DE102009049820A1 - Method for reducing power supply perturbations of indirect voltage link converter, involves changing pulse frequency when amplitude exceeds predetermined allowable amplitude such that amplitude is set lesser than allowable amplitude - Google Patents

Method for reducing power supply perturbations of indirect voltage link converter, involves changing pulse frequency when amplitude exceeds predetermined allowable amplitude such that amplitude is set lesser than allowable amplitude Download PDF

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Abstract

The method involves determining temporal characteristics of a power supply voltage (UN) of a feeding power supply (26) at input terminals (48, 50) of a power-electronic circuit i.e. indirect voltage link converter. An amplitude spectrum of the determined power supply voltage is determined. A verification is made whether amplitude of the predetermined amplitude spectrum with pulse frequency exceeds predetermined allowable amplitude. The frequency is changed when the amplitude exceeds the allowable amplitude such that the amplitude is set equal or lesser than the allowable amplitude.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduzierung von Netzrückwirkungen einer leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern auf sein speisendes Netz.The invention relates to a method for reducing system perturbations of a power electronic circuit with turn-off power semiconductors on its feeding network.

Zu leistungselektronischen Schaltungen mit abschaltbaren Leistungshalbleitern werden Spannungszwischenkreis-Umrichter gezählt, die wenigstens einen selbstgeführten Stromrichter aufweisen. Derartige Spannungszwischenkreis-Umrichter, die allgemein auch als Frequenzumrichter bezeichnet werden, nehmen typischerweise einen nicht sinusförmigen Strom aus einem speisenden Netz auf. Ein besonders ausgeprägter Spektralanteil ist dabei bei den Seitenbändern der Pulsfrequenz des selbstgeführten Stromrichters eines Spannungszwischenkreis-Umrichters und deren Vielfachen zu sehen. Diese schaltfrequenten Spektralanteile sind besonders ausgeprägt bei zwei Umrichtertopologien, die im Folgenden beschrieben werden:
In der 1 ist ein Ersatzschaltbild eines Spannungszwischenkreis-Umrichters mit schlankem Zwischenkreis näher dargestellt. Ein derartiger Spannungszwischenkreis-Umrichter ist aus der Veröffentlichung ”Fundamental Frequency Front End Converter (F3E) – a DC-link drive converter without electrolytic capacitor” von Kurt Göpfrich, Dr. Carsten Rebbereh und Dr. Lothar Sack, PCIM 2003, Nürnberg, Mai 2003 , bekannt. Gemäß 1 weist dieser Umrichter einen netzseitigen Stromrichter 4 und einen lastseitigen selbstgeführten Stromrichter 6 auf. Gemäß dieser Veröffentlichung ist der netzseitige Stromrichter 4 als grundfrequenzgetakteter Stromrichter ausgebildet. Diese beiden Stromrichter 4 und 6 sind gleichspannungsseitig miteinander elektrisch parallel geschaltet. Der Gleichspannungszwischenkreis ist derart schlank, dass ein Zwischenkreiskondensator nicht mehr explizit dargestellt ist. Zwischen den Anschlüssen U, V, W eines nicht näher dargstellten Netzes und den wechselspannungsseitigen Anschlüssen 12, 14 und 16 des netzseitigen Stromrichters 4 ist eine Kondensator-Einrichtung 18 vorgesehen, die pro Phase eines speisenden Netzes einen Kondensator CF aufweist. Außerdem sind Netzinduktivitäten LN dargestellt, die jeweils in einer Netzzuleitung angeordnet sind.To power electronic circuits with turn-off power semiconductors voltage intermediate-circuit converters are counted, which have at least one self-commutated power converter. Such voltage source inverters, commonly referred to as frequency inverters, typically receive a non-sinusoidal current from a feeding network. A particularly pronounced spectral component is to be seen in the sidebands of the pulse frequency of the self-commutated power converter of a voltage source converter and its multiples. These switching frequency spectral components are particularly pronounced in two converter topologies, which are described below:
In the 1 an equivalent circuit diagram of a voltage intermediate-circuit converter with a slim DC link is shown in more detail. Such a voltage source inverter is from the publication "Fundamental Frequency Front End Converter (F3E) - a DC-link drive converter without electrolytic capacitor" by Kurt Göpfrich, Dr. med. Carsten Rebbereh and dr. Lothar Sack, PCIM 2003, Nuremberg, May 2003 , known. According to 1 This inverter has a line-side converter 4 and a load-side self-commutated power converter 6 on. According to this publication, the mains side converter is 4 designed as a fundamental frequency clocked converter. These two power converters 4 and 6 are connected in parallel with each other on the DC side. The DC voltage intermediate circuit is so slim that a DC link capacitor is no longer explicitly shown. Between the terminals U, V, W of an unspecified dargstellten network and the AC-side terminals 12 . 14 and 16 of the line-side converter 4 is a capacitor device 18 provided, which has a capacitor C F per phase of a feeding network. In addition, grid inductances L N are shown, which are each arranged in a power supply line.

