DE19738125A1

DE19738125A1 - Method and device for compensating for mains voltage distortions occurring in a network

Info

Publication number: DE19738125A1
Application number: DE19738125A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Ing Weinhold; Rainer Dipl Ing Zurowski; Martin Dipl Ing Sonnenschein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2017-09-02
Also published as: DE19738125C2; BR9812619A; EP1010231A1; NO20001054L; WO1999012243A1; NO20001054D0; JP2001515339A; CA2302498A1

Abstract

The invention refers to a method and device for offsetting network voltage (14) distortions (uN,v+/-), involving a pulsating current rectifier (4) and an active filter (2) comprising a coupling device for LC oscillatory circuits. According to the invention, at least one complex amplitude (<u>u</u>N,v+/-) and at least one distortion of the network voltage (uN,v+/-), from which a space vector for the partial transfer ratio (üv+/-) and a space vector for the partial transfer ratio (üh) are determined depending on the real value of the transfer circuit voltage (Vdc) in the pulsating current rectifier (4), while control signals (S1....., S6) intended for the pulsating current rectifier are generated on the basis of a space vector for the partial transfer ratio (ü), obtained from the space vectors for the partial transfer ratio (ü v+/-, üh). As a result, the active filter (2) operated, in on connecting point (20) on the network (14), as a complex low impedance resistor for higher harmonics to be mitigated (uN,v+/-), and the capacitive accumulator (6) in the pulsating current rectifier (4) is adjusted according to a set a nominal value for the transfer circuit voltage (Vdcsoll).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor richtung zur Kompensation von in einem Netz auftretenden Netzspannungsverzerrungen mittels eines einen Pulsstromrich ter mit kapazitivem Speicher und eine LC-Schwingkreis-Ankopp lung aufweisenden aktiven Filters.The invention relates to a method and a front direction for compensation of those occurring in a network Mains voltage distortion using a pulse current converter with capacitive memory and an LC resonant circuit coupling active filter.

Zur Filterung von Oberschwingungen wurden bisher passive Fil ter eingesetzt, die auf die entsprechende zu filternde Fre quenz abgestimmt sind. Durch die starke Verbesserung und Ver billigung von Leistungshalbleiterbauelementen werden ver stärkt Pulsstromrichter als aktive Filter entwickelt und ein gesetzt. Diese ersetzen entweder die passiven Filter voll ständig oder verbessern in Kombination mit passiven Filtern die Charakteristik der passiven Filteranlage (Hybridfilter). Der Vorteil von aktiven Filtern gegenüber den passiven liegt insbesondere darin, daß die Filterwirkung eines aktiven Fil ters stufenlos einstellbar ist und sich aktive Filter vor Überlastung schützen können. Sie arbeiten dann entlang ihrer Bemessungsgrenze. Außerdem können durch die Regelung eventu ell vorhandene Parallel- oder Serienresonanzen mit der Netzimpedanz vermieden werden. Die Eigenschaften eines akti ven Filters können im Falle eines digitalen Regelsystems recht einfach durch Umparametrierung der Regelparameter geän dert werden.Passive filters have been used to filter harmonics ter used, which on the corresponding Fre to be filtered are coordinated. Due to the strong improvement and ver Approval of power semiconductor components are ver strengthens and develops pulse converters as active filters set. These either completely replace the passive filters constantly or improve in combination with passive filters the characteristics of the passive filter system (hybrid filter). Active filters have an advantage over passive filters especially in that the filter effect of an active fil ters is continuously adjustable and active filters Can protect overload. They then work along theirs Design limit. In addition, eventu ell existing parallel or series resonances with the Mains impedance can be avoided. The properties of an acti ven filters can be used in the case of a digital control system changed quite easily by re-parameterizing the control parameters be changed.

In dem Aufsatz "NEW TRENDS IN ACTIVE FILTERS" von H. Akagi, abgedruckt im Konferenzband "EPE '95", Sevilla, S. 0.017 bis 0.026, wird der Stand des aktiven Filters vorgestellt. Dieser aktive Filter kann parallel zu einer Last- oder seriell in eine Verbindungsleitung zwischen einem Netz und einer Last angeschlossen werden. Im erstgenannten Fall werden die Blind stromanteile im Laststrom ermittelt und mittels des aktiven Filters am Einspeisepunkt der Last abgesaugt, so daß das Netz von den Blindströmen entlastet ist. Bei der seriellen Ankopp lung des aktiven Filters werden Netzoberschwingungen des Net zes derart kompensiert, daß die Lastspannung von diesen Net zoberschwingungen entlastet ist. Weiterhin werden Kombinatio nen jeweils mit einem aktiven Filter und einem passiven Fil ter und einer Kombination zweier aktiver Filter mit paralle ler und serieller Ankopplung vorgestellt. Diesem Aufsatz ist außerdem zu entnehmen, daß das aktive Filter mit paralleler Ankopplung statt der Verarbeitung des Laststromes die Netz spannung verarbeitet, wenn dieser aktive Filter mit paralle ler Ankopplung in einem Verteilnetz angeschlossen wird.In the essay "NEW TRENDS IN ACTIVE FILTERS" by H. Akagi, printed in the conference volume "EPE '95", Sevilla, p. 0.017 bis 0.026, the level of the active filter is presented. This active filter can be parallel to a load or serial in a connecting line between a network and a load be connected. In the former case, the blind Current components in the load current determined and by means of the active Filters are sucked off at the feed point of the load, so that the network is relieved of the reactive currents. With the serial coupling The active filter becomes harmonics of the Net zes compensated so that the load voltage of this net vibrations is relieved. Furthermore, combinatio each with an active filter and a passive fil ter and a combination of two active filters with parallel and serial coupling presented. This essay is also see that the active filter with parallel Coupling the network instead of processing the load current voltage processed when this active filter with parallel Coupling in a distribution network is connected.

In dem Aufsatz "HYBRID-ACTIVE FILTERING OF HARMONIC CURRENTS IN POWER SYSTEMS", abgedruckt in "IEEE/PES Winter Meeting", 1995, S. 1 bis 7, wird die Topologie und die Steuerung eines Hybridfilters, bestehend aus einem passiven und aktiven Fil ter, vorgestellt. Der aktive Filter weist einen Pulsstrom richter mit kapazitivem Speicher auf, der mittels eines Gleichrichters und eines Transformators an ein Wechselspan nungsnetz angeschlossen ist. Der Pulsstromrichter ist mittels eines Ankoppeltransformators elektrisch in Reihe mit dem pas siven Filter geschaltet. Das passive Filter weist mehrere LC-Schwing kreise auf, die jeweils auf eine Oberschwingung abge stimmt sind und dessen Impedanz kapazitiv ist. Mittels des Gleichrichters wird der kapazitive Speicher des Pulsstrom richters auf seinen Sollwert gesteuert. Als Eingangssignale der Regel- und Steuereinrichtung des aktiven Filters werden der Laststrom, die Netzspannung und die Filterspannung ver wendet. Aus diesen Eingangssignalen werden verschiedene Stro manteile eines Filterstrom-Sollwertes ermittelt, die zum Fil terstrom-Sollwert überlagert werden. Die Steuersignale für den Pulsstromrichter des aktiven Filters werden mittels einer Stromregeleinrichtung generiert, an deren Eingängen der er mittelte Filterstrom-Sollwert und ein gemessener Filterstrom- Istwert anstehen. In the essay "HYBRID-ACTIVE FILTERING OF HARMONIC CURRENTS IN POWER SYSTEMS ", printed in" IEEE / PES Winter Meeting ", 1995, pp. 1 to 7, the topology and control of a Hybrid filter, consisting of a passive and active fil ter, presented. The active filter has a pulse current with a capacitive memory, which by means of a Rectifier and a transformer to an alternating voltage network is connected. The pulse converter is by means of a coupling transformer electrically in series with the pas active filter switched. The passive filter has several LC oscillations circles, each based on a harmonic are correct and the impedance is capacitive. By means of the The capacitive storage of the pulse current becomes the rectifier controlled to its setpoint. As input signals the regulation and control device of the active filter the load current, the mains voltage and the filter voltage ver turns. Different Stro parts of a filter current setpoint determined for the fil tercurrent setpoint are superimposed. The control signals for the pulse converter of the active filter are activated by means of a Current control device generated at the inputs of the average filter current setpoint and a measured filter current Pending actual value.

