WO2007090481A2 - Hybrides filter - Google Patents

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WO2007090481A2 PCT/EP2006/069720 EP2006069720W WO2007090481A2 WO 2007090481 A2 WO2007090481 A2 WO 2007090481A2 EP 2006069720 W EP2006069720 W EP 2006069720W WO 2007090481 A2 WO2007090481 A2 WO 2007090481A2
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Axel Mertens
Rolf-Dieter Klug
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/20—Active power filtering [APF]

Definitions

  • the invention relates to a hybrid filter for harmonic compensation with a absorption circuit and an active filter, which are electrically connected in series.
  • the other parallel working harmonic generators must be taken into account in addition to the relevant drive and the network.
  • the filter circuit power one starts from the harmonic current and the inductive converter reactive power in the desired speed control range.
  • remedial measures can be taken in good time against any disruptive effects.
  • the prerequisite for such a calculation and dimensioning of minimum measures is that the network data and the permissible limit values are known at the connection point, defined as PCC (Point of Common Coupling).
  • active filters which are constructed with a voltage-impressing pulse-controlled converter and are controlled and regulated in such a way that the harmonics of the non-linear load, for example a grid-commutated power converter, are compensated, as a result of which the feeding grid is loaded with virtually sinusoidal current becomes.
  • hybrid filter consisting of a series circuit of a series-tuned circuit and an active in the publication ⁇ ser
  • a series-tuned circuit (passive filter) with a U-inverter (active filter) is a series circuit according to the publication is ⁇ lichung "measurements on an active absorption circuit" by Erwin Schott and Christian Tuttas, published in the German Journal "ETC", Volume 114, 1993, No. 23, pages 1370-1373, referred to as akti ⁇ ver absorption circuit.
  • This active absorption circuit is compared to the passive absorption circuit approximately an ideal filter for the current harmonics of Saugnikeigenfrequenz. With the pulse-controlled converter, it is theoretically possible to compensate ⁇ nanzver michen the ohmic loss resistances and possible Reso.
  • the pulse-controlled converter is an IGBT converter with a DC-side capacitor.
  • the filter effect of a passive absorption circuit can be significantly improved by the series connection with a U-pulse current judge. With such an active absorption circuit, the O berschwingungslastpound can be controlled in the network. However, the U-pulse converter increases the filter losses.
  • the apparent power of the filter converter also depends on the tuning frequency of the absorption circuit.
  • the fundamental reactive current acts through the Suction circuit determines the current rms value and thus the apparent power of the filter converter.
  • the invention is based on the object of developing this known hybrid filter in such a way that the apparent power to be applied by the filter converter is substantially reduced.
  • the harmonic voltages applied by the active filter give rise to an additional harmonic current through the parallel-connected impedance. Since this assumes high values at the respective frequencies, the additional harmonic current to be applied by the active filter remains low.
  • the apparent power to be applied by the active filter is substantially reduced.
  • a low-voltage converter can be provided as the active filter, which must have approximately 1-2% of a non-linear load power connected to the feeding mains in terms of power. Because of this low power, the low-voltage converter is inexpensive.
  • a further advantage of this hybrid filter according to the invention over a hybrid filter of the generic type is that the hybrid filter according to the invention is idle-proof. This means that in the operating state "pulse inhibit" of the filter converter no unduly high voltage can occur.
  • a non-linear load 2 in ⁇ example, a power source inverter, as a power source 4 is shown.
  • the feeding network is simulated by a sinusoidal voltage source 6 and a short-circuit reactance L ⁇ .
  • a voltage u L At the terminals 8 and 10 is a voltage u L , which is purely sinusoidal. Electrically parallel to these terminals 8 and 10, the non-linear load 2 is connected. The course of the non-linear load current i L is to understand just ⁇ if shown in this figure.
  • a hybrid filter is switched ⁇ , consisting of a series circuit of a passive filter 12 and an active filter 14.
  • a passive filter 12 As a passive filter 12 is in this hybrid filter, a absorption circuit consisting of a capacitor C S ⁇ and an inductance L SK , which are electrically connected in series, is provided.
  • the ak ⁇ tive filter 14 is represented in this illustration by a voltage source with a voltage u F.
  • the above-mentioned publications EPE '95, Winter Meeting 1995 and etz 1993 each show an embodiment of an active filter 14.
  • a six-pulse converter bridge in particular an IGBT bridge (insulated gate bipolar transistor), is used as active filter 14, which is provided on the DC side with a capacitor or a capacitor battery.
