei Phasen gleichzeitig stromführend sein, was bei den hier dargelegten Betrachtungen jedoch vernachlässigt wird. In the case of a conventional system with a diode rectifier, the Pre-charging resistance only the task of suppressing the inrush current. In one Diode rectifiers can only do two phases at a time carry electricity at the same time. All three phases can only in the commutation phase be live at the same time, which is the case with the considerations presented here is neglected.

Die Übertragungsfunktion zwischen dem eingangsseitigen Strom idc und der Spannung udc ist durch Gleichung 32 wiedergegeben.


The transfer function between the input current i dc and the voltage u dc is represented by equation 32.


Vergleicht man Gleichung 32 mit einer gewöhnlichen Differentialgleichung zweiter Ordnung, so ergibt sich


mit der Frequenz der zu dämpfenden Schwingung ωn, dem Widerstandswert des Vorladewiderstandes Rp, der Induktivität der Eingangsdrossel Lf und der Kapazität des Kondensators des dc-Kreises Cdc.
Comparing Equation 32 with an ordinary second order differential equation, we get


with the frequency of the vibration ω n to be damped, the resistance value of the precharge resistor R p , the inductance of the input choke L f and the capacitance of the capacitor of the dc circuit C dc .

Der zu berücksichtigende Dämpfungsfaktor ξ muß hierbei größer oder gleich Eins sein. Der im zeitbasierten Bezugsraum näherungsweise bestimmte Ausdruck für den Strom lautet:


The damping factor ξ to be taken into account must be greater than or equal to one. The approximate expression for the current in the time-based reference space is:


Durch Ableiten von Gleichung 33 und Gleichsetzen mit Null ergibt sich sowohl der maximale Gleichstromwert idcmax als auch der Zeitpunkt tmax an dem sich dieser Wert einstellt. Der Verlauf der Widerstandswertes Rp, des Zeitpunktes tmax sowie des Stromwertes idcmax als Funktion des Dämpfungsfaktors ξ ist in Fig. 34 gezeigt.


By deriving equation 33 and equating it to zero, both the maximum direct current value i dcmax and the time t max at which this value is obtained. The course of the resistance value R p , the time t max and the current value i dcmax as a function of the damping factor ξ is shown in FIG. 34.


Wird ein Vorladewiderstand von 10 Ohm aus einer vorkonfigurierten Datenbank 73b ausgewählt, so liegt der Einschaltstrom im Bereich von 28 A und damit innerhalb akzeptabler Grenzen. If a precharge resistance of 10 ohms is selected from a preconfigured database 73 b, the inrush current is in the range of 28 A and thus within acceptable limits.

Die folgende Tabelle zeigt eine Gegenüberstellung der erfindungsgemäß mittels on-line Verfahren, also ohne Berücksichtigung durch das Schalten hervorgerufener Oberschwingungen und der mittels off-line Verfahren, also mit Berücksichtigung durch das Schalten des Stromrichters 20 hervorgerufener Oberschwingungsanteile ermittelten optimierten Betriebsparameter. Tabelle 4



The following table shows a comparison of the optimized operating parameters ascertained according to the invention by means of on-line methods, that is, without taking into account harmonics caused by the switching and the harmonic components, which are determined by means of off-line methods, that is, taking into account the harmonic components caused by switching of the converter 20 . Table 4



Die in den einzelnen Verarbeitungsmodulen 60 bis 75 ermittelten, optimierten Betriebsparameter werden abschließend mittels eines weiteren Modules 76 mit den Vorgabewerten verglichen. Besteht innerhalb vorbestimmter Toleranzen eine Übereinstimmung zwischen den optimierten Betriebsparametern und den Vorgabewerten, so endet das Verfahren mit Anzeige 77 der ermittelten Betriebsparameter und einer Stückliste der selektierten Bauelemente und Komponenten sowie den Bauelementespezifikationen und/oder Ausgabe, beispielsweise auf einem Drucker oder Plotter und/oder Speicherung auf einem Datenspeicher. The optimized operating parameters determined in the individual processing modules 60 to 75 are then compared with the default values by means of a further module 76 . If there is agreement between the optimized operating parameters and the default values within predetermined tolerances, the method ends with display 77 of the determined operating parameters and a parts list of the selected components and components as well as the component specifications and / or output, for example on a printer or plotter and / or storage on a data storage.

Ist innerhalb der vorbestimmten Toleranzen jedoch keine Übereinstimmung festzustellen, so werden die bestehenden Differenzen ausgewiesen und das Verfahren gegebenenfalls nach Modifikation der Betriebsparameter und/oder des Schaltungsaufbaus bei Bedarf erneut durchlaufen. However, there is no match within the predetermined tolerances existing differences are shown and the procedure if necessary after modification of the operating parameters and / or the circuit structure Run through again as needed.

In Fig. 7a sind die dem Verfahren als Eingangsgrößen beispielhaft zugrunde gelegten Versorgungsspannungen us1, us2 und us3 in Volt, sowie in Fig. 7b die Lastströme il1, il2, il3 der drei Phasen in Ampere (A) in Abhängigkeit der Ordnung oder Anzahl der erfolgten Abtastung gezeigt. In Fig. 7a, the supply voltages u s1 , u s2 and u s3 on which the method is based as an example as input variables, and in Fig. 7b the load currents i l1 , i l2 , i l3 of the three phases in amperes (A) are dependent the order or number of samples taken.

In Fig. 8 sind die ermittelten Kompensations- bzw. Filterströme if1, if2, if3 der drei Phasen des zur Oberschwingungskompensation eingesetzten aktiven Filters 10 in Abhängigkeit der Ordnung oder Anzahl der erfolgten Abtastung dargelegt. In FIG. 8, the compensation determined or filter currents I f1, I f2, f3 i of the three phases of the active filter 10 used for harmonic compensation in dependence on the order or number of sampling carried forth.

In Fig. 9 sind die ermittelten Referenzspannungen u*f1, u*f2, u*f3 der drei Phasen des aktiven Filters 10 in Abhängigkeit der Ordnung oder Anzahl der erfolgten Abtastung gezeigt. In Fig. 9, the determined reference voltages u * f1, f2 u, u f3 shown the scanning performed * of the three phases of the active filter 10 in response to the order or number.

In Fig. 10 sind die mittels des zuvor bestimmten Gleichspannungswertes udc normierten Referenzspannungen u*f1, u*f2, u*f3 der drei Phasen des aktiven Filters 10 für die Pulsbreitenmodulation des Raumzeigers gezeigt. Hier aufgetragen finden sich die Spannungswerte in Volt als Funktion der Anzahl oder Ordnung der durchgeführten Abtastungen. In Fig. 10, and by means of the predetermined DC voltage value u dc normalized reference voltages * f1, u f2, f3 shown u * of the three phases of the active filter 10 for the pulse width modulation of space vector. Plotted here are the voltage values in volts as a function of the number or order of the scans carried out.

In Fig. 11 ist die Rekonstruktion der digitalen Schaltsignale 110 im zeitbasierten dreiphasigen statischen bzw. stationären, nicht rotierenden 123-Bezugssystem gezeigt. FIG. 11 shows the reconstruction of the digital switching signals 110 in the time-based three-phase static or stationary, non-rotating 123 reference system.

Grundsätzlich generiert eine zur Regelung des aktiven Filters 10 eingesetzte Regelvorrichtung 42 drei, den einzelnen Phasen entsprechende Referenzspannungen, die der Schaltsignalerzeugung mittels PWM-Verfahren zugrunde gelegt werden. Im Rahmen des PWM-Verfahrens wird nun, wie in Fig. 11 gezeigt, der jeweilige Referenzspannungswert u*f(n) der n-ten Abtastung mit dem Istwert der normierten Dreieckspannung 50, deren Frequenz der Schaltfrequenz fsw des Stromrichters 20 entspricht, verglichen. Der Verlauf der Dreieckspannung 50 sowie der stufenförmige Verlauf der Referenzspannung 110 ist in Fig. 11 über der Zeit aufgetragen. Übersteigt der Referenzspannungswert u*f den Istwert der Dreieckspannung 50 so wird ein Schaltsignal vom Wert Eins erzeugt, das einer Spannung uf des aktiven Filters 10 vom Spannungswert des Gleichspannungskreises udc entspricht. Befindet sich der Referenzwert jedoch unterhalb des Istwertes der Dreieckspannung 50, so wird ein Schaltsignal vom Wert Null generiert, dem auch ein Spannungswert des aktiven Filters von Null entspricht. Die Anzahl oder Ordnung n der pro Grundschwingung erfolgten Abtastungen ergibt sich gemäß:


wobei fsw die Schaltfrequenz und f die Grundschwingungsfrequenz der Versorgungsspannung us bezeichnen.
Basically, a control device 42 used to control the active filter 10 generates three reference voltages corresponding to the individual phases, which are used as the basis for the switching signal generation by means of the PWM method. In the context of the PWM method 11 will now, as shown in Fig. U of the respective reference voltage value * f (n) of the n-th sample with the actual value of the normalized delta voltage 50, the frequency of the switching frequency f sw of the converter 20 corresponds compared , The course of the triangular voltage 50 and the step-like course of the reference voltage 110 are plotted over time in FIG. 11. If the reference voltage value u * f exceeds the actual value of the delta voltage 50 , a switching signal of the value one is generated, which corresponds to a voltage u f of the active filter 10 from the voltage value of the DC voltage circuit u dc . However, if the reference value is below the actual value of the delta voltage 50 , a switching signal of zero value is generated, which also corresponds to a voltage value of the active filter of zero. The number or order n of the samples taken per fundamental oscillation results from:


where f sw denotes the switching frequency and f the fundamental frequency of the supply voltage u s .

