AT393765B - Filter arrangement - Google Patents
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Abstract
Description
AT 393 765 BAT 393 765 B
Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung zur Filterung und Bedämpfung von Oberschwingungen oder höherfrequenten Schwingungspaketen und zur Verschiebung von Resonanzstellen in elektrischen Netzen.The invention relates to a filter arrangement for filtering and damping harmonics or higher-frequency vibration packets and for shifting resonance points in electrical networks.
In elektrischen Netzen können niederfrequente Oberschwingungen, die beispielsweise bei Lastabwürfen durch Transformatorsättigung entstehen, im Zusammenhang mit Resonanzstellen zu bedeutenden Überspannungen und 5 Spannungsveizerrungen führen, die gegenüber dem normalen Netzbetrieb empfindliche Störungen darstellen.In electrical networks, low-frequency harmonics, which arise, for example, from load shedding due to transformer saturation, in connection with resonance points can lead to significant overvoltages and voltage distortions, which are sensitive to normal network operation.
Die Beschaffenheit des Wechselstromsystems spielt bezüglich des Auftretens dieser Störungen nur eine geringe Rolle. Das bedeutet, daß die Störungen durch einen speziellen Aufbau des Wechselstromsystems nicht verhindert weiden können.The nature of the AC system plays only a minor role in the occurrence of these faults. This means that the interference cannot be prevented by a special structure of the AC system.
Die DE-OS 35 39 950 befaßt sich mit einem Hochpaß einer Filteranordnung für ein mit Umrichtern 10 verbundenes Drehstromnetz. Dabei werden ein Kondensator und eine Drossel in Serie zu einer bei Hochspannung geerdeten, Mittelspannung freien Parallelschaltung aus ohmschen, induktiven und kapazitiven Schaltungselementen an das Netz angeschlossen. Die beiden Resonanzfrequenzen und Güten des Doppelhochpasses werden so abgestimmt, daß im kritischen Oberschwingungsbereich nur eine geringe Resonanzerhöhung auftreten kann.DE-OS 35 39 950 deals with a high-pass filter arrangement for a three-phase network connected to converters 10. A capacitor and a choke are connected in series to a parallel circuit made up of ohmic, inductive and capacitive circuit elements, which is grounded at high voltage and free of medium voltage. The two resonance frequencies and qualities of the double high-pass filter are adjusted so that only a slight increase in resonance can occur in the critical harmonic range.
Der Nachteil dieser Schaltung besteht darin, daß die Verluste durch die betriebsfrequenten Ströme in dieser 15 Anordnung vergleichsweise hoch sind, wenn die Widerstände zwecks Erzielung von rascher Dämpfung von niederfrequenten Oberschwingungen entsprechend niedrig gewählt werden.The disadvantage of this circuit is that the losses due to the operating frequency currents in this arrangement are comparatively high if the resistors are chosen to be correspondingly low in order to achieve rapid damping of low-frequency harmonics.
In der EP-A-0 318 790 wird ein Hochpaß einer Filteranordnung für eine mit Stromrichtern verbundene Leitung vorgeschlagen. Es wird ein C-Glied mit einem L-Glied und einem Parallelpfad in Serie geschaltet, wobei im Parallelpfad ein L-Glied einer aus einem R-Glied und einem C-Glied bestehenden Serienschaltung parallel 20 angeordnet ist Zum Serienschaltungsteil von L-Glied und Parallelpfad ist ein weiteres R-Glied parallel angeordnetEP-A-0 318 790 proposes a high-pass filter arrangement for a line connected to converters. A C-link is connected in series with an L-link and a parallel path, an L-link of a series connection consisting of an R-link and a C-link being arranged in parallel in the parallel path. To the series connection part of the L-link and parallel path another R-link is arranged in parallel
Mit dieser Schaltung ist es ebenfalls nicht möglich, Oberschwingungen stark zu dämpfen, ohne daß dabei die durch betriebsfrequente Ströme bedingten Verluste klein bleiben.With this circuit it is also not possible to strongly attenuate harmonics without the losses caused by operating frequency currents remaining small.