Die abschaltbaren Halbleiterschalter T1, ..., T6 des netzseitigen Stromrichters 4 sind mit ihren Steueranschlüssen gemäß PCIM-Veröffentlichung mit einer Steuereinrichtung verknüpft, die in dieser 1 nicht näher dargestellt ist. Diese abschaltbaren Halbleiterschalter T1, ..., T6 des netzseitigen Stromrichters 4 werden derart gesteuert, dass diese genau dann leitend sind, wenn jeweils eine zugehörige Diode D1, ..., D6 stromführend sind. Somit sind die Schaltzeitpunkte die natürlichen Kommutierungszeitpunkte eines ungesteuerten Gleichrichters. Durch diese grundfrequenzgetaktete Steuerung des netzseitigen Stromrichters 4 ist dieser rückspeisefähig.The turn-off semiconductor switches T1, ..., T6 of the network-side converter 4 are associated with their control terminals according to PCIM publication with a control device, which in this 1 not shown in detail. These turn-off semiconductor switches T1, ..., T6 of the network-side converter 4 are controlled so that they are conductive when a respective diode D1, ..., D6 are energized. Thus, the switching times are the natural Kommutierungszeitpunkte an uncontrolled rectifier. Through this fundamental-frequency-controlled control of the line-side converter 4 this is regenerative.

Bei einem derartigen Spannungszwischenkreis-Umrichter 2 mit schlankem Zwischenkreis macht sich das Schaltverhalten des lastseitigen selbstgeführten Stromrichters 6 im speisenden Netz bemerkbar, d. h., dieser lastseitige selbstgeführte Stromrichter 6 verursacht schaltfrequente Stromanteile im Zwischenkreisstrom iZK. Diese schaltfrequenten Stromanteile sind wenigstens teilweise im Netzstrom zu sehen.In such a voltage source inverter 2 With a slim DC link, the switching behavior of the load-side self-commutated converter is made 6 noticeable in the feeding network, ie, this load-side self-commutated power converter 6 causes switching-frequency current components in the DC link current i ZK . These switching-frequency current components can be seen at least partially in the mains current.

In der 2 ist ein Ersatzschaltbild eines handelsüblichen Spannungszwischenkreis-Umrichters näher dargestellt, der netz- und lastseitig jeweils einen selbstgeführten Stromrichter 20 und 22 aufweist. Wechselspannungsseitig ist der netzseitige selbstgeführte Stromrichter 20 mittels Kommutierungsdrosseln 24 mit einem speisenden Netz 26 verknüpft. Der lastseitige selbstgeführte Stromrichter 22 ist wechselspannungsseitig mittels eines Ausgangsfilters 28 mit einem Drehstrommotor 30 verbunden. Als Ausgangsfilter 28 ist ein LC-Filter vorgesehen, das Drosseln 32 und Kondensatoren 34 aufweist. Gleichspannungsseitig sind diese beiden selbstgeführten Stromrichter 20 und 22 mittels eines Spannungszwischenkreises 36 miteinander elektrisch parallel geschaltet. Dieser Spannungszwischenkreis 36 ist hier durch einen Zwischenkreiskondensator CZW veranschaulicht. Dieser Zwischenkreiskondensator CZW kann durch eine Kondensatorbatterie, bestehend aus einer Vielzahl von Elektrolytkondensatoren, realisiert. Jedem selbstgeführten Stromrichter 20 und 22 ist gemäß dieser Darstellung ein Modulator 38 und 40 zugeordnet, an deren Ausgängen Steuersignale SNν und SLv für die abschaltbaren Halbleiterschalter T1n, ..., T6n und T1L, ..., T6L der selbstgeführten Stromrichter 20 und 22 anstehen. Jedem Modulator 38 bzw. 40 ist eine Regeleinrichtung 42 bzw. 44 vorgeschaltet. Diese Regeleinrichtung 42 und 44 generieren Spannungs-Stellgrößen u SN und u SL in Abhängigkeit von Anforderungen, die von korrespondierenden Stromrichtern 20 und 22 erfüllt werden sollen. Die Regeleinrichtung 42 ist signaltechnisch mit netzseitigen Strom- und Spannungsmesseinrichtungen verknüpft. In Abhängigkeit von gemessenen Netzspannungen uR und uS, gemessenen Netzströmen iR und iS und einer gemessenen Zwischenkreisspannung UZW wird die Stellgröße u SN bestimmt. Dieser netzseitige selbstgeführte Stromrichter 20 wird wegen seiner Funktion auch als Activ Front End (AFE) bezeichnet.In the 2 an equivalent circuit diagram of a commercially available voltage source inverter is shown in more detail, the net and load side each a self-commutated power converter 20 and 22 having. On the AC side, the line-side self-commutated power converter 20 by means of commutating chokes 24 with a dining network 26 connected. The load-side self-commutated power converter 22 is the AC side by means of an output filter 28 with a three-phase motor 30 connected. As an output filter 28 An LC filter is provided which throttles 32 and capacitors 34 having. DC side, these two self-commutated converters 20 and 22 by means of a voltage intermediate circuit 36 connected in parallel with each other electrically. This voltage intermediate circuit 36 is illustrated here by a DC link capacitor C ZW . This DC link capacitor C ZW can be realized by a capacitor bank consisting of a plurality of electrolytic capacitors. Each self-commutated power converter 20 and 22 is a modulator according to this illustration 38 and 40 associated at the outputs control signals S Nν and S Lv for the turn-off semiconductor switches T1 n , ..., T6 n and T1 L , ..., T6 L of the self-commutated converter 20 and 22 queue. Each modulator 38 respectively. 40 is a control device 42 respectively. 44 upstream. This control device 42 and 44 generate voltage manipulated variables u SN and u SL depending on requirements of corresponding converters 20 and 22 to be fulfilled. The control device 42 is linked by signal technology with mains-side current and voltage measuring devices. In dependence on measured mains voltages u R and u S , measured mains currents i R and i S and a measured intermediate circuit voltage U ZW , the manipulated variable u SN is determined. This grid-side self-commutated power converter 20 is also referred to as the Activ Front End (AFE) because of its function.