In Fig. 12 sind beispielhaft die Grund- und Oberschwingungsanteile der Versorgungsspannung us der ersten Phase in Volt als Funktion der Oberschwingungsordnung für die ersten 50 Ordnungen aufgetragen. In Fig. 12, the fundamental and harmonic components are exemplary of the supply voltage U S of the first phase in volts as a function of the harmonic order for the first 50 orders applied.

Im Gegensatz hierzu wird, wie in Fig. 13 gezeigt, bedingt durch das Schaltverhalten des Stromrichters 20 in der Stromrichterspannung uf der ersten Phase bereits ein ganzes Spektrum von Spannungsoberschwingungen ausgebildet. Hier gezeigt ist die jeweilige Grund- und Oberschwingungsamplitude in Volt als Funktion der Oberschwingungsordnung für die ersten 50 Ordnungen. In contrast to this, as shown in FIG. 13, a whole spectrum of voltage harmonics is already formed due to the switching behavior of the converter 20 in the converter voltage u f in the first phase. Shown here is the respective fundamental and harmonic amplitude in volts as a function of the harmonic order for the first 50 orders.

Das vollständig erfindungsgemäß im Rahmen einer realitätsnahen Simulation ermittelte Oberschwingungsspektrum der Spannung uf der ersten Phase des aktiven Filters 10 ist in Fig. 14 gezeigt. Aufgetragen sind hier die Amplituden der jeweiligen Oberschwingungen in Volt als Funktion ihrer Ordnung. The harmonic spectrum of the voltage u f of the first phase of the active filter 10 , determined completely according to the invention in the context of a realistic simulation, is shown in FIG. 14. The amplitudes of the respective harmonics in volts are plotted here as a function of their order.

Entsprechend sind in Fig. 15 die ermittelten Grund- und Oberschwingungsanteile des Stromes if der ersten Phase des aktiven Filters 10 gezeigt. Aufgetragen sind hier die ersten 50 Oberschwingungen, deren Amplitude in Ampere angegeben ist, in Abhängigkeit der jeweiligen Oberschwingungsordnung. Accordingly, the determined fundamental and harmonic components of the current i f of the first phase of the active filter 10 are shown in FIG. 15. The first 50 harmonics are plotted here, the amplitude of which is given in amperes, depending on the respective harmonic order.

Das vollständig erfindungsgemäß im Rahmen einer realitätsnahen Simulation ermittelte Oberschwingungsspektrum des Stromes if der ersten Phase des aktiven Filters 10 ist in Fig. 16 gezeigt. Aufgetragen sind hier die Amplituden der jeweiligen Oberschwingungen in Ampere als Funktion ihrer Ordnung. The harmonic spectrum of the current i f of the first phase of the active filter 10 , determined completely according to the invention in the context of a realistic simulation, is shown in FIG. 16. The amplitudes of the respective harmonics in amperes are plotted here as a function of their order.

In Fig. 17 sind die durch nicht lineare Lasten 12 hervorgerufenen und ermittelten ersten 50 Oberschwingungsanteile des Laststromes il der ersten Phase aufgetragen. Auch hier sind die Amplituden der jeweiligen Oberschwingung in Ampere als Funktion ihrer Ordnung dargestellt. The first 50 harmonic components of the load current i l of the first phase, which are caused and determined by non-linear loads 12 , are plotted in FIG. 17. The amplitudes of the respective harmonic in amperes are also shown here as a function of their order.

In Fig. 18 ist das durch die aktive Filterung bereinigte Grund- und Oberschwingungsspektrum des Versorgungsstromes is der ersten Phase dargelegt. Die Amplituden anteilig verbliebener Oberschwingungen höherer Ordnungen sind dank der erfolgreichen Kompensation durch die aktive Filterung sehr klein. Aufgetragen finden sich hier die Amplituden der jeweiligen Oberschwingungen in Ampere in Abhängigkeit der jeweiligen Oberschwingungsordnung. In Fig. 18 is adjusted by the active filtering the fundamental and harmonic spectrum of the supply current i s set forth the first phase. The amplitudes of proportionately remaining harmonics of higher orders are very small thanks to the successful compensation by the active filtering. The amplitudes of the respective harmonics in amperes are plotted here as a function of the respective harmonic order.

Das Spektrum der im Versorgungsstrom is der ersten Phase verbliebenen Oberschwingungen ist in Fig. 19 für die ersten 50 Oberschwingungen noch einmal höher aufgelöst gezeigt. Die Amplitude der jeweiligen Oberschwingungen ist in Ampere über der jeweiligen Oberschwingungsordnung aufgetragen. The spectrum of the harmonics remaining in the supply current i s of the first phase is shown in FIG. 19 with a higher resolution for the first 50 harmonics. The amplitude of the respective harmonics is plotted in amperes above the respective harmonic order.

In Fig. 20 ist exemplarisch der erfindungsgemäß ermittelte zeitliche Verlauf des Stromes if der ersten Phase des aktiven Filters 10 gezeigt. Die einzelnen Stromwerte sind hierbei in Ampere über der Ordnung bzw. Anzahl der jeweilig zugehörigen bzw. erfolgten Abtastung aufgetragen. FIG. 20 shows an example of the time profile of the current i f of the first phase of the active filter 10 determined according to the invention. The individual current values are plotted in amperes above the order or number of the respectively associated or performed sampling.

In Fig. 21 ist der, im zeitbasierten Bezugsraum rekonstruierte Spannungsverlauf uf der Phase-1 Spannung des aktiven Filters 10 gezeigt. Hier aufgetragen sind die Absolutspannungswerte in Abhängigkeit der Anzahl bzw. Ordnung der durchgeführten Abtastungen. FIG. 21 shows the voltage profile u f of the phase-1 voltage of the active filter 10 , reconstructed in the time-based reference space. The absolute voltage values are plotted here as a function of the number or order of the scans carried out.

In Fig. 22 ist der off-line, das heißt unter Berücksichtigung der Schaltfrequenzanteile ermittelte Verlauf des durch die obere Diode des Stromrichters 20 fließenden Stromes der ersten Phase als Funktion der Abtastordnung gezeigt. In Fig. 22, the off-line, that is, in consideration of the switching frequency components of the course of the current flowing through the upper diode of the power converter 20 current of the first phase, determined as a function of the scan order.

In Fig. 23 ist der off-line ermittelte Verlauf des durch den oberen IGBT des Stromrichters 20 fließenden Stromes der ersten Phase als Funktion der Abtastordnung gezeigt. In Fig. 23, the off-line course determined is shown of the current flowing through the upper IGBT 20 of the converter current of the first phase as a function of the scan order.

In Fig. 24 ist der off-line ermittelte Verlauf des durch die untere Diode des Stromrichters 20 fließenden Stromes der ersten Phase als Funktion der Abtastordnung gezeigt. In Fig. 24, the off-line course determined is shown flowing through the lower diode of the power converter 20 current of the first phase as a function of the scan order.

In Fig. 25 ist der off-line ermittelte Verlauf des durch den unteren IGBT des Stromrichters 20 fließenden Stromes der ersten Phase als Funktion der Abtastordnung gezeigt. In Fig. 25, the off-line course determined is shown of the current flowing through the lower IGBT of the power converter 20 current of the first phase as a function of the scan order.

Verknüpft man die in den Fig. 22 bis 25 gezeigten Stromverläufe, so erhält man den in Fig. 20 gezeigten Stromverlauf der ersten Phase des aktiven Filters 10. If the current profiles shown in FIGS. 22 to 25 are linked, the current profile of the first phase of the active filter 10 shown in FIG. 20 is obtained.

Im Gegensatz zu Fig. 22 zeigt Fig. 26 den mittels on-line Verfahren zeitbasiert, ohne Berücksichtigung etwaiger Schaltfrequenzoberschwingungen durch die obere Diode des Stromrichters 20 fließenden Strom der ersten Phase als Funktion der Zeit. In contrast to FIG. 22, FIG. 26 shows the current of the first phase flowing through the upper diode of the converter 20 as a function of time, based on time and without taking into account any switching frequency harmonics.

Im Gegensatz zu Fig. 24 zeigt Fig. 27 den mittels on-line Verfahren zeitbasiert, ohne Berücksichtigung etwaiger Oberschwingungen durch den oberen IGBT des Stromrichters 20 fließenden Strom der ersten Phase als Funktion der Zeit. In contrast to FIG. 24, FIG. 27 shows the current of the first phase flowing as a function of time using the on-line method without taking into account any harmonics through the upper IGBT of the converter 20 .

In Fig. 28 ist der off-line Verlauf des über den Kondensator 22 des Gleichspannungszwischenkreises 41 fließende Strom dargelegt. Die zugehörigen Oberschwingungsspektren sind in Fig. 29 für die ersten 50 Ordnungen und in Fig. 30 vollständig gezeigt. Die Amplitude oder Stärke der jeweiligen Oberschwingung ist hier jeweils in Ampere über der Oberschwingungsordnung aufgetragen. In Fig. 28, the off-line course is set forth of the current flowing through the capacitor 22 of the DC voltage intermediate circuit 41 current. The associated harmonic spectra are shown in FIG. 29 for the first 50 orders and in FIG. 30 in full. The amplitude or strength of the respective harmonic is plotted here in amperes above the harmonic order.

