EP1941335A1 - Active network filter - Google Patents

Active network filter

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Publication number
EP1941335A1
EP1941335A1 EP06791724A EP06791724A EP1941335A1 EP 1941335 A1 EP1941335 A1 EP 1941335A1 EP 06791724 A EP06791724 A EP 06791724A EP 06791724 A EP06791724 A EP 06791724A EP 1941335 A1 EP1941335 A1 EP 1941335A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
active
inverter
power
load
compensation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06791724A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alfred Punzet
Viet Luu Hong
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Bosch Rexroth AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bosch Rexroth AG filed Critical Bosch Rexroth AG
Publication of EP1941335A1 publication Critical patent/EP1941335A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30Reactive power compensation

Definitions

  • the invention relates to a supply device according to the independent claims, wherein by means of a supply network consumers are supplied with power and the influences of non-linear loads are compensated for the supply network.
  • a supply network by means of a supply network consumers are supplied with power and the influences of non-linear loads are compensated for the supply network.
  • Supply device for providing electrical power for a
  • DC link can work. Furthermore, inverter arrangements are known which are able to compensate harmonic currents on the network.
  • An active line filter basically consists of an inverter or PWM converter in, for example, 3-phase design with IGBT bridge, which is capable of delivering electrical power into a DC voltage intermediate circuit, or - picking up power.
  • the resulting currents can have active and reactive components.
  • the inverter is usually by means of a mains choke comprehensive
  • Network interface connected to the actual supply network and thus switched between load and network.
  • non-linear loads can be connected to the supply network.
  • a simple diode rectifier bridge may already represent such a non-linear load.
  • a more complex structure such as a drive system with electrical loads, causes nonlinear distortions.
  • the non-linear load leads to a network load with harmonic-rich currents. These currents disturb the network balance and create currents in the center conductor. This can lead to problems with parallel connected devices. Depending on the location of the action, these problems are manifested differently by line overloads, voltage drops at the center conductor, component overload due to the harmonics (transformers, capacitors), malfunctions due to the non-sinusoidal network.
  • JP 9258839 shows a relevant active filter which makes it possible to adjust the degree of compensation of the non-linear components by means of an adjustable K-factor.
  • K-factor Frast Fourier Transformation
  • the invention solves the problem by an active system interference filter with an inverter, a control device and a harmonic detection means, the harmonic detection means determines a dependent on the harmonic power compensation power (pc, qc) and a respect of the compensation power demand adaptive acting control device component for determining a gain factor is included the compensation power is supplied to the inverter in accordance with the load of the inverter and / or the gain factor.
  • the above-mentioned and inventively modified active filter is preferably connected to a 3-phase network by means of a network filter.
  • the line filter effects a supply-side filtering to reduce the switching frequency generated by the PWM stage of the inverter and superimposed on the line frequency.
  • the power unit of the inverter includes a PWM IGBT power amplifier with DC intermediate circuit including DC link capacitor. As a rule, a DC load is connected on the DC link side.
  • the inverter represents the utility for this load.
  • the supply network can also have more or less than 3 phases.
  • the invention is thus by no means limited to use on a 3-phase supply network.
  • a control device is understood to be a unit which comprises components for operating the inverter, in particular components for controlling, controlling and regulating the power output.
  • all performance characteristics of the inverter can be stored in the control device. These may include, but are not limited to, permissible maximum current Imax, allowable maximum voltage Umax, inverter thermal characteristic, degree of instantaneous load / load, maximum power output, etc.
  • the controller may also include the harmonic detection means and the adaptive controller component.
  • a harmonic detection means is understood to mean a device which is capable of mathematically detecting the proportion of non-linear distortions in the current and / or voltage profile of a supply network and thus also the active power component or the reactive power component in the supply network.
  • An adaptively acting control device component is understood to mean a device which determines a compensation factor by means of which the quality of the active filtering can be set as a function of the required and the available energy (current performance of the inverter and / or state of the DC intermediate circuit).
  • a lower filter quality can be set in favor of an increased power requirement of a DC load connected to the inverter. Between the two operating modes “supply” and “filter” can thus produce a virtually continuous transition.
  • in accordance with the capacity utilization of the inverter is to be understood as a regulation of the compensation power dependent on the instantaneous degree of utilization / degree of load of the inverter as a supplier.
  • the active filter according to the invention therefore has two possible modes of operation.
  • a first mode as a line filter to compensate for nonlinear distortions and a second
  • Both modes may be active in parallel or alternatively at different intensities.
  • the degree of compensation is adjustable and individually adjustable.
  • the operating mode of the mains feedback filter is possible as a voltage supply device (supplier) or filter depending on the harmonics generated by a non-linear load.
  • the compensating power and possibly additionally the power requirement Pdc of a DC load connected to the inverter is taken into account at the input of a current transformer and transformed by means of the current transformer into compensation current nominal values (1 * q, 1 * d).
  • the transformation of the powers into currents taking place in this processing stage has the advantage that the magnitudes on which the amplification factor acts and also the output of the voltage regulator are independent of the mains voltage level. It can be counted up to this point at the performance level.
  • the DC voltage U D c is a DC link voltage generated by the inverter to which a load to be fed with DC voltage is usually connected.
  • the connectable load it is possible to prioritize one of the operating modes of the inverter (supplier and / or filter), so that a load-dependent mode selection results from it. If, for example, large non-linearities are to be compensated, the filter mode should be given priority, provided that there is still enough power available to supply additional loads.
  • the current feedback filter according to the invention comprises a current control, in particular a Pl-current control with dead-beat behavior.
  • a current control in particular a Pl-current control with dead-beat behavior.
  • the advantage of using the dead-beat behavior over the pure Pl behavior is the faster setting of the currents and thus a more accurate adjustment of the compensated current waveform.
  • an active network feedback filter comprises a
  • the regulator may be a PI voltage regulator. Thus, it is easy to determine a DC-side power setpoint from the DC link voltage.
  • the harmonic detection means comprises a mains AC voltage and mains AC currents and transforms them by means of the Clarke transformation in accordance with the active power / reactive power theory (PQ theory) in compensating power setpoint values pc, qc that can be represented in the dq coordinate system.
  • the input value of the harmonic detection means may be a 3-phase supply network current or a 3-phase supply voltage of the supply network to which a non-linear load is connected and whose harmonic components are to be compensated.
  • the calculated correction results in sum with the harmonic mains power supply at the grid feed point a sinusoidal active power. It is thus created a way to capture the power to be compensated mathematically efficient and reproducible.
  • the adaptively acting control device component comprises a control circuit for calculating the amplification factor, wherein the amplification factor acts as a control member and controls the proportion of the compensation power.
  • the quality with which a compensation is carried out depends, among other things, on the performance of the control loop.
  • the compensation in its intensity between a state without compensation (device in the supplier operation) and a state of maximum possible compensation (supply in the filter mode) or a lying within the aforementioned state range sub-range virtually infinitely regulate.
  • the network reaction filter according to the invention can thus be infinitely regulated between the two operating modes filter and supply depending on load conditions.
  • amplification factor is determined as a function of a load which can be connected to the inverter, so that during the filter operation a base load compensation and / or or a peak load compensation for this load is feasible.
  • a further possibility to solve the problem is that an input mentioned active network feedback filter, in particular with the properties described above, as a slave to a master in the form of a central control device (9) can be assigned and a
  • Input and / or output is connected to the connection with the master, said means of the
  • Network feedback filter would thus operate autonomously or centrally controlled in a network of active network feedback filters.
  • the output is used to transmit static and / or dynamic device data of the inverter to the central control device, there to calculate the appropriate for the inverter and individual compensation power components.
  • inverter-specific data in particular data relating to the performance and / or utilization / load of the inverter and the DC voltage intermediate power Pdc, to the. Master transferable.
  • the invention comprises a central control device, which can be assigned as master to a slave in the form of an active network retroactive filter according to the invention and an input and / or output for connection to a slave is included, wherein by means of the output compensation power setpoints are transferable.
  • a control device can thus control several active line filters.
  • inverter-specific data in particular data relating to the performance and / or utilization / loading of the inverter, can be received by the slave by means of the input. There are then performance-dependent individual calculations possible, which can be repeated cyclically.
  • the central control device particularly preferably comprises a harmonic detection means, which determines a compensation power dependent on the harmonic power and comprises an adaptive control device component for determining an amplification factor, the compensation power serving as the compensation power setpoint in accordance with the load / load of the inverter and the amplification factor ,
  • a harmonic detection means which determines a compensation power dependent on the harmonic power and comprises an adaptive control device component for determining an amplification factor, the compensation power serving as the compensation power setpoint in accordance with the load / load of the inverter and the amplification factor .
  • a supply network according to the invention comprises at least one active network feedback filter according to the invention and / or a central control unit. Reference is made here to the advantages already mentioned.
  • the non-linear load is preferably a drive system, in particular a drive system with further electrical components. Especially in these systems, due to the use of nonlinear components, nonlinear distortions occur.
  • Harmonic detection means a current regulator b current transformer
  • Figure 1 is a control scheme for an active network feedback filter with peripherals
  • Figure 2 is a schematic block diagram of a supply network with central control device and a plurality of inventive devices
  • 3 shows a flowchart for determining the amplification factor.
  • FIG. 1 shows an inverter 1 with a DC load 7 and a control device 2.
  • the control device 2 comprises in particular a current regulator 4a, a voltage transformer 4b, a harmonic detection means 3, an adaptive controller 5, a PI controller 8 and a gain factor Kc 6.
  • the control device 2 is the measured inverter grid current l s after passage of the network interface 11, the supply network current I L of the non-linear load and the supply voltage U N supplied.
  • a non-linear load 10 is also connected.
  • I L represents the distorted current of the nonlinear load 10
  • Is represents the inverter output current.
  • I 8 includes the current difference necessary to form a sinusoidal current I N TO from the distorted current I L.
  • the active mains feedback filter 13 comprises inter alia a fully functional inverter 1, so that it is possible to switch between the ' operating modes' filter mode ' and 'supplier mode ' by suitable, running in the control device 2 control algorithms or to activate them simultaneously or separately.
  • the control algorithm calculates the current setpoints for active power and reactive power. These are needed to fully compensate for the effects of a nonlinear load. This compensation capacity is limited by the current limit or the performance of the active filter.
  • the harmonic detection means 3 determines a compensation power dependent on the supply network side harmonic power with the effective component pc and the reactive component qc.
  • the compensating power pc, qc is calculated according to the capacity and / or the load / load of the inverter 1 by means of the gain factor 6 in the form of the adaptive compensation power values p * c and q * c forwarded, which are transformed by the current transformer 4b taking into account the active power setpoint Pdc in the compensation current setpoints l * q, l * d and fed to the adaptive controller 5.
  • a control difference is formed from these compensating current setpoint values l * q, l * d and the detected inverter network current I 3 (taking account of active and reactive components according to Clark-dq transformation) and the corresponding voltage setpoint values Uq and Ud for compensating purposes by means of current regulation 4a to inverter 1 fed.
  • the compensation current setpoint values l * q, l * d are supplied as a function of the load on the DC supply voltage U D c, which is applied to the DC voltage output of the inverter 1.
  • U D c a voltage regulator 8 is included whose input-side control difference is formed from one of the DC voltage U D c and a DC voltage setpoint U * D c and whose output corresponds to the active power setpoint Pdc.
  • the formed active power setpoint is practically added to Pdc.
  • the supply system shown in FIG. 2 comprises a supply network 12 and a plurality of active network feedback filters 13 according to the invention with peripherals 10, 11.
