LCL-Filter Dimensionierung für Vierleiter-Gleichspannungsstromrichter mit Akitv-Filter Funktionalität

Abstract

Gleichspannungsstromrichter (kurz: Stromrichter) halten seit geraumer Zeit verstärkt Einzug in das Energieversorgungsnetz. Allen gemein ist die Wandlung von elektrischer Energie aus einem Gleichspannungszwischenkreis hin zu einer Wechselspannung mit Netzfrequenz. Durch schnell taktende Schalter wird die Gleichspannung auf den Ausgang des Stromrichters moduliert, die im Mittel eine sinusförmige Spannung nachbildet. Ein induktiver Ausgangsfilter dient der Begrenzung des Stromanstiegs [1]. Reine L-Filter können jedoch schnell sehr groß, schwer und teuer werden, weswegen sich sog. LCL-Filter etabliert haben. Zur Einspeisung unsymmetrischer Ströme ist es notwendig, den Stromrichter und dessen Filter an einen vierten Leiter (Neutralleiter) anzubinden. Die nachfolgende Abbildung 1 zeigt einen netzgebundenen Vierleiter-Gleichspannungsstromrichter mit aufgeteilter Zwischenkreisspannung und LCL Ausgangsfilter. Lc und Lgf sind die stromrichter- und netzseitigen Induktivitäten, Ls die Netzinduktivität, Cf die Filterkapazität, Czk die Zwischenkreiskapazitäten und Lc,N sowie Ls,N die Neutralleiterinduktivitäten des Stromrichters und des Netzes. Alle Induktivitäten sowie die Filterkapazität sind mit jeweiligen Resistanzen dargestellt. Aufgrund der verschiedenen Parameter sind unendlich viele Kombinationen zur Erreichung des Ziels der Dämpfung, der ins Netz emittierten Stromrippel, möglich. Die überwiegende Mehrheit an Veröffentlichungen beschäftigt sich mit der Auslegung und Regelung des Filters für dreiphasige Topologien [2–5]. Wenige widmen sich einer Vierleitertopologie [6] oder der Auslegung für aktive Filter [7]. Die Minderheit der Veröffentlichungen untersuchen Stromrichter mit Vierleiter-Topologie in Kombination mit aktiver Filterfunktion [8]. Dieser Beitrag untersucht deshalb die Eigenschaften des LCL-Filters für Vierleiter-Gleichspannungsstromrichter mit aufgeteiltem Zwischenkreis und aktiven Filterfunktionen und liefert Vorschläge zu dessen Dimensionierung unter Berücksichtigung verschiedener Einflussfaktoren.