Im Gegensatz zu Fig. 28 ist in Fig. 31 der on-line ermittelte Verlauf des über den Kondensator 22 des Gleichspannungszwischenkreises 41 fließenden Stromes als Funktion der Zeit dargelegt. In contrast to FIG. 28, FIG. 31 shows the on-line curve of the current flowing through the capacitor 22 of the DC voltage intermediate circuit 41 as a function of time.

Der für die Bestimmung der Stromwelligkeit und damit für die Kapazitätsberechnung des im Gleichspannungszwischenkreis 41 eingesetzten Kondensators 22 erforderliche integrierte dc-Strom ist für off-line und on-line in Fig. 32 in Einheiten von As als Funktion der Ordnung bzw. Anzahl der durchgeführten Abtastungen aufgetragen. The integrated dc current required for determining the current ripple and thus for calculating the capacitance of the capacitor 22 used in the DC voltage intermediate circuit 41 is for off-line and on-line in FIG. 32 in units of As as a function of the order or number of scans carried out applied.

In Fig. 33 ist das Ersatzschaltbild zum ersten Einschalten des aktiven Filters 10 gezeigt. The equivalent circuit diagram for the first switching on of the active filter 10 is shown in FIG. 33.

In Fig. 34 ist in logarithmischem Maßstab der Verlauf der Widerstandswertes Rp, des Zeitpunktes tmax sowie des Stromwertes idcmax als Funktion des Dämpfungsfaktors ξ gezeigt. Bezugszeichenliste udc Spannungswert des Gleichspannungszwischenkreises
udcpp ;Spitze-Spitze Wert der dc-Spannung
idc Gleichspannungskreisseitiger Strom des aktiven Filters 10
us1, us2, us3 Versorgungsspannungen im dreiphasigen statischen bzw. stationären, nicht rotierenden 123-Bezugssystem.
us verallgemeinerte Bezeichnung der Versorgungsspannung
Us Effektivwert (rms Wert) der Versorgungsspannung pro Phase
is verallgemeinerte Bezeichnung für den Versorgungsstrom
il1, il2, il3 Lastströme im dreiphasigen statischen bzw. stationären, nicht rotierenden 123-Bezugssystem.
il verallgemeinerte Bezeichnung für den Laststrom
il1re Realteil der Grundwelle des Laststromes
if1, if2, if3 Ströme des aktiven Filters 10 im dreiphasigen statischen bzw. stationären, nicht rotierenden 123-Bezugssystem.
if verallgemeinerte Bezeichnung für den Strom des aktiven Filters 10
îf2 absoluter Spitzenwert des Phase-2 Stromes des aktiven Filters 10
k Ordnung der Oberschwingung
n Ordnung der Abtastung
iavg Strommittelwert
irms Stromeffektivwert
u*f1, u*f2, u*f3 Referenzspannungen des aktiven Filters 10 im dreiphasigen statischen bzw. stationären, nicht rotierenden 123-Bezugssystem.
u*f verallgemeinerte Bezeichnung für die Referenzspannung des aktiven Filters 10
uf1, uf2, uf3 Spannungen des aktiven Filters 10 im dreiphasigen statischen bzw. stationären, nicht rotierenden 123-Bezugssystem.
uf verallgemeinerte Bezeichnung für die Spannung des aktiven Filters 10
uf(t) Spannung des aktiven Filters 10 als Funktion der Zeit
ufmax Maximaler Spitzenspannungswert des Stromrichters 20, der geschaltet werden kann
uLf Spannungsabfall an der Drossel des aktiven Filters 10 mit der Induktivität Lf
t1, t2 . . ., tN Schaltzeitpunkte
α1, α2 . . . , αN den Schaltzeitpunkten entsprechende Schaltwinkel bzw. Winkelpositionen des Raumzeigers
Ak1, Ak2, Ak3, Bk1, Bk2, Bk3 Fourierkoeffizienten für die 1, 2 und 3 Phase
Bk1, Bk2, Bk3 verallgemeinerte Bezeichnung für die Fourierkoeffizienten
j √- 1
ω Winkelgeschwindigkeit der Versorgungsspannung in rad/s
ρ or ωt Raumzeigerposition der Versorgungsspannung im dreiphasigen statischen bzw. stationären, nicht rotierenden 123-Bezugssystem.
ξ Dämpfungsfaktor
ωn Resonanzfrequenz in rad/sec
Lf Eingangsinduktivität des aktiven Filters 10
Rf Eingangswiderstand des aktiven Filters 10
Cdc Kapazität des dc-seitigen Kondensators 22 des aktiven Filters 10
Csw Kapazität des Kondensators, der zur Dämpfung der durchs Schalten hervorgerufenen Welligkeiten eingesetzt ist
s Laplaceoperator
f Frequenz der Grundschwingung der Versorgungsspannung us
fsw Schaltfrequenz
VTO Spannungsschwellenwert
rTO dynamischer Ersatzwiderstandswert
VCC Kollektor-Emitter Versorgungsspannung
IC kontinuierlicher Kollektorstrom
VCCref Referenzwert der Kollektor-Emitter Versorgungsspannung
ICref Referenzwert des kontinuierlichen Kollektorstromes
VCE(O) Kollektor-Emitter Schwellenspannung (statisch)
i2t i2t Wert
ICrms Effektivwert (rms Wert) des Kollektorstromes
Eon Energieverlust während Einschaltdauer bzw. -phase
Eoff Energieverlust während der Abschaltdauer bzw. -phase
PswIGBT Schaltverluste im IGBT
PswDIODE Schaltverluste in der Diode
PcondIGBT Durchlaßverluste im IGBT
PcondDIODE Durchlaßverluste in der Diode
PIGBTs Gesamtverlust bzw. Gesamtverlustleistung im IGBT's
PDiodes Gesamtverlust bzw. Gesamtverlustleistung in den Diodes
Rthjs thermischer Widerstand zwischen Sperrschicht und Kühlkörper
Rthsa thermischer Widerstand zwischen Kühlkörper und Umgebung
RthjsIGBT thermischer Widerstand zwischen Sperrschicht und Kühlkörper des IGBT
RthjsDiode thermischer Widerstand zwischen Sperrschicht und Kühlkörper der Diode
TjGBT Sperrschichttemperatur des IGBT
TjDiode Sperrschichttemperatur der Diode
TS Kühlkörpertemperatur nahe beim jeweiligen Bauelement
TA Umgebungstemperatur
Rp Vorladewiderstandswert
tmax Zeitpunkt der dem maximalen Vorladestrom entspricht
idcmax Maximaler Gleichstrom während dem Vorladen
IF mittlerer Strom der jeweiligen Komponente bzw. des Bauelementes F
IFref Referenzstromwert der Komponente bzw. des Bauelementes F
IFrms Effektivstromwert der Komponente bzw. des Bauelementes F
10 aktiver Filter
11 dreiphasige Versorgungsspannung
12 Lastquelle
20 Stromrichter des aktiven Filters 10
21 Halbleiterventile des Stromrichters 20
22 Kondensatoren des dc-Spannungszwischenkreises 41
40 angeschlossener ac-Kreis eines Spannungszwischenkreis- Stromrichters 20, vgl. Fig. 4
41 angeschlossener dc-Kreis eines Spannungszwischenkreis- Stromrichters 20, vgl. Fig. 4
42 Regelung zum Ansteuern eines Spannungszwischenkreis- Stromrichters 20, vgl. Fig. 4
50 normierte Dreieckspannung der Pulsbreitenmodulation, vgl. Fig. 5
51 Schaltwellenform bzw. Schaltsignal der zweiten Phase, vgl. Fig. 5
60 Modul zur Erfassung von Vorgabewerten, Eingangsgrößen und Schaltungsaufbau, vgl. Fig. 6
61 Verarbeitungsmodul zur Bestimmung der Referenzströme i*f zum Ansteuern des aktiven Filters 10, vgl. Fig. 6
62 Verarbeitungsmodul zur Auswahl der Schaltfrequenz fsw des aktiven Filters 10 bzw. seines Stromrichters 20, vgl. Fig. 6
63 Verarbeitungsmodul zur Kompensation bezüglich der Versorgungsspannnung us auftretender Verzögerungen
64 Verarbeitungsmodul zur Bestimmung der Induktivität Lf der Drossel bzw. Eingangsdrossel und des Eingangswiderstandes Rf des aktiven Filters 10, vgl. Fig. 6
64b vorkonfigurierte Datenbank oder Datenspeicher mit Spezifikationsdaten zur Verfügung stehender Drosseln bzw. Drosseltypen
65 Verarbeitungsmodul zur Bestimmung der Referenzspannungen u*f zum Ansteuern des aktiven Filters 10, vgl. Fig. 6
66 Verarbeitungsmodul zur Bestimmung eines notwendigen Gleichspannungswertes udc, vgl. Fig. 6
67 Verarbeitungsmodul zur zeitbasierten on-line Bestimmung des Stromes im dc-Kreis, des dc-Kondensatorstromes sowie der Stromwelligkeit des dc-Stromes, vgl. Fig. 6
68 Verarbeitungsmodul zur frequenzbasierten off-line Bestimmung und Analyse der durchs Schalten des Stromrichters 20 erzeugten Spannungsoberschwingungen, vgl. Fig. 6
69 Verarbeitungsmodul zur frequenzbasierten off-line Bestimmung und Analyse der durchs Schalten des Stromrichters 20 erzeugten Stromoberschwingungen, vgl. Fig. 6
70 Verarbeitungsmodul zur Rekonstruktion der Strom- und Spannungswellenform im zeitbasierten Bezugssystem und Bestimmung der Stromeffektivwerte, vgl. Fig. 6
70b vorkonfigurierte Datenbank oder Datenspeicher mit Spezifikationsdaten zur Verfügung stehender Materialklassen bezüglich der Kupferwicklungen der Eingangsdrossel der Sammelschienenstege sowie der einzusetzenden Kabel
71 Verarbeitungsmodul zur off-line Bestimmung des dc- Kondensatorstromes sowie der Stromwelligkeit des dc-Stromes, vgl. Fig. 6
72 Verarbeitungsmodul zur Bestimmung der optimalen Kapazität Cdc des dc-Kreises bzw. des dc-Kondensators, vgl. Fig. 6
72b vorkonfigurierte Datenbank oder Datenspeicher mit Spezifikationsdaten zur Verfügung stehender Kondensatoren, vgl. Fig. 6
73 Verarbeitungsmodul zur Bestimmung eines optimiert abgestimmten Vorladewiderstandes zur Begrenzung des Einschaltstromes und Dämpfung durchs Einschalten hervorgerufener Schwingungen, vgl. Fig. 6
73b vorkonfigurierte Datenbank oder Datenspeicher mit Spezifikationsdaten zur Verfügung stehender Vorladewiderstände, vgl. Fig. 6
74 Verarbeitungsmodul zur Bestimmung der individuellen, über die jeweiligen Halbleiterkomponenten (IGBT's und Dioden) der Halbleiterventile 21 fließenden Ströme für on-line und off-line Einsatz.
74b vorkonfigurierte Datenbank oder Datenspeicher mit Spezifikationsdaten zur Verfügung stehender leistungselektronischer Bauelemente (Halbleiterventile 21, IGBT's, Dioden), vgl. Fig. 6