Aus der Veröffentlichung "Shunt-Connected Power Conditioner for Improvement of Power Quality in Distribution Networks", abgedruckt in "International Conference on Harmonics and Qua lity of Power", Las Vegas, Nevada, Oct. 16-18, 1996, ist ein Steuerverfahren für eine Kompensationseinrichtung mit pa ralleler Ankopplung bekannt. Diesem Konferenzbericht ist zu entnehmen, daß der Kompensatorspannungs-Raumzeiger aus der am kapazitiven Speicher abfallenden Spannung und einem Übertra gungsverhältnis-Raumzeiger berechnet wird. Außerdem ist die sem Bericht zu entnehmen, daß der Übertragungsverhältnis- Raumzeiger aus mehreren Teilverhältnis-Raumzeigern zusammen gesetzt werden kann. Ferner ist angegeben, wie die Teilüber tragungsverhältnis-Raumzeiger bestimmt werden.From the publication "Shunt-Connected Power Conditioner for Improvement of Power Quality in Distribution Networks ", printed in "International Conference on Harmonics and Qua "City of Power", Las Vegas, Nevada, Oct. 16-18, 1996 a control procedure for a compensation device with pa parallel coupling known. This conference report is closed remove that the compensator voltage space pointer from the am capacitive memory dropping voltage and a transfer ratio space pointer is calculated. Besides, that is from the report that the transfer ratio Space pointer composed of several partial ratio space pointers can be set. It also specifies how the partial transfer load ratio space pointer can be determined.

Diese Kompensationseinrichtung weist einen Pulsstromrichter mit wenigstens einem kapazitiven Speicher, einen Anpaßfilter und eine Regel- und Steuereinrichtung auf. Diese Kompensati onseinrichtung ist elektrisch parallel zu einem nicht idealen Verbraucher geschaltet, der aus einem Netz versorgt wird. Der Regel- und Steuereinrichtung sind ein Netzspannungs-Raumzei ger, ein Netzstrom-Raumzeiger und ein Zwischenkreis-Span nungs-Istwert, der an den beiden kapazitiven Speichern des Pulsstromrichters abfällt, zugeführt. Diese Raumzeiger werden mittels einer Raumzeiger-Transformationseinrichtung aus ge messenen Leiterspannungen und Netzströmen generiert. Die Re gel- und Steuereinrichtung weist eine Regeleinrichtung zur Bestimmung eines Übertragungsverhältnis-Raumzeigers und einem Pulsweitenmodulator auf. Der Übertragungsverhältnis-Raumzei ger ist die Stellgröße des Pulsstromrichters, die mittels des Pulsweitenmodulators in Steuersignale für diesen Pulsstrom richter umgewandelt wird.This compensation device has a pulse converter with at least one capacitive memory, a matching filter and a regulating and control device. This compensation onseinrichtung is electrically parallel to a not ideal Switched consumer, which is supplied from a network. Of the The regulating and control device are a mains voltage space ger, a mains current space pointer and an intermediate circuit chip Actual value, which at the two capacitive memories of the Pulse converter drops, supplied. These space pointers will be by means of a space pointer transformation device from ge measured line voltages and mains currents. The Re Gel and control device has a control device Determination of a transfer ratio space vector and one Pulse width modulator. The transfer ratio space time ger is the manipulated variable of the pulse converter, which by means of Pulse width modulator in control signals for this pulse current judge is converted.

Damit die gewünschte Filterwirkung des aktiven Filters sich einstellt, muß dieses aktive Filter am Verknüpfungspunkt für die zu bedämpfenden Oberschwingungen wie ein komplexer Wider stand mit geringer Impedanz wirken. Damit dient das Filter als Senke für die in der Nachbarschaft angeschlossenen Ober schwingungserzeuger. Vorteilhaft wäre es, wenn das Filter sich wie ein Ohmscher Widerstand verhält und damit Ober schwingungen bedämpft. Dadurch ließen sich Resonanzeffekte zwischen dem Filter und dem Netz vermeiden.So that the desired filter effect of the active filter itself , this active filter must be at the junction for the harmonics to be dampened like a complex harmonic stand with low impedance. So the filter serves as a sink for the waiters connected in the neighborhood vibrator. It would be advantageous if the filter behaves like an ohmic resistor and thus Ober dampened vibrations. This allowed resonance effects avoid between the filter and the network.

Um dies zu erreichen, muß das aktive Filter in seinen An schlußklemmen die zu filternden Oberschwingungen in der Netz spannung erfassen und in Phase zu den jeweiligen Oberschwin gungen einen Strom aufnehmen. Die Größe des Stromes kann da bei durch Variation des Wertes des Ohmschen Widerstandes ein gestellt werden. Im Idealfall bildet dann das aktive Filter für die ausgewählten Oberschwingungen einen Kurzschluß, so daß die ausgewählten Oberschwingungsspannungen am Verknüp fungspunkt des Filters zu Null werden.To achieve this, the active filter must be in its way finally clamp the harmonics to be filtered in the network capture voltage and in phase to the respective harmonic a current. The size of the current can be there at by varying the value of the ohmic resistance be put. Ideally, the active filter then forms a short circuit for the selected harmonics, see above that the selected harmonic voltages at the link point of the filter become zero.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens für ei nen aktiven Filter derart anzugeben, daß eine Spannungsdiffe renz zwischen Netz- und Pulsstromrichterspannung stationär einen gewünschten Filterstrom durch eine LC-Schwingkreis-An kopplung treibt.The invention is based on the object of a method and an apparatus for performing the method for egg NEN active filter indicate such that a voltage difference boundary between mains and pulse converter voltage stationary a desired filter current through an LC resonant circuit coupling drives.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. Anspruchs 3.This object is achieved with the features of claim 1 or claim 3.

Mittels diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Ge samtübertragungsverhältnis-Raumzeiger derart bestimmt, daß die Spannungsdifferenz zwischen Netzspannung und Pulsstrom richterspannung stationär einen gewünschten Filterstrom durch eine LC-Schwingkreis-Ankopplung treibt. Dabei setzt sich der Gesamtübertragungsverhältnis-Raumzeiger aus mehreren Teil übertragungsverhältnis-Raumzeigern zusammen.A Ge total transmission ratio space pointer determined such that the voltage difference between mains voltage and pulse current rectifier voltage stationary through a desired filter current drives an LC resonant circuit coupling. The sits down Total transfer ratio space pointer from several parts transfer ratio space pointers together.

Mittels einem ersten Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger, der in Abhängigkeit einer ermittelten komplexen Amplitude ei ner im Netz vorhandenen Netzspannungsverzerrung bestimmt wird, wird in Abhängigkeit des Zwischenkreis-Spannungs-Ist wertes eine Pulsstromrichter-Spannung generiert, die ein Fil terstrom antreibt, der durch dessen Spannungsabfall an den Netzimpedanzen eine Netzspannungsverzerrung in der Netzspan nung verschwinden läßt. Damit wirkt das aktive Filter für eine Netzspannungsverzerrung am Verknüpfungspunkt wie ein Kurzschluß.By means of a first partial transfer ratio space pointer, the function of a determined complex amplitude ei ner existing mains voltage distortion determined is dependent on the actual DC link voltage a pulse converter voltage that a fil drives terstrom, which due to its voltage drop to the Mains impedance distortion in the mains voltage can disappear. So the active filter works for a line voltage distortion at the node like a Short circuit.

Mittels des anderen Teilübertragungsverhältnis-Raumzeigers wird in der Pulsstromrichterspannung ein Verzerrungsanteil erzeugt, der gleich dem Netzspannungsverzerrungsanteil ist, der aus der Differenz zwischen Netzspannung und Netzspan nungs-Grundschwingung ermittelt wird. Dadurch fließen keine unerwünschten Verzerrungsströme in das aktive Filter, so daß die gesamte Bauleistung des Pulsstromrichters zur Filterung von vorbestimmten Netzspannungsverzerrungen zur Verfügung steht.By means of the other partial transfer ratio space vector becomes a distortion component in the pulse converter voltage generated, which is equal to the mains voltage distortion component, the difference between the mains voltage and the mains voltage voltage fundamental vibration is determined. As a result, none flow unwanted distortion currents in the active filter, so that the entire construction work of the pulse converter for filtering of predetermined mains voltage distortions stands.

