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WO2023031463A9 - System und verfahren zur prädiktiven unterdrückung von elektromagnetischen störungen von leistungselektronischen systemen - Google Patents

System und verfahren zur prädiktiven unterdrückung von elektromagnetischen störungen von leistungselektronischen systemen Download PDF

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WO2023031463A9
WO2023031463A9 PCT/EP2022/074640 EP2022074640W WO2023031463A9 WO 2023031463 A9 WO2023031463 A9 WO 2023031463A9 EP 2022074640 W EP2022074640 W EP 2022074640W WO 2023031463 A9 WO2023031463 A9 WO 2023031463A9
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
interference
sensor
electromagnetic interference
prediction
electromagnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2022/074640
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English (en)
French (fr)
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WO2023031463A1 (de
WO2023031463A8 (de
Inventor
Andreas BENDICKS
Stephan Frei
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Dortmund
Original Assignee
Technische Universitaet Dortmund
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Technische Universitaet Dortmund filed Critical Technische Universitaet Dortmund
Publication of WO2023031463A1 publication Critical patent/WO2023031463A1/de
Publication of WO2023031463A9 publication Critical patent/WO2023031463A9/de
Publication of WO2023031463A8 publication Critical patent/WO2023031463A8/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0012—Control circuits using digital or numerical techniques
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from AC input or output
    • H02M1/123—Suppression of common mode voltage or current

Definitions

  • the invention relates to the technical field of predictive suppression of electromagnetic interference.
  • the invention relates to the predictive suppression of electromagnetic interference from power electronic systems.
  • Power electronic systems can cause significant electromagnetic interference due to the underlying switching processes.
  • the use of synthesized anti-interference signals is proposed in the prior art. If the interference is periodic over a sufficient period of time, stable harmonics occur in the frequency range. To suppress these harmonics, a respective sinusoidal signal can be generated, which is adjusted in amplitude and phase in such a way that there is complete destructive interference. Delay times during injection can be compensated for by phase shifts. Compared to active filters, delayed signal paths can be systematically compensated, which can significantly improve the effectiveness of interference suppression. The necessary amplitudes and phases can, for example, analytically or be determined adaptively. By superimposing the sinusoidal signals found, a broadband anti-interference signal can be generated, which can suppress a very high number of harmonics.
  • the publication DE 102018001051 A1 describes a method for reducing an electromagnetic interference signal from an interference source formed by an electronic system clocked at a frequency by active negative feedback.
  • sinusoidal signals with the frequency of the respective harmonics are synthesized for any selection of harmonics of the clocked control comprising at least a single harmonic the sinusoidal signals formed counter-interference signal with the interference signal at a selected reference measuring point by destructive interference comes to an extensive cancellation of the respective frequency components of the electromagnetic interference signal.
  • the object of the invention is achieved by a device for the predictive suppression of electromagnetic interference from power electronic systems, the device comprising: a digital counter-interference system, the digital counter-interference system comprising at least one interference predictor and one counter-interference synthesizer, where the interference predictor is set up in such a way that it detects at least one item of information for predicting electromagnetic interference in a power electronic system and is further set up in such a way that it creates a prediction of the electromagnetic interference and transmits it to the anti-interference synthesizer, the anti-interference synthesizer is set up in such a way that a suitable anti-interference signal is displayed To synthesize the basis of the prediction of the electromagnetic disturbance of the disturbance predictor, the device further comprises at least one injector, the injector being set up in such a way that the synthesized counter-interference signal is correctly timed to couple into an overall system to be suppressed.
  • the interference predictor is set up in such a way that it detects at least one item of information for predicting
  • the injector comprises at least one capacitor, one coil and/or one transformer for coupling the anti-interference signal into the overall system.
  • the interference predictor is set up in such a way that it detects at least one piece of controller information from a device for controlling the power electronic system as information for predicting the electromagnetic interference.
  • Controller information can be, for example, operating variables, future control signals, actual and/or setpoint values of the electronic power system.
  • the regulation of the electronic power system sets, for example, control signals in such a way that the operating variables (actual variables) follow the external target values, if applicable.
  • the device comprises a first sensor, the first sensor being arranged after the electronic power system and being set up in such a way to detect electromagnetic interference in the electronic power system and the interference predictor being set up in such a way that the First sensor to detect faults in the power electronic system as information for a prediction of an electromagnetic interference.
  • the disturbance predictor gets to know the system and can predict future disturbances on the basis of characteristic changes in the disturbances.
  • the interference predictor can adapt to the real system. Changes in the overall system can be compensated for by successive optimization of the prediction parameters. For example, it is possible to react to temperature drift, aging or changed impedance conditions by switching external components on or off.
  • the first sensor includes a decoupling element, wherein the decoupling element includes at least one capacitor and/or a coil and is set up in such a way to decouple the first sensor from the injector and the counter-interference system.
  • the decoupling element includes at least one capacitor and/or a coil and is set up in such a way to decouple the first sensor from the injector and the counter-interference system. This ensures that the sensor is only slightly influenced by the injector or the anti-interference system.
  • capacitors and/or coils can be used for this.
  • the device comprises a device for adjusting the prediction of an electromagnetic interference, the device for adjusting the prediction of an electromagnetic interference being arranged between the first sensor and the interference predictor and being set up in such a way that the prediction of an electromagnetic interference of the Adjust disturbance predictor by evaluating a detected by the first sensor occurred disturbance of the power electronic system.
  • the device for adapting the prediction of an electromagnetic disturbance can be understood in particular as an optimizer that optimizes the prediction.
  • the counter-interference synthesizer is set up in such a way that it can be adapted using synthesis parameters.
  • the digital counter-interference system includes a second sensor, the second sensor being arranged behind the injector and set up in such a way after the coupling of the synthesized anti-noise signal to detect residual electromagnetic interference, the digital anti-noise system comprising a device for adjusting the synthesis of a suitable anti-noise signal, wherein the Device for adapting the synthesis of a suitable counter-interference signal is arranged between the second sensor and the counter-interference synthesizer and is set up in such a way that the residual electromagnetic interference detected by the second sensor is provided as synthesis parameters for the counter-interference synthesizer and the counter-interference synthesizer is adapted using the synthesis parameters.
  • the advantage here is that the residual interference at the second sensor can thus be used as feedback in order to optimize the synthesis parameters for the counter interference signal. Residual disturbances should be minimized.
  • This optimization includes, for example, the compensation of time constants or transfer functions or the correction of the injection time so that interference and counter-interference occur as simultaneously as possible (compensation of signal propagation times).
  • the device comprises at least one analog/digital converter and/or a digital/analog converter for coupling the digital anti-interference system to the overall system.
  • the object of the invention is achieved by a method for predictively suppressing electromagnetic interference from electronic power systems, the method comprising the following steps: a) providing a device for predictively suppressing electromagnetic interference from electronic power systems according to claim 1, b ) detecting at least one piece of information for predicting electromagnetic interference using the interference predictor, c) predicting electromagnetic interference using the interference predictor, d) synthesizing a suitable anti-interference signal using the anti-interference synthesizer, the anti-interference synthesizer generating an anti-interference signal based on the prediction of the electromagnetic interference synthesized, e) Coupling of the anti-interference signal into the overall system by means of the injector, with the coupling taking place at a point in time that is correct for maximum destructive interference with the disturbance.
  • the step of acquiring at least one item of information for a prediction of an electromagnetic interference by means of the interference predictor also includes one of the following steps: f) Acquiring at least one piece of controller information of a device for controlling the power device electronic system by means of the Störprediktors as information for a prediction of an electromagnetic disturbance or the device comprises a first sensor, wherein the first sensor is arranged after the power electronic system, and the method comprises the following step: g) detecting an electromagnetic disturbance of the power electronic system by means of the first sensor as information for a prediction of an electromagnetic interference.
  • the device comprises an electromagnetic interference prediction adjustment device
  • the method comprises the following additional step: h) adjusting the electromagnetic interference predictions by means of the electromagnetic interference prediction adjustment device Evaluation of an electromagnetic disturbance that has occurred in the power electronic system and is detected by the first sensor.
  • the device includes a second sensor, the second sensor being arranged behind the injector, and the method including the following additional steps: i) detecting a remaining residual interference after the counter-interference signal has been coupled into the overall system by means of the second sensor, the anti-interference synthesizer can be adjusted using synthesis parameters, the digital anti-interference system comprises a device for adjusting the synthesis of an appropriate anti-interference signal, the method comprises the following additional steps: j) providing synthesis parameters for the anti-interference synthesizer based on those detected by the second sensor , remaining residual interference by means of the device for adapting the synthesis of a suitable anti-interference signal, k) adapting the anti-interference synthesizer on the basis of the synthesis parameters.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a device for the predictive suppression of electromagnetic interference from power electronic systems according to an embodiment of the invention
  • Fig. 7 shows a diagram of a periodic PWM signal
  • 11 shows a diagram of the remaining interference spectra at the interference sink for three compensation factors
  • 12 shows a block diagram of a device for the predictive suppression of electromagnetic interference using synthesized, modulated anti-interference signals according to an embodiment of the invention
  • FIG. 13 shows a block diagram of a device for the predictive suppression of electromagnetic interference using synthesized, time-varying PWM signals according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a device for the predictive suppression of electromagnetic interference 2 in power electronic systems 1 according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • the power electronic system 1 first shows a power electronic system 1, the power electronic system 1 being shown with only two terminals (one gate/port) for the sake of simplification. In principle, however, the power electronic system 1 can have any number of terminals/gates/ports.