Das Problem der Filterung von Oberschwingungen wird auch im Kapitel 200-15 unter dem Titel "Characteri-25 zation and control of harmonic overvoltages at HVDC stations", von E. V. Larsen und R. A. Walling, im anläßlich des "CigretSymposiums, veranstaltet im September 1987 in Boston, USA, publizierten Tagungsbuches (Abschnitt 2, Seite 1 bis 6) behandeltThe problem of filtering harmonics is also held in Chapter 200-15 under the title " Characteri-25 zation and control of harmonic overvoltages at HVDC stations ", by EV Larsen and RA Walling, on the occasion of the " Cigret Symposium, in September 1987 conference book published in Boston, USA (section 2, pages 1 to 6)
Hierbei werden m einer ersten Schaltungsanordnung ein erstes und ein zweites in Serie geschaltetes C-Glied mit einem aus einem Überspannungsableiter und einem L-Glied bestehenden Parallelpfad in Serie geschaltet und 30 ein R-Glied dem Serienschaltungsteil des zweiten C-Gliedes und des L-Gliedes parallel angeordnetIn a first circuit arrangement, a first and a second C-element connected in series are connected in series with a parallel path consisting of a surge arrester and an L-element, and an R-element is connected to the series circuit part of the second C-element and the L-element arranged in parallel
Nachteilig bei dieser Schaltung ist daß damit lediglich die Oberschwingungsströme nur einer Abstimmfrequenz aus dem Netz gesaugt und dabei gedämpft werden können.The disadvantage of this circuit is that only the harmonic currents of only one tuning frequency can be sucked out of the network and damped in the process.
In einer zweiten Schaltung im selben Tagungsbuch wird ein erstes C-Glied mit einem Parallelpfad in Serie geschaltet welcher aus einer aus einem zweiten C-Glied und einem ersten L-Glied bestehenden Serienschaltung 35 und einer aus einem spannungsabhängigen Widerstand und einem R-Glied bestehenden Serienschaltung aufgebaut ist; dem Serienschaltungsteil der beiden C-Glieder ist ein Überspannungsableiter parallel angeordnetIn a second circuit in the same conference book, a first C-element is connected in series with a parallel path which consists of a series circuit 35 consisting of a second C-element and a first L-element and a series circuit consisting of a voltage-dependent resistor and an R-element is constructed; An overvoltage arrester is arranged in parallel with the series circuit part of the two C elements
Der Nachteil dieser Schaltung ist ebenfalls in der Beschränkung der Saug- und Dämpfungswirkung auf nur eine Abstimmfrequenz gegeben.The disadvantage of this circuit is also the limitation of the suction and damping effect to only one tuning frequency.
Aufgabe da- Erfindung ist es, eine Filteranordnung zu schaffen, mit welcher eine ausreichende Dämpfung für 40 zwei Atetimmfrequenzen erreichbar ist und mit der die Verluste durch betriebsfrequente Ströme auf ein Minimum beschränkt werden.The object of the invention is to create a filter arrangement with which sufficient damping for two two tuning frequencies can be achieved and with which the losses due to operating frequency currents are kept to a minimum.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst Diese ist dadurch gekennzeichnet daß ein erstes R-Glied zu einer aus einem ersten L-Glied und einem ersten C-Glied bestehenden Serienschaltung parallel angeordnet ist und daß diese Parallelschaltung mit einem aus einem zweiten L-Glied und einem zweiten C-Glied bestehenden 45 Parallelpfad sowie mit einem dritten C-Glied in Serie geschaltet istThe object is achieved by the invention. This is characterized in that a first R-element is arranged in parallel with a series circuit consisting of a first L-element and a first C-element, and in that this parallel circuit with one of a second L-element and one second C-link existing 45 parallel path and a third C-link connected in series
Mit der Erfindung ist es zum ersten Mal möglich, bei zwei Abstimmfrequenzen Oberschwingungsströme mit Frequenzen in der Nähe einer dieser Abstimmfrequenzen sehr stark zu dämpfen und namhafte Verluste durch betriebsfrequente Ströme zu verhindern.With the invention it is possible for the first time to attenuate harmonic currents with frequencies in the vicinity of one of these tuning frequencies very strongly at two tuning frequencies and to prevent significant losses due to operating frequency currents.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der aus einem ersten L-Glied und einem ersten C-Glied beste-50 henden Serienschaltung ein viertes C-Glied, an das erste C-Glied in Serie anschließend, zugeschaltet wird, und daß ein zweites R-Glied der Serienschaltung des vierten C-Gliedes und des zweiten C-Gliedes parallel geschaltet istA further development of the invention provides that the series circuit consisting of a first L-element and a first C-element is connected to a fourth C-element, connected to the first C-element in series, and that a second R Member of the series connection of the fourth C-member and the second C-member is connected in parallel