Um weitere Stromrichterbauleistung zu sparen, muß die LC-Schwing kreis-Ankopplung die Netzspannungs-Grundschwingung vom Pulsstromrichter fernhalten und gleichzeitig eine nieder ohmige Ankopplung des Pulsstromrichters für eine zu filternde Netzspannungsverzerrung bieten. Diese Eigenschaften erfüllt eine LC-Schwingkreis-Ankopplung, deren Resonanzfrequenz bei spielsweise nicht gleich der Frequenz der 5. Oberschwingung ist, sondern beispielsweise gleich der Frequenz der 4. Ober schwingung. Auf diese Weise wird der Pulsstromrichter nicht nennenswert mit der Netzspannungs-Grundschwingung belastet, so daß nahezu seine volle Bauleistung zur Oberschwingungsfil terung zur Verfügung steht. Durch diese Abstimmung der LC-Schwing kreis-Ankopplung ist die gesamte Impedanz zwischen Pulsstromrichter und Netz für eine zu filternde Netzspan nungsverzerrung induktiv, so daß das Verfahren immer stabil ist.In order to save further converter construction work, the LC oscillation circuit coupling the mains voltage fundamental from Keep the pulse converter away and keep one at the same time ohmic coupling of the pulse converter for a filter Offer line voltage distortion. These properties are fulfilled an LC resonant circuit coupling, the resonance frequency at for example not equal to the frequency of the 5th harmonic is, but for example equal to the frequency of the 4th upper vibration. This way the pulse converter will not noticeably burdened with the mains voltage fundamental oscillation, so that almost its full construction to the harmonic fil is available. By this tuning the LC-Schwing circuit coupling is the total impedance between Pulse converter and network for a network chip to be filtered voltage distortion inductive, so that the process is always stable is.

Bei einem vorteilhaften Verfahren wird ein weiterer Teilüber tragungsverhältnis-Raumzeiger ermittelt, der bei einer zu kleinen Zwischenkreis-Spannung des Pulsstromrichters gleich phasig und bei einer zu großen Zwischenkreis-Spannung gegen phasig zur Filterstrom-Grundschwingung ist. Dies hat eine Pulsstromrichter-Grundschwingungs-Spannung zur Folge, wodurch dem kapazitiven Speicher des Pulsstromrichters Energie zuge führt oder entzogen wird. Somit wird die Zwischenkreisspan nung auf einen vorbestimmten Sollwert geregelt, so daß auf eine zusätzliche Energieversorgungseinrichtung für den kapa zitiven Speicher des Pulsstromrichters verzichtet werden kann.In an advantageous method, another part is transferred load ratio space pointer determined that at a too small DC link voltage of the pulse converter phase and against an excessive DC link voltage is in phase with the filter current fundamental. This has one Pulse converter fundamental voltage result, whereby the capacitive memory of the pulse converter energy supplied leads or is withdrawn. Thus the DC link chip regulated to a predetermined target value, so that on an additional energy supply device for the kapa quoted memory of the pulse converter can be dispensed with can.

Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kompensation von in einem Netz auftretenden Netzspannungsver zerrungen mittels eines aktiven Filters wird auf die Zeich nung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel der Vor richtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch veranschaulicht ist:To further explain the inventive method for Compensation of mains voltage ver strains by means of an active filter is applied to the drawing tion referred to in the an embodiment of the front direction for performing the method according to the invention is illustrated schematically:

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen aktiven Filters, das einen Pulsstromrichter mit ei ner LC-Schwingkreis-Ankopplung aufweist, die Fig. 1 shows a block diagram of an active filter according to the invention, which has a pulse converter with egg ner LC resonant circuit coupling, the

Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Regeleinrichtung zur Gene rierung eines Gesamtübertragungsverhältnis-Raumzei gers, wobei in Fig. 2 shows the structure of a control device for generating a total transmission ratio space generator, wherein in

Fig. 3 das Blockschaltbild eines Netzspannungsverzerrungs- Reglers der Regeleinrichtung nach Fig. 2 darge stellt ist, die Fig. 3 is the block diagram of a mains voltage distortion controller of the control device according to Fig. 2 Darge provides

Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild des Netzspannungsverzer rungs-Reglers nach Fig. 3 mit einer Strombegren zung, die Fig. 4 shows the block diagram of the Netzspannungsverzer regulator according to Fig. 3 with a current limitation, the

Fig. 5 zeigt das Blockschaltbild einer Steuereinrichtung zur Verhinderung unerwünscht er Filterströme der Re geleinrichtung nach Fig. 2, wobei die Fig. 5 shows the block diagram of a control device for preventing undesirable filter currents of the re gel device of FIG. 2, wherein the

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Gleichspannungsreglers der Regeleinrichtung des Pulsstromrichters dar stellt. Fig. 6 is a block diagram of a DC voltage regulator of the control device of the pulse converter.

Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines aktiven Filters 2, das einen Pulsstromrichter 4 mit wenigstens einem kapazitiven Speicher 6, einen Anpaßfilter 8 und eine Regel- und Steuer einrichtung 10 aufweist. Dieser Pulsstromrichter 4 ist mit tels einer LC-Schwingkreis-Ankopplung 12 elektrisch parallel in einem größeren Netz 14, beispielsweise in einem Ringnetz, geschaltet. Von diesem Netz 14 sind nur zwei Netzbereiche 14 ₁, 14 ₂ dargestellt, in denen mehrere nicht näher darge stellte Oberschwingungserzeuger wirken. Der Regel- und Steu ereinrichtung 10 sind ein Netzspannungs-Raumzeiger , ein Filterstrom-Raumzeiger und ein Zwischenkreis-Spannungs- Istwert V_dc, der an den beiden kapazitiven Speichern 6 des Pulsstromrichters 4 abfällt, zugeführt. Diese Raumzeiger und werden mittels einer Raumzeiger-Transformationsein richtung, die nicht näher dargestellt ist, aus gemessenen Leiterspannungen und Filterströmen generiert. Das Anpaßfilter 8 ist hier ersatzweise durch eine Induktivität L_K darge stellt, wogegen in dem eingangs genannten Konferenzbericht von Las Vegas dieses Anpaßfilter 8 im Detail dargestellt ist. Die Regel- und Steuereinrichtung 10 weist eine Regeleinrich tung 16 zur Bestimmung eines Gesamtübertragungsverhältnis Raumzeigers und einen Pulsweitenmodulator 18 auf, der durch eine unterbrochene Linie dargestellt ist. Der Ge samtübertragungsverhältnis-Raumzeigers ist die Stellgröße des Pulsstromrichters 4, der mittels des Pulsweitenmodulators 18 in Steuersignale S₁, . . ., S₆ für diesen Pulsstromrichter 4 umgewandelt wird. Fig. 1 shows a block diagram of an active filter 2 having a pulse converter 4 with at least one capacitive memory 6 , a matching filter 8 and a regulating and control device 10 . This pulse converter 4 is electrically connected in parallel in a larger network 14 , for example in a ring network, by means of an LC resonant circuit coupling 12 . Of this network 14 , only two network areas 14 ₁ , 14 ₂ are shown, in which several harmonic generators, not shown, act. The regulating and control device 10 are a mains voltage space vector, a filter current space vector and an intermediate circuit voltage actual value V _dc , which drops at the two capacitive memories 6 of the pulse converter 4 , supplied. These space pointers and are generated by means of a space pointer transformation device, which is not shown in more detail, from measured conductor voltages and filter currents. The matching filter 8 is here replaced by an inductance L _K Darge, whereas this matching filter 8 is shown in detail in the aforementioned conference report from Las Vegas. The regulating and control device 10 has a Regeleinrich device 16 for determining an overall transmission ratio space vector and a pulse width modulator 18 , which is shown by a broken line. The Ge total transmission ratio space vector is the manipulated variable of the pulse converter 4 , which by means of the pulse width modulator 18 in control signals S ₁ . . ., S _{6 is converted} for this pulse converter 4 .

Die LC-Schwingkreis-Ankopplung 12 besteht aus einer Reihen schaltung einer Drossel L und eines Kondensators C. Um die Bauleistung des Pulsstromrichters 4 zu reduzieren, muß diese LC-Schwingkreis-Ankopplung 12 die Eigenschaft haben, daß sie für die Netzspannungs-Grundschwingung hochohmig und für die zu filternden Oberschwingungen niederohmig wirken.The LC resonant circuit coupling 12 consists of a series circuit of a choke L and a capacitor C. In order to reduce the construction power of the pulse converter 4 , this LC resonant circuit coupling 12 must have the property that it is high-impedance and for the mains voltage fundamental oscillation have a low impedance for the harmonics to be filtered.