  • the power electronic system 1 is the source of electromagnetic interference 2.
  • the power electronic system 1 also includes a device for controlling the power electronic system 4.
  • the device 4 adjusts control signals 5, for example, in such a way that the operating variables 6 (actual variables) .Follow external setpoints 7.
  • an external specification can be the rotational frequency of the rotor of a motor, with this frequency being regulated by setting the control signals 5 for the power semiconductors.
  • Other examples of external specifications are e.g. the torque for motor inverters or output voltages for DC/DC converters.
  • An interference sink 21 is also shown in FIG. It forms the electromagnetic environment of the device or the entire system, eg the wiring harness in a motor vehicle. It is important to prevent the interference 2 generated by the power electronic system 1 from reaching the interference sink 21 arrive.
  • a digital counter-interference system 3 is provided, the digital counter-interference system 3 comprising at least one interference predictor 12 and a counter-interference synthesizer 13 .
  • the anti-interference system 3 can be applied to any number of terminals/gates/ports.
  • the interference predictor 12 is set up in such a way that information 22 , 23 for a prediction of electromagnetic interference 2 in a power electronic system 1 is recorded, a prediction of the electromagnetic interference 2 is made and the counter interference synthesizer 13 is transmitted.
  • the disturbance predictor 12 thus supplies predictions of the disturbances 2 in real time. It can also be provided that the prediction can be adjusted using parameters.
  • controller information 22 for example operating variables 6
  • future control signals 5 and/or desired values 7 can be used for the prediction.
  • the device includes a first sensor 8.
  • the first sensor 8 is arranged downstream of the electronic power system 1 and set up in such a way that electromagnetic interference 2 in the electronic power system 1 is detected.
  • the interference predictor 12 detects the electromagnetic interference 2 detected by the first sensor 8 as information 23 for a prediction of the electromagnetic interference 23.
  • the device for adapting the prediction of the electromagnetic interference 10 is used to adapt the prediction of an electromagnetic interference 2 of the interference predictor 12 by evaluating a fault 2 that has occurred in the power electronic system 1 and is detected by the first sensor 8 .
  • the first sensor 8 can, for example, be adapted to the device for adapting the prediction of an electromagnetic interference 10 by means of an analog/digital converter 9 .
  • the first sensor 8 and the device for adapting the prediction of an electromagnetic disturbance 10 are thus used to observe the disturbances 2 that actually occur. This information can be used to improve the prediction strategy of the noise predictor 12 over time.
  • the noise predictor 12 thus adapts to the real system.
  • the anti-interference synthesizer 13 then synthesizes a suitable anti-interference signal 14 based on the prediction of the electromagnetic interference of the interference predictor 12.
  • the anti-interference synthesizer 13 can be adapted, for example, by means of synthesis parameters.
  • the digital counter-interference system 3 includes a second sensor 17.
  • the second sensor 17 is arranged behind the injector 16 and detects the residual electromagnetic interference 19 remaining after the counter-interference signal 14 has been coupled in.
  • the digital counter-interference system 3 includes a device for adjusting the Synthesis of a suitable anti-noise signal 20, the device 20 being arranged between the second sensor 17 and the anti-noise synthesizer 13.
  • the device 20 provides the residual electromagnetic interference 19 detected by the second sensor 17 as synthesis parameters for the anti-interference synthesizer 13 in order to adapt the anti-interference synthesizer 13 by means of the synthesis parameters.
  • This form of optimization includes, for example, the compensation of time constants and transfer functions and the correction of the injection time so that interference and counter-interference occur as simultaneously as possible, which compensates for signal propagation times.
  • the injector 16 couples the synthesized counter-interference signal 14 at the correct time into an overall system to be suppressed. This can be done, for example, by capacitors, coils and/or transformers.
  • the interference prediction can be adapted by evaluating the electromagnetic interference 2 that has actually occurred. This can be done, for example, on the basis of a prediction based on control signals 5, operating variables 6 and/or target values 7 of power electronic system 1. A prediction can also be made on the basis of previous operation of the power electronic system 1 .
  • the interference predictor 12 and the anti-interference synthesizer 13 can be implemented, for example, on the basis of circuit simulations, network theories (eg multi-port theory), abstract/mathematical models and transfer functions.
  • Other ways of implementing the Interference predictors are, for example, (adaptive) FIR filters, (adaptive) IIR filters, (adaptive) notch filters (possibly several in parallel), and also frequency domain methods.
  • the interference predictor can also be implemented, for example, using artificial intelligence, for example using neural networks.
  • the optimization of the prediction parameters for the disturbances and the optimization of the synthesis parameters for the counter-interference signal can be based on least-mean-squares algorithms, regression, search algorithms, heuristics, genetic algorithms, particle swarm optimization or gradients - Climbing procedures are implemented.
  • a so-called power factor correction is considered below for a concrete application example of the invention.
  • a power factor correction 26 (English: Power Factor Correction, PFC) is a typical input stage of devices which are operated on the power grid.
  • the PFC uses suitable control loops to draw current that has the same waveform and phase position as the mains voltage. This leads to a minimization of the reactive and distortion power and to a maximization of the eponymous power factor.
  • the output of the PFC is usually a DC voltage.
  • Transistors that switch at high frequencies are usually used in PFCs. These switching processes cause electromagnetic interference, which can be both conducted and radiated. These interference signals can impair the function of other devices. For example, radio and communication systems are typical sources of interference.
  • the PFC described is a circuit in which the disturbances change over the course of a mains period. This means that there is no stationary state (relative to one mains period). This circumstance must be taken into account in the signal synthesis in order to enable successful interference suppression.
  • CCM Boost PFC Continuous Conduction Mode
  • a current artificial mesh 25 introduced. This represents a defined terminating impedance for the interference.
  • the push-pull interference u DM (t) (Differential Mode, DM) is considered, which develops between the supply lines (L and N).
  • the method can also be applied to the other interference modes (e.g. common-mode interference, interference on individual lines compared to PE, radiated interference).
  • a PFC is considered here that is only fed from one phase of the power grid.
  • the method presented here can also be applied to multi-phase topologies.
  • the power factor correction 26 follows after the power network simulation 25.
  • the PFC has a bridge rectifier at the start, which rectifies the mains voltage
  • the DC link voltage U ZK is present at the output.
  • the PFC usually includes two control circuits that set the duty cycle of the switching transistor.
  • the first control circuit ensures a constant output voltage at the intermediate circuit U ZK .
  • the second control loop takes care of for a sinusoidal and phase-correct current draw from the power grid.
  • the pulse duty factor d(t) which changes over time, is essentially determined by the voltage control circuit, which results from the voltage transformation ratio of the step-up converter:
  • the current control circuit ensures a slight change in this duty cycle. Therefore, this is neglected in the consideration of interference emissions.
  • Typical curves are shown in FIG. 4 (a very low switching frequency was chosen for illustration).
  • the mains voltage u mains (t) is rectified, from which the voltage
  • the curve for the pulse duty factor d(t) follows from (1).
  • the pulse duty factor is compared with a sawtooth signal x(t) to generate the drive signal for the transistor. When the sawtooth signal is below the duty cycle curve, the transistor turns on.
  • the voltage u PWM (t) is therefore ideally at 0 V. If the sawtooth signal is above the duty cycle, the transistor is switched off and u PWM (t) ideally corresponds to the DC link voltage U ZK .
  • the simplified equivalent circuit diagram corresponding to FIG. 3 is considered, in which the inductances and capacitances of the simulated power grid are assumed to be infinitely large and infinitely small, respectively.
  • the bridge rectifier only slightly dampens the high-frequency interference and can therefore be neglected.
  • the transistor, the diode and the intermediate circuit capacitor can be represented by a PWM voltage source.
  • the disturbances in the vehicle electrical system simulation are determined.
  • the anti-interference source u Anti (t) is constantly set to 0 V.
  • the transfer function from the interference source U PWM (f) to the interference sink U DM (f) is defined by (2).
  • the spectrum of the differential mode interference can thus be calculated using (3) from the spectrum of the PWM signal U PWM (f) of the switching transistors.
  • the spectrum U P WM (f) can be obtained from u PWM (t) using a fast Fourier transformation, for example.
  • This interference spectrum is shown for the first ten switching harmonics in Fig. 5 (above) (a standard switching frequency was selected here). If, for example, the interference spectrum is examined more closely for the first harmonic (Fig. 5 below), the modulation of the harmonic with twice the mains frequency (double the mains frequency due to rectification) can be detected. Sideband harmonics with a distance of 2f mains form around the actual switching harmonic. If there is no perfect symmetry of the positive and negative half-wave, sideband harmonics with a spacing of the simple mains frequency f mains also occur.
  • the spectrum of the differential mode interference U DM (f) which was determined using (3) is shown in FIG.
  • the push-pull interference U DM (f) is lower than the PWM signal of the switching transistors U PWM (f) (compare FIG. 5), since the storage inductor L and the backup capacitor C ensure a first low-pass filtering.
  • the qualitative curve with regard to the sideband harmonics bottom of FIG. 6) is largely unchanged.
  • the first method is represented by active filters, which generate the opposing signal directly from the measured disturbances. Since this results in unavoidable delay times, the effectiveness of the method (particularly at high frequencies) is limited.
  • the PFC is synchronized to the power grid and the switching pattern repeats itself periodically with the grid frequency, it is possible to generate a sinusoidal signal for each switching and sideband harmonic and to adjust the amplitude and phase in such a way that the corresponding spectral frequencies are canceled.