  • the non-linear load 2 which is illustrated by the current source 4 veran ⁇ shapes, a fundamental and current upper Vibrations.
  • This non-sinusoidal load current i L if no filter is provided, also flows in the network and causes a voltage drop at the short-circuit reactance L ⁇ .
  • This voltage drop at the short-circuit reactance L ⁇ leads to the fact that the voltage u L at the terminals 8 and 10 also contains harmonics.
  • the absorption circuit 12 consisting of a series circuit of the capacitor C S ⁇ and the inductance L S K, is tuned to a top ⁇ vibration of the non-linear load current i L.
  • the ⁇ ser tuned series resonant circuit has in the Resonanzfre acid sequence an impedance value of zero, is short-circuited so that the harmonic.
  • the active filter 14 feeds in an additional current i F.
  • the fundamental current i S ⁇ , l of the absorption circuit 12 flows through the active filter 14.
  • the required voltage u F ent of the active filter 14 ⁇ speaks the voltage drop U S ⁇ consisting of the sum of the voltage drops across the capacitor C S ⁇ and the inductance L S K ⁇ due to the harmonic current i S ⁇ , m at the trap circuit 12.
  • the Fundamental vibration voltage u F , i of the pulse converter of the active filter 14 is very small or zero.
  • This basic ⁇ vibration voltage U F, i falls mainly on the capacitor C S ⁇ from.
  • a fundamental vibration current i Ff i flows through the absorption circuit, which must also flow through the active part. Since the absorption circuit 12 acts capacitively for the fundamental oscillation of the non-linear load current i L , a partial compensation ei ⁇ ner reactive power is possible.
  • the voltage u F of the active filter 14 can be set almost under Beibehal ⁇ tion of its apparent power.
  • a frequency-dependent impedance 16 is electrically connected in parallel to the active filter 14, which is realized in the simplest case by an inductance.
  • the ⁇ se frequency-dependent impedance has a low amount for the fundamental and a high amount for the harmonics to be compensated.
  • the basic reactive reactive current is conducted past the active filter 14.
  • the required fundamental voltage at the active filter 14 remains relatively small.
  • the pulse-controlled converters of the active filter 14 is controlled so that the total harmonic current is not li ⁇ -linear load 2 flows through the suction circuit 12th This absorption circuit 12 is tuned to the nth harmonic of the load current i L ⁇ .
  • the pulse converter of the active filter 14 must apply a harmonic voltage.
  • the aim of optimizing the hybrid filter is in each case the minimization of the apparent power of the filter converter of the active filter 14, since this means the greatest cost.
  • the required value of the apparent power of the pulse converter of the active filter 14 at a power of the non-linear load of, for example, 40MW is only about 10OkVA, for example.
  • Such a pulse-controlled converter can be realized with such an apparent power even with low-voltage power semiconductors, in particular insulated gate bipolar transistors.
  • hybrid filter according to the invention is in power converter protection.
  • the open circuit voltage at the inductance L 2 is less than 2%. Therefore, no voltage can be present even at idle, which could endanger the pulse converter. This is a decisive advantage over a generic hybrid filter in which additional precautions must be taken to start up and protect the filter converter.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein hybrides Filter zur Oberschwin- gungskompensation mit einem Saugkreis (12) und einem aktiven Filter (14), die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Erfindungsgemäß ist elektrisch parallel zum aktiven Filter (14) eine frequenzabhängige Impedanz (16) geschaltet, die für eine Grundschwingung einen niedrigen Betrag und für die zu kompen- sierende Oberschwingung einen hohen Betrag aufweist. Somit erhält man ein hybrides Filter, dessen Scheinleistung wesentlich verringert ist.

Description

Hybrides Filter
Die Erfindung bezieht sich auf ein hybrides Filter zur Oberschwingungskompensation mit einem Saugkreis und einem aktiven Filter, die elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Der Betrieb großer nicht linearer Lasten, beispielsweise Stromzwischenkreis-Umrichter, hat Rückwirkungen auf das Versorgungsnetz. Diese Netzrückwirkung der nicht linearen Last wird bestimmt von der Impedanz des Versorgungsnetzes und den Reaktanzen zwischen Netz und nicht linearer Last. Die Netzrückwirkungen in Form von Blindstrom und Stromoberschwingun- gen verändern die Höhe der Netzspannung und verzerren ihre Form. Diese Netzrückwirkungen müssen sich an einen Verträglichkeitspegel orientieren, der einerseits die erforderliche Störfestigkeit und andererseits die zusätzliche Störaus¬ sendung aller an diesem Netz angeschlossenen Geräte bestimmt.
