Zeit- und frequenzbereichsbasierte Bestimmung der Grundfrequenz von Störsignalen zur Anwendung in der aktiven Störunterdrückung mithilfe von synthetisierten Signalen

Abstract

Zur Dämpfung stationärer Störsignale leistungselektronischer Systeme werden meist passive Filterschaltungen eingesetzt. Mit der Motivation, das hohe Gewicht, das große Bauvolumen und die damit einhergehenden Kosten dieser passiven Filterschaltungen einsparen zu können, wurden aktive Kompensationsverfahren wie die aktive Filterung [1, 2] entwickelt. Hierbei wird ein Störsignal mit einer Verzögerungszeit behaftet gemessen, rückgeführt und dem Störsignal destruktiv überlagert. Aufgrund der unvermeidbaren Verzögerungszeit durch die Messung und Rückführung der Störung, die die Unterdrückung des Störsignals einschränkt, wurde mit dem Konzept der aktiven Störunterdrückung der Ansatz der synthetischen Erzeugung geeigneter Gegenstörsignale etabliert [3, 4]. Durch geeignete Anpassung des synthetisierten Gegenstörsignals kann im Idealfall eine vollständige Unterdrückung der Störung resultieren. Im Falle eines periodischen Störsignals ist sein zeitlicher Werteverlauf vorhersagbar. Dadurch wird die Synthese eines geeigneten Gegenstörsignals ermöglicht. Dieses Gegenstörsignal muss zu jedem Zeitpunkt exakt auf die Störung abgestimmt sein. Dazu ist die zeitliche Synchronität zwischen Stör- und Gegenstörsignal entscheidend. Bisherige Realisierungskonzepte für getaktete leistungselektronische Systeme erreichen die notwendige dauerhafte Synchronität von Stör- und Gegenstörsignalen durch die Erzeugung der Ansteuerungssignale für die Leistungselektronik und der Gegenstörung durch ein gemeinsam verwendetes digitales System [3, 4]. Durch nur einen gemeinsamen Taktgenerator ist ein fester zeitlicher Bezug zwischen dem Ansteuerungssignal, dem Störsignal und dem Gegenstörsignal gegeben. Hieraus resultieren jedoch erhebliche Einschränkungen. Das Gegenstörsystem muss zusammen mit der Ansteuerung der Leistungselektronik entwickelt werden. Eine Nachrüstlösung mit einem unabhängigen zweiten Taktgeber führt aufgrund von unvermeidbaren Toleranzen zwischen den Taktgebern früher oder später zu Problemen. Das Gegenstörsignal muss in festen zeitlichen Abständen nachsynchronisiert werden. Eine PLL könnte diese Aufgabe übernehmen, hier sind jedoch sehr hohe Echtzeitanforderungen durch die Hardware zu erfüllen. Wünschenswert ist eine offline-Bestimmung des Gegenstörungssignal für eine gesamte Periodendauer, was eine längere Berechnungszeit erfordert. Damit auch nach der Berechnung des Synthesesignals die Synchronität noch sichergestellt werden kann, sind Verfahren notwendig, welche insbesondere die Periodendauer der Störung sehr genau bestimmen können.