DE4123005C2

DE4123005C2 - Aktive Filtervorrichtung zur Unterdrückung von Oberwellen in einem Stromversorgungssystem, das eine kapazitive Last aufweist

Info

Publication number: DE4123005C2
Application number: DE4123005A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kumagai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-07-11
Filing date: 1991-07-11
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2011-07-12
Also published as: US5162983A; KR920003635A; KR950012948B1; JP2893882B2; JPH0471331A; DE4123005A1

Description

Die Erfindung betrifft eine aktive Filtervorrichtung zur Unterdrückung von Oberwellenstromkomponenten eines Stromversorgungssystems, bei der eine zu kompensierende Last mit einer Oberwellenkomponentenquelle und eine kapazitive Last an eine Stromversorgung angeschlossen sind.

Konventionelle Systeme zur Unterdrückung von Oberwellenkomponenten verwenden beispielsweise aktive Filter, wie sie in C. Tuttas: Regelung von Blindleistungskompensatoren mit aktiven Filtern. In: Automatisierungstechnik at, 34. Jahrgang, Heft 8/1986, Seiten 302 bis 310, beschrieben sind. Oberschwingungen des Netzes werden mit Hilfe eines den Oberschwingungen entsprechenden Kompensationsstroms eliminiert.

Aus der DE 37 08 468 A1 ist ein Verfahren zum Kompensieren von Oberschwingungsbelastungen und Blindlasten in einem Versorgungsnetz bekannt. Der dazu notwendige Kompensator besteht aus einem parallel zum Verbraucher geschalteten Energiespeicher. Oberschwingungsströme werden kompensiert, indem ein Strom dem Versorgungsnetz zugeführt wird, der der Differenz aus dem vom Verbraucher entnommenen Laststrom und einem dem Netz im kompensierten Zustand entsprechenden Netzstrom entspricht.

Ein ähnliches Verfahren zur Dämpfung von elektrischen Oberschwingungen wird ist aus der DE 36 16 334 A1 bekannt.

Jedoch weisen alle diese bekannten Kompensationsverfahren den Nachteil auf, daß Oberschwingungen nur ungenügend kompensiert werden können, wenn die Last kapazitives Verhalten aufweist. In diesem Fall kann es zu Resonanzerscheinungen zwischen dem Kompensator und der Last kommen.

Eine weitere aktive Filtervorrichtung ist aus Mitsubishi Denki Giho, Mitsubishi Electric Corporation′s Technical Journal, Vol. 62, No. 6, 1988, pp. 15 bis 20 bekannt. Eine solche bekannte aktive Filtervorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. Fig. 3 ist ein Schaltbild, das den Aufbau dieser aktiven Filtervorrichtung angibt. Mit einer Stromversorgung (Versorgungsstromquelle) 1 ist eine zu kompensierende Last (Verbraucher) 2 verbunden, die aus einer Oberwellenkomponentenquelle 3, wie beispielsweise einem Steuerumrichter, und einer kapazitiven Last 4, wie einem Kondensator, besteht. Ein Stromwandler (Stromerfassungseinrichtung) 5 erfaßt den Laststrom Il, der durch die zu kompensierende Last 2 fließt. Abhängig vom Erfassungsausgangssignal des ersten Stromwandlers 5 gibt ein aktives Filter (Filteranordnung) 6 einen Kompensationsstrom Ic entsprechend den Oberwellenstromkomponenten des Laststroms Il ab. Somit werden die Oberwellenstromkomponenten, die im Versorgungsstrom Is enthalten sind, mittels des vom aktiven Filter 6 zugeführten Kompensationsstrom Ic unterdrückt.

Als Hauptbestandteil enthält das aktive Filter 6 einen Inverter, der aus mehreren in Serie geschalteten Invertereinheiten besteht, um Wechselspannungen erzeugen zu können. Der Inverter ist über einen Transformator mit der Verbindungsleitung zwischen der Last und der Stromversorgung verbunden. Die jeweiligen Transistoren der Invertereinheiten werden mit Hilfe eines von einem PWM-System und einer Stromregelschaltung generierten Kontrollsignals abhängig vom gemessenen Laststrom Il gesteuert. Dadurch wird eine Kompensationsspannung erzeugt, die den erforderlichen Kompensationsstrom Ic fließen läßt.