Die Veröffentlichung mit dem Titel "Behandlung von Netzrückwirkung und Leistungsfaktor großer Stromrichterantriebe" von Wolfgang Frankenberg und Ulrich Gabriel, abgedruckt in der DE-Zeitschrift "Energie & Automation", Band 9, 1987, Special "Drehzahlveränderbare elektrische Großantriebe", Seiten 96 - 105, befasst sich mit den Netzrückwirkungen eines Stromrichterantriebs im Megawattbereich, der einen Stromzwischenkreis- Umrichter aufweist. Bei derartigen Großantrieben im Megawattbereich wird als primäres Mittel zum Verringern der Ober- Schwingungsbelastung des Speisenetzes fast immer die zwölf- pulsige Stromrichterschaltung eingesetzt. Mit dieser Maßnahme lässt sich die Netzrückwirkung meist innerhalb zulässiger Grenzen halten. Falls dies aber nicht erreicht wird, müssen die Stromrichterantriebe mit angepassten Filter- und Kompen- sationsanlagen ausgerüstet werden. Beim Bemessen von Filterkreisen sind außer dem betreffenden Antrieb und dem Netz auch die anderen parallel arbeitenden Oberschwingungserzeuger einschließlich deren Filtereinstellungen zu berücksichtigen. Beim Festlegen der Filterkreisleistung geht man vom Oberschwingungsstrom und der induktiven Stromrichterblindleistung im gewünschten Drehzahlstellbereich aus. Bei großen Stromrichterantrieben ist es notwendig, die unerwarteten Netzrück- Wirkungen schon im Planungsstadium zu erkennen, damit gegen etwaige störende Auswirkungen rechtzeitig Abhilfemaßnahmen ergriffen werden können. Voraussetzung für eine solche Berechnung und Dimensionierung von Mindestmaßnahmen ist, dass die Netzdaten und die zulässigen Grenzwerte am Anschluss- punkt, definiert als PCC (Point of Common Coupling) , bekannt sind.
Neben diesen passiven Filtern sind aktive Filter bekannt, die mit einem spannungseinprägenden Pulsstromrichter aufgebaut sind und so gesteuert und geregelt werden, dass die Ober¬ schwingungen der nicht linearen Last, beispielsweise ein netzgeführter Stromrichter, kompensiert werden, wodurch das speisende Netz mit nahezu sinusförmigem Strom belastet wird.
Die Veröffentlichung mit dem Titel "New Trends in Active Filters" von H. Akagi, abgedruckt im Konferenzband der EPE '95 in Sevilla, Seiten 0.017 - 0.026, stellt verschiedene aktive Filter vor. Zu diesen Ausführungsformen gehören auch Filteranlagen, die aus einem aktiven Filter und einem passiven FiI- ter aufgebaut sind. In dieser Veröffentlichung ist auch ein gattungsgemäßes Filter dargestellt.
Gemäß der Veröffentlichung mit dem Titel "Hybrid-Active FiI- tering of Harmonie Currents in Power Systems", von Mukul Rastogi, Ned Mohan und Abdel-Aty Edris, veröffentlicht auf dem IEEE/PES Winter Meeting, 29. Januar - 2. Februar 1995 in New York, wird eine Kombination aus einem passiven Filter und einem aktiven Filter als hybrides Filter bezeichnet. In die¬ ser Veröffentlichung wird ein hybrides Filter, bestehend aus einer Reihenschaltung eines Saugkreises und eines aktiven
Filters, mit einem hybriden Serien-Filter und einem Aktivfilter verglichen. Dieser Vergleich ergab, dass hybride Filter bezüglich der Kosten und der Verluste zwischen den passiven Filtern und den reinen aktiven Filtern liegen.