  • the active network feedback filter 13 comprises an inverter 1 and a control device 2.
  • the illustrated interruption of the supply network 12 should indicate that a plurality of further active network feedback filters 13 could be connected to the supply network 12.
  • the term "peripheral" includes the network interface 11.
  • a non-linear load 10 and a central control unit (master controller) 9 are also shown. Between the control devices 2 of the active network feedback filter 13 and the master controller 9 bidirectional and / or unidirectional connections 14 are arranged. Thus, the master controller 9 can communicate with the slave controllers 2.
  • connection 14 it is possible, for example, to transfer compensating power setpoint values p * c, q * c from the master controller 9 to the control devices 2. This is then transformed into compensating current setpoints l * q, l * d by means of a decentralized current transformer 4b comprised by the active mains feedback filter 13.
  • a current regulator 4a uses these compensation current setpoint values Tq 1 l * d for generating the voltage setpoint values Uq, Ud, which are supplied to the inverter 1 for compensation purposes.
  • this current transformation and current regulation takes place in the control device 2 (see FIG. 1).
  • the master controller 9 in turn can receive and utilize inverter-specific data, in particular data relating to the performance and / or the load / load of the inverter 1, by means of the connection 14.
  • the central control device 9 or the master controller 9 comprises a harmonic detection means 3. This determines the dependent of the harmonic power compensation power pc qc as already described above, wherein in a relative to the compensation power demand adaptively acting control device component 5 determines a gain factor 6 (K c ) is determined, which determines the required compensation power for the inverter according to the individual capacity or utilization on the basis of the data received by the connection 14 of the inverter.
  • the non-linear load 10 could be, for example, a drive system, in particular a drive system with further electrical components. It is by no means deducible from FIG. 2 that only a single nonlinear load 10 can be supplied by the supply network. Rather, the non-linear load 10 is representative of parallel and / or series-connected possibly further non-linear loads. The combination of the non-linear loads 10 produces a harmonic pattern specific to this arrangement. This harmonic image is detected by the master controller 9 to affect it specifically.
  • a central control device 9 using a central control device 9 is a complete or partial and dynamically adjusted compensation of the harmonics of Supply network 12 by means of several inverters 1 possible, the power reserves / utilization / load of the available inverter 1 is taken into account.
  • An application example of this would be, for example, a production island within a production line with multiple drive sets consisting of active mains feedback filters 13, which can operate as a regenerative utility because of the inverter 1, which may be the DC loads to axis inverter and motors.
  • the non-linear loads 10 in this example could consist of supply devices in feed-in technology (rectifier bridges) and connected Achsinrichtern, and other unspecified consumers.
  • the system is therefore equipped in part with supply units in feed-in technology (non-linear load due to rectifier bridge) and in regenerative technology (inverter and thus capable of functioning as a utility or active filter).
  • the adaptively acting control device component 5 from FIG. 1 (in FIG. 2 from the master controller block 9) comprises a control circuit for calculating the
  • Amplification factor 6 wherein the gain factor 6 as shown in Figure 1 by means of
  • Arrow indicated acts as a control member and controls the formation of the control difference at the input of the current transformer 4b required proportion of the compensation powers pc and qc.
  • the adapted compensation powers p * c, q * c are available.
  • the compensation current I * q, I * d can thereby be regulated indirectly by means of the amplification factor 6 in its intensity.
  • FIG. 3 shows a flowchart / flowchart for calculating the amplification factor 6 (Kc).
  • Kc amplification factor 6
  • the adaptive gain K 0 controls the proportion of calculated compensation power values pc, qc that are used for active network filtering.
  • a factor K 0 of 0 in this example does not mean active network filtering, a factor of 1 means complete network filtering in this example. Consequently, the gain factor 6 (K 0 ) should lie in the following range: 0 ⁇ K c ⁇ 1.
  • Amplification factor 6 (K 0 ) is always recalculated depending on the cycle in accordance with the flowchart by means of the control device 5.
  • K c (k) denotes the current value and Kc (k -i ) the value of the previous calculation.
  • I 4 C l 1 l * q represent the compensation current desired values calculated taking into account the supply network phase angle ⁇ in the current transformer 4b, which can be represented in an orthogonal dq coordinate system.
  • the input variables of the current transformer p * c and q * c are already present in the dq system.
  • the consideration of the mains voltage U N takes place by means of a transformed into an ⁇ ß system (transformation of a three-phase system with the phases a, b, c in a two-phase system with the phases ⁇ , ß) mains voltage U N.
  • Ua, b, c stands correspondingly for the three phases of the mains voltage U N.
  • the conversion is carried out by means of the following calculation.
  • the currently possible maximum current l max of the inverter applies to the vectorial sum of the currents in the dq direction.
  • the d component corresponds to the active component.
  • 2 max (vectorial addition) is provided by an external source and in the simplest case can be a fixed value. Another possibility would be the provision of a thermal model of the PWM power amplifier.
  • the current reserve ⁇ for active filtering is calculated from the geometric subtraction of the currents l max and 1 * ⁇ l * q -
  • the gain factor (6) K 0 is calculated by means of a discrete proportional controller.
  • the proportional gain ⁇ serves to adjust the loop gain.
  • the compensation current setpoints would have to be lowered.
  • the current released for the required active power would then possibly no longer be sufficient due to the thermally induced reduction of l 2 max.
  • the currently possible maximum current of the converter l 2 max can be reduced by the current l 2 dcmastructure to be defined previously become.
  • the height of l 2 dC ma x can be pre-determined for the respective application, depending on the expected load or capacity of the inverter.
  • an active power reserve can always be occupied in advance, which can not be undershot by the thermal load in the filter mode.
  • control device component 5 it would also be possible to design the control device component 5 such that it is always optimally filtered up to a freely definable nonlinear load variable 10. This would mean that the inverter 1 always works with a basic load due to the compensation of non-linear distortions in the supply network 12 as a filter and supply unit on the supply network 12. Rarer peak loads would then be partially compensated. On the other hand, one can imagine that especially at low non-linear loads on the supply network 12, the compensation is completely omitted in order to compensate only at high, non-linear peak loads. Such an arrangement could be realized by a specially designed control characteristic.
  • the control characteristic may be inserted after the harmonic detection means 3 and acts as an additional non-linear gain factor.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a supply device (13) which feeds a consumer (7) with power by means of a supply network (12). Said supply device (13) fulfils both the function of a power supply and the function of a network filter, an optimum working point to be adjustable in terms of the operating modes as supplier/active filter, according to the required energy reserves. This is achieved by means of an active phase effect filter, a harmonic wave detection means (3) determining a compensating power dependent on the network harmonic wave power, and a control device component (5) whose action is adapted to the compensating power requirement being provided for the determination of an amplification factor (6). The compensating power is supplied to the current inverter according to the utilisation of the current inverter (1) and the amplification factor (6).

Description

Aktives Netzfilter Active line filter
Die Erfindung befasst sich mit einer Versorgungseinrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen, wobei mittels eines Versorgungsnetzes Verbraucher mit Leistung gespeist und die Einflüsse nichtlinearer Lasten auf das Versorgungsnetz kompensiert werden. Im Stand der Technik sind Anordnungen mit Wechselrichtern bekannt, welche alsThe invention relates to a supply device according to the independent claims, wherein by means of a supply network consumers are supplied with power and the influences of non-linear loads are compensated for the supply network. In the prior art arrangements with inverters are known which as
Versorgungseinrichtung zur Bereitstellung von elektrischer Leistung für einenSupply device for providing electrical power for a
Gleichspannungszwischenkreis arbeiten können. Weiter sind Wechselrichteranordnungen bekannt, die in der Lage sind Oberwellenströme auf dem Netz zu kompensieren. DieDC link can work. Furthermore, inverter arrangements are known which are able to compensate harmonic currents on the network. The
Erfindung beschreibt im Detail die parallele Versorgung und Kompensation durch eineInvention describes in detail the parallel supply and compensation by a
Anordnung, welche als Versorgungseinrichtung und aktives Filter fungieren kann.Arrangement, which can act as a supply device and active filter.
Ein aktives Netzfilter besteht grundsätzlich aus einem Wechselrichter oder PWM-Converter in beispielsweise 3-phasiger Ausführung mit IGBT - Brücke, wobei dieses in der Lage ist elektrische Leistung in einen Gleichspannungszwischenkreis abzugeben, bzw. - Leistung aufzunehmen. Die sich hierbei einstellenden Ströme können Wirk- und Blindanteile aufweisen. Der Wechselrichter ist in der Regel mittels einer eine Netzdrossel umfassendenAn active line filter basically consists of an inverter or PWM converter in, for example, 3-phase design with IGBT bridge, which is capable of delivering electrical power into a DC voltage intermediate circuit, or - picking up power. The resulting currents can have active and reactive components. The inverter is usually by means of a mains choke comprehensive
Netzschnittstelle mit dem eigentlichen Versorgungsnetz verbunden und damit zwischen Last und Netz geschaltet.Network interface connected to the actual supply network and thus switched between load and network.
Am Versorgungsnetz können zusätzlich nichtlineare Lasten angeschlossen sein. Eine einfache Diodengleichrichterbrücke kann bereits eine solche nichtlineare Last darstellen. Aber auch ein komplexeres Gebilde, wie beispielsweise ein Antriebssystem mit elektrischen Verbrauchern, verursacht nichtlineare Verzerrungen. Die nichtlineare Last führt zu einer Netzbelastung mit oberwellenreichen Strömen. Diese Ströme stören die Netzbalance und verursachen Ströme im Mittelleiter. Dies kann bei parallel angeschlossenen Geräten zu Problemen führen. Diese Probleme machen sich je nach Wirkort unterschiedlich bemerkbar durch Leitungsüberlastungen, Spannungsabfälle am Mittelleiter, Bauteilüberlastung durch die Oberwellen (Trafos, Kondensatoren), Funktionsstörungen aufgrund des nichtsinusförmigen Netzes.In addition, non-linear loads can be connected to the supply network. A simple diode rectifier bridge may already represent such a non-linear load. But even a more complex structure, such as a drive system with electrical loads, causes nonlinear distortions. The non-linear load leads to a network load with harmonic-rich currents. These currents disturb the network balance and create currents in the center conductor. This can lead to problems with parallel connected devices. Depending on the location of the action, these problems are manifested differently by line overloads, voltage drops at the center conductor, component overload due to the harmonics (transformers, capacitors), malfunctions due to the non-sinusoidal network.
Im Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, welche derartige fehlende Netzbalancen wieder herstellen. Solche Vorrichtungen sind unter der Bezeichnung „Aktive Netzfilter" bekannt. Beispielsweise zeigt die Schrift JP 9258839 ein einschlägiges aktives Filter, welches mittels eines verstellbaren K-Faktors die Einstellung des Kompensationsgrades der nichtlinearen Anteile ermöglicht. Zur Ermittlung des Kompensationsstromes werden- über eine FFT (Fast Fourier Transformation) einzelne Harmonische ausgefiltert. Der K-Faktor dient zur energiesparenden Einstellung des Filters und hat sonst keine weitere Funktion.In the prior art devices are known which restore such missing network balances. Such devices are known as "Active Line Filters". For example, JP 9258839 shows a relevant active filter which makes it possible to adjust the degree of compensation of the non-linear components by means of an adjustable K-factor. To determine the compensation current, individual harmonics are filtered out via an FFT (Fast Fourier Transformation). The K-factor is used for energy-saving adjustment of the filter and has no other function.
