DE4224037A1

DE4224037A1 - N-fach abgestimmter Filterkreis einer Filterkreisanlage für Energieverteilnetze

Info

Publication number: DE4224037A1
Application number: DE19924224037
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl Ing Christl; Peter Dipl Ing Luetzelberger; Kadry Dr Ing Dr Sadek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2012-07-22
Also published as: DE4224037C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen n-fach abgestimmten Filterkreis einer Filterkreisanlage für ein mit Stromrich tern verbundenes Energieverteilnetzes zur Filterung von Oberschwingungsströmen und auf eine Filterkreisanlage.

Beim Betrieb von Stromrichtern, beispielsweise bei der Um formung des Stromes mittels einer Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungs-(HGÜ)Station, entstehen in den wechselstromsei tigen Zuleitungen des Stromrichters Oberschwingungsströme mit Frequenzen, welches ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfre quenz sind. Diese werden in das angeschlossene Drehstromnetz eingespeist und erzeugen an der Netzimpedanz Oberschwingungs spannungen, die eine Verzerrung der Betriebsspannung zur Folge haben. Von besonderer Bedeutung sind hierbei die soge nannten charakteristischen Oberschwingungen niedriger Ord nungszahl, bei denen die Oberschwingungsströme einen be trächtlichen Anteil des Grundschwingungsstromes erreichen können. Diese Oberschwingungsströme können im Drehstromnetz zur Beeinflussung von Telefonleitungen und anderen Informa tionssystemen führen. Die Spannungsverzerrung im Dreh stromnetz muß deshalb in Grenzen gehalten werden.

Zum Fernhalten der Oberschwingungsströme vom Wechselstrom netz und damit zur Reduktion der Spannungsverzerrung werden vielfach Drehstromfilterkreise, auch Saugkreise genannt, eingesetzt. Sie werden im Wechselstromnetz parallel zur Oberschwingungsquelle geschaltet. Jeder Saugkreis besteht in seiner einfachsten Ausführungsart aus einer Reihen schaltung eines Kondensators und einer Drossel. Abgestimmt auf eine bestimmte Frequenz (Frequenz eines dominant auftretenden Oberschwingungsstromes) bildet dieser Saugkreis für diese Frequenz eine sehr kleine Impedanz, was zur Folge hat, daß der entsprechende Oberschwingungsstrom anstatt ins Energieverteilnetz zum größten Teil in den Saugkreis fließt.

Aus Kostengründen ist man daran interessiert, die Grund schwingungs-Blindleistung und damit die Baugröße eines der artigen Saugkreises möglichst klein zu halten. Zur Kompen sation einer Blindleistung die größer ist als die Grund schwingungs-Blindleistung eines Filters, werden dann ent sprechend mehrere Filter für eine bestimmte Frequenz benö tigt. Im Aufsatz "Drehstromfilterkreise für Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungs-Stationen" von Dr. Povh, abgedruckt in der DE-Zeitschrift "Siemens-Energietechnik", Band 6, 1984, Heft 3, Seiten 130 bis 134, sind verschieden ausge führte Filterkreisanlagen beschrieben und im einzelnen dar gestellt.

Außerdem sind in diesem Aufsatz die wesentlichen Filteran ordnungen für eine Drehstrom-Filteranlage vorgestellt. Die bereits vorgestellte einfachste Ausführungsart wird als ab gestimmtes Fiter bezeichnet, mit dem eine sehr niedrige Im pedanz bei der Resonanzfrequenz, auch bei relativ kleiner Grundschwingungs-Blindleistung des Filterkreises, erreicht wird. Der Nachteil des abgestimmten Fiters ist die Verstim mung infolge von Frequenzabweichungen im Netz oder aufgrund der Kondensatorkapazitäts-Änderung infolge der Temperatur änderung.

Eine weitere Filteranordnung ist der Hochpaß, der im Ver gleich mit dem abgestimmten Filter eine höhere Impedanz bei der Resonanzfrequenz aufweist, jedoch unempfindlich gegen über Kapazitätsänderungen und großen Frequenzabweichungen im Netz ist.

Muß man Filterkreise bei relativ kleiner Grundschwingungs- Blindleistung bauen, um bei mehreren Resonanzfrequenzen niedrige Impedanzen zu erreichen, so ist der Einsatz von Doppelfilterkreisen vorteilhaft. Diese weisen zwei Impe danzminima auf, wobei nur eine Kondensatorbatterie für Hochspannung aufgebaut werden muß. Darin ist auch der we sentliche Kostenvorteil dieser Filteranordnung begründet.