Wie eingangs schon erwähnt, nehmen Frequenzumrichter einen nicht sinusförmigen Strom aus einem speisenden Netz auf, wobei diese beiden beschriebenen Spannungszwischenkreis-Umrichter jeweils ein besonders ausgeprägten Spektralanteil bei den Seitenbändern der Pulsfrequenzen fP und deren Vielfachen des lastseitigen selbstgeführten Stromrichters 6 des Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 nach 1 bzw. des netzseitigen selbstgeführten Stromrichters 20 des Spannungszwischenkreis-Umrichters nach 2 zeigen.As already mentioned, frequency converters receive a non-sinusoidal current from a feeding network, wherein these two described voltage source inverter each have a particularly pronounced spectral component in the sidebands of the pulse frequencies f P and their multiples of the load-side self-commutated power converter 6 of the voltage source inverter 2 to 1 or the network-side self-commutated power converter 20 of the voltage source inverter 2 demonstrate.

Der Spektralanteil im Netzstrom führt zu einem entsprechenden Spektralanteil in der Netzspannung am Anschlusspunkt des Spannungszwischenkreis-Umrichters am speisenden Netz, der diesem Strom und der Netzimpedanz bei der entsprechenden Frequenz proportional ist. Dieser Oberschwingungsanteil in der Netzspannung kann andere Verbraucher, beispielsweise Monitore oder Computer, die an diesem Netz angeschlossen sind, stören.The spectral component in the mains current leads to a corresponding spectral component in the mains voltage at the connection point of the voltage source inverter on the supply network, which is proportional to this current and the network impedance at the corresponding frequency. This harmonic content in the line voltage may disturb other consumers, such as monitors or computers connected to this network.

Die Netzimpedanz ZN eines speisenden Netzes besteht in erster Näherung aus einem ohmschen und einem induktiven Anteil ZNR und ZNL, die gemäß dem Ersatzschaltbild eines Netzes 26 nach 3 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Betrachtet man die Netzimpedanz ZN jedoch genauer, so ist festzustellen, dass sie Resonanzstellen enthält, in denen die Netzimpedanz bei einer einzelnen Resonanz-Frequenz fNres besonders hoch wird.The network impedance Z N of a feeding network consists in a first approximation of an ohmic and an inductive component Z NR and Z NL , which according to the equivalent circuit diagram of a network 26 to 3 are electrically connected in series. However, looking more closely at the network impedance Z N, it should be noted that it contains resonance points in which the network impedance becomes particularly high at a single resonant frequency f Nres .