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Eingangs erwähnte Versorgungseinrichtung derart zu verbessern, dass abhängig von den erforderlichen Energiereserven ein im Hinblick auf die Netzbalance optimaler Arbeitspunkt bezüglich der Betriebsarten als Versorger und Filter einstellbar ist.It is the object of the invention to improve an input mentioned supply device such that, depending on the required energy reserves with respect to the network balance optimal operating point with respect to the operating modes as a provider and filter is adjustable.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein aktives Netzrückwirkungsfilter mit einem Wechselrichter, einer Kontrolleinrichtung und einem Oberwellenerfassungsmittel, wobei das Oberwellenerfassungsmittel eine von der Netzoberwellenleistung abhängige Kompensationsleistung (pc, qc) ermittelt und eine bezüglich des Kompensationsleistungsbedarfes adaptiv wirkende Kontrolleinrichtungskomponente zur Ermittlung eines Verstärkungsfaktors umfasst ist, wobei die Kompensationsleistung nach Maßgabe der Auslastung des Wechselrichters und/oder des Verstärkungsfaktors dem Wechselrichter zugeführt wird.The invention solves the problem by an active system interference filter with an inverter, a control device and a harmonic detection means, the harmonic detection means determines a dependent on the harmonic power compensation power (pc, qc) and a respect of the compensation power demand adaptive acting control device component for determining a gain factor is included the compensation power is supplied to the inverter in accordance with the load of the inverter and / or the gain factor.
Das oben genannte und erfindungsgemäß modifizierte aktive Filter ist vorzugsweise an einem 3-phasigen Netz mittels eines Netzfilters angeschlossen. Das Netzfilter bewirkt eine versorgungsnetzseitige Filterung zur Reduzierung der von der PWM - Stufe des Wechselrichters erzeugten und der Netzfrequenz überlagerten Schaltfrequenz.The above-mentioned and inventively modified active filter is preferably connected to a 3-phase network by means of a network filter. The line filter effects a supply-side filtering to reduce the switching frequency generated by the PWM stage of the inverter and superimposed on the line frequency.
Das Leistungsteil des Wechselrichters umfasst eine PWM - IGBT - Endstufe mit Gleichspannungszwischenkreis inkl. Zwischenkreiskondensator. In der Regel ist zwischenkreisseitig eine DC-Last angeschlossen. Für diese Last stellt der Wechselrichter den Versorger dar.The power unit of the inverter includes a PWM IGBT power amplifier with DC intermediate circuit including DC link capacitor. As a rule, a DC load is connected on the DC link side. The inverter represents the utility for this load.
Generell sei darauf hingewiesen, dass das Versorgungsnetz auch mehr oder weniger als 3 Phasen aufweisen kann. Die Erfindung ist also keineswegs auf die Verwendung an eines 3 phasigen Versorgungsnetzes eingeschränkt. Unter einer Kontrolleinrichtung wird eine Einheit verstanden, welche Komponenten zum Betrieb des Wechselrichters umfasst, insbesondere Komponenten zur Kontrolle, Steuerung und Regelung der Leistungsabgabe. In der Kontrolleinrichtung können wiederum sämtliche Leistungskenndaten des Wechselrichters hinterlegt sein. Hierzu können unter anderem gehören, der zulässiger Maximalstrom Imax, die zulässige Maximalspannung Umax, die thermische Kennlinie des Wechselrichters, der Grad der momentanen Auslastung/Belastung, die maximal mögliche Leistungsabgabe, etc. Die Kontrolleinrichtung kann auch das Oberwellenerfassungsmittel und die adaptive Kontrolleinrichtungskomponente umfassen.In general, it should be noted that the supply network can also have more or less than 3 phases. The invention is thus by no means limited to use on a 3-phase supply network. A control device is understood to be a unit which comprises components for operating the inverter, in particular components for controlling, controlling and regulating the power output. In turn, all performance characteristics of the inverter can be stored in the control device. These may include, but are not limited to, permissible maximum current Imax, allowable maximum voltage Umax, inverter thermal characteristic, degree of instantaneous load / load, maximum power output, etc. The controller may also include the harmonic detection means and the adaptive controller component.
Unter einem Oberwellenerfassungsmittel wird eine Einrichtung verstanden, welche in der Lage ist, den Anteil nichtlinearer Verzerrungen im Strom- und/oder Spannungsverlauf eines Versorgungsnetzes und damit auch den Wirkleistungsanteil bzw. den Blindleistungsanteil im Versorgungsnetz mathematisch zu erfassen.A harmonic detection means is understood to mean a device which is capable of mathematically detecting the proportion of non-linear distortions in the current and / or voltage profile of a supply network and thus also the active power component or the reactive power component in the supply network.
Unter einer adaptiv wirkenden Kontrolleinrichtungskomponente wird eine Einrichtung verstanden, welche einen Kompensationsfaktor ermittelt, mittels dessen die Güte der aktiven Filterung abhängig von der erforderlichen und der zur Verfügung stehenden Energie (aktuelles Leistungsvermögen des Wechselrichters und/oder Zustand des Gleichspannungszwischenkreises) einstellbar ist. Durch diese Maßnahme kann eine geringere Filtergüte zugunsten einer erhöhten Leistungsanforderung einer am Wechselrichter angeschlossenen DC-Last eingestellt werden. Zwischen den zwei Betriebsarten „Versorger" und „Filter" lässt sich damit ein praktisch stufenloser Übergang herstellen.An adaptively acting control device component is understood to mean a device which determines a compensation factor by means of which the quality of the active filtering can be set as a function of the required and the available energy (current performance of the inverter and / or state of the DC intermediate circuit). As a result of this measure, a lower filter quality can be set in favor of an increased power requirement of a DC load connected to the inverter. Between the two operating modes "supply" and "filter" can thus produce a virtually continuous transition.
Unter der Angabe „nach Maßgabe der Auslastung des Wechselrichters" ist eine vom momentanen Auslastungsgrad/Belastungsgrad des Wechselrichters als Versorger abhängige Regulierung der Kompensationsleistung zu verstehen.The term "in accordance with the capacity utilization of the inverter" is to be understood as a regulation of the compensation power dependent on the instantaneous degree of utilization / degree of load of the inverter as a supplier.
Das erfindungsgemäße aktive Filter hat demnach zwei mögliche Betriebsarten. Eine erste Betriebsart als Netzfilter zur Kompensation nichtlinearer Verzerrungen und eine zweiteThe active filter according to the invention therefore has two possible modes of operation. A first mode as a line filter to compensate for nonlinear distortions and a second
Betriebsart als Versorger' für eine gleichspannungszwischenkreisseitig angeschlossene Last.Operating mode as utility ' for a load connected on the DC link side.
Beide Betriebsarten können parallel oder alternativ mit unterschiedlicher Intensität aktiv sein.Both modes may be active in parallel or alternatively at different intensities.
Aufgrund der Tatsache, dass die erforderliche Kompensationsleistung nach Maßgabe derDue to the fact that the required compensation performance in accordance with the
Auslastung des Wechselrichters und des adaptiv ermittelten Verstärkungsfaktors in einen Kompensationsstromsollwert transformiert wird, wird der Kompensationsgrad regulierbar und individuell einstellbar. Somit ist auch gleichzeitig die Betriebsart des Netzrückwirkungsfilters als Spannungsversorgungseinrichtung (Versorger) oder Filter abhängig von den durch eine nichtlineare Last erzeugten Oberwellen möglich. Damit ist sowohl die Funktion einer Leistungsversorgung als auch die Funktion eines Netzfilters erfüllt, wobei abhängig von den erforderlichen Energiereserven ein optimaler Arbeitspunkt bezüglich der Betriebsarten Versorger/Filter einstellbar ist.Utilization of the inverter and the adaptively determined gain factor is transformed into a compensation current setpoint, the degree of compensation is adjustable and individually adjustable. Thus, at the same time, the operating mode of the mains feedback filter is possible as a voltage supply device (supplier) or filter depending on the harmonics generated by a non-linear load. Thus, both the function of a power supply and the function of a network filter is met, wherein depending on the required energy reserves, an optimal operating point with respect to the modes of supply / filter is adjustable.
Besonders bevorzugt wird mittels des zuvor genannten Netzrückwirkungsfilter die Kompensationsleistung sowie ggf. zusätzlich der Leistungsbedarf Pdc einer am Wechselrichter angeschlossenen DC-Last am Eingang eines Stromtransformators berücksichtigt und mittels des Stromtransformators in Kompensationsstromsollwerte (l*q,l*d) transformiert. Die in dieser Verarbeitungsstufe erfolgende Transformation der Leistungen in Ströme hat den Vorteil, dass die Größen, auf die der Verstärkungsfaktor einwirkt, und auch der Ausgang des Spannungsreglers, unabhängig von der Netzspannungshöhe sind. Es kann bis zu diesem Punkt auf Leistungsebene gerechnet werden.Particularly preferably, the compensating power and possibly additionally the power requirement Pdc of a DC load connected to the inverter is taken into account at the input of a current transformer and transformed by means of the current transformer into compensation current nominal values (1 * q, 1 * d). The transformation of the powers into currents taking place in this processing stage has the advantage that the magnitudes on which the amplification factor acts and also the output of the voltage regulator are independent of the mains voltage level. It can be counted up to this point at the performance level.
Es handelt sich bei der Gleichspannung UDc um eine vom Wechselrichter erzeugte Zwischenkreisgleichspannung, an der in der Regel eine mit Gleichspannung zu speisende Last angeschlossen ist. Durch die so realisierte Berücksichtigung der anschließbaren Last ist es möglich einer der Betriebsarten des Wechselrichters (Versorger und/oder Filter) den Vorrang zu geben, so dass eine lastabhängige Betriebsartwahl daraus resultiert. Sind beispielsweise große Nichtlinearitäten zu kompensieren, wäre der Filterbetriebsart der Vorrang zu gewähren, vorausgesetzt es steht noch genügend Leistung zur Versorgung weiterer Lasten zur Verfügung.The DC voltage U D c is a DC link voltage generated by the inverter to which a load to be fed with DC voltage is usually connected. By thus taking into account the connectable load, it is possible to prioritize one of the operating modes of the inverter (supplier and / or filter), so that a load-dependent mode selection results from it. If, for example, large non-linearities are to be compensated, the filter mode should be given priority, provided that there is still enough power available to supply additional loads.
Ganz besonders bevorzugt ist von dem erfindungsgemäßen Netzrückwirkungsfilter eine Stromregelung umfasst, insbesondere eine Pl-Stromregelung mit Dead-Beat-Verhalten. Der Vorteil bei Verwendung des Dead-Beat-Verhaltens gegenüber des reinen Pl-Verhaltens ist die schnellere Einstellung der Ströme und somit eine genauere Einstellung der kompensierten Stromform.Very particular preference is the current feedback filter according to the invention comprises a current control, in particular a Pl-current control with dead-beat behavior. The advantage of using the dead-beat behavior over the pure Pl behavior is the faster setting of the currents and thus a more accurate adjustment of the compensated current waveform.
Vorteilhafterweise umfasst ein erfindungsgemäßes aktives Netzrückwirkungsfilter einenAdvantageously, an active network feedback filter according to the invention comprises a
Spannungsregler, wobei dessen eingangsseitige Regeldifferenz aus einer amVoltage regulator, whose input-side control difference from an am
Gleichspannungsausgang des Wechselrichters anliegenden Gleichspannung und einem Gleichspannungssollwert gebildet ist und wobei die Ausgangsgröße des Spannungsreglers einem Wirkleistungssollwert entspricht. Bei dem Regler kann es sich um einen Pl- Spannungsregler handeln. Es lässt sich somit einfach ein zwischenkreisseitiger Leistungssollwert aus der Zwischenkreisspannung ermitteln.DC voltage output of the inverter applied DC voltage and a DC voltage reference is formed and wherein the output of the voltage regulator corresponds to an active power setpoint. The regulator may be a PI voltage regulator. Thus, it is easy to determine a DC-side power setpoint from the DC link voltage.