Soll zusätzlich die Grundschwingungsverschiebungsblindlei stungsaufnahme dieser Ankoppelschaltung 12 so gering wie mög lich sein, so ist der LC-Schwingkreis auf die zu filternden Oberschwingungen abzustimmen. Die Fig. 1 zeigt beispielhaft die Schaltung für ein aktives Filter, das eine Oberschwingung 5. Ordnung in der Netzspannung filtern soll. Im Falle mehrerer zu filternder Oberschwingungen kann es vorteilhaft sein, mehrere geeignet abgestimmte LC-Schwingkreise parallel zu schalten. Diese LC-Schwingkreis-Ankopplung 12 ist in sei ner Resonanzfrequenz so gewählt, daß die gesamte Impedanz zwischen Pulsstromrichter 4 und dem Verknüpfungspunkt 20 im Netz 14 für die zu filternde 5. Oberschwingung induktiv ist. Um eine weitere Bauleistungsreduktion des Pulsstromrichters 4 zu erreichen, muß die Ankopplung 12 die Netzspannungs-Grund richtung vom Pulsstromrichter 4 fernhalten und gleich zeitig eine niederohmige Ankopplung des Pulsstromrichters 4 für die zu filternden Oberschwingungen bieten. Auf diese Weise wird der Pulsstromrichter 4 nur gering mit der Netzspannungs-Grundschwingung belastet, und die volle Pulsstromrichterbauleistung steht zur Oberschwingungsfilte rung zur Verfügung. Als Pulsstromrichter 4 wird in der Praxis aufgrund der hohen verfügbaren Schaltfrequenzen ein IGBT-Zwei punkt-Stromrichter mit einem Gleichspannungskreis ge wählt. Aufgabe von Meßwerterfassung, Regeleinrichtung 16 und Pulsweitenmodulator 18 ist es, den für die Filterung notwen digen Gesamtübertragungsverhältnis-Raumzeiger zwischen dem Zwischenkreis-Spannungs-Istwert V_dc und dem Pulsstromrichter- Ausgangsspannung-Raumzeiger zu erzeugen.In addition, if the basic oscillation displacement blind power consumption of this coupling circuit 12 is to be as low as possible, the LC resonant circuit is to be matched to the harmonics to be filtered. Fig. 1 shows an example of the circuit for an active filter that is to filter a 5th order harmonic in the mains voltage. In the case of several harmonics to be filtered, it can be advantageous to connect several suitably tuned LC resonant circuits in parallel. This LC resonant circuit coupling 12 is selected in its resonant frequency so that the entire impedance between the pulse converter 4 and the node 20 in the network 14 is inductive for the 5th harmonic to be filtered. In order to achieve a further reduction in the power output of the pulse converter 4 , the coupling 12 must keep the basic line voltage direction away from the pulse converter 4 and at the same time offer a low-impedance coupling of the pulse converter 4 for the harmonics to be filtered. In this way, the pulse converter 4 is only slightly loaded with the mains voltage fundamental, and the full pulse converter construction is available for harmonic filtering. As a pulse converter 4 , an IGBT two-point converter with a DC voltage circuit is selected in practice due to the high switching frequencies available. The task of measured value acquisition, control device 16 and pulse width modulator 18 is to generate the total transmission ratio space pointer necessary for the filtering between the intermediate circuit voltage actual value V _dc and the pulse converter output voltage space pointer.

Soll das aktive Filter 2 als Senke für Oberschwingungen in den Netzbereichen 14 ₁ und 14 ₂ mit mehreren angeschlossenen, aber nicht näher dargestellten Oberschwingungserzeugern wirken, so ist die einzige sinnvolle Regelstrategie dieje nige, daß das Filter 2 nicht einen speziellen Laststrom fil tert, sondern an dem Verknüpfungspunkt 20 für die Oberschwin gungen wie ein niederohmiger Widerstand wirkt.If the active filter 2 acts as a sink for harmonics in the network areas 14 ₁ and 14 ₂ with several connected, but not shown, harmonic generators, the only sensible control strategy is that the filter 2 does not filter a special load current, but instead the node 20 acts for the harmonics as a low resistance.

Der Fig. 1 ist zu entnehmen, daß auf beiden Seiten des Ver knüpfungspunktes 20 Netzbereiche 14 ₁ und 14 ₂ des Netzes 14 zu sehen sind, die jeweils durch Netzanschlußimpedanzen R_N1, L_N1 und R_N2, L_N2 repräsentiert sind und die Anteile einer Verzer rungsspannung 5. Ordnung und aufweisen. Das Netz 14 enthält beliebige Oberschwingungserzeuger, die ebenfalls über Netzimpedanzen angeschlossen sind und die Verzerrungs spannungen und beeinflussen. Am Verknüpfungspunkt 20 ergibt sich eine Filterspannung . Da das aktive Fil ter 2 beispielsweise für die Filterung der 5. Oberschwingung regelt wird, ist dieses aktive Filter 2 für diese 5. Ober schwingung niederinduktiv und für alle anderen Frequenzen hochohmig. Durch das aktive Filter 2 fließt der Filterstrom der in Phase zur Filterspannung fließt und sich entsprechend der angeschlossenen Netzimpedanzen R_N1, L_N1 und R_N2, L_N2 aus den im Netzstrom enthaltenen Oberschwingungsströ men und zusammensetzt. Das aktive Filter 2, das einem Ohmschen Widerstand gleicht, nimmt damit einen Teil der im angeschlossenen Netz 14 auftretenden Oberschwingungsströme und auf, und zwar umso mehr, je niederohmiger dieses aktive Filter 2 ist. Ist der Ohmsche Widerstand dieses aktiven Filters 2 gleich Null, so sinkt die Oberschwingungs spannung am Verknüpfungspunkt 20 auf Null Volt ab und das aktive Filter 2 nimmt den maximal möglichen Strom auf. Dieses aktive Filter 2 bildet somit einen Kurzschluß bei spielsweise für die 5. Oberschwingung am Verknüpfungspunkt 20. Fig. 1 can be seen that on both sides of the Ver node 20 network areas 14 ₁ and 14 _{2 of} the network 14 can be seen, which are each represented by network connection impedances R _N1 , L _N1 and R _N2 , L _N2 and the proportions of one 5th order distortion voltage and exhibit. The network 14 contains any harmonic generator, which are also connected via network impedances and influence the distortion voltages and. A filter voltage results at node 20 . Because the active Fil is regulated ter 2, for example, the filtering of the fifth harmonic, this active filter 2 is for the 5th harmonic vibration with low inductance and high impedance for all other frequencies. Through the active filter 2 , the filter current flows in phase to the filter voltage and is made up of the harmonic currents contained in the mains current and is composed according to the connected network impedances R _N1 , L _N1 and R _N2 , L _N2 . The active filter 2 , which resembles an ohmic resistance, thus absorbs and absorbs a part of the harmonic currents occurring in the connected network 14 , and the more so, the lower this active filter 2 is. If the ohmic resistance of this active filter 2 is zero, the harmonic voltage at node 20 drops to zero volts and the active filter 2 draws the maximum possible current. This active filter 2 thus forms a short circuit for example for the 5th harmonic at node 20 .

In der Fig. 2 ist der Aufbau der Regeleinrichtung 16 schema tisch dargestellt. Diese Regeleinrichtung 16 weist wenigstens einen Netzspannungsverzerrungs-Regler 22, eine Steuereinrich tung 24 zur Verhinderung von unerwünschten Filterströmen und einen Gleichspannungs-Regler 26 auf, deren Ausgänge mit einer Summationsstelle 28 verknüpft sind. Der Aufbau des Reg lers 22 ist in der Fig. 3 bzw. der Fig. 4 näher dargestellt, wobei die Darstellung gemäß Fig. 4 zusätzlich eine Strombe grenzung aufweist. Der Aufbau der Steuereinrichtung 24 ist in der Fig. 5 und der Aufbau des Gleichstrom-Reglers 26 in der Fig. 6 näher dargestellt. Dem Netzspannungsverzerrungs-Regler 22, der auch als Oberschwingungs-Regler bezeichnet wird, ist ein ermittelter Netzspannungs-Raumzeiger zugeführt. Ist dieser Oberschwingungs-Regler 22 gemäß Fig. 4 ausgestaltet, so ist außerdem ein ermittelter Filterstrom-Raumzeiger und ein maximaler Stromrichter-Effektivstromwert I_max zuge führt, wobei diese beiden Signale und I_max mittels einer unterbrochenen Linie hier dargestellt sind. Am Ausgang dieses Oberschwingungs-Reglers 22 steht ein Teilübertragungsverhält nis-Raumzeiger an. Der Index ν mit ν = 5, 7, 11, . . . steht für die Ordnungszahl einer Oberschwingung, wobei der Index + bzw. - das Mit- bzw. das Gegensystem kennzeichnen. Für das dargestellte Beispiel gemäß Fig. 1 ist v = 5, wobei diese 5. Oberschwingung im Gegensystem auftritt, so daß als zweiter Index - erscheint. Der Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger lautet dann . Der Steuereinrichtung 24 sind ein er mittelter Netzspannungs-Raumzeiger und ein Zwischenkreis- Spannungs-Istwert V_dc zugeführt. Am Ausgang steht ebenfalls ein Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger an. Dem Gleich spannungs-Regler 26 sind der ermittelte Filterstrom-Raumzei ger , der ermittelte Zwischenkreis-Spannungs-Istwert V_dc und ein vorbestimmter Zwischenkreis-Spannungs-Sollwert V_dcsoll zugeführt. Am Ausgang steht ebenfalls ein Teilübertragungs verhältnis-Raumzeiger ü_dc an. Mittels der Summationsstelle 28 werden diese Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger , und zu einem Gesamtübertragungsverhältnis-Raumzeiger addiert, aus dem anschließend mit Hilfe des Pulsweitenmodula tors 18 Steuersignale S₁, . . ., S₆ für den Pulsstromrichter 4 generiert werden.In FIG. 2, the construction of the control device 16 is schematically illustrated. This control device 16 has at least one mains voltage distortion controller 22 , a device 24 Steuereinrich to prevent unwanted filter currents and a DC voltage controller 26 , the outputs of which are linked to a summation point 28 . The structure of the controller 22 is shown in FIG. 3 and FIG. 4 in more detail, the illustration of FIG. 4 also has a Strombe limitation. The structure of the control device 24 is shown in FIG. 5 and the structure of the DC regulator 26 in FIG. 6. A determined mains voltage space vector is fed to the mains voltage distortion regulator 22 , which is also referred to as a harmonic regulator. If this harmonic controller 22 is designed according to FIG. 4, a determined filter current space vector and a maximum converter effective current value I _{max are also} supplied, these two signals and I _{max being} shown here by means of a broken line. At the output of this harmonic controller 22 is a partial transmission ratio space pointer. The index ν with ν = 5, 7, 11,. . . stands for the ordinal number of a harmonic, the index + or - denoting the co- or the negative system. For the example shown in FIG. 1, v = 5, this 5th harmonic occurring in the opposite system, so that - appears as the second index. The partial transfer ratio space pointer is then. The control device 24 is supplied with a determined mains voltage space vector and an intermediate circuit voltage actual value V _dc . A partial transfer ratio space pointer is also present at the output. The DC voltage regulator 26 are supplied with the determined filter current space vector, the determined DC link voltage actual value V _DC and a predetermined _{DC link} voltage setpoint V _DC setpoint. At the output there is also a partial transfer ratio space vector ü _dc . By means of the summation point 28 , these partial transfer ratio space pointers, and added to an overall transfer ratio space pointer, from which 18 control signals S ₁ ,. . ., S ₆ are generated for the pulse converter 4 .

