DE102017201667A1 - Hochdynamische Steuerung von Multiport-DAB-Wandlern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen n-phasigen Multiport-DAB-Wandler (10), mit dem ein hochdynamischer transienter Betrieb ohne auftretende Oszillationen bei geringer transienter Belastung der Komponenten ermöglicht wird, sowie auf ein entsprechendes Verfahren (100) zum Betreiben dieses n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers (10). Jeder Schaltvorgang des Wandlers (10) wird dabei so ausgeführt, dass ein Spannungsverlauf an einem dieser Ports (1, 2, 3) nicht geändert wird und die transiente Leistungsänderung immer durch eine simultane Änderung von (m-1)! Phasenunterschieden, wobei nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden müssen, durch geeignete Wahl von Zwischenwinkeln vorgenommen wird, wobei die einzelnen Schaltvorgänge der n-Phasen innerhalb eines jeden der Ports (1, 2, 3) zeitlich verschoben unabhängig voneinander innerhalb einer Schaltperiode T des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers (10) geändert werden. Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung, Unsymmetrien in den Aufbauten von Multiport-DAB-Wandlern (insbesondere die Streuinduktivitäten des Transformators) auszugleichen.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung bezieht sich auf einen n-phasigen Multiport-DAB-Wandler, mit dem ein hochdynamischer transienter Betrieb ohne auftretende Oszillationen bei geringer transienter Belastung der Komponenten und damit verlustarm sowie ein Ausgleich von Unsymmetrien in den Aufbauten des Multiport-DAB-Wandlers, insbesondere die Streuinduktivitäten des Transformators, ermöglicht werden, sowie auf ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben dieses n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers.
• Hintergrund der Erfindung
• Ein Gleichspannungswandler, auch DC-DC-Wandler genannt, bezeichnet eine elektrische Schaltung, welche eine am Eingang zugeführte Gleichspannung in eine Gleichspannung mit höherem, niedrigerem oder invertiertem Spannungsniveau umwandelt. Bei Gleichspannungswandlern, die auf dem Funktionsprinzip einer „Dual Active Bridge (DAB)“-Topologie beruhen, wird die DC-Eingangsspannung durch einen Eingangswandler in eine AC-Spannung umgewandelt und damit ein Transformator gespeist. Der Ausgang des Transformators ist mit einem Ausgangswandler verbunden, der die AC-Spannung wieder in eine DC-Ausgangsspannung umwandelt. Hierbei wird sowohl der Eingangswandler (ein erster Port) als auch der Ausgangswandler (ein zweiter Port) mittels Halbleiterschalter aktiv geschaltet. Diese DC/DC-Wandler können in einphasigen oder mehrphasigen Konfigurationen implementiert werden. Bei einem Gleichspannungswandler mit „Dual Active Bridge (DAB)“-Topologie werden die Halbleiterschalter innerhalb eines jeden Ports in der Regel mit einem Tastgrad von 50 % und einem konstanten Phasenversatz von 120° betrieben, d.h. die Spannungs- und Stromverläufe der drei Phasen innerhalb eines Ports sind um 120° phasenverschoben. Die übertragene Leistung wird durch Variation des Phasenwinkels zwischen der Spannung auf der Primärseite und der Spannung auf der Sekundärseite eingestellt. Wird die übertragene Leistung und damit der eingestellte Phasenwinkel zwischen den Ports sprunghaft geändert, kommt es zu ungewünschten Oszillationen der Phasenströme und der Ströme im Zwischenkreiskondensator, was zu einer unsymmetrischen Belastung der Komponenten führt. Die Oszillationen klingen mit der Zeitkonstante L/R ab, wobei L die Summe aus der Streuinduktivität der Primärwicklung und der primärseitig bezogenen Streuinduktivität der Sekundärwicklung des Transformators bezeichnet, und R die Summe aus dem Widerstand der Primärwicklung und dem primärseitig bezogenen Widerstand der Sekundärwicklung ist.
• Sofern mehr als nur zwei elektrische Anlagen oder Geräte mit einem einzigen Wandler miteinander verbunden beziehungsweise versorgt werden sollen, kommen unter anderem sogenannte Multiport-DAB-Wandler zum Einsatz, die gegenüber einem Dual-Port-DAB-Wandler entsprechend mehrere über den zentralen Transformator verbundene Ports umfassen. Bei Multiport-DAB-Wandlern werden alle Ports aktiv geschaltet. Somit wird im Nachfolgenden mit dem gebräuchlichen Begriff Multiport-DAB-Wandler ein Multiport-Multi-Active-Bridge-Wandler bezeichnet.
