DD266901A1 - Verfahren zur verringerung niederfrequenter harmonischer im netzstrom ein- oder mehrphasiger pulsstromrichter - Google Patents

Abstract

Das Verfahren dient zum Abbau und zur Gewaehrleistung maximaler Lastunabhaengigkeit der unterhalb der Pulsfrequenz liegenden Harmonischen im Netzstrom von Pulsstromrichtern mit Gleichspannungsausgang, z. B. fuer die Versorgung von elektrischen Triebfahrzeugen. Erfindungsgemaess wird die Abweichung der Zwischenkreis-Gleichspannung von einem Sollwert gewichtet zum Ausgangssignal des Stromreglers aufgeschaltet, womit das Zuendmuster im Sinne einer Verringerung der Harmonischen veraendert wird.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum woltgehondon Abbau und de.' Gewährleistung mnximolor Lestunabhänglgkolt der unteihalb der Pulsfrequenz llegendon Harmonischen im Netzstrom olnes Pulsstromrlchtore mit Glolchspannungeausgang, wio sie z. El. auf mit Elnphanenwechßelspannung gespeisten Triebfahrzeugen in Form von einem Vlorquadrantonstollor (4qs) zur Speisung von Span.iungswechBolrlchtorn angewendet werden.

Charakteristik des bekannton Standes dor Technik

Seitens der Betreiber von elektrischen Nutzen, z. B. von üahnotromnotzon, bostohon sehr harte Forderungen an die Slnuelörmlgkelt des Netzutromoe, die in Form von absoluton Strompogeln für einzelne nioclorfroquonto Harmonische vorgeneben werden. Die Forderungen boctohon bei Betreibern von elektrischen Triebfahrzeugen doshalb, weil dioso Harmonischen fm Froquunzberoich !logon können, in dem gleichzeitig signaltechnische und Fornstouoranlagon botrlobon werden, die u irch die auftretenden Harmonischen gestört werden können.

Zur nevzfreundlichen Einspeisung von Triebfahrzeugen mit Drohstrornfahrantrlobon worden hol Anwendung olnos Glolchiitromzwischenkrelsos Pulsstromrli:hter eingesetzt, wolcho die zoltllch verändorllcho Gleichstromlast untor Zuhilfonahmo eines Kondensators und einos auf die doppelte Netzfroquonz abgestimmton Filterkroisos In oinon mit der Netzspannung In Phase liegenden sinusförmigen Netzstrom umsetzen. Bei diesem, insbesondere als Vlorquadrantonstollor (4qs) ausgeführten Pulsstromrichter treten nebon den prinzipbedingten Harmonischen von Pulsfrequenz und deron Vielfachen nledortrequento Hamonische im Netzstrom auf, wenn

— dos meist durch eine Stromregelung auf sinusförmigen Sollwert erzeugte Übersetzungsverhältnis von Wochsol- zu Gleichgrößen nicht rein harmonisch ist,

— die Gleichspannung des Zwlschenkrolses mit Wechselanteilen überlagert ist und/oder

— die Netzspannung bereits eine niederfrequente Verzerrung enthält.

Die Überlagerung der Gleichspannung mit Wechselanteilen (zulässig ist zumeist 10% Wolligkoit) ist prinzipbedingt und nicht vermeidbar, da

— der auf die zweifache Notzfrequonz abgestimmte Filterkreis zum Antrieb oinos dom Gleichstrom proportionalen Wechselstromes eine von der Filterkreisgüte abhängige Spannung mit doppoltor Notzfrequenz benötigt und

— der im Zwischenkreis des antriebsseitlgen Pulswechselrlchtore fließende pulsierende Gleichstrom, dor durch die pulsiorendo Leistung des Wechselspannungsverbrauchers bedingt ist, vor allem Im Bereich holior Leistungen nioclorfroquonto Harmonische mit variabler, zur Netzfraquonz nicht synchroner Frequenz enthält, die sich bei sinusförmiger ι Übersetzungsverhältnis '.ins 4qs in don Netzctrom transformieren.