Durch diese Weiterbildung tritt eine verstärkte Dämpfungswirkung der Filteranordnung ein.This further development results in an increased damping effect of the filter arrangement.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das erste R-Glied mit einem ersten Varistor zu 55 einer Serienschaltung erweitert ist und daß diese Serienschaltung zu der aus einem asten L-Glied, einem ersten C-Glied und einem vierten C-Glied bestehenden Serienschaltung parallel geschaltet istA further embodiment of the invention consists in the fact that the first R element is expanded with a first varistor to 55 of a series circuit and that this series circuit is made up of a series L branch, a first C element and a fourth C element is connected in parallel
Dies ist vorteilhaft, weil dadurch bei kleinem Oberwellenanteil mittlere Dämpfungswirkung, und erst bei größeren Ausgleichsvargängen starke Dämpfungswirkung eintrittThis is advantageous because it results in a medium damping effect when there is a small harmonic component and a strong damping effect only in the case of larger compensation variances
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das zweite R-Glied mit einem zweiten Varistor zu 60 einer Serienschaltung erweitert ist und daß diese Serienschaltung der Serienschaltung des vierten C-Gliedes und des zweiten C-Gliedes parallel geschaltet istIn a further development of the invention it is provided that the second R-element is expanded to 60 of a series circuit with a second varistor and that this series circuit of the fourth C-element and the second C-element is connected in parallel
Auch mit dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung tritt bei kleinem Oberwellenanteil mittlere Dämpfungs- -2-With this further development according to the invention, medium damping occurs with a small harmonic component.
AT 393 765 BAT 393 765 B
Wirkung, und bei größeren Ausgleichsvorgängen starke Dämpfungswirkung ein.Effect, and strong damping effect for larger compensation processes.
Ein zusätzliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das zweite R-Glied mit einem zweiten Varistor zu einer Serienschaltung erweitert ist, und daß diese Serienschaltung dem vierten C-Glied und dem zweiten C-Glied parallel geschaltet ist 5 Der Vorteil dieses Merkmals besteht darin, daß damit die Schaltung bei kleinem Oberwellenanteil eine sehr steile Impedanzkennlinie mit zwei Abstimmresonanzen aufweist. Bei größerem Oberwellengehalt tritt wieder die stärkestmögliche Dämpfung auf. hi einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der aus einem ersten R-Glied und einem ersten Varistor bestehenden Serienschaltung ein drittes R-Glied parallel geschaltet 10 Damit ist es möglich, die Intensität der Dämpfung mit einem weiteren, in der Größe wählbaren, Widerstand vorzugeben, wodurch vornehmlich das Gebiet kleiner Oberwellen berücksichtigt werden kann.An additional feature of the invention is that the second R-element is expanded with a second varistor to form a series circuit, and that this series circuit is connected in parallel to the fourth C-element and the second C-element. 5 The advantage of this characteristic is that that the circuit has a very steep impedance characteristic with two tuning resonances with a small harmonic component. With a higher harmonic content, the strongest possible damping occurs again. In a further embodiment of the invention, the series circuit consisting of a first R element and a first varistor is connected in parallel with a third R element. This makes it possible to specify the intensity of the damping with a further, selectable in size, whereby primarily the area of small harmonics can be taken into account.
Als ergänzende Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der aus einem zweiten R-Glied und einem zweiten Varistor bestehenden Serienschaltung ein viertes R-Glied parallel geschaltet istAs a supplementary embodiment of the invention, it is provided that the series circuit consisting of a second R element and a second varistor is connected in parallel with a fourth R element
Auch mit dies«· Ausbildung der Erfindung ist es möglich, die Intensität der Dämpfung mit einem weiteren, 15 in der Größe wählbaren, Widerstand vorzugeben und dadurch das Gebiet kleiner Oberwellen zu berücksichtigen.With this embodiment of the invention it is also possible to specify the intensity of the damping with a further resistance, which can be selected in size, and thereby to take into account the area of small harmonics.
