DE9209784U1

DE9209784U1 - N-fach abgestimmter Filterkreis einer Filterkreisanlage für Energieverteilnetze

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Publication number: DE9209784U1
Application number: DE9209784U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1992-09-10
Anticipated expiration: 2002-07-22

Description

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Siemens Aktiengesellschaft

N-fach abgestimmter Filterkreis einer Filterkreisanlage für Energieverteilnetze

Die Erfindung bezieht sich auf einen &eegr;-fach abgestimmten Filterkreis einer Filterkreisanlage für ein mit Stromrichtern verbundenes Energieverteilnetzes zur Filterung von Oberschwingungsströmen und auf eine Filterkreisanlage.

Beim Betrieb von Stromrichtern, beispielsweise bei der Umformung des Stromes mittels einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-(HGÜ)Station, entstehen in den wechselstromseitigen Zuleitungen des Stromrichters Oberschwingungsströme mit Frequenzen, welches ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz sind. Diese werden in das angeschlossene Drehstromnetz eingespeist und erzeugen an der Netzimpedanz Oberschwingungsspannungen, die eine Verzerrung der Betriebsspannung zur Folge haben. Von besonderer Bedeutung sind hierbei die sogenannten charakteristischen Oberschwingungen niedriger Ordnungszahl, bei denen die Oberschwingungsströme einen beträchtlichen Anteil des Grundschwingungsstromes erreichen können. Diese Oberschwingungsströme können im Drehstromnetz zur Beeinflussung von Telefonleitungen und anderen Informationssystemen führen. Die Spannungsverzerrung im Drehstromnetz muß deshalb in Grenzen gehalten werden.

Zum Fernhalten der Oberschwingungsströme vom Wechselstromnetz und damit zur Reduktion der Spannungsverzerrung werden vielfach Drehstromfilterkreise, auch Saugkreise genannt, eingesetzt. Sie werden im Wechselstronetz parallel zur Oberschwingungsquelle geschaltet. Jeder Saugkreis besteht in seiner einfachsten Ausführungsart aus einer Reihenschaltung eines Kondensators und einer Drossel. Abgestimmt auf eine bestimmte Frequenz (Frequenz eines dominant auftretenden Oberschwingungsstromes) bildet dieser

Ur/Bim / 15.07.1952 -;:'; ; >

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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.
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Aus Kostengründen ist man daran interessiert, die Grundschwingungs-Blindleistung und damit die Baugröße eines derartigen Saugkreises möglichst klein zu halten. Zur Kompensation einer Blindleistung, die größer ist als die Grundschwingungs-Blindleistung eines Filters, werden dann entsprechend mehrere Filter für eine bestimmte Frequenz benötigt. 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 ausgeführte Filterkreisanlagen beschrieben und im einzelnen dargestellt.

Außerdem sind in diesem Aufsatz die wesentlichen Filteran-Ordnungen für eine Drehstrom-Filteranlage vorgestellt. Die bereits vorgestellte einfachste Ausführungsart wird als abgestimmtes Fiter bezeichnet, mit dem eine sehr niedrige Impedanz bei der Resonanzfrequenz, auch bei relativ kleiner Grundschwingungs-Blindleistung des Filterkreises, erreicht wird. Der Nachteil des abgestimmten Fiters ist die Verstimmung infolge von Frequenzabweichungen im Netz oder aufgrund der Kondensatorkapazitäts-Änderung infolge der Temperaturänderung .

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

Muß man Filterkreise bei relativ kleiner Grundschwingungs-Blindleistung bauen, um bei mehreren Resonanzfrequenzen

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niedrige Impedanzen zu erreichen, so ist der Einsatz von Doppelfilterkreisen vorteilhaft. Diese weisen zwei Impedanzminima auf, wobei nur eine Kondensatorbatterie für Hochspannung aufgebaut werden muß. Darin ist auch der wesentliche Kostenvorteil dieser Filteranordnung begründet.

Sollen Oberschwingungsströme bei mehreren charakteristischen Oberschwingungen niedriger Ordnungszahl gefiltert werden, müssen mehrere Filterkreise für die unterschiedlichen 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 wahlweise zu- oder abgeschaltet werden, verschlechtert sich die Filterungseigenschaft bei sinkender zu kompensierender Blindleistung. Außerdem weist jeder Filterkreis einen Hochspannungs-Kondensator auf, wodurch eine derartige Filterkreisanlage recht kostspielig ist und sehr viel Platz benötigt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einerseits einen Filterkreis, der für &eegr; 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 &eegr;-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-

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henschaltung und diese n-l Parallelschaltungen elektrisch in Reihe geschaltet sind.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Filterkreises erhält man einen mehrfach abgestimmten Filterkreis, der für vier, fünf oder &eegr; Resonanzfrequenzen abgestimmt ist. Gegenüber einem herkömmlichen mehrfach abgestimmten FiIterkreis (bestehend aus jeweils einer Filteranordnung pro Resonanzfrequenz) , wird beim erfindungsgemäßen Filterkreis nur ein Hochspannungs- Kondensator benötigt, wodurch mindestens ein bis zwei Hochspannungs-Kondensatoren eingespart werden. Durch diese Einsparung an Hochspannungs-Kondensatoren verringern sich erheblich die Kosten, da der Kostenanteil des Hochspannungs-Kondensator bezüglich des Filterkreises 80 bis 90 % beträgt. Da bekanntlich der Hochspannungs -Kondensator (DE-Zeitschrift "ABB Technik", März 1990, Seiten 15 bis 22) aus mehreren Kondensatoreinheiten (beispielsweise 50 bis 60 Einheiten) besteht, die in einem Gerüst eingebaut sind, benötigt ein solcher Hochspannungs-Kondensator eine entsprechende Stellfläche. Durch die Einsparung von mehreren Hochspannungs-Kondensatoren gegenüber einem herkömmlichen mehrfach abgestimmten Filterkreis ist der Aufbau des erfindungsgemäßen mehrfach abgestimmten Filterkreises besonders platzsparend.

