DE29822425U1

DE29822425U1 - Filtereinrichtung

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Publication number: DE29822425U1
Application number: DE29822425U
Authority: DE
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2008-12-17

Description

Filtereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung zum Anschluß an ein elektrisches Wechselstromnetz mit mindestens einem ersten Filterzweig zur Filterung einer zur Netzfrequenz des Wechselstromnetzes harmonischen Oberwelle und einem zweiten Filterzweig zur Filterung von Oberwellen einer Frequenz, welche höher ist als die harmonische Oberwelle, wobei der erste Filterzweig mit einem ersten und einem zweiten Impedanzelement aufweist, von denen das eine eine weitgehend kapazitive Impedanz, das andere eine weitgehend induktive Impedanz und das erste Impedanzelement eine

25 veränderlichen Impedanz hat.

Ein an ein elektrisches Wechselstromnetz angeschlossener Stromrichter, wie beispielsweise ein in eine Anlage für Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) eingehender Stromrichter, erzeugt durch seine Funktionsweise zur Netzfrequenz harmonische Oberwellen, Oberwellenströme auf seiner Wechselstromseite und Oberwellenspannungen auf seiner Gleichstromseite. Prinzipiell treten in diesem Zusammenhang nur Oberwellen der Ordnungszahlen &eegr; = kp ± 1 auf der Wechselstromseite und der Ordnungszahlen &eegr; = kp auf der Gleichspannungsseite auf, wobei &rgr; die Pulszahl des Stromrichters und k eine positive ganze Zahl ist. Stromrichter für HGÜ-Anlagen werden

normalerweise mit einer Pulszahl von &rgr; = 12 ausgeführt. Dadurch haben die niedrigsten Oberwellen auf der Wechselstromseite prinzipiell die Ordnungszahlen 11 und 13. Bei einem Stromrichter mit der Nennfrequenz 50Hz haben diese Oberwellen somit die Frequenz 550Hz beziehungsweise 650Hz. Zur Reduzierung der von den Oberwellen herrührenden Belastungen der dem Wechselstromnetz zugehörigen Komponenten wie auch zur Erfüllung der für Netzrückwirkungen gestellten Bedingungen sind dafür im Allgemeinen Filter zur Begrenzung der Störungsausbreitung im Wechselstromnetz notwendig. HGÜ-Anlagen werden daher normalerweise mit parallel geschalteten Filtereinrichtungen versehen, welche zwischen der entsprechenden Phase und Erde des Wechselstromnetzes angeschlossen sind. Die Filtereinrichtungen haben teils Filterzweige, abgestimmt auf die Oberwellen der genannten Ordnungszahlen, vorzugsweise der Ordnungszahlen 11 und 13, sowie darüber hinaus normalerweise mindestens einen Filterzweig mit Hochpaßcharakter, welcher Ströme höherer Frequenzen nach Erde ableitet.

Diese Filterzweige werden im Allgemeinen aus passiven Bauelementen, einschließlich induktiver und kapazitiver Impedanzen aufgebaut. Ein abgestimmter Filterzweig enthält dabei einen Kondensator und einen dazu in Reihe geschalteten Induktor mit so gewählter Kapazität bzw. Induktanz, daß der Filterzweig bei einer gewissen, im Wechselstromnetz erwarteten Oberwellenfrequenz eine Serienresonanz aufweist.

Eine allgemeine Beschreibung von Filtereinrichtungen bei HGÜ-Anlagen wird beispielsweise in J. Arrilaga: High Voltage Direct Transmission, London 1988, besonders Seite 51-65, gegeben.