Sollen Oberschwingungsströme bei mehreren charakteristi schen Oberschwingungen niedriger Ordnungszahl gefiltert werden, müssen mehrere Filterkreise für die unterschiedli chen Frequenzen verwendet werden. Dabei können auch die verschiedenen Filteranordnungen kombiniert werden, wie aus dem aufgeführten Aufsatz ersichtlich.

Bei der Verwendung einer derartigen Filterkreisanlage zur stufenweisen Blindleistungskompensation, wobei je nach Blindleistungsanforderungen in Stufen Filterkreise wahl weise zu- oder abgeschaltet werden, verschlechtert sich die Filterungseigenschaft bei sinkender zu kompensierender Blindleistung. Außerdem weist jeder Filterkreis einen Hoch spannungs-Kondensator auf, wodurch eine derartige Filter kreisanlage recht kostspielig ist und sehr viel Platz benötigt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einerseits einen Filterkreis, der für n Frequenzen abstimmbar ist, und andererseits eine Filterkreisanlage für Energieverteilnetze zur stufenweisen Kompensation von Blindleistung anzugeben, wobei die aufgeführten Nachteile beseitigt sind.

Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein n-fach abgestimmter Filterkreis vorgesehen ist, der aus einer Reihenschaltung eines Hochspannungs-Kondensators und einer ersten Drossel, einer ersten Parallelschaltung eines ersten Kondensators und einer zweiten Drossel und n-2 weiteren Parallelschaltungen besteht, die jeweils aus einem Kondensator und einer Drossel bestehen, wobei diese Rei henschaltung und diese n-1 Parallelschaltungen elektrisch in Reihe geschaltet sind.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Filterkrei ses erhält man einen mehrfach abgestimmten Filterkreis, der für vier, fünf oder n Resonanzfrequenzen abgestimmt ist. Gegenüber einem herkömmlichen mehrfach abgestimmten Filter kreis (bestehend aus jeweils einer Filteranordnung pro Re sonanzfrequenz), wird beim erfindungsgemäßen Filterkreis nur ein Hochspannungs-Kondensator benötigt, wodurch minde stens ein bis zwei Hochspannungs-Kondensatoren eingespart werden. Durch diese Einsparung an Hochspannungs-Kondensato ren verringern sich erheblich die Kosten, da der Kostenan teil des Hochspannungs-Kondensator bezüglich des Filter kreises 80 bis 90% beträgt. Da bekanntlich der Hochspan nungs-Kondensator (DE-Zeitschrift "ABB Technik", März 1990, Seiten 15 bis 22) aus mehreren Kondensatoreinheiten (bei spielsweise 50 bis 60 Einheiten) besteht, die in einem Ge rüst eingebaut sind, benötigt ein solcher Hochspannungs- Kondensator eine entsprechende Stellfläche. Durch die Ein sparung von mehreren Hochspannungs-Kondensatoren gegenüber einem herkömmlichen mehrfach abgestimmten Filterkreis ist der Aufbau des erfindungsgemäßen mehrfach abgestimmten Fil terkreises besonders platzsparend.

Die zweite Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die n-fach abgestimmten Filterkreise der Filterkreisanlage, deren Abstimmungen gleich sind, für unterschiedliche Grund schwingungs-Blindleistungen ausgelegt sind.

Durch den Aufbau der Filterkreisanlage mittels mehrerer er findungsgemäßer Filterkreise, die insbesondere identisch aufgebaut sind, wird bei stufenweiser Zu- oder Abschaltung einzelner Filterkreise die Blindleistung stufenweise ange paßt, jedoch nicht das charakteristische Frequenzverhalten der Filterkreisanlage geändert. Außerdem machen sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Filterkreises bei dieser Filterkreisanlage besonders bemerkbar.

Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Filterkrei ses und der erfindungsgemäßen Filterkreisanlage wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbei spiel schematisch veranschaulicht ist.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines mehrfach abgestimmten Fil terkreises nach der Erfindung und in

Fig. 2 ist der Aufbau einer Filterkreisanlage, bestehend aus mehreren Filterkreisen nach Fig. 1, darge stellt.

In Fig. 1 ist an einer Leitung 2 zwischen einem Leitungs pol und Erde ein n-fach abgestimmter Filterkreis 4 ange schlossen. Dieser Filterkreis 4 besteht aus einer Reihen schaltung eines Hochspannungs-Kondensators C₁, einer ersten Drossel L₁ und n Parallelschaltungen 6, die jeweils aus ei nem Kondensator C₂,. . .,C_n und einer Drossel L₂,. . ., Ln be stehen.