Vorzugsweise umfasst das Oberwellenerfassungsmittel eine Netzwechselspannung und Netzwechselströme und formt diese mittels der Clarke Transformation nach Maßgabe der Wirkleistungs-/Blindleistungstheorie (PQ-Theorie) in im dq - Koordinatensystem darstellbare Kompensationsleistungssollwerte pc, qc um. Die Eingangsgröße des Oberwellenerfassungsmittels kann ein 3-phasiger Versorgungsnetzstrom bzw. eine 3- phasige Versorgungsnetzspannung des Versorgungsnetzes sein, an dem eine nichtlineare Last angeschlossen ist und dessen Oberwellenanteile kompensiert werden sollen. Die ermittelten Korrekturleistungen ergeben in Summe mit der mit Oberwellen behafteten Versorgungsnetzleistung am Netzeinspeisepunkt eine sinusförmige Wirkleistung. Es ist damit eine Möglichkeit geschaffen, die zu kompensierende Leistung effizient und reproduzierbar mathematisch zu erfassen.Preferably, the harmonic detection means comprises a mains AC voltage and mains AC currents and transforms them by means of the Clarke transformation in accordance with the active power / reactive power theory (PQ theory) in compensating power setpoint values pc, qc that can be represented in the dq coordinate system. The input value of the harmonic detection means may be a 3-phase supply network current or a 3-phase supply voltage of the supply network to which a non-linear load is connected and whose harmonic components are to be compensated. The calculated correction results in sum with the harmonic mains power supply at the grid feed point a sinusoidal active power. It is thus created a way to capture the power to be compensated mathematically efficient and reproducible.
Besonders bevorzugt umfasst die adaptiv wirkende Kontrolleinrichtungskomponente einen Regelkreis zur Berechnung des Verstärkungsfaktors, wobei der Verstärkungsfaktor als Steuerglied wirkt und den Anteil der Kompensationsleistung steuert. Die Güte, mit der eine Kompensation durchgeführt wird, ist unter anderem abhängig von der Performance des Regelkreises.Particularly preferably, the adaptively acting control device component comprises a control circuit for calculating the amplification factor, wherein the amplification factor acts as a control member and controls the proportion of the compensation power. The quality with which a compensation is carried out depends, among other things, on the performance of the control loop.
Ganz besonders bevorzugt lässt sich die Kompensation in ihrer Intensität zwischen einem Zustand ohne Kompensation (Vorrichtung im Versorgerbetrieb) und einem Zustand maximal möglicher Kompensation (Versorgung im Filterbetrieb) oder einem innerhalb des zuvor genannten Zustandsbereiches liegenden Teilbereiches praktisch stufenlos regulieren. Das erfindungsgemäße Netzrückwirkungsfilter lässt sich somit stufenlos zwischen den beiden Betriebsarten Filter und Versorger je nach Lastverhältnissen regulieren.Most preferably, the compensation in its intensity between a state without compensation (device in the supplier operation) and a state of maximum possible compensation (supply in the filter mode) or a lying within the aforementioned state range sub-range virtually infinitely regulate. The network reaction filter according to the invention can thus be infinitely regulated between the two operating modes filter and supply depending on load conditions.
Vorteilhafterweise wird der Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit vom Quadrat des Wechselrichtermaximalstromes und vom Quadrat der Kpmpensationsstromsollwerte basierend auf folgender Entscheidung ermittelt ε =ym ~^d +*q )) >0 - Aufgrund der vektoriellen Berechnung und Berücksichtigung der Gesamtvektorlängen durch die Erhebung der Ströme in die zweite Potenz wird eine Überschreitung des Wechselrichtermaximalstromes vermieden. Zu weiteren Optimierungszwecken des Verhaltens der Anordnung im realen Betrieb werden bei der Berechnung des Verstärkungsfaktors zusätzliche Einflussfaktoren, insbesondere das thermische Verhalten des Wechselrichters, berücksichtigt und vorteilhafterweise wird der Verstärkungsfaktor abhängig von einer am Wechselrichter anschließbaren Last ermittelt, so dass während des Filterbetriebes eine Grundlastkompensation und/oder eine Spitzenlastkompensation für diese Last realisierbar ist.Advantageously, the amplification factor is determined in dependence on the square of the inverter maximum current and the square of the Kpmpensationsstromsollwerte based on the following decision ε = y m ~ ^ d + * q))> 0 - Due to the vectorial calculation and considering the total vector lengths by the elevation of the currents in the second power is avoided exceeding the inverter maximum current. For further optimization purposes of the behavior of the arrangement in real operation, additional influencing factors, in particular the thermal behavior of the inverter, are taken into account in the calculation of the amplification factor and advantageously the amplification factor is determined as a function of a load which can be connected to the inverter, so that during the filter operation a base load compensation and / or or a peak load compensation for this load is feasible.
Nach Maßgabe der Größe der nichtlinearen Netzlast ist damit definierbar, ob und/oder mit welcher Intensität eine von der Netzoberwellen leistung abhängige Kompensation erfolgt. Je nach Art des Netzes, den Vorgaben des Energieversorgers oder aber den Richtlinien der angeschlossenen Verbraucher kann somit flexibel reagiert werden.In accordance with the size of the nonlinear network load is thus definable whether and / or with what intensity a power of the harmonics power compensation occurs. Depending on the type of network, the specifications of the energy supplier or the guidelines of the connected consumers can be reacted flexibly.
Eine weitere Möglichkeit die Aufgabe zu lösen besteht darin, dass ein Eingangs erwähntes aktives Netzrückwirkungsfilter, insbesondere mit den zuvor beschriebenen Eigenschaften, als Slave einem Master in Form einer zentralen Kontrolleinrichtung (9) zuordenbar ist und einA further possibility to solve the problem is that an input mentioned active network feedback filter, in particular with the properties described above, as a slave to a master in the form of a central control device (9) can be assigned and a
Eingang und/oder Ausgang zur Verbindung mit dem Master umfasst ist, wobei mittels desInput and / or output is connected to the connection with the master, said means of the
Eingangs ein Kompensationsleistungssollwert empfangbar ist. Das aktiveInput a compensation power setpoint is receivable. The active one
Netzrückwirkungsfilter wäre damit autark oder in einem Verbund von aktiven Netzrückwirkungsfiltern zentral gesteuert zu betreiben.Network feedback filter would thus operate autonomously or centrally controlled in a network of active network feedback filters.
Der Ausgang dient zur Übermittlung von statischen und/oder dynamischen Gerätedaten des Wechselrichters an den die zentrale Kontrolleinrichtung, um dort der für den Wechselrichter passende und individuelle Kompensationsleistungsanteile zu errechnen. Mittels des Ausgangs sind wechselrichterspezifische Daten, insbesondere Daten bezüglich der Leistungsfähigkeit und/oder Auslastung/Belastung des Wechselrichters sowie der Gleichspannungszwischenkreisleistung Pdc, an den. Master übertragbar.The output is used to transmit static and / or dynamic device data of the inverter to the central control device, there to calculate the appropriate for the inverter and individual compensation power components. By means of the output, inverter-specific data, in particular data relating to the performance and / or utilization / load of the inverter and the DC voltage intermediate power Pdc, to the. Master transferable.
Weiter umfasst die Erfindung eine zentrale Kontrolleinrichtung, welche als Master einem Slave in Form eines erfindungsgemäßen aktiven Netzrückwirkungsfilters zuordenbar ist und ein Eingang und/oder Ausgang zur Verbindung mit einem Slave umfasst ist, wobei mittels des Ausgangs Kompensationsleistungssollwerte übertragbar sind. Eine Kontrolleinrichtung kann damit mehrere aktive Netzfilter steuern. Vorteilhafterweise können mittels des Eingangs wechselrichterspezifische Daten, insbesondere Daten bezüglich der Leistungsfähigkeit und/oder Auslastung/Belastung des Wechselrichters, vom Slave empfangen werden. Es sind dann leistungsabhängige individuelle Berechnungen möglich, welche zyklisch wiederholt werden können.Furthermore, the invention comprises a central control device, which can be assigned as master to a slave in the form of an active network retroactive filter according to the invention and an input and / or output for connection to a slave is included, wherein by means of the output compensation power setpoints are transferable. A control device can thus control several active line filters. Advantageously, inverter-specific data, in particular data relating to the performance and / or utilization / loading of the inverter, can be received by the slave by means of the input. There are then performance-dependent individual calculations possible, which can be repeated cyclically.
Besonders bevorzugt umfasst die zentrale Kontrolleinrichtung ein Oberwellenerfassungsmittel, wobei dieses eine von der Netzoberwellenleistung abhängige Kompensationsleistung ermittelt und eine bezüglich des Kompensationsleistungsbedarfes adaptiv wirkende Kontrolleinrichtungskomponente zur Ermittlung eines Verstärkungsfaktors umfasst ist, wobei die Kompensationsleistung nach Maßgabe der Auslastung/Belastung des Wechselrichters und des Verstärkungsfaktors als Kompensationsleistungssollwert dient. Die Vorteile ergeben sich aus den Ausführungen zum aktiven Netzrückwirkungsfilter mit integrierter Kontrolleinrichtung.The central control device particularly preferably comprises a harmonic detection means, which determines a compensation power dependent on the harmonic power and comprises an adaptive control device component for determining an amplification factor, the compensation power serving as the compensation power setpoint in accordance with the load / load of the inverter and the amplification factor , The advantages arise from the versions of the active mains feedback filter with integrated control device.
Ein erfindungsgemäßes Versorgungsnetz umfasst zumindest ein erfindungsgemäßes aktives Netzrückwirkungsfilter und/oder eine zentrale Kontrolleinheit. Es wird hier auf die bereits genannten Vorteile verwiesen.A supply network according to the invention comprises at least one active network feedback filter according to the invention and / or a central control unit. Reference is made here to the advantages already mentioned.
Bevorzugt handelt es sich bei der nichtlinearen Last um ein Antriebssystem, insbesondere ein Antriebssystem mit weiteren elektrischen Komponenten. Speziell bei diesen Systemen treten aufgrund der Verwendung nichtlinearer Bauteile nichtlineare Verzerrungen auf. The non-linear load is preferably a drive system, in particular a drive system with further electrical components. Especially in these systems, due to the use of nonlinear components, nonlinear distortions occur.
Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS
Wechselrichterinverter
Kontrolleinrichtungcontrol device
Oberwellenerfassungsmittel a Stromregler b StromtrahsformatorHarmonic detection means a current regulator b current transformer
Adaptiver ControllerAdaptive controller
Verstärkungsfaktorgain
DC-LastDC load
Pl-ReglerPI controller
Master Controller 0 Nichtlineare Last 1 Netzinterface 2 Versorgungsnetz 3 Aktives Netzrückwirkungsfilter 4 Verbindung Master controller 0 Non-linear load 1 Network interface 2 Power supply 3 Active mains feedback filter 4 Connection
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Beispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the examples shown in Figures 1 to 3. Show it:
Figur 1 ein Kontrollschema für einen aktiven Netzrückwirkungsfilter mit Peripherie; Figur 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Versorgungsnetzes mit zentraler Kontrolleinrichtung und mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen; Figur 3 ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung des Verstärkungsfaktors.Figure 1 is a control scheme for an active network feedback filter with peripherals; Figure 2 is a schematic block diagram of a supply network with central control device and a plurality of inventive devices; 3 shows a flowchart for determining the amplification factor.