  • this method is considered to be (time) consuming, since the number of interfering spectral frequencies due to the sideband harmonics is very high.
  • the synchronization of the PFC to the power grid and the requirement for a PWM signal that is periodic with the grid frequency also cause additional work.
  • the interference cancellation is described in an exemplary embodiment of the invention using a predictively modulated sinusoidal signal. For illustration, consider the Fourier series of a periodic PWM signal as shown in FIG.
  • the modulated sinusoidal signal is basically suitable for suppressing the electromagnetic interference from the PFC.
  • the signals that have to be canceled are the push-pull interference U DM (f).
  • the signal U PWM (f) must not be extinguished because it is required for the function of the PFC.
  • the transfer function H Anti (f) results from Fig. 4 by setting the interference source u PWM (t) to a constant 0 V:
  • the anti-interference signal U Anti (f) is to be generated from the modulated sinusoidal signal U mod,k (f) for each switching harmonic (and its sideband harmonics). To compensate for the transfer functions H sturgeon (f) and H anti (f), the modulated sinusoidal signal U mod,k (f) must be replaced by a constant factor
  • U anti (f) X comp,k U mod,k(f) (12)
  • FIG. 12 shows a possible realization of an embodiment of the invention with digital signal processing hardware.
  • the main input variables are the sawtooth signal x(t), the mains voltage u mains (t) and the DC link voltage U ZK . According to FIG.
  • the transfer function H Anti (f) is also represented here as an impulse response h Anti (t).
  • the superimposition of the interference and counter-interference results in the remaining interference u res (t).
  • the adaptation can be carried out by the counter-interference system itself or by an external trainer.
  • the adjustments can be carried out continuously over time, at intervals or also at one-off/individual points in time.
  • One possibility is to use an optimizer that adjusts the amplitude and phase to minimize the remaining disturbances u res (t).
  • the theory of narrow-band adaptive filters can be used to implement this.
  • the adaptive method can also adjust the signal shape.
  • It is also possible to determine the compensation factors by means of an analytical calculation (as indicated in the previous chapter).
  • FPGAs, DSPs, microcontrollers or even specially developed ASICs are suitable as digital hardware.
  • FIG. 13 shows a further possible implementation of an embodiment of the invention for broadband suppression using synthesized, time-varying PWM signals. shows.
  • the digital structure from FIG. 12 can be implemented for each switching harmonic to be considered. However, this can result in high resource requirements for the digital hardware.
  • the broadband signal u PWM ( t ) can be predictively synthesized in the digital system. This is necessary because a simple measurement of the signal u PWM (t) would result in a systematic delay time that limits the effectiveness of the method.
  • the synthesis can take place analogously to FIG. 4 in the digital system. This can result in less effort if a large frequency range with many switching harmonics (including sideband harmonics) is to be suppressed.
  • the impulse response y comp (t) is implemented in the digital system. In this case, it can be realized, for example, by FIR or IIR filters.
  • the coefficients can be determined using the same methods as X comp,k .
  • u PWM (t) can also be predictively synthesized here.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen (2) in leistungselektronischen Systemen (1) soll die Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen (2) verbessert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Vorrichtung ein digitales Gegenstörsystem (3) umfasst, wobei das digitale Gegenstörsystem (3) zumindest einen Störprädiktor (12) und einen Gegenstörsynthetisierer (13) umfasst, wobei der Störprädiktor (12) derart eingerichtet ist, zumindest eine Information für eine Vorhersage einer elektromagnetischen Störungen (2) eines leistungselektronischen Systems (1) zu erfassen und weiter derart eingerichtet ist, eine Vorhersage der elektromagnetischen Störung (2) zu erstellen und an den Gegenstörsynthetisierer (13) zu übermitteln, der Gegenstörsynthetisierer (13) derart eingerichtet ist, ein passendes Gegenstörsignal (14) auf Grundlage der Vorhersage der elektromagnetischen Störung (2) des Störprädiktors (12) zu synthetisieren, die Vorrichtung weiter zumindest einen Injektor (16) umfasst, wobei der Injektor (16) derart eingerichtet ist, das synthetisierte Gegenstörsignal (14) zeitrichtig in ein zu entstörendes Gesamtsystem einzukoppeln. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zur prädiktiven Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen (2) von leistungselektronischen Systemen (1).

Description

System und Verfahren zur prädiktiven Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen von leistungselektronischen Systemen
Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der prädiktiven Unterdrückung von elektromag- netischen Störungen. Insbesondere betrifft die Erfindung die prädiktive Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen von leistungselektronischen Systemen.
Leistungselektronische Systeme können aufgrund der zugrundeliegenden Schaltvorgänge er- hebliche elektromagnetische Störungen verursachen.
Diese Störemission wird üblicherweise durch passive Filter und Schirmgehäuse begrenzt, wel- che jedoch groß, schwer und teuer sind. Zur Verkleinerung dieser passiven Komponenten haben sich bereits aktive Filter (engl. active EMI filters) etabliert. Bei diesem Verfahren werden Ana- log- oder Digital Schaltungen eingebracht, die die Störungen aufnehmen, umformen und zurück in das System injizieren. Dabei wird eine destruktive Interferenz zwischen den Störungen und Gegenstörungen angestrebt, um die Störemission zu reduzieren. Bisherige aktive Filter verwen- den analoge Schaltungstechnik in gesteuerten oder geregelten Strukturen (Feedforward- und Feedback-Typen). Das Gegenstörsignal wird dabei direkt aus einer gemessenen Größe gewon- nen. Die erzielbare Störunterdrückung ist bei diesen Ansätzen aufgrund der Zeitkonstanten der Sensoren, der Injektoren und der Verstärker, aufgrund von Verzögerungen durch Signallauf- zeiten und aufgrund von begrenzten, frequenzabhängigen Verstärkungsfaktoren eingeschränkt.
Zur Lösung dieses Problems wird im Stand der Technik der Einsatz von synthetisierten Gegen- störsignalen vorgeschlagen. Handelt es sich um Störungen, die über einen ausreichenden Zeit- raum hinweg periodisch sind, treten stabile Harmonische im Frequenzbereich auf. Zur Unter- drückung von diesen Harmonischen kann ein jeweiliges Sinussignal erzeugt werden, welches in Amplitude und Phase so eingestellt wird, dass es zu einer vollständigen destruktiven Interfe- renz kommt. Verzögerungszeiten bei der Injektion können dabei durch Phasendrehungen kom- pensiert werden. Im Vergleich zu aktiven Filtern können verzögerte Signalpfade systematisch kompensiert werden, wodurch die Effektivität der Entstörung erheblich verbessert werden kann. Die notwendigen Amplituden und Phasen können dabei beispielsweise analytisch oder adaptiv ermittelt werden. Durch eine Überlagerung der gefundenen Sinussignale kann ein breit- bandiges Gegenstörsignal erzeugt werden, welches eine sehr hohe Anzahl an Harmonischen unterdrücken kann.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, in dem das Gegenstörsignal aus Sinussig- nalen synthetisiert wird. Durch Einstellen der jeweiligen Amplituden und Phasen können Zeit- konstanten, Verzögerungszeiten und komplexe Übertragungsfunktionen kompensiert werden. Die Anpassung der Amplituden und Phasen erfolgt über einen Optimierer, welcher eine be- grenzte Adaptionsgeschwindigkeit besitzt. Im Fall von veränderlichen Störungen wird in der vorhergehenden Patentmeldung beschrieben, dass das kommende Tastverhältnis des leistungs- elektronischen Systems dafür verwendet werden kann, die Amplituden und Phasen der Sinus- signale „vorzusteuem“.
Die Druckschrift DE 102018001051 Al beschreibt ein Verfahren zur Reduktion eines elektro- magnetischen Störsignals einer durch ein mit einer Frequenz getaktet angesteuertes elektroni- sches System gebildeten Störquelle durch aktive Gegenkopplung. Hierfür werden für eine be- liebige, zumindest eine einzige Harmonische umfassende Auswahl von Harmonischen der ge- takteten Ansteuerung jeweils Sinussignale mit der Frequenz der jeweiligen Harmonischen syn- thetisiert, welche jeweils in ihren Amplituden und Phasenlagen so eingestellt werden, dass es durch Überlagerung eines durch die Sinussignale gebildeten Gegenstörungssignals mit dem Störsignal an einer ausgewählten Referenzmessstelle durch destruktive Interferenzen zu einer weitgehenden Auslöschung der jeweiligen Frequenzkomponenten des elektromagnetischen Störsignals kommt.
Nicht nur das Tastverhältnis hat einen Einfluss auf die Störungen und damit die nötigen Gegen- störsignale, auch die Betriebsparameter wie z.B. Strom, Spannung, etc. müssen berücksichtigt werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Information über die kommenden Tastverhältnisse dem Gegenstörsystem bei einer eigenständigen (stand-alone) Realisierung nicht vorliegt (d.h. das Gegenstörsystem ist nicht direkt mit der Regelung der Leistungselektronik gekoppelt). Das Gegenstörsystem muss das notwendige Gegenstörsignal auch aus anderen Größen vorhersagen können. Auch muss die Signal Synthese nicht zwangsläufig über Sinussignale erfolgen. Insbe- sondere bei nichtperiodischen, schnell veränderlichen Störungen sind evtl, andere Methoden notwendig (ergibt sich aus der Theorie, Fourierreihen sind streng genommen nur für periodi- sche Signale gültig)
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrich- tungen und Verfahren zur Reduktion eines elektromagnetischen Störsignals zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch technische Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Technisch vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.