Diese bekannte aktive Filtervorrichtung, ebenso wie die vorangehenden bekannten Filterschaltungen, hat den Nachteil, daß Resonanzerscheinungen auftreten können, wie im folgenden beschrieben wird.

Besteht die zu kompensierende Last 2 lediglich aus einer Oberwellenkomponentenquelle 3, die eine hohe Impedanz hat, fließt der vom aktiven Filter 6 abgegebene Kompensationsstrom Ic zur Seite der Stromversorgung 1 mit niedriger Impedanz und die Oberwellenstromkomponenten in der Stromversorgung 1 können somit unterdrückt werden. Umfaßt jedoch die zu kompensierende Last 2 gemäß Fig. 3 eine kapazitive Last, so wird bei bestimmten Oberwellen die Impedanz der kapazitiven Last 4 kleiner als jene der Stromversorgung 1, und ein Teil des Kompensationsstroms Ic fließt zur Seite der zu kompensierenden Last 2. Somit steigen bestimmte, vom Stromwandler 5 erfaßte Oberwellenstromkomponenten an. Infolgedessen können zwischen dem Stromwandler 5 und dem aktiven Filter 6 Resonanzerscheinungen auftreten und die Oberwellenstromkomponenten des Versorgungsstroms Is können sogar ansteigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine aktive Filtervorrichtung für ein Stromversorgungssystem mit einer kapazitiven Last zu schaffen, durch welche ein stabiles Steuerverhalten erzielt wird und keine Gefahr einer Erhöhung der Oberwellenstromkomponenten des Versorgungsstroms besteht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Oberwellenkomponenten in einem von einer Versorgungsstromquelle über eine Verbindungsleitung an einen Verbraucher fließenden Gesamtlaststrom gelöst, wobei der Verbraucher ein Oberwellenkomponenten verursachendes Schaltungsteil und eine kapazitive Last umfaßt, mit
einer ersten Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen des Gesamtlaststroms,
einer zweiten Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines durch die kapazitive Last fließenden kapazitiven Laststroms,
einer Subtrahiereinrichtung zum Subtrahieren des erfaßten kapazitiven Laststroms von dem erfaßten Gesamtlaststrom und Ausgeben eines der Differenz entsprechenden Steuerstroms, und
einer aktiven Filteranordnung zum Empfangen des Steuerstroms und zum Zuführen eines Kompensationsstroms der Verbindungsleitung, welcher dem Differenzstrom entspricht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Die Merkmale, die als kennzeichnend für die Erfindung angesehen werden, sind insbesondere in den anliegenden Ansprüchen aufgeführt. Der Aufbau und die Betriebsweise der Erfindung ergibt sich jedoch am besten aus der anschließenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen; es zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild des Aufbaus einer erfindungsgemäßen aktiven Filtervorrichtung;

Fig. 2 ein Schaltbild des Aufbaus einer weiteren erfindungsgemäßen Filtervorrichtung; und

Fig. 3 ein Schaltbild des Aufbaus einer bekannten aktiven Filtervorrichtung.

Unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen werden nunmehr bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 ist ein Schaltbild des Aufbaus einer erfindungsgemäßen aktiven Filtervorrichtung. In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen 1 bis 6 Bauelemente, die mit jenen der Fig. 3 identisch sind. Dabei ist an eine Stromversorgung 1 eine zu kompensierende Last 2 angeschlossen, die eine Oberwellenkomponentenquelle 3, wie beispielsweise einen Steuerumrichter, enthält, sowie eine kapazitive Last 4, wie beispielsweise einen Kondensator. Ein erster Stromwandler 5 erfaßt den Laststrom Il, der in die zu kompensierende Last 2 fließt. Ferner erfaßt ein zweiter Stromwandler (weitere Stromerfassungseinrichtung) 7 den kapazitiven Laststrom If, der in die kapazitive Last fließt. Ein Subtrahierglied (Subtrahiereinrichtung 8) subtrahiert den Ausgangswert des zweiten Stromwandlers 7 vom Ausgangswert des ersten Stromwandlers 5, und der vom Subtrahierglied 8 abgegebene Differenzstrom I* wird dem aktiven Filter 6 zugeführt. Der Differenzstrom I* ergibt sich somit zu

I* = Il - If.