Schwankungen der Netzfrequenz und der Bauelementwerte beinhalten im Allgemeinen jedoch, daß eine exakte Abstimmung nicht aufrecht erhalten werden kann. Eine Lösung dieses Problems ist es, ein induktives Impedanzelement, dessen Induktanz durch ein Steuersignal

veränderlich ist, in die abgestimmten Filterzweige einzusetzen. Ein bekanntes Verfahren hierbei ist, eine bei der Filtereinrichtung im Wechselstromnetz auftretende Spannung und einen durch den Filterzweig fließenden Strom zu ermitteln, sowie mit Hilfe eines Bandpaßfilters die Komponenten von Spannung und Strom, die eine den Oberwellen, auf die der Filterkreis abgestimmt ist, entsprechende Frequenz haben, auszuwählen und weiterzubefördern. Diese Komponenten werden einem Phasendetektor, welcher ein Ausgangssignal abhängig von einer Phasenverschiebung zwischen den Komponenten bildet, zugeführt. Diese Phasenverschiebung soll bei perfekter Abstimmung Null sein. Das Steuersignal wird abhängig von dem genannten Ausgangssignal des Phasendetektors gebildet und beeinflußt die Induktanz des induktiven Elementes so, daß die Phasenverschiebung und damit das Steuersignal gegen Null geht. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, das Steuersignal abhängig von der trigonometrischen tangens-Funktion der genannten Phasenverschiebung zu bilden, da hier die Eigenschaft der Funktion, eine hohe Verstärkung bei großen Phasenverschiebungen und eine mit der Phasenverschiebung abnehmende Verstärkung zu ergeben, in dem geschlossenen Regelkreis, den das oben beschriebene System darstellt, ausgenutzt werden kann.

Eine vorteilhafte Ausführungsform eines Induktors mit veränderlicher Impedanz wird in der publizierten internationalen Patentanmeldung WO 94/11 891 beschrieben. Der Induktor hat eine für Wechselstrom vorgesehene Hauptwicklung, welche einen aus einem bandförmigen magnetischem Material gewickelten rohrförmigen Kern umschließt. Eine für Gleichspannung vorgesehene Steuerwicklung verläuft axial durch den Kern. Die Permeabilität des Kerns in axialer Richtung und damit auch die Induktivität des Induktors wird beeinflußt, indem der Strom durch die Steuerwicklung verändert wird.

Alternativ kann das kapazitive Impedanzelement zur Justierung der Resonanzfrequenz des Filter kreises abhängig vom Steuersignal mit einer

umschaltbaren Kondensatorbatterie kombiniert werden. Eine solche umschaltbare Kondensatorbatterie wird in der europäischen Patentschrift EP 0 645 866 beschrieben. In dieser Patentschrift wird auch ein vorteilhafte Ausführungsform eines Bandpaßfilters und eines Phasendetektors zur Bildung einer tangens-Funktion der genannten Phasenverschiebung beschrieben.

Die oben beschriebenen Anordnungen zur Aufrechterhaltung der Abstimmung der Filtereinrichtung erfordern Zugang zu einem Meßwert einer Spannung des Wechelstromnetzes. Diese Spannung wird normalerweise mit Hilfe eines in die HGÜ-Anlage integrierten Spannungstransformators ermittelt. Abhängig von der Schaltstellung der Anlage für verschiedene Betriebsfälle - besonders bei bipolaren Anlagen, bei denen verschiedene Kombinationen eines einpoligen Betriebes auftreten können - stehen nicht immer alle diese Transformatoren unter Spannung. Im allgemeinen sind daher mehrere Spannungstransformatoren über einen Wähler an die Filtereinrichtung angeschlossen. Vor Inbetriebnahme der Filtereinrichtung muß daher eine Kontrolle, ob Spannung anliegt, ausgeführt werden, und unter Umständen muß auch eine Umschaltung des Wählers geschehen.

Es kommt auch vor, daß die Filtereinrichtung zur Erzeugung von Blindleistung in Betrieb genommen wird, ohne daß die angeschlossene Stromrichterausrüstung mit zugehörigen Spannungstransformatoren an das Wechselstromnetz angeschlossen wird. In Ermangelung eines Meßwertes der Spannung des Wechselstromnetzes wird in einem solchen Fall normalerweise der letze Induktanzwert des induktiven Impedanzelementes durch festsetzen des Steuersignals an seinem letzen Wert beibehalten.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Filtereinrichtung der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, welche eine Abstimmung auf die gewünschte Oberwellenfrequenz unabhängig vom Zugang zur Spannung des Wechselstromnetzes ermöglicht.