Gemäß einem Aspekt wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Vorrichtung zur prädik- tiven Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen von leistungselektronischen Syste- men gelöst, die Vorrichtung umfassend: ein digitales Gegenstörsystem, wobei das digitale Ge- genstörsystem zumindest einen Störprädiktor und einen Gegenstörsynthetisierer umfasst, wo- bei der Störprädiktor derart eingerichtet ist, zumindest eine Information für eine Vorhersage einer elektromagnetischen Störungen eines leistungselektronischen Systems zu erfassen und weiter derart eingerichtet ist, eine Vorhersage der elektromagnetischen Störung zu erstellen und an den Gegenstörsynthetisierer zu übermitteln, der Gegenstörsynthetisierer derart eingerichtet ist, ein passendes Gegenstörsignal auf Grundlage der Vorhersage der elektromagnetischen Stö- rung des Störprädiktors zu synthetisieren, die Vorrichtung weiter zumindest einen Injektor um- fasst, wobei der Injektor derart eingerichtet ist, das synthetisierte Gegenstörsignal zeitrichtig in ein zu entstörendes Gesamtsystem einzukoppeln.
Vorteilhaft bei der Vorrichtung ist, dass aufgrund der Vorhersage einer kommenden Störung, der Synthese eines passenden Gegenstörsignals und der zeitrichtigen Injektion des Gegenstör- signals eine prädiktive Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen geschaffen wird. In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung umfasst der Injektor zumin- dest einen Kondensator, eine Spule und/oder einen Transformator zu Einkopplung des Gegen- störsignals in das Gesamtsystem.
In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist der Störprädiktor derart eingerichtet, zumindest eine Reglerinformation einer Vorrichtung zur Regelung des leistungs- elektronischen Systems als Information für eine Vorhersage der elektromagnetischen Störun- gen zu erfassen. Reglerinformationen können beispielsweise Betriebsgrößen, zukünftige An- steuerungssignale, Ist- und/oder Sollwerte des leistungselektronischen Systems sein. Hierdurch kann die Vorhersage der elektromagnetischen Störungen leistungselektronischen Systems ver- bessert werden. Die Regelung des leistungselektronischen Systems stellt beispielsweise An- steuerungssignale so ein, dass die Betriebsgrößen (Istgrößen) den ggf. externen Sollwerten fol- gen.
In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung ei- nen ersten Sensor, wobei der erste Sensor nach dem leistungselektronischen System angeordnet ist und derart eingerichtet ist, elektromagnetische Störungen des leistungselektronischen Sys- tems zu erfassen und der Störprädiktor derart eingerichtet ist, die an dem ersten Sensor erfassten Störungen des leistungselektronischen Systems als Information für eine Vorhersage einer elekt- romagnetischen Störungen zu erfassen. Die Beobachtung der Störungen an dem ersten Sensor hat den Vorteil, dass der Störprädiktor das System kennenlernt und aufgrund charakteristischer Änderungen in den Störungen die zukünftigen Störungen Vorhersagen kann. Ein Abgleich mit den späteren, tatsächlich aufgetretenen Störungen (aus erstem Sensor) ermöglicht eine Opti- mierung der Vorhersagestrategie mit der Zeit. Der Störprädiktor kann sich an das reale System adaptieren. Durch die sukzessive Optimierung der Vorhersageparameter können Änderungen des Gesamt- systems kompensiert werden. Beispielsweise kann dadurch auf eine Temperaturdrift, auf Alte- rung oder geänderte Impedanzbedingungen durch das Zu- oder Wegschalten von externen Komponenten reagiert werden.
In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung umfasst der erste Sensor ein Entkoppelelement, wobei das Entkoppelelement zumindest einen Kondensator und/oder eine Spule umfasst und derart eingerichtet ist, den ersten Sensor von dem Injektor und dem Gegen- störsystem zu entkoppeln. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Sensor nur geringfügig durch den Injektor oder das Gegenstörsystem beeinflusst wird. Je nach Injektorkonzept und Impe- danzverhältnis der Störsenke und der Leistungselektronik können hierfür Kondensatoren und/o- der Spulen eingesetzt werden.
In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Vorrichtung zur Anpassung der Vorhersage einer elektromagnetischen Störung, wobei die Vorrichtung zur Anpassung der Vorhersage einer elektromagnetischen Störung zwischen dem ersten Sensor und dem Störprädiktor angeordnet ist und derart eingerichtet ist, die Vorhersage einer elektromag- netischen Störung des Störprädiktors durch Evaluierung einer durch den ersten Sensor erfassten aufgetretenen Störung des leistungselektronischen Systems anzupassen. Unter der Vorrichtung zur Anpassung der Vorhersage einer elektromagnetischen Störung kann insbesondere ein Op- timierer verstanden werden, der die Vorhersage optimiert.
In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist der Gegenstörsyntheti- sierer derart eingerichtet, mittels Syntheseparametem angepasst zu werden, das digitale Gegen- störsystem umfasst einen zweiten Sensor, wobei der zweite Sensor hinter dem Injektor ange- ordnet ist und derart eingerichtet ist, nach der Einkopplung des synthetisierten Gegenstörsignals verbleibende elektromagnetische Reststörungen zu erfassen, das digitale Gegenstörsystem eine Vorrichtung zur Anpassung der Synthese eines passenden Gegenstörsignals umfasst, wobei die Vorrichtung zur Anpassung der Synthese eines passenden Gegenstörsignals zwischen dem zweiten Sensor und dem Gegenstörsynthetisierer angeordnet ist und derart eingerichtet ist, die von dem zweiten Sensor erfassten elektromagnetische Reststörungen als Syntheseparameter für den Gegenstörsynthetisierer bereitzustellen und den Gegenstörsynthetisierer mittels der Syn- theseparameter anzupassen. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Reststörungen am zweiten Sensor somit als Feedback verwendet werden können, um die Syntheseparameter für das Gegenstör- signal zu optimieren. Reststörungen sollen dabei minimiert werden. Diese Optimierung umfasst beispielsweise die Kompensation von Zeitkonstanten oder Übertragungsfunktionen oder die Korrektur des Injektionszeitpunkts, damit Störungen und Gegenstörungen möglichst gleichzei- tig auftreten (Kompensation von Signallaufzeiten).
In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung zu- mindest einen Analog-Digital-Wandler und/oder einen Digital-Analog-Wandler zur Kopplung des digitalen Gegenstörsystems mit dem Gesamtsystem.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zur prädiktiven Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen von leistungselektronischen Systemen gelöst, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Vorrichtung zur prädiktiven Unterdrückung von elektromagnetischen Stö- rungen von leistungselektronischen Systemen nach Anspruch 1, b) Erfassen von zumindest einer Information für eine Vorhersage einer elektromagnetischen Störung mittels des Störprädiktors, c) Vorhersagen einer elektromagnetischen Störung mittels des Störprädiktors, d) Synthese eines passenden Gegenstörsignals mittels des Gegenstörsynthetisierers, wobei der Gegenstörsynthetisierer ein Gegenstörsignal auf Grundlage der Vorhersage der elektromagne- tischen Störung synthetisiert, e) Einkoppeln des Gegenstörsignals in das Gesamtsystem mittels des Injektors, wobei die Ein- kopplung in einem für eine maximale destruktive Interferenz mit der Störung richtigen Zeit- punkt erfolgt.
In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt des Er- fassens von zumindest einer Information für eine Vorhersage einer elektromagnetischen Stö- rung mittels des Störprädiktors, zusätzlich einen der folgenden Schritte: f) Erfassen von zumindest einer Reglerinformation einer Vorrichtung zur Regelung des leis- tungselektronischen Systems mittels des Störprädiktors als Information für eine Vorhersage ei- ner elektromagnetischen Störung oder die Vorrichtung einen ersten Sensor umfasst, wobei der erste Sensor nach dem leistungselekt- ronischen System angeordnet ist, und das Verfahren den folgenden Schritt umfasst: g) Erfassen einer elektromagnetischen Störung des leistungselektronischen Systems mittels des ersten Sensors als Information für eine Vorhersage einer elektromagnetischen Störung.
In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Vorrichtung eine Vorrichtung zur Anpassung der Vorhersage einer elektromagnetischen Störung, und das Ver- fahren umfasst den folgenden zusätzlichen Schritt: h) Anpassen der Vorhersagen einer elektromagnetischen Störung mittels der Vorrichtung zur Anpassung der Vorhersage einer elektromagnetischen Störung durch Evaluierung einer durch den ersten Sensor erfassten, aufgetretenen elektromagnetischen Störung des leistungselektroni- schen Systems.