75 Verarbeitungsmodul zur Bestimmung der zu erwartenden Verlustleistungen der selektierten Bauelemente und Konditionierung entsprechender Kühlmittel bzw. Kühlkörper, vgl. Fig. 6
75b vorkonfigurierte Datenbank oder Datenspeicher mit Spezifikationsdaten zur Verfügung stehender Kühlmittel bzw. Kühlkörper, vgl. Fig. 6
76 Modul zum Vergleich der Vorgabewerte mit den ermittelten Betriebsparametern, vgl. Fig. 6
77 Bei Erfüllung der Vorgaben Anzeige, Ausgabe sowie Speicherung sowohl der Stückliste, der Spezifikationsdaten, als auch der ermittelten optimierten Betriebsparameter, vgl. Fig. 6
110 digitale Schaltsignale, vgl. Fig. 11
111 abgetasteter, normierter Referenzspannungsverlauf, vgl. Fig. 11
In Fig. 34 in a logarithmic scale, the course of the resistance R p, the time t max, as well as the current value i dcmax shown as a function of the damping factor ξ. List of reference symbols u dc voltage value of the DC link
u dcpp ; peak-to-peak value of the dc voltage
i dc DC circuit current of the active filter 10
u s1 , u s2 , u s3 supply voltages in the three-phase static or stationary, non-rotating 123 reference system.
u s generalized description of the supply voltage
U s RMS value (rms value) of the supply voltage per phase
i s generalized term for the supply current
i l1 , i l2 , i l3 load currents in the three-phase static or stationary, non-rotating 123 reference system.
i l generalized term for the load current
i l1re real part of the fundamental wave of the load current
i f1 , i f2 , i f3 currents of the active filter 10 in the three-phase static or stationary, non-rotating 123 reference system.
i f generalized term for the current of the active filter 10
î f2 absolute peak value of the phase 2 current of the active filter 10
k harmonic order
n order of sampling
i avg average current
i rms rms current value
u * f1 , u * f2 , u * f3 Reference voltages of the active filter 10 in the three-phase static or stationary, non-rotating 123 reference system.
u * f generalized designation for the reference voltage of the active filter 10
u f1 , u f2 , u f3 voltages of the active filter 10 in the three-phase static or stationary, non-rotating 123 reference system.
u f generalized term for the voltage of the active filter 10
u f (t) voltage of the active filter 10 as a function of time
u fmax Maximum peak voltage value of the converter 20 that can be switched
u Lf voltage drop across the choke of the active filter 10 with the inductance L f
t 1 , t 2 . , ., t N switching times
α 1 , α 2 . , , , α N switching angles or angular positions of the space vector corresponding to the switching times
A k1 , A k2 , A k3 , B k1 , B k2 , B k3 Fourier coefficients for the 1, 2 and 3 phases
B k1 , B k2 , B k3 generalized designation for the Fourier coefficients
j √ - 1
ω Angular velocity of the supply voltage in rad / s
ρ or ωt Space vector position of the supply voltage in the three-phase static or stationary, non-rotating 123 reference system.
ξ damping factor
ω n resonance frequency in rad / sec
L f input inductance of the active filter 10
R f input resistance of active filter 10
C dc capacitance of the dc-side capacitor 22 of the active filter 10
C sw Capacitance of the capacitor used to dampen the ripples caused by switching
s Laplace operator
f frequency of the fundamental oscillation of the supply voltage u s
f sw switching frequency
V TO voltage threshold
r TO dynamic equivalent resistance value
V CC collector-emitter supply voltage
I C continuous collector current
V CCref Reference value of the collector-emitter supply voltage
I Cref reference value of the continuous collector current
V CE (O) collector-emitter threshold voltage (static)
i 2 ti 2 t value
I Crms RMS value (rms value) of the collector current
E on energy loss during duty cycle or phase
E off energy loss during the switch-off period or phase
P swIGBT switching losses in the IGBT
P swDIODE switching losses in the diode
P condIGBT transmission losses in the IGBT
P condDIODE conduction losses in the diode
P IGBTs total loss or total power loss in the IGBT's
P Diodes total loss or total power loss in the diodes
R thjs thermal resistance between the junction and the heat sink
R thsa thermal resistance between heat sink and environment
R thjsIGBT thermal resistance between the junction and heat sink of the IGBT
R thjsDiode thermal resistance between the junction and the heat sink of the diode
T jGBT junction temperature of the IGBT
T j diode junction temperature of the diode
T S heat sink temperature close to the respective component
T A ambient temperature
R p pre-charge resistance value
t max time that corresponds to the maximum precharge current
i dcmax Maximum direct current during pre-charging
I F mean current of the respective component or component F
I Fref Reference current value of the component or component F
I Frms RMS current value of the component or component F
10 active filters
11 three-phase supply voltage
12 load source
20 active filter converter 10
21 semiconductor valves of the converter 20
22 capacitors of the DC voltage intermediate circuit 41
40 connected ac circuit of a voltage intermediate circuit converter 20 , cf. Fig. 4
41 connected DC circuit of a voltage intermediate circuit converter 20 , cf. Fig. 4
42 Regulation for controlling a voltage intermediate circuit converter 20 , cf. Fig. 4
50 normalized triangular voltage of pulse width modulation, cf. Fig. 5
51 switching waveform or switching signal of the second phase, cf. Fig. 5
60 Module for recording default values, input variables and circuit structure, cf. Fig. 6
61 processing module for determining the reference currents i * f for driving the active filter 10 , cf. Fig. 6
62 processing module for selecting the switching frequency f sw of the active filter 10 or its converter 20 , cf. Fig. 6
63 Processing module for compensation with regard to the supply voltage u s occurring delays
64 processing module for determining the inductance L f of the choke or input choke and the input resistance R f of the active filter 10 , cf. Fig. 6
64 b preconfigured database or data memory with specification data of available chokes or choke types
65 processing module for determining the reference voltages u * f for driving the active filter 10 , cf. Fig. 6
66 processing module for determining a necessary DC voltage value u dc , cf. Fig. 6
67 Processing module for time-based online determination of the current in the dc circuit, the dc capacitor current and the current ripple of the dc current, cf. Fig. 6
68 Processing module for frequency-based off-line determination and analysis of the voltage harmonics generated by switching the converter 20 , cf. Fig. 6
69 Processing module for frequency-based off-line determination and analysis of the current harmonics generated by switching the converter 20 , cf. Fig. 6
70 processing module for the reconstruction of the current and voltage waveform in the time-based reference system and determination of the effective current values, cf. Fig. 6
70 b preconfigured database or data memory with specification data of available material classes with regard to the copper windings of the input choke of the busbar webs and the cables to be used
71 Processing module for the off-line determination of the dc capacitor current and the current ripple of the dc current, cf. Fig. 6
72 processing module for determining the optimal capacitance C dc of the dc circuit or the dc capacitor, cf. Fig. 6
72 b preconfigured database or data memory with specification data of available capacitors, cf. Fig. 6
73 Processing module for determining an optimally matched precharge resistance to limit the inrush current and damping vibrations caused by switching on, cf. Fig. 6
73 b preconfigured database or data memory with specification data of available pre-charging resistors, cf. Fig. 6
74 processing module for determining the individual currents flowing via the respective semiconductor components (IGBTs and diodes) of the semiconductor valves 21 for on-line and off-line use.
74 b preconfigured database or data memory with specification data of available power electronic components (semiconductor valves 21 , IGBTs, diodes), cf. Fig. 6
75 processing module for determining the expected power losses of the selected components and conditioning of appropriate coolants or heat sinks, cf. Fig. 6
75 b preconfigured database or data memory with specification data of available coolants or heat sinks, cf. Fig. 6
76 Module for comparing the default values with the determined operating parameters, cf. Fig. 6
77 If the specifications display, output and storage of both the parts list, the specification data and the determined optimized operating parameters are met, cf. Fig. 6
110 digital switching signals, cf. Fig. 11
111 sampled, standardized reference voltage curve, cf. Fig. 11