In Figur 1 sind ein Wechselrichter 1 mit DC-Last 7 und eine Kontrolleinrichtung 2 gezeigt. Die Kontrolleinrichtung 2 umfasst insbesondere einen Stromregler 4a, einen Spannungstransformator 4b, ein Oberwellenerfassungsmittel 3, einen adaptiven Controller 5, einen Pl-Regler 8 und einen Verstärkungsfaktor Kc 6. Der Kontrolleinrichtung 2 wird der gemessene Wechselrichternetzstrom ls nach Passage des Netzinterfaces 11 , der Versorgungsnetzstrom IL der nichtlinearen Last und die Versorgungsnetzspannung UN zugeführt. Am Versorgungsnetz 12 ist außerdem eine nichtlineare Last 10 angeschlossen . IL stellt den verzerrten Strom der nichtlinearen Last 10 dar und Is stellt den Wechselrichterausgangsstrom dar. I8 beinhaltet die Stromdifferenz, welche nötig ist, um aus dem verzerrten Strom IL einen sinusförmigen Netzstrom IN ZU formen.FIG. 1 shows an inverter 1 with a DC load 7 and a control device 2. The control device 2 comprises in particular a current regulator 4a, a voltage transformer 4b, a harmonic detection means 3, an adaptive controller 5, a PI controller 8 and a gain factor Kc 6. The control device 2 is the measured inverter grid current l s after passage of the network interface 11, the supply network current I L of the non-linear load and the supply voltage U N supplied. On the supply network 12, a non-linear load 10 is also connected. I L represents the distorted current of the nonlinear load 10, and Is represents the inverter output current. I 8 includes the current difference necessary to form a sinusoidal current I N TO from the distorted current I L.
Steuert man den Wechselrichter 1 in geeigneter Form an, indem man als Messgröße die Stromaufnahme IL der nichtlinearen Last 10 benutzt, so ist man in der Lage den versorgungsnetzseitigen Strom zu jeder Zeit so zu beeinflussen, dass ein mehr oder weniger sinusförmiger Netzstrom IN auftritt. Aufgrund der Erweiterung des Wechselrichters 1 um eine solche Strommessung und die entsprechenden Regelalgorithmen kann man von einem aktiven Netzfilter 13 sprechen. Aktiv auch deshalb weil die Filterung nicht nur auf klassischen Tiefpassfiltern mit Induktivitäten (L) und Kapazitäten (C) beruht.If one controls the inverter 1 in a suitable form by using the current consumption I L of the non-linear load 10 as the measured variable, then one is able to influence the supply network side current at any time so that a more or less sinusoidal mains current I N occurs , Due to the expansion of the inverter 1 to such a current measurement and the corresponding control algorithms can speak of an active line filter 13. Active also because the filtering is based not only on classic low-pass filters with inductances (L) and capacitances (C).
Das aktive Netzrückwirkungsfilter 13 umfasst unter anderem einen voll funktionsfähigen Wechselrichter 1 , so dass es möglich ist durch geeignete, in der Kontrolleinrichtung 2 ablaufende Regelalgorithmen zwischen den ' Betriebsarten „Filterbetrieb" und „Versorgerbetrieb" zu wechseln bzw. diese gleichzeitig oder separat zu aktivieren. Grundsätzlich berechnet der Regelalgorithmus die Stromsollwerte jeweils für Wirkleistungen und Blindleistungen. Diese werden benötigt, um die Einwirkungen einer nichtlinearen Last vollständig zu kompensieren. Begrenzt wird dieses Kompensationsvermögen durch die Stromgrenze bzw. die Leistungsfähigkeit des aktiven Filters. Das Oberwellenerfassungsmittel 3 ermittelt eine von der versorgungsnetzseitigen Netzoberwellenleistung abhängige Kompensationsleistung mit dem Wirkanteil pc und dem Blindanteil qc. Die bezüglich des Kompensationsleistungsbedarfes adaptiv wirkende Komponente 5 dient zur Ermittlung des Verstärkungsfaktors 6. Die errechnete Kompensationsleistung pc, qc wird nach Maßgabe der Leistungsfähigkeit und/oder der Auslastung/Belastung des Wechselrichters 1 mittels des Verstärkungsfaktors 6 in Form der adaptiven Kompensationsleistungswerte p*c und q*c weitergeleitet, welche von dem Stromtransformator 4b unter Berücksichtigung des Wirkleistungssollwertes Pdc in die Kompensationsstromsollwerte l*q, l*d transformiert und dem adaptiven Controller 5 zugeführt werden. Aus diesen Kompensationsstromsollwerten l*q, l*d und dem erfassten Wechselrichternetzstrom I3 (Berücksichtigung des Wirk- und Blindanteils nach Clark-dq- Transformation) wird eine Regeldifferenz gebildet und zu Kompensationszwecken mittels der Stromregelung 4a dem Wechselrichter 1 die entsprechenden Spannungssollwerte Uq und Ud zugeführt. Um den Leistungsbedarf der DC-Last 7 bei Filterbetrieb zu berücksichtigen, erfolgt die Zuführung der Kompensationsstromsollwerte l*q, l*d in Abhängigkeit von der Belastung der Versorgungsgleichspannung UDc, welche am Gleichspannungsausgang des Wechselrichters 1 anliegt. Um UDc mit einzubeziehen, ist ein Spannungsregler 8 umfasst, dessen eingangsseitige Regeldifferenz aus einer der Gleichspannung UDc und einem Gleichspannungssollwert U* Dc gebildet wird und dessen Ausgangsgröße dem Wirkleistungssollwert Pdc entspricht. Zu dem Kompensationsleistungssollwert p*c wird der gebildete Wirkleistungssollwert praktisch Pdc hinzuaddiert.The active mains feedback filter 13 comprises inter alia a fully functional inverter 1, so that it is possible to switch between the ' operating modes' filter mode ' and 'supplier mode ' by suitable, running in the control device 2 control algorithms or to activate them simultaneously or separately. Basically, the control algorithm calculates the current setpoints for active power and reactive power. These are needed to fully compensate for the effects of a nonlinear load. This compensation capacity is limited by the current limit or the performance of the active filter. The harmonic detection means 3 determines a compensation power dependent on the supply network side harmonic power with the effective component pc and the reactive component qc. The compensating power pc, qc is calculated according to the capacity and / or the load / load of the inverter 1 by means of the gain factor 6 in the form of the adaptive compensation power values p * c and q * c forwarded, which are transformed by the current transformer 4b taking into account the active power setpoint Pdc in the compensation current setpoints l * q, l * d and fed to the adaptive controller 5. A control difference is formed from these compensating current setpoint values l * q, l * d and the detected inverter network current I 3 (taking account of active and reactive components according to Clark-dq transformation) and the corresponding voltage setpoint values Uq and Ud for compensating purposes by means of current regulation 4a to inverter 1 fed. In order to take account of the power requirement of the DC load 7 during filter operation, the compensation current setpoint values l * q, l * d are supplied as a function of the load on the DC supply voltage U D c, which is applied to the DC voltage output of the inverter 1. In order to include U D c, a voltage regulator 8 is included whose input-side control difference is formed from one of the DC voltage U D c and a DC voltage setpoint U * D c and whose output corresponds to the active power setpoint Pdc. To the compensation power setpoint p * c, the formed active power setpoint is practically added to Pdc.
Das in Figur 2 gezeigte Versorgungssystem umfasst ein Versorgungsnetz 12 und mehrere erfindungsgemäße aktive Netzrückwirkungsfilter 13 mit Peripherie 10, 1 1. Das aktive Netzrückwirkungsfilter 13 umfasst wie aus den vorherigen Erläuterungen schon bekannt einen Wechselrichter 1 und eine Kontrolleinrichtung 2. Die dargestellte Unterbrechung des Versorgungsnetzes 12 soll andeuten, dass noch eine Vielzahl von weiteren aktiven Netzrückwirkungsfiltern 13 am Versorgungsnetz 12 angeschlossen sein könnten. Unter den Begriff Peripherie fällt beispielsweise das Netzinterface 11. Eine nichtlineare Last 10 und eine zentrale Kontrolleinheit (Master Controller) 9 sind ebenfalls dargestellt. Zwischen den Kontrolleinrichtungen 2 der aktiven Netzrückwirkungsfilter 13 und dem Master Controller 9 sind bidirektionale und/oder unidirektionale Verbindungen 14 angeordnet. Somit kann der Master Controller 9 mit den als Slave ausgebildeten Kontrolleinrichtungen 2 kommunizieren. Mittels dieser Verbindung 14 ist es beispielsweise möglich Kompensationsleistungssollwerte p*c, q*c vom Master Controller 9 an die Kontrolleinrichtungen 2 zu übertragen. Dieser wird dann mittels eines dezentralen und vom aktiven Netzrückwirkungsfilter 13 umfassten Stromtransformators 4b in Kompensationsstromsollwerte l*q, l*d transformiert. Ein Stromregler 4a nutzt diese Kompensationsstromsollwerte Tq1 l*d zur Erzeugung der Spannungssollwerte Uq, Ud, welche dem Wechselrichter 1 zu Kompensationszwecken zugeführt werden. Vorzugsweise findet diese Stromtransformation und Stromregelung in der Kontrolleinrichtung 2 statt (siehe Figur 1).The supply system shown in FIG. 2 comprises a supply network 12 and a plurality of active network feedback filters 13 according to the invention with peripherals 10, 11. As is already known from the previous explanations, the active network feedback filter 13 comprises an inverter 1 and a control device 2. The illustrated interruption of the supply network 12 should indicate that a plurality of further active network feedback filters 13 could be connected to the supply network 12. For example, the term "peripheral" includes the network interface 11. A non-linear load 10 and a central control unit (master controller) 9 are also shown. Between the control devices 2 of the active network feedback filter 13 and the master controller 9 bidirectional and / or unidirectional connections 14 are arranged. Thus, the master controller 9 can communicate with the slave controllers 2. By means of this connection 14, it is possible, for example, to transfer compensating power setpoint values p * c, q * c from the master controller 9 to the control devices 2. This is then transformed into compensating current setpoints l * q, l * d by means of a decentralized current transformer 4b comprised by the active mains feedback filter 13. A current regulator 4a uses these compensation current setpoint values Tq 1 l * d for generating the voltage setpoint values Uq, Ud, which are supplied to the inverter 1 for compensation purposes. Preferably, this current transformation and current regulation takes place in the control device 2 (see FIG. 1).
Der Master Controller 9 wiederum kann mittels der Verbindung 14 wechselrichterspezifische Daten, insbesondere Daten bezüglich der Leistungsfähigkeit und/oder der Auslastung/Belastung der Wechselrichter 1 empfangen und verwerten. Die zentrale Kontrolleinrichtung 9 bzw. der Master Controller 9 umfasst ein Oberwellenerfassungsmittel 3. Dieses ermittelt die von der Netzoberwellenleistung abhängige Kompensationsleistung pc qc wie bereits schon zuvor beschrieben, wobei in einer bezüglich , des Kompensationsleistungsbedarfes adaptiv wirkenden Kontrolleinrichtungskomponente 5 ein Verstärkungsfaktor 6 (Kc) ermittelt wird, welcher nach Maßgabe der individuellen Leistungsfähigkeit bzw. Auslastung anhand der mittels der Verbindung 14 empfangenen Daten des Wechselrichters die erforderliche Kompensationsleistung für den Wechselrichter bestimmt.The master controller 9 in turn can receive and utilize inverter-specific data, in particular data relating to the performance and / or the load / load of the inverter 1, by means of the connection 14. The central control device 9 or the master controller 9 comprises a harmonic detection means 3. This determines the dependent of the harmonic power compensation power pc qc as already described above, wherein in a relative to the compensation power demand adaptively acting control device component 5 determines a gain factor 6 (K c ) is determined, which determines the required compensation power for the inverter according to the individual capacity or utilization on the basis of the data received by the connection 14 of the inverter.