In der 4 sind in einem Diagramm zwei Impedanzkennlinien S und R über die Frequenz f aufgetragen. Die Impedanzkennlinie S zeigt das Verhalten einer Netzimpedanz ZN bei veränderlicher Frequenz f in erster Näherung. Dagegen zeigt die Impedanzkennlinie R das tatsächliche Verhalten der Netzimpedanz ZN bei veränderlicher Frequenz f. Bei der Frequenz fNres weist diese Impedanzkennlinie R eine Resonanzstelle auf. Diese Resonanzstelle hängt von den Netzverhältnissen am jeweiligen Ort der Betrachtung ab und ist in der Regel nicht vorhersehbar. Darüber hinaus kann sich eine Resonanzstelle über der Zeit zu einem anderen Frequenzwert verschieben. Ursache dafür sind andere Verbraucher, die von diesem Netz abgeschaltet bzw. zugeschaltet werden. Wegen der Resonanzstelle in der Impedanzkennlinie R ist im Ersatzschaltbild des Netzes 26 ein kapazitiver Impedanzanteil ZNC elektrisch parallel zum induktiven Impedanzanteil ZNL geschaltet. Trifft eine Pulsfrequenz fP eines selbstgeführten Stromrichters 6 eines Spannungszwischenkreis-Umrichters gemäß 1 bzw. eines selbstgeführten Stromrichters 20 eines Spannungszwischenkreis-Umrichters gemäß 2 auf eine solche Resonanzstelle im speisenden Netz 26, ist die entstehende Spannungsverzerrung bei der Pulsfrequenz fP besonders groß und kann den Verträglichkeitspegel für Oberschwingungsspannungen beispielsweise eines öffentlichen Niederspannungsnetzes überschreiten. Der Verträglichkeitspegel bestimmt die Verträglichkeit eines an einem Netz angeschlossenen störenden Verbrauchers. Der Verträglichkeitspegel wird von einem Minimum-Limit ( Norm ICE 61000-2-2 ) für die Störfestigkeit und einem Maximum-Limit ( Norm ICE 61000-3-12 ) für die Störanwendung bestimmt.In the 4 In a diagram, two impedance characteristics S and R are plotted against the frequency f. The impedance characteristic S shows the behavior of a network impedance Z N at variable frequency f in a first approximation. In contrast, the impedance characteristic R shows the actual behavior of the network impedance Z N at variable frequency f. At the frequency f Nres , this impedance characteristic R has a resonance point. This resonance point depends on the network conditions at the respective location of the consideration and is usually unpredictable. In addition, a resonance point may shift over time to a different frequency value. This is caused by other consumers that are switched off or switched on by this network. Because of the resonance point in the impedance characteristic R is in the equivalent circuit diagram of the network 26 a capacitive impedance component Z NC electrically connected in parallel to the inductive impedance component Z NL . Meets a pulse frequency f P of a self-commutated converter 6 of a voltage source inverter according to 1 or a self-commutated power converter 20 of a voltage source inverter according to 2 to such a resonance point in the feeding network 26 , the resulting voltage distortion at the pulse frequency f P is particularly large and can exceed the compatibility level for harmonic voltages, for example, a public low-voltage network. The compatibility level determines the compatibility of an interfering consumer connected to a network. The compatibility level is determined by a minimum limit ( Standard ICE 61000-2-2 ) for immunity to interference and a maximum limit ( Standard ICE 61000-3-12 ) for the disturbance application.

Dieses beschriebene Problem wird bisher auf zwei alternative Arten gelöst:
Zum einen kann der zulässige Spektralanteil im Eingangsstrom (Netzstrom) eines Spannungszwischenkreis-Umrichters so begrenzt werden, dass auch bei ungünstigsten zu erwartenden Netzverhältnissen und bei der Annahme einer Resonanz der Verträglichkeitspegel der Oberschwingungen eingehalten werden kann. Diese Lösungsvariante führt aber zu einer Überdimensionierung eines Filters (Netzfilter), beispielsweise große Kommutierungsdrosseln für ein AFE, eines Spannungszwischenkreis-Umrichters. Für Spannungszwischenkreis-Umrichter mit schlankem Zwischenkreis gemäß 1 ist diese Maßnahme nur bedingt anwendbar, weil diese Umrichtertopologie nur begrenzt eine Drossel in der Netzzuleitung erlaubt.This problem has been solved in two alternative ways:
On the one hand, the permissible spectral component in the input current (mains current) of a voltage source converter can be limited so that the compatibility levels of the harmonics can be maintained even in the case of unfavorable expected network conditions and assuming a resonance. However, this solution variant leads to over-dimensioning of a filter (line filter), for example large commutation reactors for an AFE, of a voltage source converter. For voltage intermediate-circuit converters with a slim DC link according to 1 This measure is only conditionally applicable, because this inverter topology allows limited throttle in the power supply line.

Zum anderen kann der Einsatzbereich eines Umrichters derart eingeschränkt werden, dass dieser nur an einem Netzanschlusspunkt mit besonders geringer Netzimpedanz angeschlossen werde darf. Diese Lösungsvariante erfordert beispielsweise einen leistungsfähigen und damit teueren Transformator oder schränkt eine anschließbare Umrichterleistung bei gegebenen Netzverhältnissen ein.On the other hand, the field of application of an inverter can be restricted in such a way that it can only be connected to a network connection point with a particularly low network impedance. This solution variant requires, for example, a powerful and therefore expensive transformer or restricts a connectable inverter performance with given network conditions.