Claims (42)

1. Verfahren zur Simulation, Analyse und Konditionierung leistungselektronischer Schaltungen, insbesondere auf Spannungszwischenkreis-Stromrichtern (20) basierter Systeme, wobei mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung mit Datenspeicher, Eingabevorrichtung und Anzeigevorrichtung, mindestens einer Schnittstelle zur Datenübertragung sowie zur Kommunikation mit mindestens einer Datenbank und mehreren untereinander verknüpften Verarbeitungsmodulen a) in einem vorbereitenden Verfahrensschritt V dem Verfahren zugrunde zu legende Eingangsgrößen, zu berücksichtigende Vorgabewerte sowie ein der jeweiligen Aufgaben- oder Problemstellung entsprechender leistungselektronischer Schaltungsaufbau erfaßt und die zugehörigen Verarbeitungsmodule ausgewählt werden, b) automatisiert in einem oder mehreren Verfahrensschritten die erfaßten Eingangsgrößen, basierend auf dem vorbestimmten Schaltungsaufbau mittels der ausgewählten Verarbeitungsmodule weiterverarbeitet und analysiert sowie optimiert auf die jeweilige Schaltung und die vorgegebenen Eingangsgrößen abgestimmte Betriebsparameter ermittelt werden, c) in Abhängigkeit der optimiert auf die jeweilige Schaltung und die vorgegebenen Eingangsgrößen abgestimmten Betriebsparameter sowie unter Berücksichtigung der Vorgabewerte aus einer oder mehreren entsprechend vorkonfigurierten Datenbanken geeignete Bauelemente und Komponenten zum optimierten Aufbaus bzw. einer optimierten Realisierung oder Komplettierung der erfaßten leistungselektronischen Schaltung selektiert werden, d) die ermittelten, optimiert auf die jeweilige Schaltung und die vorgegebenen Eingangsgrößen abgestimmten Betriebsparameter und Spezifikationsdaten der selektierten Bauelemente und Komponenten mit den Vorgabewerten verglichen werden und e) bei Übereinstimmung, innerhalb vorbestimmter Toleranzen, die ermittelten Betriebsdaten, als auch eine Stückliste der selektierten Bauelemente inklusive der zugehörigen Datenblätter bzw. Spezifikationsdaten ausgegeben und gegebenenfalls auf einem Datenspeicher gespeichert werden, wodurch eine optimierte Konditionierung einer bereits bestehenden oder im Aufbau befindlichen leistungselektronischen Schaltung bzw. des Schaltungsaufbaus erreicht bzw. erzielt wird. 1. A method for the simulation, analysis and conditioning of power electronic circuits, in particular systems based on voltage intermediate circuit converters ( 20 ), wherein by means of a data processing device with data storage, input device and display device, at least one interface for data transmission and for communication with at least one database and several linked to one another processing modules a) in a preparatory method step V, the input variables to be used as the basis for the method, the default values to be taken into account as well as a power electronic circuit structure corresponding to the respective task or problem, and the associated processing modules are selected, b) in one or more method steps, the detected input variables are automatically processed and analyzed based on the predetermined circuit structure by means of the selected processing modules, and operating parameters which are matched to the respective circuit and the predetermined input variables are determined, c) depending on the operating parameters optimized for the respective circuit and the predetermined input variables and taking into account the default values from one or more correspondingly preconfigured databases, suitable components and components for the optimized construction or an optimized realization or completion of the detected power electronic circuit are selected, d) the operating parameters and specification data of the selected components and components, which are optimized and matched to the respective circuit and the predetermined input variables, are compared with the default values and e) if they match, within predetermined tolerances, the determined operating data, as well as a parts list of the selected components including the associated data sheets or specification data are output and, if necessary, stored on a data memory, whereby an optimized conditioning of an already existing or under construction power electronic circuit or the circuit structure is achieved or achieved. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter Berücksichtigung der Spezifikationsdaten des oder der jeweilig selektierten Bauelemente und Komponenten und der bereits ermittelten Betriebsparameter weitere Kenngrößen, insbesondere Verlustleistungen, Wärmeentwicklung sowie Strom- und/oder Spannungsverträglichkeiten, bestimmt werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that under Consideration of the specification data of the selected component (s) and Components and the operating parameters already determined further parameters, in particular power losses, heat development as well as electricity and / or Voltage tolerances can be determined. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei fehlender Übereinstimmung zwischen den optimierten Betriebsparametern, den Spezifikationsdaten der selektierten Bauelemente sowie Komponenten und den Vorgabewerten, innerhalb der vorbestimmten Toleranzen, ein entsprechender Hinweis und eine Aufforderung zur Modifikation der Vorgabewerte und/oder des Schaltungsaufbaus sowie zum erneuten Durchlaufen des Verfahrens ergeht. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at mismatch between the optimized operating parameters, the Specification data of the selected components as well as components and the default values, within the predetermined tolerances, a corresponding note and a Request for modification of the default values and / or the circuit structure as well as the procedure is repeated. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Eingangsgrößen experimentell aufgezeichnete und/oder künstlich generierte Daten verwendet werden. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that experimentally recorded and / or artificially generated as input variables Data are used. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein unvollständiger Datensatz an Eingangsgrößen mittels eines entsprechenden Verarbeitungsmodules durch künstlich generierte Daten ergänzt und vervollständigt wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an incomplete data set of input variables by means of a corresponding Processing modules supplemented and completed by artificially generated data becomes. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung der Eingangsgrößen und Bestimmung der optimierten Betriebsparameter anteilig sowohl im Frequenzraum als auch im zeitbasierten Bezugsraum erfolgt. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that that the processing of the input variables and determination of the optimized Operating parameters are carried out proportionately both in the frequency domain and in the time-based reference space. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Vorgabewerten auch wirtschaftliche Aspekte, insbesondere Installations- und oder Instandhaltungskosten, sowohl der einzelnen zu selektierenden Bauelemente und Komponenten als auch der gesamten Schaltung erfaßt und berücksichtigt werden. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that that in the default values also economic aspects, especially installation and or maintenance costs, both of the individual components to be selected and components as well as the entire circuit are detected and taken into account. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sowohl on-line, also direkt im Rahmen einer Regelung, als auch off-line und somit indirekt, zur Simulation, Analyse und Konditionierung leistungselektronischer Schaltungen eingesetzt wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is both on-line, i.e. directly within the framework of a regulation, and off-line and thus indirectly, for the simulation, analysis and conditioning of power electronics Circuits is used. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim on-line Einsatz zeitbedingt auf eine Spektralanalyse und Verarbeitung von Oberschwingungsanteilen im Frequenzraum verzichtet wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that in the on-line use time-dependent on a spectral analysis and processing of Harmonic components are dispensed with in the frequency domain. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim on-line Einsatz unter Verwendung entsprechender Verarbeitungsmodule und Schnittstellen zur Datenübertragung die jeweils ermittelten optimierten Betriebsparameter als Sollwertvorgaben einer Regelung zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt und übermittelt werden. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that when using on-line using appropriate processing modules and Interfaces for data transmission the optimized determined Operating parameters are available as setpoint specifications for a controller for further processing be put and transmitted. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Analyse, Simulation und Konditionierung von auf Spannungszwischenkreis- Stromrichtern (20) basierten Systemen, insbesondere aktiven Filtersystemen, mit Wechselstrom- bzw. -spannungskreis (40), Gleichspannungszwischenkreis (41), einer Regelung (42) zum Schalten des Stromrichters (20), einem Eingangswiderstand und einer Drossel verwendet wird. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that for analysis, simulation and conditioning of systems based on voltage intermediate circuit converters ( 20 ), in particular active filter systems, with AC or voltage circuit ( 40 ), DC voltage intermediate circuit ( 41 ), a controller ( 42 ) for switching the converter ( 20 ), an input resistor and a choke is used. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Analyse auf Spannungszwischenkreis-Stromrichter (20) basierten aktiven Filtersystemen vorzugsweise die Wellenform bzw. der Verlauf der Versorgungsspannung us und die Wellenform bzw. der Verlauf des Laststromes il oder alternativ die Effektivwerte der Grund- und Oberschwingungsanteile des Laststromes als Eingangsdaten zugrunde gelegt werden. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that in the analysis based on voltage intermediate circuit converters ( 20 ) based active filter systems preferably the waveform or the profile of the supply voltage u s and the waveform or the profile of the load current i l or alternatively the effective values of the fundamental and harmonic components of the load current are used as input data. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis- Stromrichter (20) basierten aktiven Filtersystemen die Frequenz f der Versorgungsspannung, die höchste zu kompensierende Oberschwingungsfrequenz oder die Schaltfrequenz fsw des aktiven Filters (10), die maximal zulässige Stromwelligkeit, die maximal zulässige Welligkeit der Gleichspannung udc des dc-Kreises (41), der maximal gewünschte Modulationsindex sowie die maximal zulässige Umgebungstemperatur als Vorgabewerte zugrunde gelegt werden. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning on voltage intermediate circuit converter ( 20 ) based active filter systems, the frequency f of the supply voltage, the highest harmonic frequency to be compensated or the switching frequency f sw of the active Filters ( 10 ), the maximum permissible current ripple, the maximum permissible ripple of the DC voltage u dc of the dc circuit ( 41 ), the maximum desired modulation index and the maximum permissible ambient temperature are used as default values. 14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis-Stromrichter (20) basierten aktiven Filtersystemen die Bestimmung der Referenzströme i*f des aktiven Filters (10) anhand des als Eingangsgröße erfaßten Laststromes il erfolgt, wobei der Wirkanteil der Stromgrundschwingung des Laststromes ermittelt, vom Laststrom subtrahiert und die resultierenden Ströme invertiert werden, woraus sich resultierend die Referenzströme i*f zum Ansteuern des aktiven Filters (10) ergeben. 14. The method according to claim 1 to 13, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning based on voltage intermediate circuit converter ( 20 ) based active filter systems, the determination of the reference currents i * f of the active filter ( 10 ) based on the load current detected as an input variable i l takes place, the active component of the fundamental current oscillation of the load current being determined, subtracted from the load current and the resulting currents being inverted, which results in the reference currents i * f for driving the active filter ( 10 ). 15. Verfahren nach einem der Ansprüche Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis-Stromrichter (20) basierten aktiven Filtersystemen zur Bestimmung der Referenzströme i*f zum Ansteuern des aktiven Filters (10) a) die Stromgrundschwingung des Laststromes il mittels einer Fast-Fourier- Transformation (FFT) gemäß