In Fig. 3 ist der Aufbau des Oberschwingungs-Reglers 22 näher dargestellt. Dieser Oberschwingungs-Regler 22 weist eingangs seitig eine Identifizierungs-Einrichtung 30 zur Ermittlung einer komplexen Amplitude u _N,ν± einer im Netz 14 vorhandenen Netzspannungsverzerrung mit nachgeschaltetem I-Regler 32 und ausgangsseitig elektrisch in Reihe geschaltete Multi plizierer 34 und 36 auf. Die Identifizierungs-Einrichtung 30 weist einen komplexen Multiplizierer 38 mit nachgeschaltetem Mittelwert-Bildner 40 auf, wobei ein Eingang dieses komplexen Multiplizierers 38 mit einem Ausgang eines Einheits-Raumzei ger-Bildners 42 verknüpft ist. Am zweiten Eingang dieses Mul tiplizierers 38 steht der Netzspannungs-Raumzeiger an.In Fig. 3 the structure of the harmonic controller 22 is shown in more detail. This harmonic controller 22 has on the input side an identification device 30 for determining a complex amplitude u _{N, ν ± of} a mains voltage distortion present in the network 14 with a downstream I controller 32 and multipliers 34 and 36 electrically connected in series on the output side. The identification device 30 has a complex multiplier 38 with a downstream averager 40 , an input of this complex multiplier 38 being linked to an output of a unit space vector 42 . At the second input of this Mul tiplizier 38 is the line voltage space pointer.

Aus dem am Ausgang des Multiplizierers 38 anstehenden Produkt wird mittels des Mittelwert-Bildners 40 bezüglich einer Netz periode T eine komplexe Amplitude u _N,ν± einer ν-ter Netzver zerrungsspannung gebildet. Am Ausgang des Einheits- Raumzeiger-Bildners 42 steht ein konjugiert komplexer Ein heits-Raumzeiger * an, der im Mitsystem mit einer Winkelge schwindigkeit +νω und im Gegensystem mit einer Winkelge schwindigkeit -νω umläuft, wobei ω die Drehfrequenz des Netzspannungs-Grundschwingungs-Raumzeigers ist. Durch die Mittelwertbildung über die Netzperiode T wird aus dem Produkt von Netzspannungs-Raumzeiger und konjugiert kom plexen Einheits-Raumzeiger * die komplexe Amplitude un u _N,ν± der entsprechenden Netzspannungsverzerrung gebildet.From the product pending at the output of the multiplier 38, a complex amplitude u _{N, ν ± of} a ν-th network distortion voltage is formed by means of the averager 40 with respect to a network period T. At the output of the unit space vector 42 is a conjugate complex unit space pointer *, which rotates in the co-system with an angular velocity + νω and in the opposite system with an angular velocity -νω, where ω is the rotational frequency of the mains voltage fundamental oscillation space vector is. By averaging over the network period T, the complex amplitude un u _{N, ν ± of} the corresponding network voltage distortion is formed from the product of the network voltage space vector and conjugate complex unit space vector *.

Das Ausgangssignal des I-Reglers 32 wird mittels des Multi plizierers 34 mit einer imaginären Einheit +j multipliziert. Das am Ausgang dieses Multiplizierers 34 anstehende Produkt wird mittels des nachgeschalteten Multiplizierers 36 mit ei nem Einheits-Raumzeiger multipliziert, das am Ausgang ei nes weiteren Einheits-Raumzeiger-Bildners 44 ansteht. Das Produkt dieser Multiplikation ist ein Teilübertragungsver hältnis-Raumzeiger . Der I-Regler 32 verändert den Betrag und den Winkel des Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger dann solange, bis die entsprechende Netzverzerrungsspannung v-ter Ordnungszahl im Netzspannungs-Raumzeiger eli miniert ist.The output signal of the I controller 32 is multiplied by the multiplier 34 by an imaginary unit + j. The product pending at the output of this multiplier 34 is multiplied by means of the downstream multiplier 36 by a unit space pointer which is present at the output of a further unit space vector 44 . The product of this multiplication is a partial transfer ratio space pointer. The I controller 32 then changes the amount and the angle of the partial transmission ratio space vector until the corresponding network distortion voltage of the vth order number in the network voltage space vector is eliminated.

Die Aufgabe dieses Oberschwingungs-Reglers 22 ist zunächst, die Amplitude einer Netzverzerrung u _N,ν± aus der Netzspannung zu identifizieren und daraus einen entsprechenden Teil übertragungsverhältnis-Raumzeiger zu generieren, der ei nen Filterstrom bewirkt, der durch dessen Spannungsab fall an den Netzimpedanzen R_N1, L_N1 und R_N2, L_N2 die Netzspan nungsverzerrung in der Netzspannung verschwinden läßt. Damit wirkt das aktive Filter 2 für diese Verzerrungs spannung am Verknüpfungspunkt 20 wie ein Kurzschluß. Zur Identifizierung einer komplexen Amplitude u _N,ν± einer im Netz 14 vorhandenen Verzerrungsspannung wird mittels einer diskreten komplexen Fouriertransformation, die in der Identi fizierungs-Einrichtung 30 verwirklicht wird, verwendet. Zu diesem Zweck ward in Anbetracht der Darstellung gemäß Fig. 1 der Netzspannungs-Raumzeiger mit einem konjugiert komple xen Einheits-Raumzeiger * multipliziert, dessen Winkelge schwindigkeit 5ω ist, und dann einem gleitenden Mittelwert fenster zugeführt. Im Falle einer Mitsystem-Oberschwingung muß der konjugiert komplexen Einheits-Raumzeiger * die Win kelgeschwindigkeit -νω haben. Das Ausgangssignal des I-Reg lers 32 wird um +90° (Multiplikation mit +j) gedreht und mit einem in Gegensystemrichtung drehenden Einheits-Raumzeiger mit der Winkelgeschwindigkeit -5ω multipliziert. Im Falle einer Mitsystem-Oberschwingung muß das Ausgangssignal des I-Reg lers 32 um -90° gedreht werden (Multiplikation mit -j) und mit einem in Mitsystemrichtung drehenden Einheits-Raumzeiger mit einer Winkelgeschwindigkeit +νω multipliziert werden.The task of this harmonic controller 22 is first to identify the amplitude of a line distortion u _{N, ν ±} from the line voltage and to generate a corresponding partial transmission ratio space vector, which causes a filter current, which drops due to its voltage drop at the line impedances R. _N1 , L _N1 and R _N2 , L _N2 makes the line voltage distortion in the line voltage disappear. Thus the active filter 2 acts for this distortion voltage at node 20 as a short circuit. To identify a complex amplitude u _{N, ν ± of} a distortion voltage present in the network 14 , a discrete complex Fourier transformation, which is implemented in the identification device 30 , is used. For this purpose, considering the representation according to FIG. 1, the mains voltage space vector was multiplied by a conjugate complex unit space vector *, the angular velocity of which is 5ω, and then supplied to a moving average window. In the case of a system harmonic, the complex conjugate unit space vector * must have the angular velocity -νω. The output signal of the I controller 32 is rotated by + 90 ° (multiplication by + j) and multiplied by a unit space pointer rotating in the opposite system direction by the angular velocity -5ω. In the case of a system harmonic, the output signal of the I controller 32 must be rotated by -90 ° (multiplication by -j) and multiplied by a unit space pointer rotating in the system direction by an angular velocity + νω.