Erfindungsgemäß ist eine Filtereinrichtung mit mindestens einem ersten Filterzweig zur Filterung einer harmonischen Oberwelle der Netzfrequenz und einem zweiten Filterzweig zur Filterung von Oberwellen einer höheren Frequenz als die der harmonischen Oberwelle, wobei der erste Filterzweig ein erstes Impedanzelement mit einer veränderlichen Impedanz und ein zweites Impedanzelement hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung Steuermittel enthält, um abhängig von einem gemessenen Strom durch den ersten Filterzweig und einem gemessenen Strom durch den zweiten Filterzweig die veränderliche Impedanz derart zu beeinflussen, daß bei einer Frequenz gleich der der harmonischen Oberwelle eine Reihenresonanz zwischen den Impedanzelementen im ersten Filterzweig erzielt wird.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung enthält der erste Filterzweig einen Induktor mit einem magnetischen Kern, eine Hauptwicklung und eine Steuerwicklung, wobei die Induktanz des Induktors durch Beeinflussung der Kernpermeabilität in Abhängigkeit eines Gleichstromes durch die Steuerwicklung veränderlich ist.

Weitere vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind aus einer unten folgenden Beschreibung und Patentansprüchen ersichtlich.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt. Alle für eine Abstimmung der Filtereinrichtung benötigten Meßwerte sind in der Filtereinrichtung zugänglich, was es ermöglicht, daß die Ausrüstung unmittelbar nach Anschluß an das Wechselstromnetz in Funktion treten kann. Eine Kontrolle, daß es einen Meßwert des Spannung des Wechselstromnetzes zur Verfugung steht und eine eventuell Umschaltung des genannten Wählers ist nicht notwendig. Das Verhältnis der Amplituden zwischen Grundschwingung und harmonischer Oberwellen der Ordnungszahlen 11 bis 13 ist für den Strom durch den zweiten Filterzweig eine Größenordnung niedriger als das entsprechende Amplitudenverhältnis

• ·

der Spannung im Wechselstromnetz, welches die Ansprüche an Filterung der Meßwerte im Bandpaßfilter reduziert.

Die Erfindung soll durch Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf beigefügte Zeichnungen weiter verdeutlicht werden. Alle Zeichnungen sind schematisch in der Form von einphasigen Ersatzschaltbildern beziehungsweise Blockschemata, und in welchen

Figur 1 Teile einer bekannten Ausführung einer HGÜ-Anlage mit einer Filtereinrichtung, die an an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist, und

Figur 2 Teile einer Filtereinrichtung nach Figur 1 nach der Erfindung

zeigt.

Die Filtereinrichtung enthält Berechnungseinrichtungen, die in den

Figuren als Blockschaltbilder gezeigt sind, wobei die Eingangs- und Ausgangssignale der einzelnen Blöcke Signale oder Berechnugswerte sein können. Signal und Berechnungswert werden im folgenden synonym verwandt.

Obwohl die in den Figuren gezeigten Blöcke als Einheiten, Organ, Filter usw. bezeichnet werden, ist zu beachten, daß diese, insbesondere, wenn deren Funktionen als Software in z.B. Mikroprozessoren implementiert wird, als Mittel zum Erreichen der gewünschten Funktionen zu verstehen sind.

Um die Darstellung nicht mit für den Fachmann selbstverständlichen Unterscheidungen zu belasten, werden dieselben Bezeichnungen für die Spannungen und Ströme, welche in der Anlage auftreten und für die Meßwerte und Signale/Berechnungswerte, die diesen Größen entsprechen und welche in dem im folgenden beschriebenen Steuerorgan aufgeführt und behandelt werden, verwandt.