Eine Reihenschaltung eines Saugkreises (passives Filter) mit einem U-Umrichter (aktives Filter) wird gemäß der Veröffent¬ lichung "Messungen an einem aktiven Saugkreis" von Erwin Schott und Christian Tuttas, abgedruckt in der DE-Zeitschrift "etz", Band 114, 1993, Heft 23, Seiten 1370 - 1373, als akti¬ ver Saugkreis bezeichnet. Dieser aktive Saugkreis stellt im Vergleich zum passiven Saugkreis näherungsweise ein ideales Filter dar für die Stromoberschwingungen von Saugkreiseigenfrequenz. Mit dem Pulsstromrichter ist es theoretisch möglich, die ohmschen Verlustwiderstände und eventuelle Reso¬ nanzverstimmungen zu kompensieren. Da die ohmschen Widerstän- de noch Restspannungen mit der Saugkkreisfrequenz hervorrufen, ist eine vollständige Eliminierung der Saugkreisfrequenz nicht möglich. Als Pulsstromrichter ist ein IGBT-Stromrichter mit gleichspannungsseitigem Kondensator vorgesehen. Die Filterwirkung eines passiven Saugkreises lässt sich durch die Reihenschaltung mit einem U-Pulsstrom-richter entscheidend verbessern. Mit einem solchen aktiven Saugkreis kann der O- berschwingungslastfluss im Netz gesteuert werden. Durch den U-Pulsstromrichter erhöhen sich jedoch die Filterverluste.
Bei der Dimensionierung von hybriden Filtern wird darauf geachtet, dass das aktive Filter des hybriden Filters möglichst nur die verbleibenden Oberschwingungsströme liefern muss, wo¬ durch das aktive Filter für eine geringere Scheinleistung dimensioniert werden kann. Der Filterstromrichter hat bezogen auf das hybride Filter den größten Kostenaufwand. Je geringer die Scheinleistung dieses Filterstromrichters bei einem hyb¬ riden Filter ausfällt, umso niedriger wird der Kostenaufwand für dieses hybride Filter.
Beim aktiven Saugkreis hängt die Scheinleistung des Filterstromrichters auch von der Abstimmfrequenz des Saugkreises ab. Außerdem wirkt der Grundschwingungs-Blindstrom durch den Saugkreis bestimmend für den Stromeffektivwert und damit für die Scheinleistung des Filterstromrichters.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte hybride Filter derart weiterzubilden, dass die vom Filterstromrichter aufzubringende Scheinleistung wesentlich verringert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass elektrisch parallel zum aktiven Filter eine frequenzabhängige Impedanz geschaltet wird, die für die Grundschwingung einen niedrigen Betrag und für die zu kompen- sierenden Oberschwingungen einen hohen Betrag aufweist, wird der Grundschwingungs-Blindstrom am aktiven Filter vorbeigeführt. Die dazu erforderliche Grundschwingungsspannung am aktiven Filter bleibt dabei relativ klein. Da der Grundschwingungs-Blindstrom nun am aktiven Filter vorbeigeführt wird, verringert sich auch wesentlich der Stromeffektivwert des ak¬ tiven Filters und damit seine Scheinleistung.
Die Oberschwingungsspannungen, die vom aktiven Filter aufgebracht werden, führen zu einem zusätzlichen Oberschwingungs- ström durch die parallel geschaltete Impedanz. Da diese bei den betreffenden Frequenzen hohe Werte annimmt, bleibt der zusätzliche vom aktiven Filter aufzubringende Oberschwingungsstrom gering.
Durch diese erfindungsgemäße Weiterbildung des bekannten hyb¬ riden Filters wird die vom aktiven Filter aufzubringende Scheinleistung wesentlich reduziert. Somit kann als aktives Filter ein Niederspannungs-Umrichter vorgesehen sein, der leistungsmäßig etwa 1-2 % einer am speisenden Netz ange- schlossenen nicht linearen Lastleistung aufweisen muss. Wegen dieser geringen Leistung fällt der Niederspannungs-Umrichter kostengünstig aus. Ein weiterer Vorteil dieses erfindungsgemäßen hybriden Filters gegenüber einem gattungsgemäßen hybriden Filter besteht darin, dass das erfindungsgemäße hybride Filter leerlauffest ist. Das heißt, dass beim Betriebszustand "Impulssperre" des Filterstromrichters keine unzulässig hohe Spannung auftreten kann .
Anhand eines einphasigen Ersatzschaltbildes soll nun das er¬ findungsgemäße hybride Filter näher erläutert werden.