Entsprechend dem Differenzstrom I* liefert das aktive Filter 6 den Kompensationsstrom Ic an die Leitung, die die zu kompensierende Last 2 mit der Stromversorgung verbindet. Das Steuerziel des Kompensationsstromes sind die oberen Stromkomponenten des Differenzstromes I*, die den Oberwellenstromkomponenten entsprechen, die von der Oberwellenkomponentenquelle 3 erzeugt werden. Somit kompensiert der vom aktiven Filter 6 abgegebene Kompensationsstrom Ic wirksam die von der Oberwellenkomponentenquelle 3 erzeugten Oberwellenstromkomponenten. Die Oberwellenstromkomponenten, die im kapazitiven Laststrom If enthalten sind, der durch die kapazitive Last 4 fließt, sind von dem Steuervorgang ausgenommen.

Somit ist das System frei von der Erscheinung einer positiven Rückkopplung und zeigt ein stabiles und zuverlässiges Steuerverhalten. Da die Oberwellenstromkomponenten aus der Oberwellenkomponentenquelle 3 durch den Kompensationsstrom Ic aus dem aktiven Filter 6 kompensiert werden, können die Oberwellenstromkomponenten des Versorgungsstromes Is wirksam unterdrückt werden.

Fig. 2 ist ein Schaltbild, das den Aufbau einer weiteren erfindungsgemäßen Filteranordnung angibt. Bei der aktiven Filteranordnung nach Fig. 2 werden ein dritter Stromwandler 9 zur Erfassung des Versorgungsstromes Is und ein vierter Stromwandler 10 zur Erfassung des Kompensationsstromes Ic anstelle des ersten Stromwandlers 5 der Fig. 1 zur Erfassung des Laststromes Il verwendet. Die Ausgangssignale der Stromwandler 9, 10 werden einem Addierglied 11 zugeführt. Das Ausgangssignal des Addiergliedes 11, das dem Laststrom Il entspricht, wird der Addierklemme (positive Klemme) des Subtrahiergliedes 8 zugeführt. Die Subtrahierklemme (negative Klemme) des Subtrahiergliedes 8 wird mit dem Ausgangssignal des Stromwandlers 7 beschickt. Somit stellt der vom Subtrahierglied 8 abgegebene Differenzstrom I* den Unterschied zwischen dem Laststrom Il und dem kapazitiven Laststrom If dar. Die Betriebsweise der aktiven Filtervorrichtung nach Fig. 2 ist im übrigen ähnlich bei der Fig. 1.

Claims

1. Schaltungsanordung zur Unterdrückung von Oberwellenkomponenten in einem von einer Versorgungsstromquelle (1) über eine Verbindungsleitung an einen Verbraucher (2) fließenden Gesamtlaststrom (I_l), wobei der Verbraucher (2) ein Oberwellenkomponenten verursachendes Schaltungsteil (3) und eine kapazitive Last (4) umfaßt, mit

a) einer ersten Stromerfassungseinrichtung (5 bzw. 9, 10) zum Erfassen des Gesamtlaststroms (I_l),
b) einer zweiten Stromerfassungseinrichtung (7) zum Erfassen eines durch die kapazitive Last (4) fließenden kapazitiven Laststroms (I_f),
c) einer Subtrahiereinrichtung (8) zum Subtrahieren des erfaßten kapazitiven Laststroms (I_f) von dem erfaßten Gesamtlaststrom (I_l) und Ausgeben eines der Differenz entsprechenden Steuerstroms (I*), und
d) einer aktiven Filteranordnung (6) zum Empfangen des Steuerstroms (I*) und zum Zuführen eines Kompensationsstroms (I_c) zur Verbindungsleitung, welcher dem Differenzstrom (I*) entspricht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stromerfassungseinrichtung (5) einen ersten Stromwandler aufweist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stromerfassungseinrichtung (7) einen zweiten Stromwandler aufweist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stromerfassungseinrichtung (9, 10) umfaßt:
einen dritten Stromwandler (9) zur Erfassung eines von der Versorgungsstromquelle (1) gelieferten Stroms (I_s),
einen vierten Stromwandler (10) zur Erfassung des von der aktiven Filteranordnung (6) an die Verbindungsleitung zugeführten Kompensationsstroms (I_c),
eine Addiereinrichtung (11) zum Addieren der Ausgangssignale des dritten und vierten Stromwandlers (9, 10) und Zuführen des Addierergebnisses zur Subtrahiereinrichtung (8).