Der I-Regler 32 ändert seinen Ausgang solange, bis das Gegen system 5. Ordnung im Netzspannungs-Raumzeiger verschwun den ist.The I controller 32 changes its output until the counter system of the 5th order in the mains voltage space pointer has disappeared.

Die Fig. 4 zeigt den Aufbau eines Oberschwingungs-Reglers 22, der mit einer Strombegrenzungs-Einrichtung 46 versehen ist. Diese Strombegrenzungs-Einrichtung 46 weist einen Stromregel kreis 48, einen Multiplizierer 50 und eine Einrichtung 52 zur Bildung eines Filterstrom-Spitzenistwertes _K auf. Der Strom regelkreis 48 besteht aus einem Vergleicher 54 und einem PI-Reg ler 56, der ausgangsseitig einseitig begrenzt und mit ei nem Eingang des Multiplizierers 50 verbunden ist. Der nicht- invertierende Eingang dieses Vergleichers 54 ist mit dem Aus gang der Einrichtung 52 verknüpft, an deren Eingang ein er mittelter Filterstrom-Raumzeiger ansteht. Am invertieren den Eingang des Vergleichers 54 steht ein Filterstrom-Spit zensollwert _Ksoll an, der in Abhängigkeit eines Stromrichter- Effektivstromwertes I_max angegeben ist. Die Einrichtung zur Bildung des Filterstrom-Spitzenistwertes _K weist einen Be trags-Bildner 58 und einen Mittelwert-Bildner 60 auf, der dem Betrags-Bildner 58 nachgeschaltet ist. Am Ausgang des Ver gleichers 54 steht eine Abweichung des Filterstrom-Spitzen istwertes _K von seinem Sollwert _Ksoll an, aus dem mittels des PI-Reglers 56 eine Stellgröße VP generiert wird. Diese Stellgröße VP wird mit der Ausgangsgröße des I-Reglers 32 multipliziert und einem invertierenden Eingang eines weiteren Vergleichers 62 zugeführt, an dessen nichtinvertierenden Ein gang der Ausgang des Mittelwertbildners 40 der Identifizie rungs-Einrichtung 30 und an dessen Ausgang der Eingang des I-Reg lers 32 angeschlossen sind. FIG. 4 shows the structure of a harmonic regulator 22 which is provided with a current limiting device 46 . This current limiting device 46 has a current control circuit 48 , a multiplier 50 and a device 52 for forming a filter current peak value _K. The current control circuit 48 consists of a comparator 54 and a PI controller 56 , which is limited on one side on the output side and is connected to an input of the multiplier 50 . The non-inverting input of this comparator 54 is linked to the output of the device 52 , at the input of which an average filter current space pointer is present. On the invert input of the comparator 54 is a filter current Spit zensollwert to _Ksoll that is specified in response to a power converter RMS current value I _max. The device for forming the filter current peak actual value _K has an amount generator 58 and an average value generator 60 , which is connected downstream of the amount generator 58 . At the output of comparator 54 there is a deviation of the actual filter current peak value _K from its target value _Ksoll , from which a manipulated variable VP is generated by means of PI controller 56 . This manipulated variable VP is multiplied by the output variable of the I controller 32 and fed to an inverting input of a further comparator 62 , at the non-inverting input of which the output of the mean value generator 40 of the identifying device 30 and at whose output the input of the I controller 32 are connected.

Durch diese dargestellte Ankopplung der Strombegrenzungsein richtung 46 wird aus dem I-Regler 32 des Oberschwingungs-Reg lers 22 ein PI-Regler. Durch die Stellgröße VP wird im Über stromfall die Gegenkopplung des Oberschwingungs-Reglers 22 solange erhöht, bis der Pulsstromrichter 4 an seiner Strom grenze arbeitet. Damit arbeitet das aktive Filter 2 in dieser Betriebsart immer wie der minimal mögliche Ohmsche Wider stand. Um zu verhindern, daß die Stellgröße VP negativ wird, d. h. aus der Gegenkopplung wird dann eine Mitkopplung, ist eine Begrenzung des PI-Reglers 56 nach unten hin auf Null notwendig. Due to this coupling of the illustrated Strombegrenzungsein direction 46 is from the I-controller 32 of the harmonic Reg coupler 22 is a PI controller. The manipulated variable VP increases the negative feedback of the harmonic controller 22 in the event of an overcurrent until the pulse converter 4 works at its current limit. The active filter 2 thus always works in this operating mode as the minimum possible ohmic resistance. In order to prevent the manipulated variable VP from becoming negative, that is to say the negative feedback then becomes positive feedback, the PI controller 56 must be limited downwards to zero.

Reicht der zulässige Pulsstromrichterstrom nicht aus, um eine ν-te Oberschwingung im Netzspannungs-Raumzeiger zu eliminieren, so sorgt die Strombegrenzungs-Einrichtung 46 dafür, daß der Filterstrom in Phase zur Netzspannungs verzerrung ist und der Pulsstromrichter 4 immer an der Stromgrenze arbeitet. Damit wirkt das aktive Filter 2 am Ver knüpfungspunkt 20 für die zu bedämpfende Oberschwingung stets wie der kleinst mögliche Ohmsche Widerstand. Bei mehr als ei ner aktiv zu filternden Oberschwingung werden für jede zu filternde Oberschwingung ein Oberschwingungs-Regler 22 benö tigt, die jeweils einen Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger in der hier beschriebenen Art und Weise berechnen.If the permissible pulse converter current is not sufficient to eliminate a νth harmonic in the mains voltage space vector, the current limiting device 46 ensures that the filter current is in phase with the mains voltage distortion and the pulse converter 4 always works at the current limit. Thus, the active filter 2 at Ver node 20 for the harmonic to be damped always acts as the smallest possible ohmic resistance. If more than one active harmonic is to be filtered, a harmonic controller 22 is required for each harmonic to be filtered, each of which calculates a partial transmission ratio space vector in the manner described here.

Die Fig. 5 zeigt den Aufbau der Steuereinrichtung 24, die eine Einrichtung 64 zur Bildung eines Netzspannungs-Grund schwingungs-Mitsystem-Raumzeigers , einen Subtrahierer 66 und einen Multiplizierer 68, der dem Subtrahierer 66 nach geschaltet ist, auf. Am Eingang der Einrichtung 64 steht der ermittelte Netzspannungs-Raumzeiger , der ebenfalls am er sten Eingang des Subtrahierers 66 ansteht. Der zweite Eingang des Multiplizierers 68 ist mit einem Ausgang eines Reziprok- Bildners 70 verknüpft, an dessen Eingang ein ermittelter Zwi schenkreis-Spannungs-Istwert V_dc ansteht. Am Ausgang dieses Multiplizierers 68 steht der Teilübertragungsverhältnis-Raum zeiger an. Fig. 5 shows the structure of the control device 24 , the device 64 for forming a mains voltage basic oscillation Mitsystem space vector, a subtractor 66 and a multiplier 68 , which is connected downstream of the subtractor 66 . At the input of the device 64 is the determined mains voltage space pointer, which is also pending at the first input of the subtractor 66 . The second input of the multiplier 68 is linked to an output of a reciprocal generator 70 , at whose input a determined intermediate circuit voltage actual value V _dc is present. At the output of this multiplier 68 is the partial transfer ratio space pointer.