Durch Nichtlinearitäten fm Stromregelkrels (Bbur?"zungen) können ebenfalls Vorzerrungen in don Notzstrom gelangen. Auch Verzerrungen in der Netzspannung sind technisch bedingt. Sie werden durch den Pulsstromrichtor in don Zwlschonkreis übertragen und wirken so auf den Netzstrom zurück.

Im praktischen Betrieb überlagern sich alle F.influßgrößen und es ontstohon in der Regol lastabhängig wachsende Pegel der Harmonischen unterhalb der Pulsfrequenz.

Es Ist bereits bekann', die im Primärstrom des Triebfahrzeugs vorhandenen Störströmo durch oin am Eingang dos Triebfahrzeugs angeordnetes Störstromfilter zu verringern. Die Wirksamkeit solclior Filter ist wegen dos geringen Frequenzabstandes zur Nutzfrequenz aber stark eingeschränkt. Aus der DE-OS J)218885 (H 02 P 13/24) Ist zusätzlich zum Stromregelkreis ein SUirstromregler bekannt, dor die im Netzstrom gegossenen Harmonischen im Sinne einor Gegenkopplung zum Ausgangssignal das Stromreglers addiert. Der Stör stromregier weist eine Bandsporre zur Filterung dor Netzfrequonz und einen Bandpaß zur selektiven Verstärkung der Störfrequenzen auf. Die Maßnahme ist /war geeignet, Störfroquenzon in gewissem Umfang zu unterdrücken, ist aber insgesamt noch unbefriedigend.

XIoI der Erfindung

Es ist das Ziel dor Erfindung, die niederfrequenten Stromoborschwlngungen Im Netzetrom von Pulsstiomrlchtorn woltor als biehor möglich abzubauen, um so z. B. don ungestörten Betrieb von Signal· und Steueranlagen beim Betroibor von elektrischen Bahnanlagen zu gewährleisten.

Darlegung des Weeone der Erfindung Dor Erfindung Mögt die Aufnabo zugrunde, die bekannte Störstromregolung woltor In Richtung minimaler niederfrequenter Verzerrungen des NoUstromon *u vorbobsorn. Die Aufgebe wird erflndungsgomäß durch oln Vorfahren gelöst, dos In der Aufschaltung dor gowinhtoton Abweichung dor Gleichspannung von einem Gleichspannungssollwort zum Ausgangsslgnol dos Stromroglers bostoht, Die Aufschaltung dos Signale erfolgt am Eingang In don Ansteuerautoma'.en. SIo verändert das vom Stromroglor nach slnusför.nigor Stromsollwortvorgabo ausgegebene Zündmustor für don 4qs Im Slnno einer Verringerung dor niederfrequenten Harmonischen,

. 'dom dlo Abweichung dos Augenblickwertes dor Zwlschenkreis-Glelchspannung von oinom Glolchspannungssollwort durcholno Korrektur der Einechaltdauor der gopulsten tingangsspannung kompensiert wird. DIo Abweichung dor Zwlschenkruls-

Gleichspannung vom Sollwert ist durch die Wirkung des Wechselrichters und u'os auf dio doppelte Netzfrequonz abgestimmton Zwischonkrol8-Flltere bedingt und ist lastabhängig. Die Wichtung der Glelchspannungetinderung erfolgt durch Multiplikation mit dom Signal olnos Vorzorrungsroglors, an dessen Eingang die Abweichung dor In einem Meßglied ermittelten Netxstromverzorrung von einer Sollverzerrung anliegt. Als

zusätzliche Eingangsgröße am Vorzorrungsregler kann der Lestetroin aufgeschaltot werden.

Gegenüber der bisherigen Störstromregelung wird durch die orfindungegemäßo Maßnahme eine weitgehondo

l.astunobhänglgkeii erreicht und dio Dynamik des Regelkreises erhobllch vorbessert.

Ausfuhrungebelsplel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausfühungsbeisplol näher erläutert. Es zolgon

Fig. 1: dlo Struktur eines geregelten Notzstromrlchtors mit der zusätzlichen Aufschaltung der Spannungsabweichung im Slnno

einer Verzerrungsrogelung und Fig.2: die gomessono Abhängigkeit do>- Netzstromharmonischen für Gleich trom- und Motorlast mit und ohneerflndungsgemäßo Lösung.