Figur 1 zeigt ein dreiphasiges Wechselstromnetz Nl, an welches eine

bipolar Stromrichterstation zur Umwandlung zwischen Wechselstrom und hochgespanntem Gleichstrom angeschlossen ist. Das Wechselstromnetz hat

eine Netznennfrequenz f von normalerweise 50 oder 60 Hz. Die Stromrichterstation enthält in bekannter Weise zwei 12-puls Thyristorstromrichter SRI, SR2 mit jeweils zwei in Reihe geschalteten 6-puls Ventilbrücken. Die Brücken sind über Stromrichtertransformatoren Tl bzw. T2 an das Wechselstromnetz angeschlossen jeder mit je zwei Sekundärwicklungen, mit zueinander 30° elektrisch phasenverschobenen Spannungen. Die Stromrichter sind auf der Gleichspannungsseite an je eine Polleitung PLl, bzw. PL2 und eine gemeinsame Elektrodenleitung EL angeschlossen. Ein kapazitiver Spannungstransformator MU mißt die Spannung des Wechselstromnetzes und bildet ein Spannungssignal Uac als Maß für diese Spannung.

Eine Filtereinrichtung FU, mit drei Filterzweigen FUIl, FU13 bzw. FUhp ist über einen Filterunterbrecher CBF an das Wechselstromnetz angeschlossen. Der Filterzweig FUIl enthält eine Reihenschaltung eines Kondensators CIl und eines Induktors LIl, welcher eine mittels eines Steuersignals SIl veränderliche Induktivität hat, was in der Figur mit einem Pfeil an dem Induktor verdeutlicht ist. Durch den Filterzweig fließt ein Strom 111, welcher mit einem Strommeßorgan Mill gemessen wird. Das Steuersignal SIl wird von einem Steuerorgan SUIl abhängig von dem zugeführten Wert des Stromes 111 und des Spannungssignales Uac erzeugt. Das Steuerorgan ist von der Art, die einleitend unter Hinweis auf die europäische Patentschrift EP 0 645 866 beschrieben wurde, in Figur 2 näher gezeigt wird und unten näher beschrieben werden soll. Die Bandpaßfilter selektieren hierbei Komponenten einer Frequenz gleich 11 mal der Nennfrequenz des Wechselstromnetzes und das Steuersignal SIl, welches abhängig von der Phasenverschiebung zwischen diesen Komponenten gebildet wurde, beeinflusst die Induktanz des Induktors LIl in eine Richtung so, daß die Phasenverschiebung gegen Null geht. Eine Phasenverschiebung gleich Null beinhaltet, daß für die aktuelle Frequenz, das soll heißen, für die harmonische Oberwelle mit einer Frequenz gleich der 11-fachen aktuellen

Netzfrequenz, zwischen dem Kondensator CIl und dem Induktor LIl eine Reihenresonanz erreicht wird. Der Kondensator CIl und der Induktor LIl sind selbstverständlich so gewählt, daß sie bei Nennetzfrequenz und Nenndaten der Komponenten ihre Resonanzfrequenz hauptsächlich bei einer Frequenz gleich dem 11-fachen der Nennetzfrequenz haben.

Der Filterzweig FU 13 ist auf eine analoge Weise aufgebaut. In der Figur werden die Teile des Filterzweiges FU13, welche oben für den Filterzweig FUIl beschrieben wurden, gezeigt mit Hinweisbezeichnungen in denen &ldquor;11&ldquor; mit &ldquor;13&ldquor; ersetzt wurde. Der Unterschied zu Filterzweig FUIl ist, daß das Bandpaßfilter Komponenten einer Frequenz gleich den 13-fachen der Nennetzfrequenz selektiert und weiterführt und daß der Kondensator C13 und der Induktor L13 so gewählt sind, daß sie bei Nennetzfrequenz und Nenndaten der Bauelemente ihre Resonanzfrequenz hauptsächlich bei einer Frequenz gleich dem 13-fachen der Nennetzfrequenz haben. Durch den Filterzweig fließt ein Strom 113, welcher mit einem Strommeßorgan MI13 gemessen wird.