Beide genannten Lösungen besitzen neben den genannten wirtschaftlichen Nachteilen noch das Problem, dass die zu erwartende Resonanzstelle immer nur im Vorab geschätzt werden kann, wobei bei ungünstigen Verhältnissen der Verträglichkeitspegel trotz Überdimensionierung verletzt werden kann.Both of these solutions have in addition to the above-mentioned economic disadvantages nor the problem that the expected resonance point can be estimated only in advance, which can be injured in unfavorable conditions of the compatibility level despite oversizing.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduzierung von Netzrückwirkungen einer leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern auf sein speisendes Netz anzugeben.The invention is therefore based on the object of specifying a method for reducing system perturbations of a power electronic circuit with turn-off power semiconductors on his dining network.

Diese Aufgabe wird mit den Verfahrensschritten gemäß Anspruch 1 erfindungsgemäß gelöst.This object is achieved with the method steps according to claim 1 according to the invention.

Der Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass eine Resonanzstelle der Netzimpedanz ermittelt wird, damit die Pulsfrequenz einer an einem speisenden Netz angeschlossenen leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern derart verändert werden kann, dass die veränderte Pulsfrequenz nicht mehr auf diese Resonanzstelle trifft.The essence of the method according to the invention is that a resonance point of the network impedance is determined, so that the pulse frequency of a power electronic circuit connected to a feeding network can be changed with turn-off power semiconductors such that the changed pulse frequency no longer hits this resonance point.

Dazu wird ein zeitlicher Verlauf der Netzspannung an den Eingangsklemmen einer leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern aufgenommen und einer Spektralanalyse unterzogen. Wenigstens die Amplitude der Seitenbänder der Pulsfrequenz wird mit einer vorbestimmten zulässigen Amplitude auf Überschreitung verglichen. Wird eine Überschreitung detektiert, so wird die Pulsfrequenz derart verändert, dass die Amplituden der Seitenbänder der Pulsfrequenz kleiner oder gleich der vorbestimmten zulässigen Amplitude sind. D. h., die veränderte Pulsfrequenz trifft nicht mehr auf eine Resonanzstelle im speisenden Netz. Die Veränderung der Pulsfrequenz kann dadurch erreicht werden, dass diese erhöht bzw. erniedrigt wird.For this purpose, a time course of the mains voltage is recorded at the input terminals of a power electronic circuit with turn-off power semiconductors and subjected to a spectral analysis. At least the amplitude of the sidebands of the pulse rate is compared to a predetermined allowable amplitude for overshoot. If an excess is detected, then the pulse frequency changed such that the amplitudes of the sidebands of the pulse frequency are less than or equal to the predetermined allowable amplitude. In other words, the changed pulse frequency no longer applies to a resonance point in the feeding network. The change in the pulse rate can be achieved by increasing or decreasing it.

Kann auch bei einer großen Veränderung der Pulsfrequenz eine Reduzierung der Oberschwingungsspannung bei der Pulsfrequenz nicht erreicht werden, so kann daraus die Schlussfolgerung gezogen werden, dass nicht eine Resonanzstelle im Netz vorliegt, sondern allgemein die Netzimpedanz so hoch ist. In diesem Fall kann eine Warnung an den Betreiber der leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern erfolgen.If a reduction in the harmonic voltage at the pulse rate can not be achieved even with a large change in the pulse rate, then it can be concluded that there is not a resonance point in the network, but generally the network impedance is so high. In this case, a warning to the operator of the power electronic circuit with turn-off power semiconductors can be done.

Der erfinderische Schritt liegt darin, die Pulsfrequenz einer leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern so zu verändern, dass diese veränderte Pulsfrequenz nicht mit der Resonanzstelle im speisenden Netz zusammentrifft. Dadurch werden unzulässige Spektralanteile in der Netzspannung vermieden.The inventive step is to change the pulse rate of a power electronic circuit with turn-off power semiconductors so that this changed pulse frequency does not coincide with the resonance point in the feeding network. As a result, impermissible spectral components in the mains voltage are avoided.

Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Filteraufwand auf der Netzseite einer leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern gegenüber konventionellen Lösungen reduziert werden.With this inventive method, the filter effort on the network side of a power electronic circuit with turn-off power semiconductors can be reduced compared to conventional solutions.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Spannungszwischenkreis-Umrichters mit einem netzseitigen selbstgeführten Stromrichter näher beschrieben wird.To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which the inventive method is described in detail using a voltage source inverter with a network-side self-commutated converter.