bestimmt wird, wobei k der Ordnung der Oberschwingung, n der Ordnung der Abtastung, Il dem Oberschwingungsanteil des Laststromes, il(n) dem Laststrom der n-ten Abtastung und N der Gesamtanzahl der erfolgten Abtastungen entsprechen,
b) der Realanteil il1re der Stromgrundschwingung des Laststromes bestimmt wird und zur Erlangung der Wirkanteile der Grundschwingung des Laststromes eine inverse Fourier-Transformation gemäß


durchgeführt wird, wobei k der Ordnung der Oberschwingung, n der Ordnung der Abtastung, Il dem Laststrom, il(n) dem Laststrom der n-ten Abtastung und N der Anzahl der erfolgten Abtastungen entsprechen,
c) die ermittelten Wirkanteile der Grundschwingung des Laststromes il1re(n) vom Laststrom il(n) gemäß
i*f(n) = -(il(n) - il1re(n)) 1 ≤ n ≤ N,
subtrahiert, die sich ergebenden Werte invertiert und somit die Referenzströme i*f zum Ansteuern des aktiven Filters (10) gebildet werden.
15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning based on voltage intermediate circuit converter ( 20 ) based active filter systems for determining the reference currents i * f for driving the active filter ( 10 ) a) the current fundamental of the load current i l by means of a Fast Fourier Transformation (FFT) according to


is determined, where k corresponds to the order of the harmonic, n the order of the sampling, I l the harmonic component of the load current, i l (n) the load current of the nth sampling and N the total number of samples taken,
b) the real component i l1re of the current fundamental oscillation of the load current is determined and an inverse Fourier transformation according to in order to obtain the active components of the fundamental oscillation of the load current


is carried out, k corresponding to the order of the harmonic, n the order of the sampling, I l the load current, i l (n) the load current of the nth sample and N the number of samples taken,
c) the determined active components of the fundamental oscillation of the load current i l1re (n) from the load current i l (n) according to
i * f (n) = - (i l (n) - i l1re (n)) 1 ≤ n ≤ N,
subtracted, the resulting values are inverted and thus the reference currents i * f for driving the active filter ( 10 ) are formed.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis- Stromrichter (20) basierten aktiven Filtersystemen die Schaltfrequenz fsw zum Schalten des aktiven Filters (10) bzw. des Stromrichters (20) doppelt so hoch gewählt wird wie die Frequenz der maximal zu kompensierenden Oberschwingung. 16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning on voltage intermediate circuit converter ( 20 ) based active filter systems, the switching frequency f sw for switching the active filter ( 10 ) or the converter ( 20th ) is chosen twice as high as the frequency of the maximum harmonic to be compensated. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis- Stromrichter (20) basierten aktiven Filtersystemen im Falle einer digitalen Regelung der Versorgungsspannung ein Phasenvorschub von vorzugsweise 1,5 Abtastperioden beaufschlagt wird, wobei eine Bestimmung der Versorgungsspannung der n-ten Abtastung anhand der Spannungswerte us(n + 1) der nächsten und us(n + 2) der übernachten Abtastung gemäß


durchgeführt wird und n die Ordnung der Abtastungen bzw. Abtastpunkte und us die jeweilig abgetastete Versorgungsspannung bezeichnen.
17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning on voltage intermediate circuit converters ( 20 ) based active filter systems in the case of digital control of the supply voltage, a phase feed of preferably 1.5 sampling periods is applied, a determination of the supply voltage of the nth scan based on the voltage values u s (n + 1) of the next and u s (n + 2) of the overnight scan according to


is carried out and n denotes the order of the samples or sample points and u s the respective sampled supply voltage.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis- Stromrichter (20) basierten aktiven Filtersystemen die Bestimmung der Induktivität Lfder Eingangsdrossel des aktiven Filters (10), basierend auf der Vorgabe des zulässigen Spitzenwertes der Stromwelligkeit îwell gemäß


durchgeführt wird, wobei îwell den Vorgabewert für den Spitzenwert der zulässigen Stromwelligkeit, fsw die Schaltfrequenz, Lf die Induktivität der Eingangsdrossel und Us den Effektivwert (rms Wert) der Versorgungsspannung pro Phase bezeichnen.
18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning on voltage intermediate circuit converter ( 20 ) based active filter systems, the determination of the inductance L f of the input choke of the active filter ( 10 ), based on the specifying the allowable peak current ripple î well as


is carried out, where î well denotes the default value for the peak value of the permissible current ripple, f sw the switching frequency, L f the inductance of the input choke and U s the effective value (rms value) of the supply voltage per phase.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis- Stromrichter (20) basierten aktiven Filtersystemen der maximal zulässige Widerstandswert Rf der Drossel anhand der Schaltfrequenz fsw und der Induktivität der Eingangsdrossel des aktiven Filters (10) gemäß Rf << 2fswLf ermittelt wird: 19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning on voltage intermediate circuit converter ( 20 ) based active filter systems, the maximum permissible resistance value R f of the choke based on the switching frequency f sw and the inductance of the input choke of the active filter ( 10 ) is determined according to R f << 2f sw L f : 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis- Stromrichtern (20) basierten aktiven Filtersystemen für die Bestimmung des erforderlichen Gleichspannungswertes udc die Referenzspannung u*f des aktiven Filters (10) gemäß


ermittelt wird, wobei u*f die Referenzspannung des aktiven Filters (10), us die Versorgungsspannung, Lf die Induktivität der Eingangsdrossel, dif/dt die zeitliche Ableitung des Stromes des aktiven Filters (10), if den Strom des aktiven Filters (10), n die Ordnung der jeweiligen Abtastung und fsw die Schaltfrequenz bezeichnen und unter Berücksichtigung einer Raumzeigermodulation der Spannungswert udc des dc-Kreises (41) des aktiven Filters (10) gemäß


bestimmt wird, wobei ufmax den maximal zu schaltenden Spitzenspannungswert des Stromrichters (20) und udc den erforderlichen Spannungswert des dc-Kreises (41) bezeichnen.
20. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning on voltage intermediate circuit converters ( 20 ) based active filter systems for determining the required DC voltage value u dc the reference voltage u * f of the active filter ( 10 ) according to


is determined, with u * f the reference voltage of the active filter ( 10 ), u s the supply voltage, L f the inductance of the input choke, di f / dt the time derivative of the current of the active filter ( 10 ), i f the current of the active Filters ( 10 ), n the order of the respective sampling and f sw denote the switching frequency and, taking into account space vector modulation, the voltage value u dc of the dc circuit ( 41 ) of the active filter ( 10 ) according to


is determined, u fmax denoting the maximum peak voltage value of the converter ( 20 ) to be switched and u dc the required voltage value of the dc circuit ( 41 ).
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem off-line Einsatz bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis-Stromrichter (20) basierten aktiven Filtersystemen die Stromwelligkeit durch eine Analyse des Strom- und Spannungsoberschwingungsspektrums des aktiven Filters (10) im Frequenzraum bestimmt wird, wobei das Verhalten eines realen Stromrichters möglichst realitätsnah mittels eines Raumzeigermodulationsverfahren simuliert wird. 21. The method according to any one of claims 1 to 20, characterized in that in an off-line use in the simulation, analysis and conditioning on voltage intermediate circuit converter ( 20 ) based active filter systems, the current ripple by analyzing the current and voltage harmonic spectrum of the active Filters ( 10 ) is determined in the frequency domain, the behavior of a real power converter being simulated as realistically as possible using a space vector modulation method. 22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalt und der Analyse der Spannungsoberschwingungen und der Ableitung des zeitlichen Verlaufs a) die für eine Raumzeigermodulation aufbereiteten Spannungen u*f des aktiven Filters (10) gemäß


unter Berücksichtigung des Gleichspannungswertes udc zur Erreichung einer Skalierung der Referenzwerte zwischen -1 und +1 gebildet und normiert werden,
b) die Schaltzeitpunkte tn sowie Schaltwinkel bzw. Winkelpositionen αk des Raumzeigers beim Schalten gemäß


und


unter Verwendung der Schaltfrequenz fsw, der Grundschwingungsfrequenz f und der zuvor ermittelten Referenzspannung u*f(n) der Abtastung mit der Ordnung n ermittelt werden,
c) die Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der Spannung des aktiven Filters (10) der zeitabhängige Spannungswert uf(t) des aktiven Filters über die Fourier-Reihe