Der Filterzweig FUhp enthält auf bekannte Weise eine Parallelschaltung eines Induktors L24 und eines Widerstandes R24 in Reihenschaltung mit einem Kondensator C24 zur Bildung eines Hochpaßfilters zweiter Ordnung. Wie aus dem einleitend genannten Ausdruck &eegr; = kp ± 1 für die Ordnungszahl der von dem Stromrichter erzeugten harmonischen Oberwellen hervorgeht, werden über die Oberwellen der Ordnungszahlen 11 und 13 hinaus auch Oberwellen der Ordnungszahlen von mindestens 23 und 25 erwartet. Die Bauelemente des Hochpaßfilters werden daher normalerweise so ausgewählt, daß der Filterzweig eine um die letztgenannten Oberwellen zentrierte Resonanzfrequenz erhält, das heißt in diesem Fall hauptsächlich mit einer Frequenz gleich dem doppelten Produkt aus Netzfrequenz und Pulszahl des Stromrichters, hier dem 24-fachen der Nennetzfrequenz. Der Widerstand wird oft so gewählt, daß das Filter eine niedrige Impedanz für Oberwellen der

Ordnungszahl 17 und höher aufweist. Durch den Filterzweig fließt ein Strom Ihp welcher mit einem Stromeßorgan Mlhp gemessen wird.

Erfindungsgemäß wird nun ein Steuersignal abhängig von einer Phasenverschiebung zwischen einem Meßwert des durch den abgestimmten Filterzweig fließenden Stromes und einem Meßwert des Stromes, welcher durch den Filterzweig fließt, welcher für die Filterung von Oberwellen höherer Ordnungszahl als die Ordnungszahl, auf die der abgestimmte Filterzweig abgestimmt ist, bestimmt ist, das heißt in diesem Fall der Strom Ihp durch den Filterzweig FUhp gebildet.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird in Figur 2 veranschaulicht und soll näher im Anschluß an Filterzweig FU13 beschrieben werden. Diese Beschreibung trifft auch auf den Filterzweig FUIl zu, welcher auf dieselbe Weise ausgeführt ist mit Ausnahme von den Unterschieden in der Dimensionierung des Bandpaßfilters und der Komponenten CIl und LIl, welche weiter oben im Anschluß zu Figur 1 beschrieben wurden. Die Teile der Filtereinrichtung, welche im Anschluß zu Figur 1 beschrieben wurden, werden in Figur 2 mit entsprechenden Hinweisziffern wiedergegeben. Die Stromrichterstation ist in Figur 2 nicht gezeigt.

Das Steuerorgan SU13 enthält ein Bandpaßfilter 131, welchem ein mit Hilfe des Strommesser Mlhp gemessener Stromwert Ihp zugeführt wird, und ein Bandpaßfilter 132, welchem ein mit Hilfe des Strommessers MI13 gemessener Strom wert 113 zugeführt wird. Die Bandpaßfilter selektieren aus den zugeführten Meßwerten Komponenten der Ordnungszahlen 13 und führen diese als Ausgangsignale SA bzw. SB einem Phasendetektor 133 zu.

Der Phasendetektor bildet ein Ausgangssignal SC abhängig von der Phasenverschiebung zwischen den Signalen SA und SB. Das Ausgangssignal wird einem Verstärker 134 zugeführt, dessen Ausgangssignal dem Induktor L13 zugeführt wird. Der Verstärker 134 enthält ein Regelteil mit einer proportional integrierenden Verstärkungsfunktion und einem Leistungsverstärkungsteil.

&iacgr;&ogr;

Der Induktor L13 ist bei dieser Ausführung der Erfindung von der Art, die in dem veröffentlichten Patentantrag WO 94/11 891 beschrieben wird. Die Spule hat somit einen magnetischen Kern mit einer Hauptwicklung LH und einer Steuerwicklung LS und die Induktivität der Spule ist veränderlich durch Beeinflussung der Kernpermeabilität abhängig von einem Gleichstrom durch die genannte Steuerwicklung. Die Konstruktion des Induktors ist in der Figur, dadurch daß die Steuerwicklung senkrecht zur Hauptwicklung gezeichnet ist, angedeutet. Das Steuersignal S13 wird hier also von einem Gleichstrom gebildet.

Die Bandpaßfilter und der Phasendetektor sind somit von der gleichen Art wie die in den europäischen Patentschriften EP 0 645 866 beschriebenen, jedoch mit einer Modifizierung des Phasendetektors, bedingt durch die unten beschriebenen Konsequenzen, daß erfindungsgemäß der Strom Ihp und nicht die Spannung Uac für den Phasenvergleich verwandt wird.

