In dieser Analyse werden Netzstr?me in den Schaltknoten (Punkt-B) geregelt und ein typisches Profil der geregelten Str?me ist dargestellt in Abbildung 75. Abbildung 79 zeigt, dass die drei Str?me und die drei Spannungen phasenverschoben sind, sodass eine aktive Leistungsumwandlung vom Gleichstrom zum Wechselstromnetz (11 kW zum Netz) m?glich ist. Der vergr??erte Teil in Abbildung 80 zeigt, dass der Strom im Schaltknotenpunkt aus einer Grundkomponente bei 50 Hz und einer wichtigen Stromwelligkeitsamplitude besteht, die durch das Schalten eines 2-stufigen Wandlers verursacht wird.

Abbildung 79 Netzspannungen und -Str?me eines AC/DC-Wandlers, der bei einer Nennlast von 11 kW arbeitet

Abbildung 80 ist eine vergr??erte Ansicht von Abbildung 79, in der der Gleichrichterstrom plus der durchschnittliche Strom mit einer Grundharmonie von 50 Hz angezeigt werden.

Abbildung 80 Vergr??erte Portion bei t = 0s (Spanne 100 μs)

Die Leistungsumwandlung zwischen Wechselstrom und Gleichstrom wird durch die bei der Netzfrequenz geregelten Str?me erreicht. Daher muss die Messung der fundamentalen Oberschwingung des Stroms (z. B. I_L1_B_AVG) mit der richtigen Amplitude durchgeführt werden, und es muss keine wichtige Phasenverz?gerung an die MCU übermittelt werden. Die 50 Hz- oder 60 Hz-Komponente kann mittels Abtasttechnik wie synchrone Abtastung, Durchschnittssteuerung usw. abgeleitet werden. Durch die übernahme dieser Techniken wird keine wichtige Phasenverz?gerung in der digitalen Regelschleife eingeführt, was eine schnellere Reaktion der Schleife ¹² erm?glicht. Im Gegensatz dazu k?nnen Stromsensoren nicht als ideale Wahl angesehen werden, da Stromsensoren über eine Bandbreitenbegrenzung verfügen. Die Stromsensoren k?nnen zu wichtigen Phasen-Verz?gerungs- und Amplitudenfehlern an den MCU-Anschlüssen führen. Dieser Fehler kann sich in einem Fehler der ausgetauschten Wirk- und Blindleistungen widerspiegeln und ausgedrückt werden wie in Gleichung 47.

Wo

• φ die Phasenverz?gerung zwischen dem gemessenen Strom und dem tats?chlichen Strom ist
• f_e die elektrische Frequenz des gemessenen Signals ist, die für diese Anwendung 50 Hz oder 60 Hz betr?gt
• τ die konstante Zeit des Tiefpassfilterverhaltens ist, das von der Messkette dargestellt wird

Durch die Verwendung von Gleichung 47, bei einer Grenzfrequenz, die mehr als hundertmal so hoch ist wie die Netzfrequenz (6 kHz bei einem Netz mit 60 Hz), kann eine Phasenwinkel-Verz?gerung von weniger als 0,6 Grad erreicht werden. Diese Phasenverschiebung führt zu 50 Hz oder 60 Hz zu einem vernachl?ssigbaren Fehler der Wirkleistung und der Blindleistung. Das Bauteil, zu dem die Leistungsumwandlung stattfindet, eine Bandbreite von 6 kHz, ist zur Regelung von Netzstr?men mehr als ausreichend.

Im Allgemeinen sind nicht nur 50 Hz oder 60 Hz zu regeln, sondern es gibt auch h?here Frequenzkomponenten in den Netzstr?men, die durch die Totzeit in der Leistungsstufe eingeführt werden, was zu einem erheblichen Anstieg des Klirrfaktor führt. Die Hochfrequenzkomponente muss bei der Messung erfasst werden, damit die MCU sie korrigieren kann, sodass ein Software-Abbruch m?glich ist. Eine Erh?hung der Totzeit führt zu gr??eren Verzerrungen, insbesondere am Nulldurchgang des Stroms (bei 11 ms), wie dargestellt in Abbildung 81. In dieser Abbildung werden Stromwellenformen an Punkt A angezeigt, die von einem bei 11 kW arbeitenden AC/DC-Wandler abgeführt werden, wenn die Totzeit des Reglers ge?ndert wird. Die obere Grafik zeigt die Stromwellenform mit 250 ns-Totzeit, die untere Grafik mit 1,5 μs-Totzeit.

Abbildung 81 Strom, der vom PCC abgenommen wird, wenn eine Totzeit von 250 ns und 1.5 μs implementiert wird (50 Hz-Betrieb)

Eine überm??ige Totzeit kann zu einem erheblichen Klirrfaktor führen, der die in den Standards festgelegten Grenzwerte überschreitet. Zur Einhaltung der Normen ist entweder ein gro?er Ausgangsfilter erforderlich oder es muss eine angemessene Softwarekontrolle bereitgestellt werden. Um diese St?rung zu kompensieren, wurden mehrere Steuerungstechniken entwickelt; allerdings ben?tigen alle diese Optionen eine ausreichende Bandbreite des Stromsensors. Zur Bestimmung der minimalen Bandbreitenanforderungen wird eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) der Stromwellenform durchgeführt, um den Frequenzinhalt der St?rung zu analysieren.

Abbildung 82 zeigt die Ergebnisse der FFTs der Str?me im PCC, wenn das Netz volle Leistung ben?tigt.

Abbildung 82 FFT der in Abbildung 2-6 dargestellten Str?me plus vergr??erter Teil (50 Hz)

Die wichtigsten zu kompensierenden Frequenzen Abbildung 82 sind die 5., 13.^.und 17. Oberschwingung, was zu 250 Hz, 650 Hz und 850 Hz führt, wenn das Netz bei 50 Hz arbeitet. Entsprechend lauten die Frequenzen bei einem Netzbetrieb mit 60 Hz 300 Hz, 780 Hz und 1020 Hz. Durch die Anwendung von Gleichung 47 auf die neuen Frequenzen muss eine Mindestbandbreite von 102 kHz ab der Strommessstufe bereitgestellt werden, um eine ordnungsgem??e Kompensation der Oberschwingungen sicherzustellen.

Aus der Analyse des station?ren Zustands l?sst sich schlie?en, dass eine Mindestbandbreite von 102 kHz bei einem 60 Hz-Netz erforderlich ist, um die harmonische Gesamtverzerrung der Str?me zu verbessern, wenn in der PFC-Stufe eine wichtige Totzeit vorhanden ist. Wenn das Netz mit 50 Hz betrieben wird, kann die Mindestbandbreite auf 95 kHz herunterskaliert werden. Die Bandbreite des Stromsensors ist entweder an Punkt A oder B erforderlich, je nachdem, wo die Str?me geregelt werden, da der durch die Totzeit erzeugte Oberschwingungsgehalt in beiden Messpunkten gleich ist. Der Grund dafür ist, dass das EMI-Filter (siehe Abbildung 76) für einen viel h?heren Frequenzgehalt optimiert ist, sodass bei niedrigen Frequenzen keine wesentliche Minderung erreicht werden kann.