Die Einrichtung 64 zur Ermittlung eines Netzspannungs-Grund schwingungs-Mitsystem-Raumzeigers weist eingangs- und ausgangsseitig jeweils einen komplexen Multiplizierer 72 und 74 auf, die mittels eines Mittelwert-Bildners 76 miteinander verknüpft sind. Außerdem sind zwei Einheits-Raumzeiger-Bild ner 78 und 80 vorhanden, die jeweils einen Raumzeiger * und generieren, die gegenläufig mit derselben Frequenz ω ro tieren. Am Ausgang dieser Einrichtung 64 steht dann ein Netz spannungs-Grundschwingungs-Mitsystem-Raumzeiger an, der mittels des Subtrahierers 66 vom Netzspannungs-Raumzeiger subtrahiert wird. Als Ergebnis erhält man alle in der Netz spannung vorhandenen Verzerrungsspannung . Nach Mul tiplikation mit dem Reziprokwert des Zwischenkreis-Spannungs- Istwertes V_dc ergibt sich der Teilübertragungsverhältnis-Raum zeiger . Dieser Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger bewirkt den gleichen Verzerrungsanteil u_Kν± in der Pulsstrom richter-Ausgangsspannung , so daß keine unerwünschten Ver zerrungsströme in das aktive Filter 2 fließen. Somit wird das aktive Filter 2 nur mit einem gewünschten Filter strom beaufschlagt.The device 64 for determining a mains voltage basic oscillation co-system space vector has a complex multiplier 72 and 74 on the input and output sides, which are linked to one another by means of an averager 76 . In addition, there are two unit space pointer images ner 78 and 80 , each generating a space pointer * and generating the opposite frequency ω ro. At the output of this device 64 there is then a network voltage basic oscillation co-system space vector which is subtracted from the network voltage space vector by means of the subtractor 66 . The result is all distortion voltage present in the mains voltage. After multiplication with the reciprocal of the intermediate circuit voltage actual value V _dc , the partial transfer ratio space pointer results. This partial transmission _ratio space vector causes the same distortion _component u _{Kν ±} in the pulse current rectifier output voltage, so that no undesirable distortion currents flow into the active filter 2 . Thus, the active filter 2 is only supplied with a desired filter current.

In der Fig. 6 ist der Aufbau des Gleichspannungs-Reglers 26 näher dargestellt. Dieser Gleichspannungs-Regler 26 weist eingangsseitig eine Einrichtung 82 zur Ermittlung eines Fil terstrom-Grundschwingungs-Mitsystem-Raumzeigers und ausgangsseitig zwei elektrisch in Reihe geschaltete Multipli zierer 84 und 86 auf. Außerdem weist dieser Gleichspannungs- Regler 26 einen Zwischenkreis-Spannungs-Regelkreis 88 und ei nen Reziprok-Bildner 90 auf. Der Ausgang des Zwischenkreis- Spannungs-Regelkreises 88 ist mit einem zweiten Eingang des Multiplizierers 84 verknüpft, wogegen der Ausgang des Rezi prok-Bildners 90 mit einem zweiten Eingang des Multiplizie rers 86 verknüpft ist. Am Ausgang des Multiplizierers 86 steht ein Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger an.In FIG. 6, the structure of the DC voltage regulator is shown in detail 26th This DC voltage controller 26 has on the input side a device 82 for determining a filter current fundamental oscillation co-system space vector and on the output side two electrically multipliers 84 and 86 connected in series. In addition, this DC voltage regulator 26 has an intermediate circuit voltage control circuit 88 and a reciprocal generator 90 . The output of the intermediate circuit voltage control circuit 88 is linked to a second input of the multiplier 84 , whereas the output of the Rezi prok generator 90 is linked to a second input of the multiplier 86 . A partial transfer ratio space pointer is present at the output of the multiplier 86 .

Der Zwischenkreis-Spannungs-Regelkreis 88 besteht aus einem Vergleicher 92 und einem PI-Regler 94. Der invertierende Ein gang des Vergleichers 92 ist mit einem Ausgang eines Verzöge rungsglied 96 erster Ordnung verbunden, an dessen Eingang und am Eingang des Reziprok-Bildners 90 der ermittelte Zwischen kreis-Spannungs-Istwert V_dc ansteht. Am nichtinvertierenden Eingang des Vergleichers 92 steht ein vorbestimmter Zwischen kreis-Spannungs-Sollwert V_dcsoll an.The intermediate circuit voltage control circuit 88 consists of a comparator 92 and a PI controller 94 . The inverting input of the comparator 92 is connected to an output of a delay element 96 of the first order, at whose input and at the input of the reciprocating element 90 the determined intermediate circuit voltage value V _dc is present. At the non- _inverting input of the comparator 92 there is a predetermined intermediate _circuit voltage setpoint V _DC setpoint.

Die Einrichtung 82 zur Ermittlung eines Filterstrom-Grund schwingungs-Mitsystem-Raumzeigers ist identisch zur Einrichtung 64 zur Ermittlung eines Netzspannungs-Grund schwingungs-Mitsystem-Raumzeigers aufgebaut, so daß an dieser Stelle nicht mehr näher darauf eingegangen werden muß. Diese Einrichtung 82 ermittelt die Grundschwingung des Fil terstromes , die hauptsächlich durch die Netzspannungs- Grundschwingung und die Impedanz der LC-Schwingkreis- Ankopplung 12 für die Grundschwingung bestimmt wird.The device 82 for determining a filter current basic vibration Mitsystem space vector is identical to the device 64 for determining a mains voltage basic vibration Mitsystem space vector, so that it is no longer necessary to go into this here. This device 82 determines the fundamental oscillation of the filter current, which is mainly determined by the mains voltage fundamental oscillation and the impedance of the LC resonant circuit coupling 12 for the fundamental oscillation.

Der Zwischenkreis-Spannungs-Regelkreis 88 vergleicht den ge glätteten Zwischenkreis-Spannungs-Istwert V_dc mit seinem Sollwert V_dcsoll und führt die Regelabweichung ΔV_dc dem PI-Reg ler 94 zu. Um den Zwischenkreis-Spannungs-Istwert V_dc anzuhe ben, muß der Pulsstromrichter 4 netzseitig eine Grundschwin gungsspannung in Phase zum durch die LC-Schwingkreis- Ankopplung 12 fließenden Grundschwingungsstrom erzeu gen. Da die Netzspannung-Grundschwingung viel größer sein wird als die Pulsstromrichter-Ausgangsspannungs-Grund schwingung , kann der Grundschwingungsstrom durch die LC-Schwingkreis-Ankopplung 12 zunächst als Strom einer Stromquelle betrachtet werden. Der Filterstrom-Grundschwin gungs-Mitsystem-Raumzeiger wird analog zum Netzspan nung-Grundschwingung-Mitsystem-Raumzeiger über eine komplexe Fourieranalyse ermittelt und anschließend rücktrans formiert. Nach der Rücktransformation wird durch die Multi plikation der Ausgangsgröße V_dcy des Zwischenkreis-Spannungs- Regelkreises 88 mit dem Filterstrom-Grundschwingungs-Mitsy stem-Raumzeiger der Pulsstromrichter-Ausgangsspannungs- Grundschwingungs-Mitsystem-Raumzeiger berechnet, der mit dem Reziprokwert des Zwischenkreis-Spannungs-Istwertes V_dc den Teilübertragungsverhältnis-Raumzeiger ergibt.The intermediate circuit voltage control circuit 88 compares the smoothed intermediate circuit voltage actual value V _dc with its desired value V _dcsoll and _supplies the control deviation ΔV _{dc to} the PI controller 94 . In order to raise the intermediate circuit voltage actual value V _dc , the pulse converter 4 on the network side must generate a fundamental voltage in phase with the fundamental oscillating current flowing through the LC resonant circuit coupling 12. Since the mains voltage fundamental oscillation will be much larger than the pulse converter output voltage -Ground vibration, the fundamental oscillation current through the LC resonance circuit coupling 12 can initially be regarded as the current of a current source. The filter current fundamental oscillation co-system space vector is determined using a complex Fourier analysis in analogy to the mains voltage basic oscillation co-system space vector and then transformed back. After the inverse transformation, the multiplication of the output variable V _{dcy of} the intermediate circuit voltage control circuit 88 with the filter current fundamental oscillation system space pointer calculates the pulse converter output voltage basic oscillation system system space pointer, which is calculated with the reciprocal _{value of} the intermediate circuit voltage Actual value V _dc gives the partial transfer ratio space pointer.

Weicht nun der Zwischenkreis-Spannungs-Istwert V_dc von seinem Sollwert V_dcsoll ab, so wird der Teilübertragungsverhältnis- Raumzeiger erzeugt, der bei zu kleinem Zwischenkreis- Spannungs-Istwert V_dc gleichphasig und bei zu großem Zwi schenkreis-Spannungs-Istwert V_dc gegenphasig zum Filterstrom- Grundschwingungs-Mitsystem-Raumzeiger ist. Dies hat ei nen Pulsstromrichter-Ausgangsspannungs-Grundschwingungs-Mit system-Raumzeiger zur Folge, wodurch dem kapazitiven Speicher 6 Energie zugeführt oder entzogen wird und damit der Zwischenkreis-Spannungs-Istwert V_dc auf einen Zwischenkreis- Spannungs-Sollwert V_dcsoll geregelt wird.Now gives way to the intermediate circuit voltage actual value V _dc _dcsoll from its desired value V from, the Teilübertragungsverhältnis- space vector is generated, the small at about DC bus voltage value V _dc phase opposition in phase and to large Zvi intermediate circuit voltage actual value V _dc to the filter current basic vibration co-system space pointer. This results in a pulse converter output voltage basic oscillation with system space pointer, as a result of which energy is supplied or withdrawn from the capacitive memory 6 and thus the intermediate circuit voltage actual value V _{dc is} regulated to an intermediate _circuit voltage setpoint value V _dcsoll .