Als besonderes Merkmal der Erfindung ist der aus einem zweiten R-Glied und einem zweiten Varistor bestehenden Serienschaltung ein viertes R-Glied parallel geschaltetAs a special feature of the invention, a fourth R-element is connected in parallel to the series circuit consisting of a second R-element and a second varistor
Dieses Merkmal ermöglicht wiederum die Berücksichtigung kleiner Oberwellen, jedoch wird die Kennlinie in verstärktem Maß hinsichtlich der Dämpfung bei geringem Oberwellenanteil beeinflußt 20 In einer speziellen Weiterbildung der Erfindung ist der erste und/oder der zweite Varistor durch jeweils einenThis feature in turn enables small harmonics to be taken into account, but the characteristic curve is influenced to a greater extent with regard to the damping with a low harmonic component. In a special development of the invention, the first and / or the second varistor are each one
Siliziumkarbid-Überspannungsableiter ohne Funkenstrecke ersetztSilicon carbide surge arrester replaced without spark gap
Dies ist vorteilhaft, weil dadurch die Kennlinie unter Berücksichtigung spezieller Netzeigenschaften optimal angepaßt werden kann.This is advantageous because it allows the characteristic curve to be optimally adapted taking into account special network properties.
Eine Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß der erste und/oder der zweite Varistor durch jeweils einen 25 Siüziumkarbid-Überspannungsableiter mit Funkenstrecke ersetzt istAn embodiment of the invention provides that the first and / or the second varistor are each replaced by a 25 silicon carbide surge arrester with a spark gap
Auch mit Hilfe dieser erfindungsgemäßen Ausbildung kann die Kennlinie in bezug auf spezifische Netzeigenschaften optimiert werden.The characteristic curve can also be optimized with regard to specific network properties with the aid of this design according to the invention.
Als zusätzliche Weiterbildung der Erfindung ist der erste und/oder der zweite Varistor durch jeweils antiparallel geschaltete Thyristoranordnungen ersetzt 30 Dabei ist vorteilhaft, daß durch die Zündung des Thyristors die Dämpfungseffekte auch nach anderen Kriterien als nur der Oberwellengiöße von außen gesteuert oder geregelt werden kämen.As an additional development of the invention, the first and / or the second varistor is replaced by thyristor arrangements connected in antiparallel respectively. It is advantageous that the damping effects could be controlled or regulated from outside by the ignition of the thyristor according to criteria other than just the harmonic wave size.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß dem ersten und/oder dem zweiten Varistor jeweils eine Ansprechfunkenstrecke in Serie zugeschaltet istIn a further embodiment of the invention it is provided that a response spark gap is connected in series to the first and / or the second varistor
Damit ist es wiederum möglich, spezielle Eigenschaften von Netzsystemen zu berücksichtigen. 35 An Hand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigt Fig. 1 die einfachste Form einer erfindungsgemäßen Filteranordnung, Fig. 2 eine Filteranordnung mit verstärkter Dämpfung. In Fig. 3 ist eine Filteranordnung mit spezieller Kennlinie dargestellt, während die in Fig. 4 gezeigte Schaltung eine Optimierung sämtlicher wichtiger Kennwerte gewährleistetThis in turn makes it possible to take special properties of network systems into account. 35 The invention will be explained in more detail with the aid of exemplary embodiments. 1 shows the simplest form of a filter arrangement according to the invention, FIG. 2 shows a filter arrangement with increased damping. FIG. 3 shows a filter arrangement with a special characteristic, while the circuit shown in FIG. 4 ensures optimization of all important characteristic values