1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Spannungszwischenkreis-Umrichters mit schlankem Zwischenkreis, die 1 shows an equivalent circuit diagram of a voltage intermediate-circuit converter with a slim DC link, the

2 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Spannungszwischenkreis-Umrichters mit einem AFE, in der 2 shows an equivalent circuit diagram of a voltage source inverter with an AFE, in the

3 ist ein Ersatzschaltbild eines speisenden Netzes dargestellt, wobei in der 3 an equivalent circuit diagram of a feeding network is shown, wherein in the

4 in einem Diagramm eine Netzimpedanz des speisenden Netzes nach 3 über die Frequenz dargestellt ist und die 4 in a diagram a network impedance of the feeding network after 3 is represented over the frequency and the

5 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Spannungszwischenkreis-Umrichters nach 2 mit einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei in der 5 shows an equivalent circuit diagram of a voltage source inverter 2 with an apparatus for carrying out the method according to the invention, wherein in the

6 ein Amplitudenspektrum dargestellt ist. 6 an amplitude spectrum is shown.

In der 5 ist das Ersatzschaltbild des Spannungszwischenkreis-Umrichters gemäß 2 vereinfacht dargestellt und mit einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens versehen. Zu dieser Vorrichtung gehört zunächst eine Einrichtung 46, mit der ein zeitlicher Verlauf einer Netzspannung uN an den Eingangsklemmen 48 und 50 des Spannungszwischenkreis-Umrichters mit AFE 20 ermittelt werden kann. Dieser zeitliche Verlauf sollte wenigstens über die Periodendauer einer Grundschwingung dieser Netzspannung uN ermittelt werden. Je länger die Zeitspanne für den zeitlichen Verlauf ist, desto höher wird die Auflösung im Amplitudenspektrum. Eine bevorzugte Zeitspanne für den zeitlichen Verlauf der Netzspannung uN entspricht der Zeitspanne von fünf Periodendauern einer Grundschwingung der Netzspannung uN.In the 5 is the equivalent circuit of the voltage source inverter according to 2 shown simplified and provided with a device for carrying out the method according to the invention. To this device first belongs a device 46 , with which a time course of a mains voltage u N at the input terminals 48 and 50 of the voltage source inverter with AFE 20 can be determined. This time course should be determined at least over the period of a fundamental oscillation of this mains voltage u N. The longer the time span for the time course, the higher the resolution in the amplitude spectrum becomes. A preferred period of time for the time course of the mains voltage u N corresponds to the time period of five period durations of a fundamental oscillation of the mains voltage u N.

Dieser Einrichtung 46 ist eine Fourieranalyse-Einrichtung 52 nachgeschaltet, mittels des ein Amplitudenspektrums A(f) der periodischen Netzspannung uN(t) bestimmt wird (6). Als Amplitudenspektrum A(f) wird in der Signalverarbeitung der Betragsverlauf des Frequenzspektrums über die Frequenz f eines periodischen Signals bezeichnet. Es stellt die spektralen Anteile und deren Verteilung als Funktion der Frequenz f dar. Bei einem periodischen Signal ist das Amplitudenspektrum A(f) immer durch diskrete Frequenzanteile charakterisiert. Da kritische Frequenzanteile im Amplitudenspektrum A(f) gemäß der 6 nur bei dem Spannungszwischenkreis-Umrichter bekannten einzelnen Frequenzen fP – fN und fP + fN der Seitenbänder der Pulsfrequenz fP und deren Vielfachen, auftreten, interessieren für das weitere Verfahren nur die Amplitude A1 dieser Frequenzen fP – fN und fP + fN.This device 46 is a Fourier analysis device 52 is determined by means of the amplitude spectrum A ( f ) of the periodic line voltage u N (t) ( 6 ). The amplitude spectrum A ( f ) in signal processing is the magnitude curve of the frequency spectrum over the frequency f of a periodic signal. It represents the spectral components and their distribution as a function of the frequency f. In the case of a periodic signal, the amplitude spectrum A (f) is always characterized by discrete frequency components. Since critical frequency components in the amplitude spectrum A (f) according to the 6 occur only at the voltage intermediate frequency converter known individual frequencies f P - f N and f P + f N of the sidebands of the pulse frequency f P and their multiples, interest for the further process only the amplitude A1 of these frequencies f P - f N and f P + f N.

Zur Auswertung des bestimmten Amplitudenspektrum A(f) ist der Fourieranalyse-Einrichtung 52 eine Einrichtung 54 nachgeschaltet. Dieser Einrichtung 54 ist ebenfalls eine vorbestimmte zulässige Amplitude UNO für die Beiträge der Seitenbänder bei der Pulsfrequenz fP zugeführt. Mittels dieser Einrichtung 54 wird eine ermittelte Amplitude A1 der Seitenbänder der Pulsfrequenz fP des bestimmten Amplitudenspektrums A(f) mit der zulässigen Amplitude UNO betragsmäßig verglichen. Ist die ermittelte Amplitude A1 größer als die vorbestimmte zulässige Amplitude UNO, so trifft die Pulsfrequenz fP des netzseitigen selbstgeführten Stromrichters 20 des am speisenden Netz 26 angeschlossenen Spannungszwischenkreis-Umrichters auf eine Resonanzstelle des speisenden Netzes 26.For evaluation of the determined amplitude spectrum A (f) is the Fourier analysis device 52 An institution 54 downstream. This device 54 is also a predetermined allowable amplitude U NO for the contributions of the sidebands at the pulse frequency f P supplied. By means of this device 54 a determined amplitude A1 of the sidebands of the pulse frequency f P of the determined amplitude spectrum A (f) is compared in magnitude with the allowable amplitude U NO . If the determined amplitude A1 is greater than the predetermined permissible amplitude U NO , the pulse frequency f P of the network-side, self-commutated converter meets 20 of the feeding network 26 connected voltage source inverter to a resonance point of the feeding network 26 ,