Gemäß dieser Darstellung ist eine nicht lineare Last 2, bei¬ spielsweise ein Stromzwischenkreis-Umrichter, als Stromquelle 4 dargestellt. Das speisende Netz ist durch eine sinusförmige Spannungsquelle 6 und eine Kurzschlussreaktanz Lκ nachgebil- det . An den Klemmen 8 und 10 steht eine Spannung uL an, die rein sinusförmig ist. Elektrisch parallel zu diesen Klemmen 8 und 10 ist die nicht lineare Last 2 geschaltet. Der Verlauf des nicht linearen Laststromes iL ist zum Verständnis eben¬ falls in dieser Figur dargestellt. Ebenfalls elektrisch pa- rallel zu diesen Klemmen 8 und 10 ist ein hybrides Filter ge¬ schaltet, das aus einer Reihenschaltung eines passiven Filters 12 und einem aktiven Filter 14 besteht. Als passives Filter 12 ist bei diesem hybriden Filter ein Saugkreis, bestehend aus einem Kondensator CSκ und einer Induktivität LSK, die elektrisch in Reihe geschaltet sind, vorgesehen. Das ak¬ tive Filter 14 wird in dieser Darstellung durch eine Spannungsquelle mit einer Spannung uF dargestellt. Den eingangs genannten Veröffentlichungen EPE '95, Winter Meeting 1995 und etz 1993 sind jeweils eine Ausführungsform eines aktiven FiI- ters 14 zu entnehmen. Bei all diesen Veröffentlichungen wird bei einer dreiphasigen Last 2 als aktives Filter 14 eine sechspulsige Stromrichterbrücke, insbesondere eine IGBT- Brücke (Insulated Gate Bipolar Transistor), verwendet, die gleichspannungsseitig mit einem Kondensator bzw. einer Kon- densatorbatterie versehen ist.
Die nicht lineare Last 2, die durch die Stromquelle 4 veran¬ schaulicht ist, prägt eine Grundschwingung und Strom-Ober- Schwingungen ein. Dieser nicht sinusförmige Laststrom iL fließt, wenn kein Filter vorgesehen ist, auch im Netz und verursacht einen Spannungsabfall an der Kurzschlussreaktanz Lκ . Dieser Spannungsabfall an der Kurzschlussreaktanz Lκ führt dazu, dass auch die Spannung uL an den Klemmen 8 und 10 Oberschwingungen enthält.
Das Prinzip jeder Art von Filter besteht nun darin, für die Oberschwingungen des nicht linearen Laststromes iL einen Strompfad parallel zum Netz anzubieten, so dass die Kurz¬ schlussreaktanz Lκ keine oder nur geringe Oberschwingungs¬ ströme führen muss, ihr Spannungsabfall nahezu sinusförmig ist und daher die Spannung uL an den Klemmen 8 und 10 annä¬ hernd sinusförmig wird.
Zunächst wird das hybride Filter ohne erfindungsgemäße Ergän¬ zung (frequenzabhängige Impedanz 16) beschrieben.
Der Saugkreis 12, bestehend aus einer Reihenschaltung des Kondensators CSκ und der Induktivität LSK, ist auf eine Ober¬ schwingung des nicht linearen Laststromes iL abgestimmt. Die¬ ser abgestimmte Serienschwingkreis hat bei der Resonanzfre¬ quenz einen Impedanzwert von Null, wodurch die Oberschwingung kurzgeschlossen wird. Das aktive Filter 14 speist einen zu- sätzlichen Strom iF ein. Zusätzlich fließt der Grundschwingungsstrom iSκ, l des Saugkreises 12 durch das aktive Filter 14 durch. Die benötigte Spannung uF des aktiven Filters 14 ent¬ spricht dem Spannungsabfall uSκ, bestehend aus der Summe der Spannungsabfälle an den Kondensator CSκ und der Induktivität LSKΛ aufgrund des Oberschwingungsstromes iSκ,m am Saugkreis 12. Die Grundschwingungsspannung uF,i des Pulsstromrichters des aktiven Filters 14 ist sehr klein bzw. Null. Diese Grund¬ schwingungsspannung uF,i fällt überwiegend am Kondensator CSκ ab. Dazu fließt ein Grundschwingungsstrom iFf i durch den Saugkreis, der auch durch den aktiven Teil fließen muss. Da der Saugkreis 12 für die Grundschwingung des nicht linearen Laststromes iL kapazitiv wirkt, ist eine Teilkompensation ei¬ ner Blindleistung möglich. Durch die Wahl des Verhältnisses von Induktivität LSκ und Kapazität CSκ des Saugkreises 12 kann die Spannung uF des aktiven Filters 14 nahezu unter Beibehal¬ tung seiner Scheinleistung eingestellt werden.