Bei der in der Patentschrift EP 0 645 866 beschriebenen Anordnung, bei der also die Spannung Uac für den Phasenvergleich angewendet wird, erzeugt der Phasendetektor ein Signal SC abhängig von einem Ausdruck ^&iacgr;8(Φ&ugr;&agr;&agr;~Φ&idiagr;&eegr;) wobei tg die trigonometrische tangens-Funktion bezeichnet, </>_Uac einen Phasenwinkel der Spannung Uac und &phgr;_&igr;&eegr; einen Phasenwinkel des Stromes 113. Bei Reihenresonanz ist die Phasenverschiebung in diesem Fall Null, das heißt das Steuersignal wird abhängig von der genannten Phasenverschiebung gebildet und beeinflußt die Induktivität des induktiven Elementes, so daß die Phasenverschiebung und damit das Steuersignal gegen Null geht.

Der Filterzweig FUhp hat für eine Oberwelle der Ordnungszahl 13 (und ebenso für eine Oberwelle der Ordnungszahl 11) eine weitgehend kapazitive Impedanz. Für den Fall, daß die Impedanz rein kapazitiv wäre, wäre die Resonanzbedingung bei einer erfindungsgemäßen Filteremrichtung für den abgestimmten Filterzweig somit erfüllt, wenn die Komponente des Stromes Ihp für die aktuelle harmonische Oberwelle, in diesem Beispiel also

• ·

die Oberwelle der Ordnungszahl 13, der entsprechenden Komponente des Stromes 113 vorauseilt, näher bestimmt um eine viertel Periode, das heißt 90° elektrisch, der Periodendauer der harmonischen Oberwelle.

Die Abweichung zwischen der Impedanz des Filterzweiges FUhp und einer rein kapazitiven Impedanz, ausgedrückt als Phasenwinkel, ist auch die Abweichung von -90° der Stromkomponente Ihp für die aktuelle harmonische Oberwelle. Diese Phasenabweichung, im folgenden mit &Agr;&phgr;_{&Igr;&EEgr;&rgr;} bezeicnet, lässt sich mit Kenntnis der Daten der in den Filterzweig eingehenden Bauelemente berechnen.

Es ist aus dem Obenstehenden zu ersehen, daß der erfindungsgemäße Phasendetektor ein Signal SC abhängig von einer Phasenverschiebung (Φ&ngr;,&rgr;-&Dgr;&phgr;&iacgr;/,&rgr;-&phgr;&igr;&eegr;), vorteilhaft abhängig von einem Ausdruck ^ctg(</>ihp -&Dgr;&phgr;»&igr;&rgr; -Φ&igr;&eegr;) erzeugen soll, wobei ctg die trigonometrische cotangens-Funktion bezeichnet, &phgr;_{&igr;&iacgr;&igr;&rgr;} einen Phasenwinkel des Stromes Ihp, und &phgr;_{&idiagr;&eegr;} einen Phasenwinkel für den Strom 113. Der Ausdruck ctg{$_Ihp -&Agr;&phgr;_{&igr;&EEgr;&rgr;} -&phgr;_&eegr;3) geht gegen Null, wenn die Phasenverschiebung gegen -90° elektrisch geht. Verglichen mit dem Phasendetektor in der in Patentschrift EP 0 645 866 beschriebenen Anordnung soll auch in dem erfindungsgemäßen Phasendetektor dessen Ausgangssignal mit geänderten Vorzeichen versehen werden, um eine negative Rückkopplung zu erreichen. Die auf oben genannte Weise berechnete Phasenabweichung &Agr;&phgr;_{&Igr;&EEgr;&rgr;} kann als Korrektursignal in den Phasendetektor implementiert werden.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Demnach kann beispielsweise das induktive Element ein auf bekannte Weise durch eine Halbleiterschaltung steuerbarer Induktor oder ein Induktor mit mehreren Anschlüssen sein.