Der Hochspannungs-Kondensator C₁ ist das Leistungselement dieses Filterkreises 4, mit dem die Ankopplung zur Hoch spannung der Leitung 2 und die Trennung vom niedrigen Span nungsniveau erreicht wird. Außerdem wird beim Einsatz die ses Filterkreises 4 zur Blindleistungskompensation vom Hochspannungs-Kondensator C₁ die gewünschte kapazitive Blindleistung Q bereitgestellt. Diese entspricht

Q∼U²ωc₁,

wobei U die Netzspannung und ω die Kreisfrequenz des Ener gieverteilnetzes sind.

Die n Parallelschaltungen 6 sind jeweils auf eine vorbe stimmte Resonanzfrequenz, beispielsweise die 5., 7., 11., 13. und 24. Oberschwingung der Grundschwingung des Energiever teilnetzes, abgestimmt. Die Kondensatoren C₂. . . . ,C_n sind keine Hochspannungs-Kondensatoren, da an diesen n Parallel schaltungen 6 nur noch eine Teilspannung der Netzspannung U abfällt. Gegenüber einem herkömmlichen Filterkreis, abge stimmt für die 5., 7., 11., 13. und 24. Oberschwingung, werden vier Hochspannungs-Kondensatoren eingespart, wodurch erhebliche Kosten- und Platzvorteile erzielt werden.

In Fig. 2 ist ein Aufbau einer Filterkreisanlage 8 näher dargestellt, wobei an der Leitung 2 drei Filterkreise 4 nach Fig. 1 mittels Leistungsschalter 10 angeschlossen sind. Als Energieverteilnetz ist ein Drehstromnetz vorgese hen. Diese drei Filterkreise 4 sind jeweils auf n identi schen Resonanzfrequenzen abgestimmt. Jeder Filterkreis 4 stellt eine kapazitive Blindleistung Q₁, Q₂ und Q₃ zur Ver fügung. Diese Blindleistungen können gleich oder unter schiedlich sein und sind vom Anwendungsfall abhängig. Mit tels der Leistungsschalter 10 können die n-fach abgestimm ten Filterkreise 4 in Stufen wahlweise zu- oder abgeschal tet werden, wobei die Blindleistung Q in Stufen je nach den Blindleistungsanforderungen kompensiert wird. Bei einer derartig ausgestalteten Filterkreisanlage 8 ändert sich das charakteristische Frequenzverhalten dieser Filterkreisan lage 8 gegenüber einer herkömmlichen Filterkreisanlage im Falle von stufenweiser Zu- oder Abschaltung einzelner Fil terkreise 4 nicht, da die Filterkreise 4 identisch abge stimmt sind. Außerdem ist jeder Filterkreis auf alle Ober schwingungen, die im Energieverteilnetz gefiltert werden sollen, abgestimmt, so daß im Falle von stufenweiser Zu- oder Abschaltung von Filterkreisen 4 nur sich der Wert der kapazitiven Blindleistung Q ändert und nicht, wie bei herkömmlichen Filterkreisanlagen, auch Resonanzfrequenzen zu- oder abgeschaltet werden. Die erheblichen Platz- und Ko stenvorteile des n-fach abgestimmten Filterkreises 4 nach Fig. 1 kommen bei einer Filterkreisanlage 8, die aus mehreren solcher Filterkreisen 4 aufgebaut ist, besonders stark zur Geltung.

Claims

1. N-fach abgestimmter Filterkreis (4) einer Filterkreisan lage (8) für ein mit Stromrichtern verbundenes Energiever teilnetzes zur Filterung von Oberschwingungsströmen, be stehend aus

a) einer Reihenschaltung eines Hochspannungs-Kondensators (C₁) und einer ersten Drossel (L₁),
b) einer ersten Parallelschaltung (6) eines ersten Konden sators (C₂) und einer zweiten Drossel (L₂) und
c) n-2 weiteren Parallelschaltungen (6), die jeweils aus einem Kondensator (C₃,. . .,C_n) und einer Drossel (L₃,. . .,L_n) bestehen, wobei diese Reihenschaltung und diese n-1 Parallelschaltung (6) elektrisch in Reihe geschaltet sind.

2. Filterkreisanlage (8), bestehend aus mehreren n-fach ab gestimmten Filterkreisen (4) nach Anspruch 1, die jeweils über Leistungsschalter (10) mit einem mit Stromrichtern verbundenes Energieverteilnetzes verbindbar sind, da durch gekennzeichnet, daß diese n- fach abgestimmten Filterkreise (4), deren Abstimmungen gleich sind, für unterschiedliche Grundschwingungs-Blind leistungen (Q₁, Q₂, Q₃) ausgelegt sind.