Die nichtlineare Last 10 könnte beispielsweise ein Antriebssystem, insbesondere ein Antriebssystem mit weiteren elektrischen Komponenten, sein. Keineswegs ist aus Figur 2 abzuleiten, dass nur eine einzige nichtlineare Last 10 vom Versorgungsnetz gespeist werden kann. Die nichtlineare Last 10 steht vielmehr repräsentativ für parallel und/oder in Reihe geschaltete ggf. weitere nichtlineare Lasten. Die Kombination der nichtlinearen Lasten 10 erzeugt ein für diese Anordnung spezifisches Oberwellenbild. Dieses Oberwellenbild wird vom Master Controller 9 erfasst, um es ganz gezielt zu beeinflussen.The non-linear load 10 could be, for example, a drive system, in particular a drive system with further electrical components. It is by no means deducible from FIG. 2 that only a single nonlinear load 10 can be supplied by the supply network. Rather, the non-linear load 10 is representative of parallel and / or series-connected possibly further non-linear loads. The combination of the non-linear loads 10 produces a harmonic pattern specific to this arrangement. This harmonic image is detected by the master controller 9 to affect it specifically.
Zusammenfassend ist unter Verwendung einer zentralen Kontrolleinrichtung 9 eine vollständige oder teilweise und dynamisch angepasste Kompensation der Oberwellen des Versorgungsnetzes 12 mittels mehrerer Wechselrichter 1 möglich, wobei die Leistungsreserven/Auslastung/Belastung der zur Verfügung stehenden Wechselrichter 1 berücksichtigt wird. Ein Anwendungsbeispiel hierzu wäre z.B. eine Fertigungsinsel innerhalb einer Fertigungsstraße mit mehreren Antriebssätzen bestehend aus aktiven Netzrückwirkungsfiltern 13, welche wegen des Wechselrichters 1 auch als rückspeisefähige Versorger arbeiten können, wobei es sich bei den DC-Lasten um Achswechselrichter und Motoren handeln kann. Die nichtlinearen Lasten 10 könnten bei diesem Beispiel aus Versorgungsgeräten in Einspeisetechnik (Gleichrichterbrücken) und angeschalteten Achswechselrichtern bestehen, sowie weiteren nicht näher spezifizierten Verbrauchern. Je nach Anforderung ist die Anlage somit teils mit Versorgungsgeräten in Einspeisetechnik (nichtlineare Last wegen Gleichrichterbrücke) und in Rückspeisetechnik (Wechselrichter und somit arbeitsfähig als Versorger oder aktives Filter) ausgerüstet.In summary, using a central control device 9 is a complete or partial and dynamically adjusted compensation of the harmonics of Supply network 12 by means of several inverters 1 possible, the power reserves / utilization / load of the available inverter 1 is taken into account. An application example of this would be, for example, a production island within a production line with multiple drive sets consisting of active mains feedback filters 13, which can operate as a regenerative utility because of the inverter 1, which may be the DC loads to axis inverter and motors. The non-linear loads 10 in this example could consist of supply devices in feed-in technology (rectifier bridges) and connected Achsinrichtern, and other unspecified consumers. Depending on the requirements, the system is therefore equipped in part with supply units in feed-in technology (non-linear load due to rectifier bridge) and in regenerative technology (inverter and thus capable of functioning as a utility or active filter).
Die adaptiv wirkende Kontrolleinrichtungskomponente 5 aus Figur 1 (in Figur 2 umfasst vom Master Controller Block 9) umfasst einen Regelkreis zur Berechnung desThe adaptively acting control device component 5 from FIG. 1 (in FIG. 2 from the master controller block 9) comprises a control circuit for calculating the
Verstärkungsfaktors 6, wobei der Verstärkungsfaktor 6 wie in Figur 1 dargestellt mittels desAmplification factor 6, wherein the gain factor 6 as shown in Figure 1 by means of
Pfeils angedeutet als Steuerglied wirkt und den zur Bildung der Regeldifferenz am Eingang des Stromtransformators 4b erforderlichen Anteil der Kompensationsleistungen pc und qc steuert. Nach Multiplikation mit dem Verstärkungsfaktor stehen die adaptierten Kompensationsleistungen p*c, q*c zur Verfügung. Der Kompensationsstrom l*q,l*d kann dadurch mittelbar mittels des Verstärkungsfaktors 6 in seiner Intensität geregelt werden.Arrow indicated acts as a control member and controls the formation of the control difference at the input of the current transformer 4b required proportion of the compensation powers pc and qc. After multiplication by the amplification factor, the adapted compensation powers p * c, q * c are available. The compensation current I * q, I * d can thereby be regulated indirectly by means of the amplification factor 6 in its intensity.
Der Verstärkungsfaktor 6 wird in Abhängigkeit vom Quadrat des zulässigen Wechselrichtermaximalstromes (Imax) und vom Quadrat der Kompensationsstromsollwerte l*d, l*q basierend auf folgender Entscheidung ermittelt ε = \i^ ~iid +i q )) > 0 • Näheres zur Ermittlung des Verstärkungsfaktors 6 zeigt Figur 3.The gain factor 6 is determined as a function of the square of the maximum permissible inverter current (Imax) and the square of the compensation current command values l * d, l * q based on the following decision ε = \ i ^ ~ i i d + i q ))> 0 Determination of the amplification factor 6 is shown in FIG. 3.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm/Flussdiagramm zur Berechnung des Verstärkungsfaktors 6 (Kc). Dieses Diagramm ist dadurch gekennzeichnet, dass formelhaft definierte Entscheidungen mittels rautenförmiger Symbole und Anweisungen mittels rechteckiger Symbole dargestellt werden. Die Begriffe „True" und „False" geben an, ob eine zugrunde liegende Entscheidung (Raute) erfüllt ist oder nicht. Abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs findet eine Verzweigung statt. Der Begriff „End" bedeutet, dass der Algorithmus bis zum nächsten Berechnungsintervall verlassen wird. Zunächst seien jedoch die in Figur verwendeten Variablen bzw. Begriffe kurz definiert.FIG. 3 shows a flowchart / flowchart for calculating the amplification factor 6 (Kc). This diagram is characterized in that formulaically defined decisions are represented by diamond-shaped symbols and instructions by means of rectangular symbols. The terms "true" and "false" indicate whether an underlying decision (diamond) is satisfied or not. Depending on the result of the comparison, a branch takes place. The term "end" means that the algorithm is left until the next calculation interval. First, however, the variables or terms used in figure are briefly defined.
Der adaptive Verstärkungsfaktor K0 steuert den Anteil der berechneten Kompensationsleistungswerte pc, qc, die für die aktive Netzfilterung benutzt werden. Ein Faktor K0 von 0 bedeutet in diesem Beispiel keine aktive Netzfilterung, ein Faktor von 1 bedeutet in diesem Beispiel eine vollständige Netzfilterung. Folglich sollte der Verstärkungsfaktor 6 (K0) in folgendem Bereich liegen: 0 < Kc ≤ 1. Der adaptiveThe adaptive gain K 0 controls the proportion of calculated compensation power values pc, qc that are used for active network filtering. A factor K 0 of 0 in this example does not mean active network filtering, a factor of 1 means complete network filtering in this example. Consequently, the gain factor 6 (K 0 ) should lie in the following range: 0 <K c ≤ 1. The adaptive
Verstärkungsfaktor 6 (K0) wird abhängig von£ zyklusartig gemäß des Ablaufdiagramms mittels der Kontrolleinrichtung 5 immer wieder neu berechnet.Amplification factor 6 (K 0 ) is always recalculated depending on the cycle in accordance with the flowchart by means of the control device 5.
Kc(k) kennzeichnet den aktuellen Wert sowie Kc(k-i) den Wert der vorhergehenden Berechnung.K c (k) denotes the current value and Kc (k -i ) the value of the previous calculation.
I4 Cl1 l*q stellen die unter Berücksichtigung des Versorgungsnetzphasenwinkels φ im Stromtransformator 4b errechneten Kompensationsstromsollwerte dar, welche in einem orthogonalen dq-Koordinatensystem darstellbar sind. Die Eingangsgrößen des Stromtransformators p*c und q*c liegen bereits im dq-System vor. Die Berücksichtigung der Netzspannung UN erfolgt mittels eines in ein αß-System transformierten (Transformation eines Dreiphasensystems mit den Phasen a,b,c in ein Zweiphasensystem mit den Phasen α, ß) Netzspannung UN. Ua,b,c steht entsprechend für die drei Phasen der Netzspannung UN. Die Umrechnung wird mittels folgender Berechnung durchgeführt. Für weitere Details zur αß- Transformation sei auf die einschlägige Fachliterator verwiesen.I 4 C l 1 l * q represent the compensation current desired values calculated taking into account the supply network phase angle φ in the current transformer 4b, which can be represented in an orthogonal dq coordinate system. The input variables of the current transformer p * c and q * c are already present in the dq system. The consideration of the mains voltage U N takes place by means of a transformed into an αß system (transformation of a three-phase system with the phases a, b, c in a two-phase system with the phases α, ß) mains voltage U N. Ua, b, c stands correspondingly for the three phases of the mains voltage U N. The conversion is carried out by means of the following calculation. For further details on the αβ transformation, reference is made to the relevant specialist literature.
mit p = (p*c + Pdc) und q = q*c (siehe die dem Stromtransformator 4b aus Figur 1 zugeführte Regeldifferenz) folgt: with p = (p * c + Pdc) and q = q * c (see the control difference supplied to the current transformer 4b of Figure 1) follows:
Wobei sich l*d und l*q schließlich errechnet zu:Where l * d and l * q are finally calculated to:
l*d = iα * cos φ + iß * sin φ l*q = -iα * sin φ + iß * cos φl * d = iα * cos φ + iβ * sin φ l * q = -iα * sin φ + iβ * cos φ
Der aktuell mögliche Maximalstrom lmax des Wechselrichters gilt für die vektorielle Summe der Ströme in dq-Richtung. Per Definition entspricht die d-Komponente dem Wirkanteil. Der aktuell mögliche Maximalstrom des Konverters |2max (vektorielle Addition) wird von einer externen Quelle bereitgestellt und kann im einfachsten Fall ein Festwert sein. Eine weitere Möglichkeit wäre die Bereitstellung mit Hilfe eines thermischen Modells der PWM-Endstufe.The currently possible maximum current l max of the inverter applies to the vectorial sum of the currents in the dq direction. By definition, the d component corresponds to the active component. The currently possible maximum current of the converter | 2 max (vectorial addition) is provided by an external source and in the simplest case can be a fixed value. Another possibility would be the provision of a thermal model of the PWM power amplifier.