In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Vorrichtung ei- nen zweiten Sensor, wobei der zweite Sensor hinter dem Injektor angeordnet ist und das Ver- fahren umfasst die folgenden zusätzlichen Schritte: i) Erfassen einer verbleibenden Reststörung nach der Einkopplung des Gegenstörsignals in das Gesamtsystem mittels des zweiten Sensors, der Gegenstörsynthetisierer mittels Syntheseparametem angepasst werden kann, das digitale Gegenstörsystem eine Vorrichtung zur Anpassung der Synthese eines passenden Gegenstörsig- nals umfasst, das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte umfasst: j) Bereitstellen von Syntheseparametern für den Gegenstörsynthetisierer auf Grundlage der mit- tels des zweiten Sensors erfassten, verbleibenden Reststörungen mittels der Vorrichtung zur Anpassung der Synthese eines passenden Gegenstörsignals, k) Anpassen des Gegenstörsynthetisierers auf Grundlage der Syntheseparametem.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Fol- genden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur prädiktiven Unterdrückung von elekt- romagnetischen Störungen von leistungselektronischen Systemen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 ein Schaltbild einer Leistungsfaktorkorrektur mit Stromnetznachbildung gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 3 ein Ersatzschaltbild zur Berechnung der Gegentaktstörung gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 4 typische Kurvenverläufe einer CCM Boost PFC gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 5 zwei Diagramme eines Störspektrums gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 6 zwei Diagramme eines Gleichtaktspektrums gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 7 ein Diagramm eines periodischen PWM-Signals,
Fig. 8 drei Diagramme bezüglich der Erzeugung eines modulierten Sinussignals zur Gegenstörung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 9 zwei Diagramme von Betrag und Phase von Spektren,
Fig. 10 ein Diagramm der verbleibenden Störspektren an der Störsenke,
Fig. 11 ein Diagramm der verbleibenden Störspektren an der Störsenke für drei Kom- pensationsfaktoren, Fig. 12 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur prädiktiven Unterdrückung von elekt- romagnetischen Störungen mithilfe synthetisierter, modulierter Gegenstörsig- nale gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 13 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur prädiktiven Unterdrückung von elekt- romagnetischen Störungen mithilfe synthetisierter, zeitveränderlicher PWM- Signale gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Zur Behebung der oben genannten Probleme wird die Störauslöschung mithilfe einer Vorrich- tung zur prädiktiven Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen 2 in leistungselektro- nischen Systemen 1 vorgenommen. Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur prädiktiven Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen 2 in leistungselektronischen Systemen 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In Fig. 1 ist zunächst ein leistungselektronisches System 1 gezeigt, wobei das leistungselektro- nische System 1 zur Vereinfachung mit nur zwei Klemmen (ein Tor/Port) dargestellt ist. Das leistungselektronische System 1 kann aber grundsätzlich beliebig viele Klemmen/Tore/Ports aufweisen. Das leistungselektronisches System 1 ist die Quelle von elektromagnetischen Stö- rungen 2. Das leistungselektronische System 1 umfasst weiter eine Vorrichtung zur Regelung des leistungselektronischen Systems 4. Die Vorrichtung 4 stellt beispielsweise Ansteuerungs- signale 5 so ein, dass die Betriebsgrößen 6 (Istgrößen) den ggf. externen Sollwerten 7 folgen. Beispielsweise kann eine externe Vorgabe die Drehfrequenz des Rotors eines Motors sein, wo- bei die Regelung auf diese Frequenz durch Einstellen der Ansteuerungssignale 5 für die Leis- tungshalbleiter erfolgt. Weitere Beispiele für externe Vorgaben sind z.B. das Drehmoment bei Motorwechselri chtem oder Ausgangsspannungen bei DC/DC-Wandlern.
Weiter ist in Fig. 1 eine Störsenke 21 gezeigt. Sie bildet das elektromagnetische Umfeld des Geräts oder Gesamtsystems, z.B. den Kabelbaum in einem Kraftfahrzeug. Dabei gilt es zu ver- hindern, dass die vom leistungselektronisches System 1 erzeugten Störungen 2 an der Störsenke 21 ankommen. Um dies zu verhindern, ist ein digitales Gegenstörsystem 3 vorgesehen, wobei das digitale Gegenstörsystem 3 zumindest einen Störprädiktor 12 und einen Gegenstörsynthe- tisierer 13 umfasst. Das Gegenstörsystem 3 kann auf beliebig viele Klemmen/Tore/Ports ange- wendet werden. Der Störprädiktor 12 ist dabei derart eingerichtet, Informationen 22, 23 für eine Vorhersage einer elektromagnetischen Störungen 2 eines leistungselektronischen Systems 1 zu erfassen, eine Vorhersage der elektromagnetischen Störung 2 zu erstellen und an den Gegen- störsynthetisierer 13 zu übermitteln. Der Störprädiktor 12 liefert somit Vorhersagen der Stö- rungen 2 in Echtzeit. Auch kann es vorgesehen sein, dass die Vorhersage mittels Parameter angepasst werden kann. In einem Ausführungsbeispiel können Reglerinformationen 22 (bei- spielsweise Betriebsgrößen 6), zukünftige Ansteuerungssignale 5 und/oder Sollwerte 7 für die Vorhersage verwendet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung einen ersten Sensor 8. Der erste Sensor 8 ist dabei nach dem leistungselektronischen System 1 angeordnet und derart ein- gerichtet, elektromagnetische Störungen 2 des leistungselektronischen Systems 1 zu erfassen. Der Störprädiktor 12 erfasst anschließend die vom ersten Sensor 8 erfassten elektromagneti- schen Störungen 2 als Information 23 für eine Vorhersage der elektromagnetischen Störungen 23. Zwischen dem ersten Sensor 8 und dem Störprädiktor 12 ist in einem Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zur Anpassung der Vorhersage der elektromagnetischen Störung 10 angeord- net. Die Vorrichtung zur Anpassung der Vorhersage der elektromagnetischen Störung 10 dient dazu, die Vorhersage einer elektromagnetischen Störung 2 des Störprädiktors 12 durch Evalu- ierung einer durch den ersten Sensor 8 erfassten aufgetretenen Störung 2 des leistungselektro- nischen Systems 1 anzupassen. Der erste Sensor 8 kann beispielsweise mittels eines Analog- Digital-Wandlers 9 an die Vorrichtung zur Anpassung der Vorhersage einer elektromagneti- schen Störung 10 angepasst werden. Der erste Sensor 8 und die Vorrichtung zur Anpassung der Vorhersage einer elektromagnetischen Störung 10 werden somit dazu verwendet, um die tat- sächlich auftretenden Störungen 2 zu beobachten. Diese Information kann genutzt werden, um die Vorhersagestrategie des Störprädiktors 12 mit der Zeit zu verbessern. Der Störprädiktor 12 adaptiert sich somit an das reale System. Der Gegenstörsynthetisierer 13 synthetisiert anschlie- ßend ein passendes Gegenstörsignal 14 auf Grundlage der Vorhersage der elektromagnetischen Störung des Störprädiktors 12. Der Gegenstörsynthetisierer 13 kann beispielsweise mittels Syn- theseparametem angepasst werden. Hierfür umfasst das digitale Gegenstörsystem 3 einen zwei- ten Sensor 17. Der zweite Sensor 17 ist hinter dem Injektor 16 angeordnet und erfasst die nach der Einkopplung des Gegenstörsignals 14 verbleibenden elektromagnetischen Reststörungen 19. Das digitale Gegenstörsystem 3 umfasst in einem Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zur Anpassung der Synthese eines passenden Gegenstörsignals 20, wobei die Vorrichtung 20 zwischen dem zweiten Sensor 17 und dem Gegenstörsynthetisierer 13 angeordnet ist. Die Vor- richtung 20 stellt die vom zweiten Sensor 17 erfassten elektromagnetische Reststörungen 19 als Syntheseparameter für den Gegenstörsynthetisierer 13 bereit, um den Gegenstörsynthetisierer 13 mittels der Syntheseparameter anzupassen. Diese Form der Optimierung umfasst beispiels- weise die Kompensation von Zeitkonstanten und Übertragungsfunktionen und die Korrektur des Injektionszeitpunkts, damit Störungen und Gegenstörungen möglichst gleichzeitig auftre- ten, wodurch Signallaufzeiten kompensiert werden. Der Injektor 16 koppelt das synthetisierte Gegenstörsignal 14 zeitrichtig in ein zu entstörendes Gesamtsystem ein. Dies kann beispiels- weise durch Kondensatoren, Spulen und/oder Transformatoren erfolgen.
In einem Ausführungsbeispiel kann eine Anpassung der Störvorhersage durch Evaluierung der tatsächlich aufgetretenen elektromagnetischen Störungen 2 erfolgen. Dies kann beispielsweise aufgrund einer Vorhersage auf Grundlage der Ansteuerungssignale 5, Betriebsgrößen 6 und/o- der Sollwerte 7 des leistungselektronischen Systems 1 erfolgen. Auch kann eine Vorhersage aufgrund eines vorhergehenden Betriebs des leistungselektronischen Systems 1 erfolgen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Störprädiktor 12 als auch der Gegenstörsynthetisierer 13 beispielsweise auf Grundlage von Schaltungssimulationen, Netz- werktheorien (z.B. Mehrtortheorie), abstrahierten/mathematischen Modellen und Übertra- gungsfunktionen implementiert werden. Weitere Möglichkeiten der Implementierung des Störprädiktors sind beispielsweise (adaptive) FIR-Filter, (adaptive) IIR-Filter, (adaptive) Kerb- filter (ggf. mehrere parallelisiert), und auch Frequenzbereichsmethoden. Der Störprädiktor kann beispielsweise auch mittels künstlicher Intelligenz beispielsweise mittels neuronaler Netze implementiert werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Optimierung der Vorhersage- parameter für die Störungen als auch die Optimierung der Syntheseparameter für das Gegen- störsignal auf Grundlage von Least-Mean-Squares-Algorithmen, Regression, Suchalgorithmen, Heuristik, genetische Algorithmen, Partikelschwarmoptimierung oder auch Gradientenab- stiegsverfahren implementiert werden.
Für ein konkretes Anwendungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden eine sogenannte Leis- tungsfaktorkorrektur betrachtet. Eine Leistungsfaktorkorrektur 26 (englisch: Power Factor Cor- rection, PFC) ist eine typische Eingangsstufe von Geräten, welche am Stromnetz betrieben wer- den. Die PFC sorgt durch geeignete Regelkreise für eine Stromentnahme, welche die gleiche Kurvenform und Phasenlage wie die Netzspannung besitzt. Dadurch kommt es zu einer Mini- mierung der Blind- und Verzerrungsleistung und zu einer Maximierung des namensgebenden Leistungsfaktors. Der Ausgang der PFC ist in der Regel eine Gleichspannung.