Das Beispiel bezieht sich auf eine analoge Informationsverarbeitung, die Erfindung ist aber mit digital arbeitenden Einrichtungen ebenso realisierbar.

Im Ausführungobeispiel nach Fig. list oln geregelter Netzstromrichter mit den Blöcken l-rsatznetr. 1, Viorquadrantensteller 2 und Zwischenkreis 3 dargestellt, der übur den Spannungsregler 11 und don Stromregler β geregelt wird. Am Eingang dos 4qs Mögt die gepulste Eingangsspannung u_E an. Der durch den im 4 qs im Zwischonkrols bereitgestellte Zwischenkroisstrom Id toilt sich in denVerfjraucheretrom i_WRUndden Filtoroingangsstrom Ip. Der sinusförmige Netzstromsollwort lNSoii^{wlrti lm} Voktordrehor 7 aus dem Im Phasenkorrekturgllod 4 erfaßten Vorlauf von Notzphasonwinkol 9_N und Anfangswinkol φ dor Netzspannung u_N und der vom Spannungsregler 11 vorgegebenen Stromsollwortamplitudon t_NSoii gebildet. Er bildet durch Vergleich mit dem Netzstrom I_n den Eingang für den Stromreglor 6. Dor Reglerausgang dos Stromreglers 6 dient zur Ermittlung der Ziinuinustor im Ansteuorautomaten B. Der Stromregelung Ist die Spannungsregelung mit dor Regelabweichung Au_d, die sich aus dem Vorgleich der Gleichspannung Ud des Zwischenkreises und der Sollgleichspannung Ua_n ergibt, dem Spannungsregler 11 und dem Vektordreher 7 überlagert.

Das orfindungsgomäße Verfahren ist in Fig. 1 als Anordnung olnos Meßgliedes zur Verzerrungsmessung 5 c'argostollt, dosson Ausgang mit einer gowünschten Sollverzorrung im Vorzerrungsroglor 9 vorarboitet und im Multlpllzioror 10 mit der Spannungsrogolabwelchung Au_d multipliziert wird. Das Ergebnis dient als Aufschaltungswort für das Ausgtingssignal dos Stromroglors.

Am Vorzerrungsroglor 9 kann zusätzlich der Lastet;. <n I_L„, aufgeschaltot worden, dor im vorliegenden Beispiel mit dom Verbraucherstrom Iw_n identisch sein kann.

Flg. 2 zeigt zwei Meß- oebnlsse ohne und mit Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei einmal eine nichtcharakteristische Harmonische (nlchtganzzdhlige Vielfache der N jtzfrequonz) konstant gehalten wird, die durch don Laststrom dos Wechselrichters verursacht wird. Zum anderen ist dio Auswirkung auf eine charakteristische Harmonischo (z. B. dio Harmonische mit der Stachen Netzfrequenz) dargestellt. Die Messung zeigt deutlich, daß mit dor erfindungsgemäßen Maßnahme nunmehr eine fast völlige Lastunabhängigkeit der Pegel der Harmonischen erreicht werden kann und der Störstrompegel somit innerhalb der geforderten Grenzworte gehalten worden kann.

Claims (3)

1. Verfahren zur Verringerung niederfrequenter Harmonischer Im Notzstrom oin- odor mehrphasiger Pulsstromrichter mit Gleichspannungsausgang, gekennzeichnet dadurch, daß die Abweichung dor Gleichspannung (Au_d) von einem Gloichspannungssollwert (udJ gewlchtet zum Ausgangssignal des Strom«dylers (6) aufgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wichtung durch multiplikatives Verknüpfen mit dem Ausgangssignal eines Verzerrungsreglers (9), an dessen Eingang die Abweichung eines gemessenen Störstromwertes anliegt, realisiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadunh, daß dem Verzorrungsregler (9) aer Laststrom (i_Le,t) als zusätzliches Eingangssignal aufgeschaltet wird.