Durch den Vergleich von |2max mit den Kompensationsstromsollwerten I*^ l*q wird festgestellt, wie stark der Wechselrichter ausgelastet ist. Durch die Benutzung der momentanen Auslastung lässt sich eine Strategie ableiten wie sich der Wechselrichter für die nächsten Zeitintervalle verhalten soll.By comparing | 2 max with the compensation current setpoints I * ^ l * q, it is determined how much the inverter is operating at full capacity. By using the current utilization, a strategy can be derived as to how the inverter should behave for the next time intervals.
Die aktuelle Stromreserve ε für aktive Filterung wird berechnet aus der geometrischen Subtraktion der Ströme lmax und 1*^ l*q -The current reserve ε for active filtering is calculated from the geometric subtraction of the currents l max and 1 * ^ l * q -
In der aktuell beschriebenen Ausführung wird der Verstärkungsfaktor (6) K0 mittels eines diskreten Proportionalreglers berechnet. Der Proportionalverstärkungsfaktor λ dient zur Einstellung der Regelkreisverstärkung.In the currently described embodiment, the gain factor (6) K 0 is calculated by means of a discrete proportional controller. The proportional gain λ serves to adjust the loop gain.
In dem Falle, dass die aktuelle Stromreserve ε > 0 ist, d.h. es kann Strom für den Betriebsmodus "Aktive Netzfilterung" bereitgestellt werden, wird der Regler aufgesteuert und der adaptive Verstärkungsfaktor Kc erhöht. Wenn der Grenzwert von Kc = 1 erreicht ist, so wird er auf diesen Wert begrenzt.In the event that the current power reserve ε> 0, ie it can be provided power for the operating mode "Active network filtering", the controller is turned on and the adaptive gain K c is increased. When the limit of K c = 1 is reached, it is limited to this value.
In dem Fall dass die aktuelle Stromreserve ε < 0 ist, d.h. es kann kein Strom für den Betriebsmodus "Aktive Netzfilterung" bereitgestellt werden, wird der Regler abgesteuert und der adaptive Verstärkungsfaktor (6) K0 verringert. Wenn der untere Grenzwert von K0 = 0 erreicht ist, wird er auf diesen Wert begrenzt.In the event that the current reserve ε <0, ie it can not provide power for the operating mode "Active network filtering", the controller is deactivated and the adaptive gain factor (6) reduces K 0 . When the lower limit of K 0 = 0 is reached, it is limited to this value.
Im Grenzfall K0 = 0 werden die Kompensationsstromsollwerte zu Null gesetzt. Der Stromanteil aus der Spannungsregelung für Upjc ist davon aber nicht beeinflusst. Nur bei K0 = 0 ist daher eine zusätzliche Berechnung vorgesehen, bei der anteilig die Stromsollwerte l*d, l*q aus der normalen Versorgerregelung begrenzt werden. Da die einzelnen Vektorlängen bestimmend sind, muss diese Begrenzung vektoriell durchgeführt werden.In the limiting case K 0 = 0, the compensation current setpoints are set to zero. The current share from the voltage regulation for Upjc is not affected by this. Only at K 0 = 0 an additional calculation is therefore provided, in which the current setpoint values l * d, l * q are proportionately limited from the normal supply control. Since the individual vector lengths are determinative, this limitation must be carried out vectorially.
Da der Anteil Zwischenkreisleistung Pdc nicht mit dem Verstärkungsfaktor K0 multipliziert wird, hat die Bereitstellung von Wirkleistung und somit die Betriebsart der gesamten Vorrichtung als Versorger stets Vorrang gegenüber der Betriebsart als aktiver Versorgungsnetzfilter.Since the proportion of intermediate circuit power P dc is not multiplied by the gain factor K 0 , the provision of active power and thus the operating mode of the entire device as a supplier always takes precedence over the operating mode as an active supply network filter.
Hierbei entsteht die Problematik, dass auch bei nicht vorhandener Wirkleistungsanforderung durch die aktive Filterung die PWM-Endstufe bereits thermisch ausgelastet sein kann. Der aktuell mögliche Maximalstrom des Konverters l2 max würde durch die thermische Auslastung zurückgehen, somit auch das Filtervermögen. Bei einer jetzt einsetzendenThis creates the problem that even with no active power requirement through active filtering, the PWM output stage can already be thermally utilized. The currently possible maximum current of the converter l 2 max would be due to the thermal load, and thus the filter capacity. At a beginning now
Wirkleistungsanforderung müssten die Kompensationsstromsollwerte abgesenkt werden. Der für die geforderte Wirkleistung frei werdende Strom wäre nun eventuell nicht mehr ausreichend aufgrund der thermisch bedingten Reduzierung von l2 max Um auch diesen Fall abzudecken, kann der aktuell mögliche Maximalstrom des Konverters l2 max um den vorher zu definierenden Strom l2 dcmaχ reduziert werden. Die Höhe von l2 dCmax kann für den jeweiligen Anwendungsfall vorbestimmt werden, je nach zu erwartender Last, bzw. Leistungsvermögen des Wechselrichters. Somit kann im voraus immer eine Wirkleistungsreserve belegt werden, die nicht durch die thermische Belastung im Filterbetrieb unterschritten werden kann.Active power request, the compensation current setpoints would have to be lowered. The current released for the required active power would then possibly no longer be sufficient due to the thermally induced reduction of l 2 max. To cover this case as well, the currently possible maximum current of the converter l 2 max can be reduced by the current l 2 dcma vorher to be defined previously become. The height of l 2 dC ma x can be pre-determined for the respective application, depending on the expected load or capacity of the inverter. Thus, an active power reserve can always be occupied in advance, which can not be undershot by the thermal load in the filter mode.
Durch entsprechende Umstellung des Begrenzungsalgorithmus (Fig. 3) und Anordnung des Faktors K0 im Bereich von Pdc kann das Wirkprinzip umgekehrt werden. Somit wäre es möglich dem Betrieb als aktiver Filter den Vorrang zu geben, natürlich auf Kosten der Energiebereitstellung als Versorger. Es ist auch möglich bei der Berechnung des Verstärkungsfaktors 6 (Kc) zusätzliche Einflussfaktoren, insbesondere das schon erwähnte thermische Verhalten zu berücksichtigen. Grundsätzlich greifen diese Faktoren an dem Vorgabewert l2 max an.By appropriate conversion of the limiting algorithm (FIG. 3) and arrangement of the factor K 0 in the region of P dc , the operating principle can be reversed. Thus, it would be possible to prioritize operation as an active filter, of course at the expense of providing energy as a utility. It is also possible in the calculation of the gain factor 6 (K c ) additional influencing factors, in particular to take into account the already mentioned thermal behavior. Basically, these factors attack the default value l 2 max .
Es wäre zudem möglich die Kontrolleinrichtungskomponente 5 so auszulegen, dass bis zu einer frei definierbaren nichtlinearen Lastgröße 10 immer optimal gefiltert wird. Dies hätte zur Folge, dass der Wechselrichter 1 immer mit einer Grundbelastung aufgrund der Kompensation von nichtlinearen Verzerrungen im Versorgungsnetz 12 als Filter und Versorgungsgerät am Versorgungsnetz 12 arbeitet. Seltenere Spitzenbelastungen würden dann teilkompensiert. Andererseits kann man sich vorstellen, dass gerade bei niedrigen nichtlinearen Lasten am Versorgungsnetz 12 die Kompensation vollständig unterbleibt, um ausschließlich bei hohen, nichtlinearen Spitzenlasten zu kompensieren. Eine solche Anordnung ließe sich durch eine speziell ausgestaltete Steuerkennlinie realisieren. Je nach Kurvenform der Steuerkennline s ergibt sich p*c,q*c aus s(pc,qc) x pc.qc. Im Bild entspricht pc' = pc* und qc' = qc*.It would also be possible to design the control device component 5 such that it is always optimally filtered up to a freely definable nonlinear load variable 10. This would mean that the inverter 1 always works with a basic load due to the compensation of non-linear distortions in the supply network 12 as a filter and supply unit on the supply network 12. Rarer peak loads would then be partially compensated. On the other hand, one can imagine that especially at low non-linear loads on the supply network 12, the compensation is completely omitted in order to compensate only at high, non-linear peak loads. Such an arrangement could be realized by a specially designed control characteristic. Depending on the curve shape of the control curve s, p * c, q * c results from s (pc, qc) x pc.qc. In the picture, pc '= pc * and qc' = qc * .
Die Steuerkennlinie kann hinter dem Oberwellenerfassungsmittel 3 eingefügt werden und wirkt wie ein zusätzlicher nichtlinearer Verstärkungsfaktor. The control characteristic may be inserted after the harmonic detection means 3 and acts as an additional non-linear gain factor.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Aktives Netzrückwirkungsfilter mit einem Wechselrichter (1), einer Kontrolleinrichtung (2) und einem Oberwellenerfassungsmittel (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Oberwellenerfassungsmittel (3) eine von der Netzoberwellenleistung abhängige Kompensationsleistung (pc, qc) ermittelt und eine bezüglich des Kompensationsleistungsbedarfes adaptiv wirkende Kontrolleinrichtungskomponente (5) zur Ermittlung eines Verstärkungsfaktors (6) umfasst ist, wobei die Kompensationsleistung (pc, qc) nach Maßgabe der Auslastung des Wechselrichters (1 ) und/oder des Verstärkungsfaktors (6) dem Wechselrichter (1) zugeführt wird.1. Active network feedback filter with an inverter (1), a control device (2) and a harmonic detection means (3), characterized in that the harmonic detection means (3) determines a power of the harmonic power compensation (pc, qc) and adaptive with respect to the compensation power requirement acting control component (5) for determining a gain factor (6) is included, wherein the compensation power (pc, qc) according to the load of the inverter (1) and / or the gain factor (6) is supplied to the inverter (1).
2. Aktives Netzrückwirkungsfilter nach Anspruch 1 , wobei die Kompensationsleistung (pc, qc) mittels* eines Stromtransformators (4b) in einen Kompensationsstromsollwert (l*q,l*d) transformiert wird.2. Active mains feedback filter according to claim 1, wherein the compensation power (pc, qc) by means of * a current transformer (4b) is transformed into a compensation current setpoint (l * q, l * d).
3. Aktives Netzrückwirkungsfilter nach Anspruch 2, wobei die Belastung einer am Gleichspannungsausgang des Wechselrichters(i) messbaren Gleichspannung (UDc) mittels eines Wirkleistungssollwertes (Pdc) bei der Stromtransformation (4b) berücksichtigt wird.3. Active mains feedback filter according to claim 2, wherein the load of a DC voltage output of the inverter (i) measurable DC voltage (U D c) by means of an active power setpoint (P dc ) in the current transformation (4b) is taken into account.
4. Aktives Netzrückwirkungsfilter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Stromregelung (4a) umfasst ist, vorzugsweise eine Stromregelung (4a) mit PI und Dead- Beat- Verhalten.4. Active mains feedback filter according to one of the preceding claims, wherein a current control (4a) is included, preferably a current control (4a) with PI and dead-beat behavior.
5. Aktives Netzrückwirkungsfilter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Spannungsregler (8) umfasst ist, wobei dessen eingangsseitige Regeldifferenz aus einer am Gleichspannungsausgang (UDc) des Wechselrichters (1) anliegenden Gleichspannung (UDc) und einem Gleichspannungssollwert (U* Dc) gebildet ist und wobei die Ausgangsgröße des Spannungsreglers (8) einem Wirkleistungssollwert (Pdc) entspricht.5. Active mains feedback filter according to one of the preceding claims, wherein a voltage regulator (8) is included, wherein its input-side control difference from a DC output (U D c) of the inverter (1) applied DC voltage (U D c) and a DC voltage setpoint (U * D c) is formed and wherein the output of the voltage regulator (8) corresponds to an active power setpoint (Pdc).