In PFCs werden üblicherweise hochfrequent schaltende Transistoren eingesetzt. Diese Schalt- vorgänge sorgen für elektromagnetische Störungen, welche sich sowohl leitungsgebunden als auch abgestrahlt ausbreiten können. Durch diese Störsignale können andere Geräte in ihrer Funktion beeinträchtigt werden. Beispielsweise Rundfunk- und Kommunikationssysteme stel- len typische Störsenken dar. Bei der beschriebenen PFC handelt es sich um eine Schaltung, bei welcher sich die Störungen im Verlauf einer Netzperiode ändern. Damit liegt (bezogen auf eine Netzperiode) kein statio- närer Zustand vor. Dieser Umstand muss bei der Signal Synthese geeignet berücksichtigt wer- den, um eine erfolgreiche Entstörung zu ermöglichen.
Für die grundsätzlichen Betrachtungen wird von einer Continuous Conduction Mode (CCM) Boost PFC mit eingangsseitigem Brückengleichrichter ausgegangen, welche in vielen Geräten eingesetzt wird. Die Betrachtungen sind grundsätzlich auch auf andere Topologien übertragbar, welche ähnliche Variationen der Störungen aufweisen. Die betrachtete CCM Boost PFC ist in Fig. 2 dargestellt. Das Stromnetz liefert eine Wechselspannung uNetz(t) mit einer Frequenz von fNetz (Netzperiode TNetz = 1/fNetz) und einem Spitzenwert ÛNetz zwischen den Klemmen L und N. Für eine Betrachtung der leitungsgebundenen Störungen der PFC wird eine Strom- netznachbildung 25 eingebracht. Diese stellt eine definierte Abschlussimpedanz für die Störun- gen dar. Hier werden die Gegentaktstörungen u DM(t) (Differential Mode, DM) betrachtet, wel- che sich zwischen den Versorgungsleitungen (L und N) ausbilden. Das Verfahren ist jedoch ebenfalls auf die anderen Störmodi übertragbar (beispielsweise Gleichtaktstörungen, Störungen auf einzelnen Leitungen gegenüber PE, abgestrahlte Störungen). Es wird hier eine PFC betrach- tet, welche nur aus einer Phase des Stromnetzes gespeist wird. Das hier dargestellte Verfahren lässt sich jedoch ebenfalls auf mehrphasige Topologien übertragen. Nach der Stromnetznach- bildung 25 folgt die Leistungsfaktorkorrektur 26. Die PFC verfügt eingangs über einen Brü- ckengleichrichter, welcher die gleichgerichtete Netzspannung |u Netz | (t) erzeugt. Dahinter ist ein konventioneller Hochsetzsteller (Boost Converter, daher Boost PFC) im CCM verbaut, wo- bei L die Speicherdrossel und C einen Stützkondensator darstellen. Am Ausgang ist ebenfalls ein Stützkondensator vorgesehen. Am Ausgang liegt die Zwischenkreisgleichspannung UZK an. Das periodische Ein- und Ausschalten des Transistors mit der Schaltfrequenz fPWM (TPWM = 1/fPWM) sorgt für das PWM-Signal uPWM(t). Die PFC umfasst üblicherweise zwei Regel- kreise, welche das Tastverhältnis des schaltenden Transistors einstellen. Der erste Regelkreis sorgt für eine konstante Ausgangsspannung am Zwischenkreis UZK. Der zweite Regelkreis sorgt für eine sinusförmige und phasenrichtige Stromentnahme aus dem Stromnetz. Das zeitlich ver- änderliche Tastverhältnis d(t) wird dabei im Wesentlichen durch den Spannungsregelkreis be- stimmt, welcher sich aus dem Spannungsübersetzungsverhältnis des Hochsetzstellers ergibt:
Figure imgf000016_0001
Das Tastverhältnis ist hier so definiert, dass der Transistor für die Zeit tON = d(t)/fsw einge- schaltet ist. Daher ist die Spannung uPWM über diesen Zeitraum idealerweise 0 V. Der Strom- regelkreis sorgt für eine geringfügige Änderung dieses Tastverhältnisses. Daher wird dieser in der Betrachtung der Störemission vernachlässigt.
Typische Kurvenverläufe sind in Fig. 4 dargestellt (zur Veranschaulichung wurde eine sehr geringe Schaltfrequenz gewählt). Die Netzspannung uNetz(t) wird gleichgerichtet, woraus die Spannung | uNetz | (t) resultiert. Aus (1) folgt der Verlauf für das Tastverhältnis d(t). Zur Ge- nerierung des Ansteuerungssignals des Transistors wird das Tastverhältnis mit einem Säge- zahnsignal x(t) verglichen. Ist das Sägezahnsignal unterhalb der Kurve für das Tastverhältnis, wird der Transistor eingeschaltet. Daher ist die Spannung uPWM(t) idealerweise bei 0 V. Ist das Sägezahnsignal oberhalb des Tastverhältnisses, wird der Transistor ausgeschaltet und uPWM(t) entspricht idealerweise der Zwischenkreisgleichspannung UZK.
Zur Beschreibung der Gegentaktstörungen uDM (t) wird das vereinfachte Ersatzschaltbild ent- sprechend Fig. 3 betrachtet, in welchem die Induktivitäten und Kapazitäten der Stromnetznach- bildung als respektive unendlich groß bzw. unendlich klein angenommen werden. Der Brü- ckengleichrichter dämpft die hochfrequenten Störungen nur geringfügig und kann daher ver- nachlässigt werden. Wird das oben beschriebene, ideale Schaltverhalten des Transistors ange- nommen, können der Transistor, die Diode und der Zwischenkreiskondensator durch eine PWM-Spannungsquelle abgebildet werden. Zuerst werden die Störungen an der Bordnetznachbildung bestimmt. Dazu wird die Gegenstör- quelle uAnti(t) konstant auf 0 V gesetzt. Die Übertragungsfunktion von der Störquelle UPWM(f) zur Störsenke UDM(f) ist durch (2) definiert. Damit lässt sich das Spektrum der Ge- gentaktstörungen mithilfe von (3) aus dem Spektrum des PWM-Signals UPWM(f) der schalten- den Transistoren berechnen.
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Das Spektrum UP WM(f) kann beispielsweise mithilfe einer schnellen Fourier-Transformation aus uPWM(t) gewonnen werden. Dieses Störspektrum ist für die ersten zehn Schaltharmoni- schen in Fig. 5 (oben) dargestellt (hier wurde eine übliche Schaltfrequenz gewählt). Wird das Störspektrum beispielsweise bei der ersten Harmonischen genauer betrachtet (Fig. 5 unten), kann die Modulation der Harmonischen mit der doppelten Netzfrequenz (doppelte Netzfre- quenz aufgrund der Gleichrichtung) erkannt werden. Um die eigentliche Schaltharmonische bilden sich damit Seitenbandharmonische mit einem Ab stand von 2fNetz aus. Wenn keine per- fekte Symmetrie der positiven und negativen Halbwelle vorliegt, treten auch Seitenbandharmo- nische mit einem Abstand der einfachen Netzfrequenz fNetz auf.
Das Spektrum der Gegentaktstörungen UD M(f) welches mithilfe von (3) ermittelt wurde, ist in Fig. 6 dargestellt. Die Gegentaktstörungen UD M(f) sind geringer als das PWM-Signal der schaltenden Transistoren U PWM(f) (vergleiche Fig. 5), da die Speicherdrossel L und der Stütz- kondensator C für eine erste Tiefpassfilterung sorgen. Der qualitative Verlauf bezüglich der Seitenbandharmonischen (Fig. 6 unten) ist jedoch weitestgehend unverändert.
Soll das Spektrum aus Fig. 6 durch ein aktiv injiziertes Gegenstörsignal ausgelöscht werden, bestehen mehrere Möglichkeiten. Die erste Methode stellen aktive Filter dar, welche das Gegensignal direkt aus gemessenen Stö- rungen erzeugen. Da es hierbei zu unvermeidlichen Verzögerungszeiten kommt, ist die Effek- tivität des Verfahrens (insbesondere bei hohen Frequenzen) jedoch begrenzt.
Es ist möglich, für jede Schaltharmonische ein Sinussignal zu erzeugen, welches durch adaptive Strategien in Amplitude und Phase nachgeregelt wird. Dieses Verfahren hat bei stationären Störungen zu einer deutlichen Verbesserung gegenüber aktiven Filtern geführt, da kein syste- matisch verzögerter Signalpfad vorliegt. Weitere unerwünschte Effekte wie Betrags- und Pha- sengänge konnten durch eine Anpassung der Amplituden und Phasen der generierten Sinussig- nale behoben werden. Bei diesem Verfahren ist eine Bewertung der resultierenden Störungen als Gütekriterium notwendig. Da hierbei nur auf bereits entstandene Störungen reagiert wird, liegt auch hier eine systematische Verzögerungszeit vor, die in dieser Anwendung ebenfalls für eine Einschränkung der Effektivität sorgt. Verfahren zur „Vorsteuerung“ bei Kenntnis der kom- menden Schaltmuster wurden im Stand der Technik erwähnt, jedoch nicht in der technischen Umsetzung für den Anwendungsfall einer PFC beschrieben.