Mittels diesem erfindungsgemäßen Verfahren für einen Pulsstromrichter 4 eines aktiven Filters 2 mit einer LC-Schwing kreis-Ankopplung 12 wird erreicht, daß das aktive Fil ter 2 am Verknüpfungspunkt 20 für die zu bedämpfenden Ober schwingungen wie ein komplexer Widerstand mit geringer Impe danz wirkt, wodurch dieses aktive Filter 2 als Senke für die in der Nachbarschaft angeschlossenen Oberschwingungserzeuger dient. Dabei verhält sich das aktive Filter 2 wie ein Ohm scher Widerstand, wodurch die Oberschwingungen bedämpft wer den. Dadurch lassen sich Resonanzeffekte zwischen dem aktiven Filter 2 und dem Netz 14 vermeiden. Dieses erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur auf einen Pulsstromrichter 4 eines aktiven Filters 2 mit einer LC-Schwingkreisankopplung 12 be schränkt, sondern läßt sich auch auf andere Ankoppelvarianten einfach übertragen.By means of this inventive method for a pulse-controlled converter 4 of an active filter 2 with a resonant LC circuit-coupling 12 is achieved in that the active Fil ter 2 oscillations at node 20 for the to be damped top as a complex resistance with low Impe acts impedance, whereby this active filter 2 serves as a sink for the harmonic generators connected in the neighborhood. The active filter 2 behaves like an ohmic shear resistance, which dampens the harmonics. This makes it possible to avoid resonance effects between the active filter 2 and the network 14 . This method according to the invention is not only limited to a pulse converter 4 of an active filter 2 with an LC resonant circuit coupling 12 , but can also be easily transferred to other coupling variants.

Claims

1. A method for compensating for mains voltage distortions () occurring in a network ( 14 ) by means of an active filter ( 2 ) having a pulse converter ( 4 ) with capacitive memory ( 6 ) and an LC resonant circuit coupling ( 12 ), with the following method steps:

a) determining at least one complex amplitude ( u _{N, ν ±} ) of a mains voltage distortion () present in the network ( 14 )
b) generating a partial transmission ratio space vector () as a function of these determined complex amplitudes ( u _{N, ν ±} ) such that this becomes zero,
c) Determination of network voltage distortions () occurring in the network ( 14 ) as a function of a determined voltage space vector () and a line voltage basic oscillation co-system space vector ();
d) Determination of a partial transmission ratio space vector () as a function of this line voltage distortion () and an intermediate _circuit voltage (V _dc ) of the pulse converter ( 4 ) and
e) Generation of control signals (S ₁ ,..., S ₆ ) for the pulse converter ( 4 ) from an overall transfer ratio space pointer () formed from the partial transmission ratio space pointers (12).

2. The method of claim 1, wherein

f) a filter current basic vibration co-system space vector () is determined from a determined filter current space vector (),
g) an intermediate circuit voltage deviation (ΔV _dc ) of a determined intermediate _circuit voltage actual value (V _dc ) from a predetermined intermediate _circuit voltage target value (V _dcsoll ) is determined,
h) an intermediate _circuit manipulated variable (V _dcy ) is generated such that this determined intermediate _circuit voltage deviation (ΔV _dc ) becomes zero,
i) by multiplying the filter current fundamental oscillation with system space vector () by the _{DC link manipulated variable} (V _dcy ) a pulse converter output basic oscillation with system space pointer () is determined, and
j) a partial transfer ratio space _pointer () is generated as a function of this pulse converter output voltage basic oscillation with system space pointer () and the intermediate _circuit voltage setpoint (V _dcsoll ), which is superimposed on the overall transfer ratio space pointer ().

3. Device for performing the method according to claim 1 for an active filter ( 2 ), the a pulse converter ( 4 ) with a capacitive memory ( 6 ) and a regulating and control device ( 10 ) and an LC resonant circuit coupling ( 12th ), this regulating and control device ( 10 ) having a regulating device ( 16 ) for determining an overall transmission ratio space pointer () with a downstream pulse width modulator ( 18 ), at the outputs of which control signals (S ₁ ,..., S ₆ ) of the pulse converter ( 4 ), and this control device ( 16 ) has at least one mains voltage distortion controller ( 22 ) and a control device ( 24 ) for preventing unwanted filter currents, the outputs of which are linked to a summation point ( 28 ) and on whose inputs each have a determined network voltage space pointer ().

4. The apparatus of claim 3, wherein the control device ( 16 ) has a DC voltage controller ( 26 ), which is linked from the output side to the summation point ( 28 ) and at the inputs of a determined filter current space pointer (), a determined DC link _Actual voltage value (V _dc ) and a predetermined intermediate _circuit voltage setpoint (V _dcsoll ) are pending.

5. The device according to claim 3, wherein each Netzspannungsver distortion controller ( 22 ) on the input side an identification device ( 30 ) for determining a complex amplitude ( u _{N, ν ±} ), in the network ( 14 ) existing Netzspannungsver distortion () with downstream I controller ( 32 ) and on the output side has two multipliers ( 34 , 36 ) connected in series, which are connected downstream of the I controller ( 32 ), with an imaginary unit (± j) at every second input of the first multiplier ( 34 ) and the second multiplier ( 36 ) a unit space pointer () is present and at the inputs of the identification device ( 30 ) the mains voltage space pointer () and a conjugate complex unit space pointer (*) are present, where the unit -Rotate the space pointer (*,) with the frequency (ω) of the mains voltage distortion () in opposite directions.

6. The device according to claim 3, wherein the control device ( 24 ) has a device ( 64 ) for determining a Netzspan voltage-basic oscillation Mitsystem space vector (), which is connected to a comparator ( 66 ) with a downstream multiplier ( 68 ), wherein a network voltage space vector () is present at the input of the device ( 64 ) and at the non-inverting input of the comparator ( 66 ) and the second input of the multiplier ( 68 ) is linked to an output of a reciprocal generator ( 70 ), to the latter A _{DC link} voltage actual value (V _dc ) is pending.

7. The device according to claim 4, wherein the DC voltage regulator ( 26 ) on the input side a device ( 82 ) for determining a filter current fundamental oscillation system space pointer (), which is connected to a multiplier ( 84 ), and an intermediate circuit voltage - Control loop ( 88 ) and on the output side has a multiplier ( 86 ), the second input of which is linked to an output of a reciprocating generator ( 90 ), and the output of the intermediate circuit voltage control loop ( 88 ) having the second input of the downstream multiplier ( 84 ) is linked.

8. The device according to claim 6 or 7, wherein the device ( 64 , 82 ) for determining a basic vibration Mitsystem space vector (,) an identification device for determining a complex amplitude ( u _{N, 1 +} , i _{K, 1 +} ) of a basic oscillation co-system space pointer (,) with a downstream multiplier ( 74 ), a determined space pointer (,) and a conjugated complex unit space pointer (*) at the inputs of the identification device and at the second input of the multiplier ( 74 ) a unit space pointer () is on, whereby these unit space pointers (*,) rotate in opposite directions with the fundamental frequency (ω) of the determined space pointers (,).

9. Apparatus according to claim 5 or 8, wherein as a identifying device ( 30 ) a complex multiplier ( 38 , 72 ) with downstream averaging means ( 40 , 76 ) is provided, at the inputs of the complex multiplier ( 38 , 72 ) a determined space pointer (,) and a conjugate complex unit space pointer (*).

10. The apparatus of claim 7, wherein the intermediate circuit voltage control circuit ( 88 ), a delay element ( 96 ) is connected upstream and this control circuit ( 88 ) has a PI controller ( 94 ) on the input side with an output of a comparator (92) is associated, its inverting input connected to the output of this tarry approximately member (96) is connected, and wherein at the input of the ses delay element (96) a determined intermediate circuit voltage actual value (V _dc) and at the noninverting input of the comparator ( 92 ) a predetermined intermediate _circuit voltage setpoint V _{DC should be} present.

11. The device according to claim 3, wherein a microprocessor is provided as the control device ( 16 ).