Bei diesem Vergleichsergebnis generiert diese Einrichtung 54 ein Steuersignal SVP, das einer Einrichtung 56 zugeführt wird. Am Ausgang dieser Einrichtung 56 steht eine veränderte Pulsfrequenz fPv an, die dem Modulator 38 des netzseitigen selbstgeführten Stromrichters 20 des Spannungszwischenkreis-Umrichters zugeführt ist. Diese Einrichtung 56 kann beispielsweise ein Phasenregelkreis, auch als Phase-locked Loop (PLL) bezeichnet, sein. Diese Pulsfrequenz fP muss derart verändert werden, dass die veränderte Pulsfrequenz fPv nicht mehr auf die Resonanzstelle des speisenden Netzes 26 trifft. Wird die Pulsfrequenz fP erhöht, so muss diese gemäß der Impedanzkennlinie R der 4 nur gering erhöht werden, um nicht mehr auf die Resonanzstelle im speisenden Netz 26 zu treffen. Bei der Veränderung der Pulsfrequenz fP wird darauf geachtet, dass die thermischen Auswirkungen auf den Umrichter vernachlässigt werden können.This facility generates this comparison result 54 a control signal S VP , the one device 56 is supplied. At the exit of this institution 56 is an altered pulse rate f Pv , the modulator 38 the mains-side self-commutated power converter 20 of the voltage intermediate circuit Inverter is supplied. This device 56 For example, a phase-locked loop, also referred to as a phase-locked loop (PLL) may be. This pulse frequency f P must be changed so that the changed pulse frequency f Pv is no longer on the resonance point of the feeding network 26 meets. If the pulse frequency f P is increased, then this must be in accordance with the impedance characteristic R of the 4 only slightly increased to no longer on the resonance point in the feeding network 26 hold true. When changing the pulse frequency f P care is taken that the thermal effects on the inverter can be neglected.

Bleibt die ermittelte Amplitude A1 des bestimmten Amplitudenspektrums A(f) betragsmäßig unter der vorbestimmten zulässigen Amplituden UNO für eine Spannungsoberschwingung, trifft die Pulsfrequenz fP des netzseitigen selbstgeführten Stromrichters 20 des Spannungszwischenkreis-Umrichters nach 2 nicht auf eine Resonanzstelle im speisenden Netz 26. Aus diesem Grund generiert die Einrichtung 56 kein Steuersignal SVP.If the ascertained amplitude A1 of the determined amplitude spectrum A (f) remains below the predetermined permissible amplitudes U NO for a voltage harmonic, the pulse frequency f P of the network-side, self-commutated power converter remains 20 of the voltage source inverter 2 not on a resonance point in the feeding network 26 , Because of this, the device generates 56 no control signal S VP .

Kann auch bei einer großen Veränderung der Pulsfrequenz fP des netzseitigen Stromrichters 20 des Spannungszwischenkreis-Umrichters nach 2 eine Reduzierung der Amplitude A1 bei der Pulsfrequenz fP des bestimmten Amplitudenspektrums A(f) nicht erreicht werden, kann daraus gefolgert werden, dass nicht eine Resonanzstelle im speisenden Netz 26 vorliegt, sondern allgemein die Netzimpedanz ZN zu hoch ist. In diesem Fall generiert diese Einrichtung 54 ein Warnsignal SZNW, das am Umrichter optisch angezeigt werden kann.Can also with a large change in the pulse rate f P of the line-side converter 20 of the voltage source inverter 2 a reduction in the amplitude A1 at the pulse frequency f P of the particular amplitude spectrum A (f) can not be achieved, it can be concluded that not a resonance point in the feeding network 26 is present, but generally the network impedance Z N is too high. In this case, this facility generates 54 a warning signal S ZNW , which can be visually displayed on the inverter.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll nicht auf diese Ausführungsform beschränkt sein. Zur Bestimmung eines Amplitudenspektrums A(f) kann jede Möglichkeit genutzt werden, die bekannt ist. Da die Amplituden A1 der Seitenbänder der Pulsfrequenz fP des Amplitudenspektrums A(f) vorrangig von Interesse sind, kann man mittels eines Bandpassfilters anstelle der Einrichtung 52 dieser Amplituden A1 auf einfachere Weise ermitteln. Eine vorteilhafte Realisierung dieser Vorrichtung ist eine softwaremäßige, da diese dann in den Microprozessor der Regelungseinrichtung 42 des netzseitigen Stromrichters 20 einfach integriert werden kann.The device for carrying out the method according to the invention should not be limited to this embodiment. For the determination of an amplitude spectrum A (f), any possibility that is known can be used. Since the amplitudes A1 of the sidebands of the pulse frequency f P of the amplitude spectrum A (f) are of primary interest, it is possible to use a bandpass filter instead of the device 52 determine these amplitudes A1 in a simpler manner. An advantageous realization of this device is a software-based, since this then in the microprocessor of the control device 42 of the line-side converter 20 can be easily integrated.