Sollte die PFC auf das Stromnetz synchronisiert sein und sich das Schaltmuster periodisch mit der Netzfrequenz wiederholen, ist es möglich, für jede Schalt- und Seitenbandharmonische ein Sinussignal zu erzeugen und in Amplitude und Phase so einzustellen, dass die entsprechenden Spektralfrequenzen ausgelöscht werden. Diese Methode ist jedoch als (zeit-)aufwändig einzu- schätzen, da die Anzahl an störenden Spektralfrequenzen durch die Seitenbandharmonischen sehr hoch ist. Ebenfalls sorgt die Synchronisation der PFC auf das Stromnetz und die Forderung eines mit der Netzfrequenz periodischen PWM-Signals für weiteren Aufwand. Zur Behebung der oben genannten Probleme wird die Störauslöschung in einem Ausführungs- beispiel der Erfindung mithilfe eines prädiktiv modulierten Sinussignals beschrieben. Zur Il- lustration wird die Fourier-Reihe eines periodischen PWM-Signals wie in Fig. 7 gezeigt be- trachtet.
Es werden die bekannten Formeln zur Fourier-Reihe (4)-(6) angesetzt und nach kurzer Rech- nung folgen die Fourier-Koeffizienten nach (7) und (8).
Figure imgf000019_0001
Die Formeln (7) und (8) können dabei auf das zeitlich veränderliche Tastverhältnis d(t) aus Fig. 4 angewendet werden. Es folgen damit zeitlich veränderliche Fourier-Koeffizienten ak(t) und bk(t). Mithilfe von (4) lässt sich damit ein moduliertes Sinussignal umod, k(t) synthetisie- ren. Wird das Sägezahnsignal aus Fig. 4 zur Generierung dieses Sinussignals verwendet, ist das Signal synchron zum störenden PWM-Signal. Für die erste Schaltharmonische (k = 1) folgen die Verläufe entsprechend Fig. 8 (zur Besserung Anschaulichkeit wurde eine geringe (Schalt-)Frequenz für das Sägezahn- bzw. PWM-Signal gewählt). Werden die Spektren des PWM-Signals UPWM(f) und des modulierten Sinussignals Umod,1(f) verglichen, kann im Frequenzbereich der ersten Schaltharmonischen eine hohe Übereinstim- mung festgestellt werden dies ist in Fig. 9 gezeigt. Damit ist das modulierte Sinussignal grund- sätzlich dazu geeignet, die elektromagnetischen Störungen der PFC zu unterdrücken.
Bei der Injektion des modulierten Gegenstörsignals ist noch auf die systemtheoretischen Zu- sammenhänge einzugehen. Die Signale, welche ausgelöscht werden müssen, sind die Gegen- taktstörungen UDM (f) . Das Signal UPWM(f) darf nicht ausgelöscht werden, da es für die Funk- tion der PFC benötigt wird. Zusätzlich existiert nicht nur eine Übertragungsfunktion für die Gegentaktstörungen Hstör(f) sondern ebenfalls eine Übertragungsfunktion für die Injektion HAnti (f), welche die Abbildung vonUAnti(f) auf UDM (f) beschreibt. Diese Einflüsse sind zu berücksichtigen, um das korrekte Signal uAnti(t) aus umod,k(t) zu ermitteln. Die Übertragungs- funktion HAnti(f) ergibt sich aus Fig. 4, indem die Störquelle uPWM(t) auf konstant 0 V gesetzt wird:
Figure imgf000020_0001
Nach dem Superpositionsprinzip gilt für die resultierenden Gegentaktstörungen Ures(f) der
Zusammenhang entsprechend (10). Für eine vollständige Auslöschung der Störungen ( Ures(f) = 0) g il t ( 11 ) .
Figure imgf000020_0002
Das Gegenstörsignal UAnti(f) soll für jede Schaltharmonische (und ihre Seitenbandharmoni- schen) aus dem modulierten Sinussignal Umod,k(f) erzeugt werden. Zur Kompensation der Übertragungsfunktionen Hstör(f) und HAnti (f) muss das modulierte Sinussignal Umod,k(f) durch einen konstanten Faktor |Xkomp,k| und eine konstante Phasendrehung an-
Figure imgf000020_0003
gepasst werden. In komplexwertiger Schreibweise folgt (12). UAnti(f) = X komp,k · Umod,k(f) (12)
Soll nun die fc-te Schaltharmonische ausgelöscht werden (f = kfPWM ), können (11) und (12) kombiniert werden und es folgt (13).
Figure imgf000021_0001
Damit folgt für den konstanten Kompensationsfaktor Xkomp,k der Zusammenhang aus (14).
Figure imgf000021_0002
Dies sorgt dafür, dass die Schaltharmonische bei der Spektralfrequenz kf PWM ideal ausgelöscht wird. Jedoch gelten für die Seitenbandharmonischen in diesem Frequenzbereich geringfügig andere Kompensationsfaktoren, weshalb die Entstörung für diese eingeschränkt ist. Wird nun angenommen, dass UPWM(kfPWM) = Umod,k(kfPWM) gilt (vergleiche Fig. 9), folgt (15).
Figure imgf000021_0003
Wenn dieser Kompensationsfaktor angesetzt wird, wird die Schaltharmonische bei der Spekt- ralfrequenz kfPWM schlechter eliminiert. Die Seitenbandharmonischen werden jedoch besser unterdrückt. Dieser Umstand ist in Fig. 10 illustriert.
Es ist ersichtlich, dass eine Anpassung zwischen den beiden Kompensationsfaktoren Xkomp,k und X"komp,k gefunden werden kann, wodurch die Schalt- und Seitenbandharmonischen gleich- mäßiger unterdrückt werden. Als Beispiel wird das arithmetische Mittel zwischen den Kom- pensationsfaktoren betrachtet. Das Ergebnis ist in Fig. 11 dargestellt. Der gemittelte
Figure imgf000021_0004
Kompensationsfaktor sorgt für eine gleichmäßigere Unterdrückung der Schalt- und Seitenband- harmonischen. Weitere Anpassungen sind hier möglich. Zusätzlich ist bei der Anpassung noch die übliche Messbandbreite von 9 kHz zu berücksichtigen. In Fig. 12 ist eine mögliche Realisierung eines Ausführungsbeispiel der Erfindung mit digitaler Signalverarbeitungshardware dargestellt. Die wesentlichen Eingangsgrößen sind das Sägezahn- signal x(t), die Netzspannung uNetz(t) und die Zwischenkreisgleichspannung UZK. Entspre- chend Fig. 4 ergibt sich daraus das PWM-Signal uPWM(t) der PFC. Dieses bildet sich durch die Übertragungsfunktion Hstör(f) auf die Senken ab. Für den Zeitbereich wird diese Übertra- gungsfunktion als Impulsantwort hstör(t) dargestellt. Das modulierte Gegenstörsignal umod,k(f) wird aus den Eingangsgrößen entsprechend (4), (7) und (8) synthetisiert. Sollte es zu Verzögerungen in der Synthese oder Injektion des Signals kommen, kann das Signal auch durch prädiktive Verfahren früher erzeugt werden. Damit kann die Synchronizität der Störungen und Gegenstörungen sichergestellt werden. Die Amplitude und Phase des modulierten Gegenstör- signals werden durch den komplexen Kompensationsfaktor Xkomp,k angepasst. Die Übertra- gungsfunktion HAnti(f) wird hier ebenfalls als Impulsantwort hAnti(t) dargestellt. Die Überla- gerung der Störungen und Gegenstörungen resultiert in den verbleibenden Störungen ures(t). Zur Findung des passenden Kompensationsfaktors Xkomp ,k gibt es mehrere Möglichkeiten. Grundsätzlich kann die Anpassung durch das Gegenstörsystem selbst oder durch einen externen Trainer durchgeführt werden. Die Anpassungen können dabei zeitkontinuierlich, in Intervallen oder auch zu einmaligen/einzelnen Zeitpunkten durchgeführt werden. Eine Möglichkeit ist der Einsatz eines Optimierers, der die Amplitude und Phase zur Minimierung der verbleibenden Störungen ures(t) anpasst. Zur Realisierung kann hierbei beispielsweise die Theorie zu den schmalbandigen adaptiven Filtern angewandt werden. Erfolgt die Anpassung zeitkontinuier- lich, kann das adaptive Verfahren zusätzlich die Signalform anpassen. Es ist ebenfalls möglich, die Kompensationsfaktoren durch eine analytische Berechnung (wie im vorhergehenden Kapi- tel angedeutet) zu ermitteln. Als digitale Hardware eignen sich je nach Verfahren und Algorith- mus FPGAs, DSPs, Mikrocontroller oder auch speziell entwickelte ASICs.
In Fig. 13 ist eine weitere mögliche Realisierung eines Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine breitbandige Unterdrückung mithilfe synthetisierter, zeitveränderlicher PWM-Signale ge- zeigt. Für eine breitbandige Unterdrückung kann die digitale Struktur aus Fig. 12 für jede zu betrachtende Schaltharmonische implementiert werden. Hierbei kann sich jedoch ein hoher Ressourcenaufwand für die digitale Hardware ergeben. Alternativ kann das breitbandige Signal uPWM( t ) im digitalen System prädiktiv synthetisiert werden. Dies ist notwendig, da eine ein- fache Messung des Signals uPWM(t) für eine systematische Verzögerungszeit sorgen würde, welche die Effektivität des Verfahrens einschränkt. Die Synthese kann analog zu Fig. 4 im digitalen System erfolgen. Hier kann sich ein geringerer Aufwand ergeben, wenn ein großer Frequenzbereich mit vielen Schaltharmonischen (inkl. Seitenbandharmonischen) entstört wer- den soll. Dieses breitbandige Signal muss nun so angepasst werden, dass die Impulsantworten hStör(t) und h Anti(t) kompensiert werden. Dazu wird die Impulsantwort ykomp(t) im digitalen System implementiert. Die Realisierung kann dabei beispielsweise durch FIR- oder IIR-Filter erfolgen. Die Koeffizienten können mit den gleichen Methoden wie Xkomp,k bestimmt werden. Zur Einhaltung der Kausalitätsbedingung kann uPWM(t) auch hier prädiktiv synthetisiert wer- den.
Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten Merkmale können in unterschiedler Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren, auch wenn diese zu unter- schiedlichen Ausführungsformen beschrieben worden sind.
Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Patentansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmalen nicht be- schränkt. Bezugszeichenliste leistungselektronisches System 1 elektromagnetische Störung 2 digitales Gegenstörsystem 3
Vorrichtung zur Regelung 4 des leistungselektronischen Systems
Ansteuerungssignale 5
Betriebsgrößen 6
Sollwert 7 erster Sensor 8
Analog-Digital -Wandler 9
Vorrichtung zur Anpassung der Vorhersage 10 einer elektromagnetischen Störung
Entkoppler 11
Störprädiktor 12
Gegenstörsynthetisierer 13
Gegenstörsignal 14
Digital-Analog-Wandler 15
Injektor 16 zweiter Sensor 17
Analog-Digital -Wandler 18
Reststörungen 19
Vorrichtung zur Anpassung der Synthese 20 eines passenden Gegenstörsignals
Störsenke 21
1. Option der Vorhersage 22
2. Option der Vorhersage 23 Analytische Berechnung 24
Stromnetznachbildung 25
Leistungsfaktorkorrektur 26
Klemme L Klemme N

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur prädiktiven Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen (2) von leistungselektronischen Systemen (1) die Vorrichtung umfassend: ein digitales Gegenstörsystem (3), wobei das digitale Gegenstörsystem (3) zu- mindest einen Störprädiktor (12) und einen Gegenstörsynthetisierer (13) umfasst, wobei der Störprädiktor (12) derart eingerichtet ist, zumindest eine Information für eine Vor- hersage einer elektromagnetischen Störungen eines leistungselektronischen Systems (1) zu erfassen (22, 23) und weiter derart eingerichtet ist, eine Vorhersage der elektromag- netischen Störung zu erstellen und an den Gegenstörsynthetisierer (13) zu übermitteln, der Gegenstörsynthetisierer (13) derart eingerichtet ist, ein passendes Gegenstörsignal (14) auf Grundlage der Vorhersage der elektromagnetischen Störung des Störprädiktors (12) zu synthetisieren, die Vorrichtung weiter zumindest einen Inj ektor (16) umfasst, wobei der Inj ektor (16) derart eingerichtet ist, das synthetisierte Gegenstörsignal (14) zeitrichtig in ein zu entstörendes Gesamtsystem einzukoppeln.
2. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (16) zumindest einen Kondensator, eine Spule und/oder einen Transformator zu Ein- kopplung des Gegenstörsignals in das Gesamtsystem umfasst.
3. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Störprädiktor (12) derart eingerichtet ist, zumindest eine Reglerinformation (5, 6) einer Vorrichtung zur Regelung des leistungselektronischen Systems (4) als Information für eine Vorhersage einer elektromagnetischen Störung zu erfassen (22).
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen ersten Sensor (8) umfasst, wobei der erste Sensor (8) nach dem leis- tungselektronischen System (1) angeordnet ist und derart eingerichtet ist, elektromag- netische Störungen (2) des leistungselektronischen Systems (1) zu erfassen und der Störprädiktor (12) derart eingerichtet ist, die an dem ersten Sensor (8) erfassten Störun- gen (2) des leistungselektronischen Systems (1) als Information für eine Vorhersage einer elektromagnetischen Störungen (2) zu erfassen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (8) ein Entkoppelelement umfasst, wobei das Entkoppelelement zumindest einen Kondensator und/oder eine Spule umfasst und derart eingerichtet ist, den ersten Sensor (8) von dem Injektor (16) und dem Gegenstörsystem (3) zu entkoppeln
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Vorrichtung zur Anpassung der Vorhersage einer elektromagnetischen Störung (10) umfasst, wobei die Vorrichtung zur Anpassung der Vorhersage einer elekt- romagnetischen Störung (10) zwischen dem ersten Sensor (8) und dem Störprädiktor (12) angeordnet ist und derart eingerichtet ist, die Vorhersage einer elektromagnetischen Störung (2) des Störprädiktors (12) durch Evaluierung einer durch den ersten Sensor (8) erfassten aufgetretenen Störung des leistungselektronischen Systems (1) anzupassen.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstörsynthetisierer (13) derart eingerichtet ist, mittels Syntheseparametem ange- passt zu werden, das digitale Gegenstörsystem (3) einen zweiten Sensor (17) umfasst, wobei der zweite Sensor (17) hinter dem Injektor (16) angeordnet ist und derart einge- richtet ist, nach der Einkopplung des synthetisierten Gegenstörsignals (14) verbleibende elektromagnetische Reststörungen (19) zu erfassen, das digitale Gegenstörsystem (3) eine Vorrichtung zur Anpassung der Synthese eines passenden Gegenstörsignals (20) umfasst, wobei die Vorrichtung zur Anpassung der Synthese eines passenden Gegen- störsignals (20) zwischen dem zweiten Sensor (17) und dem Gegenstörsynthetisierer (13) angeordnet ist und derart eingerichtet ist, die von dem zweiten Sensor (17) erfassten elektromagnetische Reststörungen (19) als Syntheseparameter für den Gegenstörsyn- thetisierer (13) bereitzustellen und den Gegenstörsynthetisierer (13) mittels der Synthe- separameter anzupassen.
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest einen Analog-Digital-Wandler und/oder einen Digital-Analog- Wandler zur Kopplung des digitalen Gegenstörsystems mit dem Gesamtsystem umfasst.
9. Verfahren zur prädiktiven Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen (2) von leistungselektronischen Systemen (1), das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Vorrichtung zur prädiktiven Unterdrückung von elektro- magnetischen Störungen (2) von leistungselektronischen Systemen (1) nach Anspruch 1, b) Erfassen von zumindest einer Information (22, 23) für eine Vorhersage einer elektromagnetischen Störung (2) mittels des Störprädiktors (12), c) Vorhersagen einer elektromagnetischen Störung (2) mittels des Störprädiktors (12), d) Synthese eines passenden Gegenstörsignals (14) mittels des Gegenstörsynthe- tisierers (13), wobei der Gegenstörsynthetisierer (13) ein Gegenstörsignal (14) auf Grundlage der Vorhersage der elektromagnetischen Störung (2) synthetisiert, e) Einkoppeln des Gegenstörsignals (14) in das Gesamtsystem mittels des Injek- tors (16), wobei die Einkopplung in einem für eine maximale destruktive Interferenz mit der Störung richtigen Zeitpunkt erfolgt.
10. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens von zumindest einer Information (22, 23) für eine Vorhersage einer elektro- magnetischen Störung mittels des Störprädiktors (12), zusätzlich einen der folgenden Schritte umfasst: f) Erfassen von zumindest einer Reglerinformation (22) einer Vorrichtung zur Regelung des leistungselektronischen Systems (4) mittels des Störprädiktors (12) als Information für eine Vorhersage einer elektromagnetischen Störung oder die Vorrichtung einen ersten Sensor (8) umfasst, wobei der erste Sensor (8) nach dem leistungselektronischen System (1) angeordnet ist, und das Verfahren den folgen- den Schritt umfasst: g) Erfassen einer elektromagnetischen Störung (2) des leistungselektronischen Systems (1) mittels des ersten Sensors (8) als Information für eine Vorhersage einer elektromagnetischen Störung.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor- richtung eine Vorrichtung zur Anpassung der Vorhersage einer elektromagnetischen Störung (10) umfasst, und das Verfahren den folgenden zusätzlichen Schritt umfasst: h) Anpassen der Vorhersagen einer elektromagnetischen Störung (2) mittels der Vorrichtung zur Anpassung der Vorhersage einer elektromagnetischen Störung (10) durch Evaluierung einer durch den ersten Sensor (8) erfassten, aufgetretenen elektro- magnetischen Störung (2) des leistungselektronischen Systems (1).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor- richtung einen zweiten Sensor (17) umfasst, wobei der zweite Sensor (17) hinter dem Injektor (16) angeordnet ist und das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte um- fasst: i) Erfassen einer verbleibenden Reststörung (19) nach der Einkopplung des Ge- genstörsignals (14) in das Gesamtsystem mittels des zweiten Sensors (17), der Gegenstörsynthetisierer (13) mittels Syntheseparametern angepasst werden kann, das digitale Gegenstörsystem (3) eine Vorrichtung zur Anpassung der Synthese eines passenden Gegenstörsignals (20) umfasst, das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte umfasst: j) Bereitstellen von Syntheseparametern für den Gegenstörsynthetisierer (13) auf
Grundlage der mittels des zweiten Sensors (17) erfassten, verbleibenden Rest- störungen (19) mittels der Vorrichtung zur Anpassung der Synthese eines pas- senden Gegenstörsignals (20), k) Anpassen des Gegenstörsynthetisierers (13) auf Grundlage der Synthesepara- metem.
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