mit der Oberschwingungsordnung k, der Raumzeigerposition ωt und den Koeffizienten


erfolgt, wobei die Fourier-Koeffizienten bei einem dreiphasigen Stromrichter gemäß


modifiziert werden und die Spannungsoberschwingungen gemäß
Uf(k) = Ak - jBk
gebildet werden, wobei j der √-1 entspricht.
22. The method according to claim 21, characterized in that for obtaining and analyzing the voltage harmonics and deriving the time profile a) the voltages u * f of the active filter ( 10 ) prepared for a space vector modulation in accordance with


taking into account the DC voltage value u dc to achieve a scaling of the reference values between -1 and +1 are formed and standardized,
b) the switching times t n and switching angle or angular positions α k of the space vector when switching according to


and


are determined using the switching frequency f sw , the fundamental frequency f and the previously determined reference voltage u * f (n) of the scanning with the order n,
c) the determination of the time profile of the voltage of the active filter ( 10 ) the time-dependent voltage value u f (t) of the active filter over the Fourier series


with the harmonic order k, the space vector position ωt and the coefficients


takes place, the Fourier coefficients in accordance with a three-phase converter


be modified and the voltage harmonics according to
U f (k) = A k - jB k
are formed, where j is the √ -1 equivalent.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zur Analyse und zum Erhalt der Stromoberschwingungen des aktiven Filters (10) bzw. seines Stromrichters (20) die Versorgungsspannung Us(k) fouriertransformiert und unter Berücksichtigung der ermittelten Spannungsoberschwingungen Uf(k) die Stromoberschwingungen If(k) des aktiven Filters (10) gemäß


ermittelt werden, wobei j der √-1, f der Frequenz der Versorgungsspannung, Lf der Induktivität der Drossel des aktiven Filters (10) und k der Ordnung der jeweiligen Oberschwingung entsprechen.
23. The method according to claim 22, characterized in that for analysis and for obtaining the current harmonics of the active filter ( 10 ) or its converter ( 20 ) the supply voltage U s (k) Fourier-transformed and taking into account the determined voltage harmonics U f (k) the current harmonics I f (k) of the active filter ( 10 ) according to


are determined, where j is the √ -1 , f the frequency of the supply voltage, L f the inductance of the choke of the active filter ( 10 ) and k the order of the respective harmonic.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die im Frequenz- oder Phasenraum ermittelten Strom- und/oder Spannungsoberschwingungen mittels einer inversen Fouriertransformation in den zeitbasierten Bezugsraum transformiert und die Strommittel- und effektivwerte gemäß


berechnet werden.
24. The method according to any one of claims 21 to 23, characterized in that the current and / or voltage harmonics determined in the frequency or phase space are transformed into the time-based reference space by means of an inverse Fourier transformation and the current mean and effective values are in accordance


be calculated.
25. Verfahren nach Anspruch 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß unter Berücksichtigung der ermittelten Effektivwerte eine Konditionierung der Kupferwicklungen der Eingangsdrossel des aktiven Filters (10), der Sammelschienenstege und der einzusetzenden Kabel erfolgt und automatisiert eine Auswahl geeigneter Komponenten aus einer oder mehreren entsprechend vorkonfigurierten Datenbanken (64b, 70b, 72b, 73b, 74b und 75b) durchgeführt wird. 25. The method according to claim 21 to 24, characterized in that, taking into account the determined effective values, the copper windings of the input choke of the active filter ( 10 ), the busbar webs and the cables to be used are conditioned and a selection of suitable components from one or more correspondingly preconfigured is automated Databases ( 64 b, 70 b, 72 b, 73 b, 74 b and 75 b) is performed. 26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Berechnung des Gleichstromwertes idc im zeitbasierten Bezugsraum unter Verwendung der Stromrichterspannungen uf und -Ströme if der einzelnen Phasen gemäß


durchgeführt wird.
26. The method according to any one of claims 21 to 25, characterized in that a calculation of the direct current value i dc in the time-based reference space using the converter voltages u f and currents i f according to the individual phases


is carried out.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß beim on-line, also direkten Einsatz im Rahmen einer Regelung bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis-Stromrichter (20) basierten aktiven Filtersystemen, zeitbegründet auf eine Betrachtung und Analyse individueller Strom- und/oder Spannungsoberschwingungen im Frequenzraum verzichtet wird. 27. The method according to any one of claims 1 to 20, characterized in that the on-line, ie direct use as part of a regulation in the simulation, analysis and conditioning based on DC link converters ( 20 ) based active filter systems, time-based on a consideration and Analysis of individual current and / or voltage harmonics in the frequency domain is dispensed with. 28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem on-line Einsatz approximativ ein effektiver Stromwelligkeitswert Ilrip der Drossel bzw. Spule des aktiven Filters (10) gemäß


ermittelt wird, wobei Us den Effektivwert (rms Wert) der Versorgungsspannung pro Phase, udc Spannungswert des Gleichspannungskreises (41), Lf die Induktivität der Eingangsdrossel und fsw die Schaltfrequenz bezeichnen.
28. The method according to any one of claims 1 to 20 or 27, characterized in that in an on-line use approximately an effective current ripple value I lrip the choke or coil of the active filter ( 10 ) according


is determined, U s denoting the RMS value (rms value) of the supply voltage per phase, u dc voltage value of the DC circuit ( 41 ), L f the inductance of the input choke and f sw the switching frequency.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20 und 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem on-line Einsatz die Berechnung des Stromwertes idc des dc- bzw. Gleichspannungszwischenkreises (41) im zeitbasierten Bezugsraum unter Verwendung des Spannungswertes udc des Gleichspannungszwischenkreises (41) und der Spannungen uf1, uf2, uf3 und Ströme if1, if2, if3 des aktiven Filters (10) im dreiphasigen statischen bzw. stationären, nicht rotierenden 123-Bezugssystem gemäß


durchgeführt wird.
29. The method according to any one of claims 1 to 20 and 27 or 28, characterized in that in an on-line application, the calculation of the current value i dc of the DC or DC voltage intermediate circuit ( 41 ) in the time-based reference space using the voltage value u dc DC voltage intermediate circuit ( 41 ) and the voltages u f1 , u f2 , u f3 and currents i f1 , i f2 , i f3 of the active filter ( 10 ) in the three-phase static or stationary, non-rotating 123 reference system according to


is carried out.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20 und 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem on-line Einsatz die Berechnung des Stromwelligkeitswertes ICdcrip des Gleichspannungszwischenkreises (41), unter Verwendung des Stromwelligkeitswertes Ilrip der Drossel, des Effektivwertes (rms Wert) Us der Versorgungsspannung pro Phase und des Spannungswertes udc des Gleichspannungskreises (41) gemäß


durchgeführt wird.
30. The method according to any one of claims 1 to 20 and 27 to 29, characterized in that in the case of on-line use, the calculation of the current ripple value I Cdcrip of the DC link ( 41 ), using the current ripple value I lrip of the choke, the effective value (rms Value) U s of the supply voltage per phase and the voltage value u dc of the DC voltage circuit ( 41 ) according to


is carried out.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis- Stromrichter (20) basierten aktiven Filtersystemen zur Konditionierung des oder der Kondensatoren (22) bzw. zur Bestimmung der Kapazität Cdc des Gleichspannungszwischenkreises (41) gemäß


mittels Integration des Stromwertes idc über der Zeit t und resultierend der Spitze-Spitze Welligkeitswert udcpp auf einen vorgegebenen Prozentanteil des nominellen Gleichspannungswertes udc begrenzt wird.
31. The method according to any one of claims 1 to 30, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning on voltage intermediate circuit converter ( 20 ) based active filter systems for conditioning the capacitor or capacitors ( 22 ) or for determining the capacitance C dc of DC voltage intermediate circuit ( 41 ) according to


by integrating the current value i dc over time t and resulting in the peak-to-peak ripple value u dcpp to a predetermined percentage of the nominal DC voltage value u dc .
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis- Stromrichtern (20) basierten aktiven Filtersystemen unter Berücksichtigung der Schaltwinkelpositionen im zeitbasierten Bezugsraum eine Rekonstruktion der Schaltsignale zur Ansteuerung des aktiven Filters (10) derart erfolgt, daß diese einen Wert von Eins oder Null einnehmen und die gleichen Anzahl von Abtastpunkten aufweisen wie die rekonstruierte Stromrichterspannung. 32. The method according to any one of claims 1 to 31, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning based on voltage intermediate circuit converters ( 20 ) based active filter systems, taking into account the switching angle positions in the time-based reference space, a reconstruction of the switching signals for controlling the active filter ( 10 ) takes place in such a way that they have a value of one or zero and have the same number of sampling points as the reconstructed converter voltage. 33. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis- Stromrichtern (20) basierten aktiven Filtersystemen die über die einzelnen Halbleiterventile (21) des Stromrichters (20) fließenden Ströme beim off-line Einsatz mittels der rekonstruierten Schaltsignale und beim on-line Einsatz basierend auf den Vorzeichen der Referenzspannungen bestimmt werden. 33. The method according to any one of claims 1 to 32, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning on voltage intermediate circuit converters ( 20 ) based active filter systems, the currents flowing through the individual semiconductor valves ( 21 ) of the converter ( 20 ) when off- line use can be determined by means of the reconstructed switching signals and, in the case of on-line use, based on the sign of the reference voltages. 34. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis- Stromrichtern (20) basierten aktiven Filtersystemen bei Kenntnis sowohl des Spannungswertes udc des Gleichspannungszwischenkreises (41) als auch des Spitzenwertes des Kompensationsstromes eines erforderlichen leistungselektronischen Bauelementes, selbiges Bauelement unter Berücksichtigung vorgenannter Betriebsparameter und entsprechender Vorgabewerte automatisiert aus mindestens einer vorkonfigurierten Datenbank selektiert wird. 34. The method according to any one of claims 1 to 33, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning on DC link converters ( 20 ) based active filter systems with knowledge of both the voltage value u dc of the DC link ( 41 ) and the peak value of the compensation current a required power electronic component, the same component is automatically selected from at least one preconfigured database, taking into account the aforementioned operating parameters and corresponding default values. 35. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis- Stromrichtern (20) basierten aktiven Filtersystemen die hinsichtlich der eingesetzten IGBT's zu erwartenden Schalt- und Durchlaßverluste gemäß