Gemäß der Erfindung ist elektrisch parallel zum aktiven Filter 14 eine frequenzabhängige Impedanz 16 geschaltet, die im einfachsten Fall durch eine Induktivität realisiert ist. Die¬ se frequenzabhängige Impedanz weist für die Grundschwingung einen niedrigen Betrag und für die zu kompensierenden Ober- Schwingungen einen hohen Betrag auf. Dadurch wird der Grund- schwingungs-Blindstrom am aktiven Filter 14 vorbeigeführt. Die dazu erforderliche Grundschwingungsspannung am aktiven Filter 14 bleibt dabei relativ klein.
Der Pulsstromrichter des aktiven Filters 14 wird derart gesteuert, dass der gesamte Oberschwingungsstrom der nicht li¬ nearen Last 2 durch den Saugkreis 12 fließt. Dieser Saugkreis 12 ist auf die n-te Harmonische des Laststromes iL abge¬ stimmt. Dazu muss der Pulsstromrichter des aktiven Filters 14 eine Oberschwingungsspannung aufbringen. Hinzu kommt eine
Grundschwingung, die einen gewünschten Grundschwingungsstrom iL2,i durch die frequenzabhängige Impedanz 16 treibt. Dieser Grundschwingungsstrom iL2,i soll einen Anteil α an der gesam¬ ten Grundschwingung des Saugkreisstromes iSκ,i haben. Somit gilt iL2,i = Ot • iSκ,i- Nur der Rest des Saugkreisstromes isκ,i' nämlich (1 - α) • isκ,i fließt durch den Pulsstromrichter des aktiven Filters 14. Typische Werte für den Wert des Anteils α liegen zwischen Null und Eins (0<α<l) . Es ist aber auch denkbar, andere Werte einzusetzen, um beispielsweise die ka- pazitive Grundschwingungsblindleistung zu steuern. Das Verhältnis der Grundschwingung von Laststrom iL und Saugkreisstrom iSKΛ das mit dem Faktor k bezeichnet wird, ist dann vom Anteil α abhängig.
Somit gibt es für die Dimensionierung dieses hybriden Filters vier Parameter, die zu wählen sind. Diese sind: - k: Bezogener Grundschwingungs-Blindstrom der Filteranordnung .
- m: Ordnung der Oberschwingung, auf die der Saugkreis aus L3K und CSκ abgestimmt ist. - LSκ/L2 : Verhältnis der beiden Induktivitäten.
- α: Anteil des Grundschwingungsstromes, der durch die parallel zum Filterstrom angeschlossene frequenzab¬ hängige Impedanz 16 fließt.
Ziel einer Optimierung des hybriden Filters ist jeweils die Minimierung der Scheinleistung des Filterstromrichters des aktiven Filters 14, da dieser den größten Kostenaufwand bedeutet .
Mit einer Optimierung des hybriden Filters liegt der erforderliche Wert der Scheinleistung des Pulsstromrichters des aktiven Filters 14 bei einer Leistung der nicht linearen Last von beispielsweise 40MW nur bei beispielsweise ca. 10OkVA. Ein derartiger Pulsstromrichter ist bei einer derartigen Scheinleistung noch mit Niederspannungs-Leistungshalbleitern, insbesondere Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren, realisierbar .
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen hyb- riden Filters liegt beim Stromrichterschutz. Die Leerlaufspannung an der Induktivität L2 liegt unter 2 %. Daher kann auch im Leerlauf keine Spannung anliegen, die den Pulsstromrichter gefährden könnte. Dies ist ein entscheidender Vorteil gegenüber einem gattungsgemäßen hybriden Filter, bei dem zu- sätzliche Vorkehrungen zum Anfahren und zum Schutz des Filterstromrichters zu treffen sind.

Claims

Patentansprüche
1. Hybrides Filter zur Oberschwingungskompensation mit einem Saugkreis (12) und einem aktiven Filter (14), die elektrisch in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass elekt¬ risch parallel zum aktiven Filter (14) eine frequenzabhängige Impedanz (16) geschaltet ist, die für eine Grundschwingung einen niedrigen Betrag und für die zu kompensierende Ober¬ schwingung einen hohen Betrag aufweist.
2. Hybrides Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als frequenzabhängige Impedanz (16) eine Induktivität vorgesehen ist.
3. Hybrides Filter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als aktives Filter (14) ein Niederspan¬ nungs-Umrichter vorgesehen ist.
4. Hybrides Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Niederspannungs-Umrichter ein Transistorpulsstromrichter vorgesehen ist.
5. Hybrides Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Transistoren des Pulsstromrichters Insulated-Gate- Bipolar-Transistoren vorgesehen sind.
PCT/EP2006/069720 2006-02-09 2006-12-14 Hybrides filter WO2007090481A2 (de)

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