Im Zusammenhang mit dem Einsatz von statischen Kompensatoren in elektrischen Netzen entsteht die 40 Notwendigkeit, die der netzfiequenten Grundschwingung dieser Netze überlagerten freien Schwingungen des Systems, die bei jedem Ausgleichsvorgang angeregt werden, so rasch zu dämpfen, daß zum Zeitpunkt in dem sich die Einzelspannungswerte aller dieser Schwingungsformen gleichsinnig zum Zeitpunkt ihres Größtwertes überlagern, die Amplituden dieser freien Schwingungen bereits stark verkleinert sind. Ähnliches gilt auch für die Magnetisierungsströme von Transformatoren, die bei größeren Überspannungen 45 oder Schaltvorgängen in den Sättigungsbereich ihrer Magnetisierungskennlinie getrieben werden. In diesen Strömen sind bei unsymmetrischer Sättigung die zweite und die dritte Harmonische ausgeprägt vorhanden und führen bei vorhandenen Netzresonanzen in der Nähe der doppelten und dreifachen Grundfrequenz des Netzes ebenfalls zu bedeutenden Überspannungen. Eine Absaugung und gleichzeitige Bedämpfung dieser Ströme bewirkt die beschleunigte Rückführung des Arbeitsbereiches der Transformatoren in den Normalarbeitsbereich. 50 Für beide genannte Vorgänge ist also der Einsatz von Filtern, die bei zwei Frequenzen einerseits Saugwirkung und anderseits starke Dämpfungswirkung haben, von Nutzen. Die Eigenschaft von solchen Filtern, für die betriebsfrequente Netzgrundschwingung sehr geringe Verluste zu besitzen, ist von großer technischer und ökonomisch«· Bedeutung.In connection with the use of static compensators in electrical networks, there is a need to dampen the free vibrations of the system, which are superimposed on the basic frequency of these networks and which are excited with each compensation process, so quickly that at the time when the individual voltage values of all of them Overlay waveforms in the same direction at the time of their greatest value, the amplitudes of these free vibrations are already greatly reduced. The same applies to the magnetization currents of transformers which are driven into the saturation range of their magnetization characteristic curve in the event of larger overvoltages 45 or switching operations. In the case of asymmetrical saturation, the second and third harmonics are pronounced in these currents and, in the case of existing network resonances in the vicinity of twice and three times the basic frequency of the network, likewise lead to significant overvoltages. Suction and simultaneous damping of these currents accelerate the return of the working area of the transformers to the normal working area. 50 The use of filters that have a suction effect at two frequencies and a strong damping effect on the other hand is therefore useful for both of the above-mentioned processes. The property of such filters to have very low losses for the operating frequency fundamental oscillation is of great technical and economic importance.
In Fig. 1 ist die einfachste Gundform ein« erfindungsgemäßen Filteranordnung dargestellt. Dabei ist ein 55 erstes R-Glied (Ηρ2χ) zu ein« aus einem «sten L-Glied (Lp2) und einem ersten C-Glied (Cp21) bestehenden Serienschaltung parallel angeordnet. Diese Parallelschaltung ist mit einem aus einem zweiten L-Glied (Lp^) und einem zweiten C-Glied (Cp^) bestehenden Parallelpfad sowie mit einem dritten CGlied (Οχ) in Serie geschaltet.1 shows the simplest basic form of a filter arrangement according to the invention. A 55 first R-link (Ηρ2χ) is arranged in parallel to a series connection consisting of a «first L-link (Lp2) and a first C-link (Cp21). This parallel connection is connected in series with a parallel path consisting of a second L-element (Lp ^) and a second C-element (Cp ^) and with a third C-element (Οχ).
Diese Grundform weist bereits alle charakteristischen Eigenschaften d« Erfindung auf. Es ist damit möglich, 60 bei zwei Abstimmftequenzen Oberschwingungsströme mit Frequenzen in d« Nähe ein« dies« Abstimmfrequen- zen sehr stark zu dämpfen, ohne daß namhafte Verluste durch betriebsfrequente Ströme in dieser Anordnung -3-This basic form already has all the characteristic properties of the invention. It is therefore possible to attenuate 60 harmonic currents with frequencies in the vicinity of a "this" tuning frequency very strongly without significant losses due to operating frequency currents in this arrangement.
Claims (12)
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Citations (1)
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- 1989-12-07 AT AT278989A patent/AT393765B/en not_active IP Right Cessation
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US4864484A (en) * | 1987-12-04 | 1989-09-05 | Siemens Aktiengesellschaft | High-pass element of a filter assembly for a line connected with static converters |
Also Published As
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ATA278989A (en) | 1991-05-15 |
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