Die zweite Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die &eegr;-fach abgestimmten Filterkreise der Filterkreisanlage, deren Abstimmungen gleich sind, für unterschiedliche Grundschwingungs-Blindleistungen ausgelegt sind.

Durch den Aufbau der Filterkreisanlage mittels mehrerer erfindungsgemäßer Filterkreise, die insbesondere identisch aufgebaut sind, wird bei stufenweiser Zu- oder Abschaltung einzelner Filterkreise die Blindleistung stufenweise angepaßt, jedoch nicht das charakteristische Frequenzverhalten der Filterkreisanlage geändert. Außerdem machen sich die

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Vorteile des erfindungsgemäßen Filterkreises bei dieser Filterkreisanlage besonders bemerkbar.

Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Filterkreises und der erfindungsgemäßen Filterkreisanlage wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel schematisch veranschaulicht ist.

Figur 1 zeigt den Aufbau eines mehrfach abgestimmten FiI-terkreises nach der Erfindung und in

Figur 2 ist der Aufbau einer Filterkreisanlage, bestehend aus mehreren Filterkreisen nach Figur l, dargestellt.

In Figur 1 ist an einer Leitung 2 zwischen einem Leitungspol und Erde ein &eegr;-fach abgestimmter Filterkreis 4 angeschlossen. Dieser Filterkreis 4 beteht aus einer Reihenschaltung eines Hochspannungs-Kondensators C₁, einer ersten Drossel L₁ und &eegr; Parallelschaltungen 6, die jeweils aus einem Kondensator Q^< · · ■ >^cn ^un<^ einer Drossel L2, · . . ,L_n bestehen.

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

Q U² C₁,

wobei U die Netzspannung und die Kreisfrequenz des Energieverteilnetzes sind.
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Die &eegr; Parallelschaltungen 6 sind jeweils auf eine vorbestimmte Resonanzfrequenz, beispielsweise die 5.,7.,11.,13.

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und 24. Oberschwingung der Grundschwingung des Energieverteilnetzes, abgestimmt. Die Kondensatoren C2,-..,C_n sind keine Hochspannungs-Kondensatoren, da an diesen &eegr; Parallelschaltungen 6 nur noch eine Teilspannung der Netzspannung U abfällt. Gegenüber einem herkömmlichen Filterkreis, abgestimmt für die 5., 7., 11., 13. und 24. Oberschwingung, werden vier Hochspannungs-Kondensatoren eingespart, wodurch erhebliche Kosten- und Platzvorteile erzielt werden.

In Figur 2 ist ein Aufbau einer Filterkreisanlage 8 näher dargestellt, wobei an der Leitung 2 drei Filterkreise 4 nach Figur 1 mittels Leistungsschalter 10 angeschlossen sind. Als Energieverteilnetz ist ein Drehstromnetz vorgesehen. Diese drei Filterkreise 4 sind jeweils auf &eegr; identisehen Resonanzfrequenzen abgestimmt. Jeder Filterkreis 4 stellt eine kapazitive Blindleistung Qi,Q2 ^un(ä Q3 zur Verfugung. Diese Blindleistungen können gleich oder unterschiedlich sein und sind vom Anwendungsfall abhängig. Mittels der Leistungsschalter 10 können die &eegr;-fach abgestimmten Filterkreise 4 in Stufen wahlweise zu- oder abgeschaltet 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 Filterkreisanlage 8 gegenüber einer herkömmlichen Filterkreisanlage im Falle von stufenweiser Zu- oder Abschaltung einzelner Filterkreise 4 nicht, da die Filterkreise 4 identisch abgestimmt sind. Außerdem ist jeder Filterkreis auf alle Oberschwingungen, 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 Kostenvorteile des &eegr;-fach abgestimmten Filterkreises 4 nach Figur l kommen bei einer Filterkreisanlage 8, die aus

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mehreren solcher Filterkreisen 4 aufgebaut ist, besonders stark zur Geltung.

Claims

92 G 3 3 8 6 OE Schutzansprüche

1. N-fach abgestimmter Filterkreis (4) einer Filterkreisanlage (8) für ein mit Stromrichtern verbundenes Enrgieverteilnetzes zur Filterung von Oberschwingungsströmen, bestehend aus

a) einer Reihenschaltung eines Hochspannungs- Kondensators (C₁) und einer ersten Drossel (L₁),

b) einer ersten Parallelschaltung (6) eines ersten Kondensators (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-l Parallelschaltung (6) elektrisch in Reihe geschaltet sind.

2. Filterkreisanlage (8), bestehend aus mehreren &eegr;-fach abgestimmten Filterkreisen (4) nach Anspruch 1, die jeweils über Leistungsschalter (10) mit einem mit Stromrichtern verbundenes Energieverteilnetzes verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese nfach abgestimmten Filterkreise (4), deren Abstimmungen gleich sind, für unterschiedliche Grundschwingungs-Blindleistungen (Qi,02,03) ausgelegt sind.