6. Aktives Netzrückwirkungsfilter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Oberwellenerfassungsmittel (3) zumindest eine Netzwechselspannung (UN) und/oder einen Lastwechselstrom (IL) erfasst und mittels der Clarke Transformation umformt und nach Maßgabe der Wirkleistungs-/Blindleistungstheorie (PQ-Theorie) die im dq - Koordinatensystem darstellbaren Kompensationsleistungssollwerte (pc, qc) ermittelt. 6. Active network feedback filter according to one of the preceding claims, wherein the harmonic detection means (3) detects at least one AC line voltage (U N ) and / or a load alternating current (I L ) and transformed by means of the Clarke transformation and in accordance with the active power / reactive power theory (PQ- Theory) determines the compensation power nominal values (pc, qc) that can be represented in the dq coordinate system.
7. Aktives Netzrückwirkungsfilter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die adaptiv wirkende Kontrolleinrichtungskomponente (5) einen Regelkreis zur Berechnung des Verstärkungsfaktors (6) umfasst.An active network feedback filter as claimed in any one of the preceding claims, wherein the adaptive controller component (5) comprises a loop for calculating the gain (6).
8. Aktives Netzrückwirkungsfilter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kompensationsleistung (pc, qc) in ihrer Intensität regulierbar ist.8. Active network feedback filter according to one of the preceding claims, wherein the compensation power (pc, qc) is adjustable in intensity.
9. Aktives Netzrückwirkungsfilter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Verstärkungsfaktor (6) in Abhängigkeit vom Quadrat des Wechselrichtermaximalstromes (Imax = imax) und vom Quadrat der Kompensationsstromsollwerte (l*d = i*d, l*q = i*q) basierend auf folgender Entscheidung ermittelt wird ε=yτm ~(ßd +iq )) >0.The active mains feedback filter of any one of the preceding claims, wherein the gain factor (6) is based on the square of the inverter maximum current (Imax = imax) and the square of the compensation current command values (l * d = i * d, l * q = i * q) is determined on the following decision ε = y τm ~ (ßd + i q))> 0.
10. Aktives Netzrückwirkungsfilter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei bei der Berechnung des Verstärkungsfaktors (6) zusätzliche Einflussfaktoren, insbesondere das thermische Verhalten des Wechselrichters (1), berücksichtigt werden.10. Active mains feedback filter according to one of the preceding claims, wherein in the calculation of the gain factor (6) additional influencing factors, in particular the thermal behavior of the inverter (1), are taken into account.
11. Aktives Netzrückwirkungsfilter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Verstärkungsfaktor (6) abhängig von einer am Wechselrichter (1) anschließbaren Last (7) ermittelt wird, so dass während des Filterbetriebes gleichzeitig eine Grundlastkompensation und/oder eine Spitzenlastkompensation für das Versorgungsnetz (12) realisierbar ist.11. Active mains feedback filter according to one of the preceding claims, wherein the amplification factor (6) depending on a load (7) connectable to the inverter (1) is determined, so that during the filter operation simultaneously a base load compensation and / or peak load compensation for the supply network (12 ) is feasible.
12. Aktives Netzrückwirkungsfilter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei nach Maßgabe der Größe einer am Versorgungsnetz (12) angeschlossenen nichtlinearen Netzlast (10) definierbar ist, mit welcher Intensität eine Kompensation erfolgt.12. Active network feedback filter according to one of the preceding claims, wherein according to the size of a network (12) connected to the non-linear network load (10) can be defined, with which intensity compensates.
13. Aktives Netzrückwirkungsfilter, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Slave einem Master in Form einer zentralen Kontrolleinrichtung (9) zuordenbar ist und ein Eingang und/oder Ausgang zur Verbindung (14) mit dem Master (9) umfasst ist, wobei mittels des Eingangs ein Kompensationsleistungssollwert (p*c, q*c) empfangbar ist.13. Active network feedback filter, in particular according to one of claims 1 to 12, characterized in that this as a slave master in the form of a central control device (9) can be assigned and an input and / or output to the connection (14) with the master (9 ), wherein by means of the input a compensation power setpoint (p * c, q * c) can be received.
14. Aktives Netzrückwirkungsfilter nach Anspruch 13, wobei mittels des Ausgangs wechselrichterspezifische Daten, insbesondere Daten bezüglich der Leistungsfähigkeit und/oder Auslastung/Belastung des Wechselrichters, an den Master (9) übertragbar sind.14. Active network feedback filter according to claim 13, wherein by means of the output inverter-specific data, in particular data relating to the performance and / or utilization / load of the inverter, to the master (9) are transferable.
15. Zentrale Kontrolleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Master (9) einem Slave in Form eines aktiven Netzrückwirkungsfilters (13) nach Anspruch 13 oder 14 zuordenbar ist und ein Eingang und/oder Ausgang zur Verbindung (14) mit dem Slave (13) umfasst ist, wobei mittels des Ausgangs ein Kompensationsleistungssollwert (p*c, q*c) übertragbar ist.15. Central control device, characterized in that this as a master (9) a slave in the form of an active network feedback filter (13) according to claim 13 or 14 can be assigned and an input and / or output to the connection (14) with the slave (13) is included, wherein by means of the output a compensation power setpoint (p * c, q * c) is transferable.
16. Zentrale Kontrolleinrichtung nach Anspruch 15, wobei mittels des Eingangs wechselrichterspezifische Daten, insbesondere Daten bezüglich der Leistungsfähigkeit und/oder Auslastung/Belastung des Wechselrichters, vom Slave (13) empfangbar sind.16. Central control device according to claim 15, wherein by means of the input inverter-specific data, in particular data relating to the performance and / or utilization / load of the inverter, from the slave (13) are receivable.
17. Zentrale Kontrolleinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei diese ein Oberwellenerfassungsmittel (3) umfasst, wobei dieses eine von der Netzoberwellenleistung abhängige Kompensationsleistung (pc, qc) ermittelt und eine bezüglich des Kompensationsleistungsbedarfes adaptiv wirkende Kontrolleinrichtungskomponente (5) zur Ermittlung eines Verstärkungsfaktors (6) umfasst ist, wobei die Kompensationsleistung nach Maßgabe der Auslastung/Belastung des Wechselrichters (1) und des Verstärkungsfaktors (6) als Kompensationsleistungssollwert (p*c, q*c) dient.17. Central control device according to claim 15, wherein the latter comprises a harmonic detection means (3), which determines a compensation power (pc, qc) dependent on the harmonic power of the harmonic generator and an adaptive control device component (5) for determining an amplification factor (6) ), wherein the compensation power in accordance with the load / load of the inverter (1) and the gain factor (6) as a compensation power setpoint (p * c, q * c) is used.
18. Versorgungsnetz, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein aktives Netzfilter (13) nach ' einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14 und/oder eine zentrale Kontrolleinrichtung (9) nach einem der Ansprüche 15 bis 17 umfasst.18 supply network, characterized in that this comprises an active line filter (13) according to ' one of the preceding claims 1 to 14 and / or a central control device (9) according to one of claims 15 to 17.
19. Versorgungsnetz nach Anspruch 18, wobei als nichtlineare Last (10) ein Antriebssystem, insbesondere ein Antriebssystem mit weiteren elektrischen Komponenten, umfasst ist. 19. Supply network according to claim 18, wherein a non-linear load (10) is a drive system, in particular a drive system with further electrical components.
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DE (1) DE102005041927B4 (en)
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2916585B1 (en) * 2007-05-25 2009-08-21 Alstom Transport Sa METHOD FOR CONTROLLING VOLTAGE OR CURRENT OF RLC FILTER, RECORDING MEDIUM AND VEHICLES FOR THIS METHOD.
DE102008058737B4 (en) * 2008-09-08 2019-12-12 Erbe Elektromedizin Gmbh Electrosurgical generator
US9066991B2 (en) 2009-12-22 2015-06-30 Lifebond Ltd. Modification of enzymatic crosslinkers for controlling properties of crosslinked matrices
CN101917010A (en) * 2010-07-27 2010-12-15 荣信电力电子股份有限公司 Compound control structure for balanced output of multiple sets of automatically controlled power equipment
EP2658082B1 (en) * 2010-12-24 2018-04-18 LG Electronics Inc. Electricity management apparatus and electricity management method
CN102545225A (en) * 2012-01-16 2012-07-04 广西电网公司电力科学研究院 High-voltage parallel hybrid active power filter and iterative learning control method with forgetting factor
DE102012210207A1 (en) 2012-06-18 2013-12-19 Ge Energy Power Conversion Gmbh Method and device for feeding electrical power into an electrical power grid
CN103309260B (en) * 2013-06-18 2016-05-11 深圳市英威腾电气股份有限公司 A kind of control system of SVG/APF parallel running and method
DE102013222452A1 (en) 2013-11-05 2015-05-07 Wobben Properties Gmbh Method for operating a wind energy plant
CN104956583B (en) 2014-01-21 2017-09-08 三菱电机株式会社 Semiconductor power conversion apparatus
WO2016146526A1 (en) * 2015-03-13 2016-09-22 Ulstein Power & Control As Active harmonic system conditioner
DE102016105662A1 (en) 2016-03-29 2017-10-05 Wobben Properties Gmbh Method for feeding electrical power into an electrical supply network with a wind farm and wind farm
DE102016106215A1 (en) 2016-04-05 2017-10-05 Wobben Properties Gmbh Method and wind turbine for feeding electrical power
CN105867116A (en) * 2016-06-06 2016-08-17 国网福建省电力有限公司 Electricity network harmonic current signal tracking control method based on time delay compensation
CN110098616B (en) * 2019-05-14 2022-11-22 安徽亚辉电气自动化有限公司 Active power filter with load identification and classification calculation

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0779530B2 (en) * 1988-01-05 1995-08-23 株式会社日立製作所 Reactive power compensator for power system
JP2714195B2 (en) * 1989-12-08 1998-02-16 株式会社東芝 Voltage fluctuation and harmonic suppression device
JP2893882B2 (en) * 1990-07-11 1999-05-24 三菱電機株式会社 Active filter device
JP2760646B2 (en) * 1990-09-18 1998-06-04 株式会社東芝 Current command value calculation device for power converter
JP2784134B2 (en) * 1993-09-07 1998-08-06 三菱電機株式会社 Active filter device
JPH08140267A (en) * 1994-11-08 1996-05-31 Toshiba Corp Active filter device
JP3447847B2 (en) * 1995-05-23 2003-09-16 東洋電機製造株式会社 DC power supply with active filter function
DE29724037U1 (en) * 1996-07-15 2000-08-31 Fachhochschule Konstanz Inst F Device for reactive current compensation
JP3306334B2 (en) * 1997-01-17 2002-07-24 株式会社三社電機製作所 Current compensator
US6469485B2 (en) * 2000-07-07 2002-10-22 Honeywell International Inc. Active filter and method for suppressing current harmonics
JP4284879B2 (en) * 2001-03-19 2009-06-24 三菱電機株式会社 Power converter
US6882549B2 (en) * 2001-03-21 2005-04-19 Honeywell International Inc. Active filter for power distribution system with selectable harmonic elimination
JP3661012B2 (en) * 2001-04-20 2005-06-15 国立大学法人 岡山大学 Power distribution system active filter device and control system
JP4373040B2 (en) * 2001-09-19 2009-11-25 株式会社日立製作所 Control device for self-excited converter for DC power transmission

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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