ermittelt werden, wobei VCC die Kollektor-Emitter Versorgungsspannung, IC den kontinuierlichen Kollektorstrom, VCCref den Referenzwert der Kollektor-Emitter Versorgungsspannung, ICref den Referenzwert des kontinuierlichen Kollektorstromes, VCE(O) die Kollektor-Emitter Schwellenspannung (statisch), ICrms den Effektivwert (rms Wert) des Kollektorstromes, Eon den Energieverlust während der Einschaltdauer bzw. -phase, Eoff den Energieverlust während der Abschaltdauer bzw. -phase, PswIGBT die Schaltverluste im IGBT Und PcondIGBT die Durchlaßverluste im IGBT bezeichnen.
35. The method according to any one of claims 1 to 34, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning on voltage intermediate circuit converters ( 20 ) based active filter systems, the switching and forward losses to be expected with regard to the IGBTs used in accordance


V CC is the collector-emitter supply voltage, I C is the continuous collector current, V CCref is the reference value of the collector-emitter supply voltage, I Cref is the reference value of the continuous collector current, V CE (O) is the collector-emitter threshold voltage (static), I Crms the effective value (rms value) of the collector current, E on the energy loss during the switch-on period or phase, E off the energy loss during the switch-off period or phase, P swIGBT the switching losses in the IGBT and P condIGBT the forward losses in the IGBT.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis- Stromrichtern (20) basierten aktiven Filtersystemen die Verlustleistungen der einzelnen Dioden gemäß


ermittelt werden, wobei VTO den Spannungsschwellenwert, VCC die Kollektor-Emitter Versorgungsspannung, IF den mittleren Strom der Komponente, VCCref den Referenzwert der Kollektor-Emitter Versorgungsspannung, ICref den Referenzwert des kontinuierlichen Kollektorstromes, Eon den Energieverlust während der Anschaltdauer bzw. -phase, Eoff den Energieverlust während der Abschaltdauer bzw. -phase, PswDIODE die Schaltverluste in der Diode Und PcondDiode die Durchlaßverluste in der Diode bezeichnen.
36. The method according to any one of claims 11 to 35, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning on voltage intermediate circuit converters ( 20 ) based active filter systems, the power losses of the individual diodes according


can be determined, where V TO is the voltage threshold , V CC is the collector-emitter supply voltage, I F is the mean current of the component, V CCref is the reference value of the collector-emitter supply voltage, I Cref is the reference value of the continuous collector current, E on is the energy loss during the switch-on period or phase, E off the energy loss during the switch-off period or phase, P swDIODE the switching losses in the diode and P condDiode the forward losses in the diode.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis- Stromrichtern (20) basierten aktiven Filtersystemen die Sperrschichttemperaturen der eingesetzten Halbleiterbauelemente on-line berechnet werden und darauf begründet eine Begrenzung des Spitzenstromwertes durchgeführt wird. 37. The method according to any one of claims 1 to 36, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning on voltage intermediate circuit converters ( 20 ) based active filter systems, the junction temperatures of the semiconductor components used are calculated on-line and based thereon a limitation of the peak current value is carried out becomes. 38. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit einzuhaltender Betriebstemperaturen, geometrische Vorgaben oder Abmessungen sowie gegebenenfalls finanzieller Vorgaben automatisiert eine Auswahl geeigneter Kühlmittel oder -körper aus einer oder mehreren vorkonfigurierten Datenbanken erfolgt. 38. The method according to any one of claims 1 to 37, characterized in that depending on the operating temperatures to be observed, geometric specifications or dimensions and, if applicable, financial specifications automates one Selection of suitable coolants or bodies from one or more preconfigured Databases. 39. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Simulation, Analyse und Konditionierung auf Spannungszwischenkreis- Stromrichtern (20) basierten aktiven Filtersystemen zur Vermeidung und Dämpfung bei plötzlichem Einschalten hervorgerufener Schwingungen ein entsprechend konditionierter Vorladewiderstand bestimmt wird. 39. The method according to any one of claims 1 to 38, characterized in that in the simulation, analysis and conditioning based on voltage intermediate circuit converters ( 20 ) based active filter systems for avoiding and damping when vibrations are suddenly switched on, a correspondingly conditioned precharge resistor is determined. 40. Vorrichtung zur Simulation, Analyse und Konditionierung leistungselektronischer Schaltungen, insbesondere auf Spannungszwischenkreis-Stromrichter (20) basierter aktiver Filtersysteme, die eine Datenverarbeitungseinrichtung mit Datenspeicher, Eingabevorrichtung und Anzeigevorrichtung sowie Schnittstellen zur Datenerfassung und Datenausgabe sowie zur Kommunikation mit mindestens einer Datenbank aufweist, wobei mehrere, basierend auf einem vorbestimmten Schaltungsaufbau und der jeweiligen Problem oder Aufgabenstellung ausgewählte, untereinander verknüpfte Verarbeitungsmodule vorhanden und dafür eingerichtet sind, sowohl on-line, also direkt, insbesondere im Rahmen einer Regelung, als auch off-line, also indirekt, a) erfaßte Eingangsgrößen weiterzuverarbeiten und zu analysieren sowie optimiert auf die jeweilige Schaltung und vorgegebenen Eingangsgrößen abgestimmte Betriebsparameter zu ermitteln, b) in Abhängigkeit der aus der Verarbeitung resultierenden, optimiert auf die jeweilige Schaltung und die vorgegebenen Eingangsgrößen abgestimmten Betriebsparameter sowie unter Berücksichtigung von Vorgabewerten geeignete Bauelemente und Komponenten zum Zwecke eines optimierten Aufbaus bzw. einer optimierten Realisierung oder Komplettierung der vorbestimmten leistungselektronischen Schaltung aus einer oder mehreren entsprechend vorkonfigurierten Datenbanken zu selektieren, c) unter Berücksichtigung der Spezifikationsdaten des oder der jeweilig selektierten Bauelemente und Komponenten sich daraus ergebende Betriebsparameter oder Kenngrößen, insbesondere Verlustleistungen, zu bestimmen, d) die ermittelten, optimiert auf die jeweilige Schaltung und die vorgegebenen Eingangsgrößen abgestimmten Betriebsparameter und Spezifikationsdaten der selektierten Bauelemente und Komponenten mit den Vorgabewerten zu vergleichen und e) bei Übereinstimmung, innerhalb vorbestimmten Toleranzen, die ermittelten Betriebsdaten, als auch eine Stückliste der selektierten Bauelemente inklusive der zugehörigen Datenblätter bzw. Spezifikationsdaten auszugeben und gegebenenfalls auf einem Datenspeicher zu speichern, wodurch eine optimierte Konditionierung einer bereits bestehenden oder im Aufbau befindlichen leistungselektronischen Schaltung bzw. des Schaltungsaufbaus ermöglicht wird. 40.Device for the simulation, analysis and conditioning of power electronic circuits, in particular active filter systems based on voltage intermediate circuit converters ( 20 ), which has a data processing device with data memory, input device and display device and interfaces for data acquisition and data output and for communication with at least one database, several of which , based on a predetermined circuit structure and the respective problem or task selected, interconnected processing modules are available and set up for this, both on-line, ie directly, in particular as part of a regulation, and off-line, i.e. indirectly, a) further process and analyze recorded input variables and to determine operating parameters which are optimized for the respective circuit and predetermined input variables, b) depending on the operating parameters resulting from the processing, optimized for the respective circuit and the predetermined input variables, and taking into account default values, suitable components and components for the purpose of an optimized construction or an optimized realization or completion of the predetermined power electronic circuit from one or more select according to preconfigured databases, c) to determine the resulting operating parameters or parameters, in particular power losses, taking into account the specification data of the respectively selected components and components, d) to compare the determined operating parameters and specification data of the selected components and components, which are optimized for the respective circuit and the predetermined input variables, and e) if there is agreement, within predetermined tolerances, to output the determined operating data as well as a parts list of the selected components including the associated data sheets or specification data and, if necessary, to save them on a data memory, thereby optimizing the conditioning of an already existing or under construction power electronic circuit or the circuit structure is made possible. 41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Verarbeitungsmodul analoge Regel- und/oder Übertragungsglieder, insbesondere Integral-, Proportional-Integral-Regler, Multiplikatoren und Integratoren aufweist. 41. Apparatus according to claim 40, characterized in that at least a processing module analog control and / or transmission elements, in particular Has integral, proportional-integral controllers, multipliers and integrators. 42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Verarbeitungsmodul digitale Prozessoren und Bauelemente aufweist. 42. Device according to one of claims 40 or 41, characterized characterized in that at least one processing module digital processors and components having.
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