Mittels diesem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Verträglichkeitspegel für Oberschwingungen einer leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern, insbesondere einem Spannungszwischenkreis-Umrichter nach 1 bzw. nach 2, eingehalten werden, ohne zu wissen, ob im speisenden Netz Resonanzstellen auftreten. Gegenüber konventionellen Lösungen kann der Filteraufwand auf der Netzseite einer leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern zusätzlich reduziert werden.By means of this method according to the invention, the compatibility level for harmonics of a power electronic circuit with turn-off power semiconductors, in particular a voltage source inverter according to 1 or after 2 , are observed, without knowing whether resonant points occur in the feeding network. Compared to conventional solutions, the filter effort on the network side of a power electronic circuit with turn-off power semiconductors can be additionally reduced.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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  • Norm ICE 61000-3-12 [0009] Standard ICE 61000-3-12 [0009]

Claims (7)

Verfahren zur Reduzierung von Netzrückwirkungen einer leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern auf sein speisendes Netz mit folgenden Verfahrensschritten: a) Ermittlung eines zeitlichen Verlaufs einer Netzspannung (uN) des speisenden Netzes (26) an den Eingangsklemmen (48, 50) der leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern, b) Bestimmung eines Amplitudenspektrums (A(f)) der ermittelten Netzspannung (uN), c) Überprüfung einer Amplitude (A1) des bestimmten Amplitudenspektrums (A(f)) bei einer Pulsfrequenz (fP) der leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern auf Überschreitung einer vorbestimmten zulässigen Amplitude (UNO) und d) Änderung der Pulsfrequenz (fP) der leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern bei Überschreitung derart, dass die Amplitude (A1) bei der Pulsfrequenz (fP) gleich oder kleiner der vorbestimmten zulässigen Amplitude (UNO) ist.Method for reducing system perturbations of a power electronic circuit with turn-off power semiconductors on its feeding network with the following method steps: a) Determining a time profile of a mains voltage (u N ) of the supplying network ( 26 ) at the input terminals ( 48 . 50 b) determining an amplitude spectrum (A (f)) of the determined mains voltage (u N ), c) checking an amplitude (A1) of the determined amplitude spectrum (A (f)) at a pulse frequency (f P ) of the electronic power circuit with turn-off power semiconductors on exceeding a predetermined allowable amplitude (U NO ) and d) change the pulse frequency (f P ) of the electronic power circuit with turn-off power semiconductors when exceeded such that the amplitude (A1) at the pulse frequency (f P ) is equal to or less than the predetermined allowable amplitude (U NO ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfrequenz (fP) der leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern verringert wird.A method according to claim 1, characterized in that the pulse frequency (f P ) of the power electronic circuit is reduced with turn-off power semiconductors. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfrequenz (fP) der leistungselektronischen Schaltung mit abschaltbaren Leistungshalbleitern erhöht wird.A method according to claim 1, characterized in that the pulse frequency (f P ) of the power electronic circuit is increased with turn-off power semiconductors. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Amplitudenspektrum (A(f)) des zeitlichen Verlaufs der Netzspannung (uN) mittels einer Fouriertransformation bestimmt wird.A method according to claim 1, characterized in that the amplitude spectrum (A (f)) of the time course of the mains voltage (u N ) is determined by means of a Fourier transformation. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Netzspannung (uN) über wenigstens einer Periode seiner Grundschwingung ermittelt wird.A method according to claim 1, characterized in that the temporal course of the mains voltage (u N ) over at least one period of its fundamental oscillation is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Netzspannung (uN) über fünf Perioden seiner Grundschwingung ermittelt wird.A method according to claim 1, characterized in that the time course of the mains voltage (u N ) over five periods of its fundamental oscillation is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte zeitliche Verlauf der Netzspannung (uN) bandpassgefiltert wird.A method according to claim 1, characterized in that the determined time profile of the mains voltage (u N ) is band-pass filtered.
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