Der Filterzweig FUhp ist oben als ein Hochpaßfilter zweiter Ordnung mit einer Resonanzfrequenz gleich dem 24-fachen der Nennetzfrequenz beschrieben. Die Filtereinrichtung wird oft mit einem weiteren Filterzweig

der selben Art komplettiert aber mit so ausgewählten Komponenten, daß sie eine Resonanzfrequenz gleich dem 36-fachen der Nennetzfrequenz erhalten. In solchen Fällen ist es vorteilhaft, den Strom in dem letztgenannten Filterzweig für einen Phasenvergleich mit dem Strom in dem ersten Filterzweig zu messen, da die Phasenabweichung A<f>_lhp in diesem Fall für praktische Zwecke sehr kleine Werte, typischerweise in der Größenordnung 0,5° elektrisch, annimmt.

Claims

13 Patentansprüche

1. Filtereinrichtung (FU) zum Anschluß an ein elektrische Wechselstromnetz (Nl) mit mindestens einem ersten Filterzweig (FUIl, FU13) zur Filterung einer harmonischen Oberwelle der Frequenz (f) des Wechselstromnetzes und einen zweiten Filterzweig (FUhp) zur Filterung von Oberwellen einer höheren Frequenz als die der harmonischen Oberwelle, wobei der erste Filterzweig ein erstes (LIl, L13) und ein zweites (CIl, C13) Impedanzelement hat, von denen eins eine weitgehend kapazitiven Impedanz, das andere eine weitgehend induktive Impedanz und das erste Element eine veränderliche Impedanz hat, dadurch gekennzeichnet daß die Filtereinrichtung Steuermittel (SUlIl, SU13) enthält, um abhängig von einem gemessenen Strom (111, 113) durch den ersten Filterzweig und einem gemessenen Strom (Ihp) durch den zweiten Filterzweig die veränderliche Impedanz derart zu beeinflussen, daß bei einer Frequenz gleich der der harmonischen Oberwelle eine Reihenresonanz zwischen dem ersten und den anderen Impedanzelement erzielt wird.

2. Filtereinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet

daß die Steuermittel einen Phasendetektor (133) zur Bildung einer Phasenverschiebung abhängig von Komponenten in den genannten gemessenen Strömen einer Frequenz gleich den harmonischen Oberwellen enthält, und daß die Steuermittel die veränderliche Impedanz abhängig von der genannten Phasenverschiebung beeinflussen.

3. Filtereinrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Steuermittel die veränderliche Impedanz so beeinflussen, daß die genannte Phasenverschiebung sich einer viertel Periode der harmonischen Oberwelle nähert, wobei die Komponente des gemessenen Stromes durch den zweiten Filterzweig voreilend ist.

4. Filtereinrichtung nach einem der Patentansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet daß das erste Impedanzelement eine weitgehend induktive Impedanz und das zweite Impedanzelement eine weitgehend kapazitive Impedanz hat.

5. Filtereinrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet

daß das erste Impedanz element von einem Induktor mit einen magnetischen Kern, einer Hauptwicklung (LH) und einer Steuerwicklung (LS) gebildet wird, und daß dessen Induktanz durch Beeinflussung der Permeabilität des genannten Kerns abhängig von einem Gleichstrom (S13) durch die genannte Steuerwicklung veränderbar ist.

6. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Stromrichter (SRI, SR2), vorzugsweise ein Stromrichter mit gegebener Pulszahl (p) für Umwandlung zwischen Wechselstrom und hochgespanntem Gleichstrom, an das Wechselstromnetz angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet daß die harmonische Oberwelle die Frequenz Fl hat, welche sich aus dem Ausdruck Fl= f (p ± 1) ergibt, wobei f die Netzfrequenz des Wechselstromnetzes und &rgr; die Pulszahl des Stromrichters ist, und daß der zweite Filterzweig von einem Hochpaßfilter mit einer Resonanzfrequenz, welche hauptsächlich einer Frequenz gleich dem doppelten Produkt aus Netzfrequenz und Pulszahl des Stromrichters entspricht, gebildet wird.

7. Filtereinrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Filtereinrichtung darüber hinaus einen Filterzweig enthält, welcher von einem Hochpaßfilter mit einer Resonanzfrequenz, welche hauptsächlich mit einer Frequenz gleich dem dreifachen Produkt von Netzfrequenz und Pulszahl des Stromrichters übereinstimmt, gebildet wird.