• Gerade für Multiport-DAB-Wandler, die zur Verbindung bzw. zur Versorgung von mehreren elektrischen Anlagen oder Geräten eingesetzt werden, wäre ein hochdynamischer transienter Betrieb ohne auftretende Oszillationen zur schnellen Steuerung der Leistungsflüsse wünschenswert.
• EP 2 826 139 B1 offenbart einen 3-phasigen 2-Port-DAB-Wandler, der eine schnelle Regelung des Stroms bei gleichzeitiger Minimierung der Oszillationen des DC-Stroms bei Leistungsänderungen ermöglicht. Hierbei werden die primär- und sekundärseitigen Wandler so geschaltet, dass die Phasenwinkel der einzelnen Phasen im Schaltvorgang zeitlich unabhängig voneinander bei gleichzeitiger Minimierung oder Vermeidung von Oszillationen des DC-Stroms geändert werden. 2-Port-DAB-Wandler können allerdings lediglich zwei Anlagen oder Geräte miteinander verbinden. Wird das beschriebene Verfahren direkt auf einen der Phasenwinkel eines Multiport-DAB-Wandlers angewandt, so kommt es aufgrund der gegenseitigen Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Ports zu unkontrollierten Phasensprüngen in den anderen Ports und damit auch zu Oszillationen der entsprechenden Phasen- und DC-Ströme. Bei einer schnellen (sprunghaften) Änderung des Phasenwinkels teilt sich der Strom unsymmetrisch auf die einzelnen Phasen auf, es kommt zu Oszillationen in den Phasenströmen und im DC-Strom. Dies führt zu erhöhten Verlusten (Schalt- und Leitverluste) in den Halbleiterschaltern sowie zu hohen transienten Belastungen der Halbleiterschalter, Transformatoren (mögliche Sättigung des Magnetmaterials) und Zwischenkreiskondensatoren sowie zum Auftreten von sogenannten „hart schaltenden“ Einschaltvorgängen. Für n-phasige Multiport-DAB-Wandler ist bisher kein Verfahren bekannt, mit dem diese Oszillationen vermieden werden können. Folglich muss entweder die Dynamik des Wandlers reduziert oder der Wandler muss entsprechend überdimensioniert werden.
• Es wäre daher wünschenswert, Multiport-DAB-Wandler so betreiben zu können, dass ein hochdynamischer transienter Betrieb ohne auftretende Oszillationen bei geringer transienter Belastung der Komponenten, d.h. verlustarm, ermöglicht wird.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Multiport-DAB-Wandler bereitzustellen, mit dem ein hochdynamischer transienter Betrieb ohne auftretende Oszillationen bei geringer transienter Belastung der Komponenten und damit verlustarm ermöglicht wird. Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung, Unsymmetrien in den Aufbauten von Multiport-DAB-Wandlern (insbesondere die Streuinduktivitäten des Transformators), auszugleichen.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch einen n-phasigen Multiport-DAB-Wandler umfassend m Ports mit m ≥ 3, die jeweils als Eingangs- oder Ausgangsports betrieben werden können, wobei die Ports jeweils n aktiv geschaltete Phasenschaltungen mit jeweils mehreren aktiven Schaltern umfassen, wobei mindestens einer der Ports zur Umwandlung einer DC-Eingangsspannung in eine n-phasige Eingangswechselspannung und mindestens ein anderer der Ports zur Umwandlung einer entsprechenden n-phasigen Ausgangswechselspannung in eine DC-Ausgangsspannung vorgesehen ist, wobei jede der Phasenschaltungen eines Ports mit jeweils einer der Phasenschaltung aller anderen Ports über einen n-phasigen Transformator oder über jeweils einen Transformator zu jeweils einer der n-Phasen zur Transformierung der mindestens einen Eingangswechselspannung in die mindestens eine Ausgangswechselspannung gekoppelt ist, wobei für alle Kombinationen von jeweils zwei Ports der m Ports ein entsprechender Phasenunterschied φ_ij mit i ≤ m und j ≤ m sowie i ≠ j zwischen diesen zwei Ports definiert ist, wobei sich alle möglichen Permutationen beim n-phasigen Multiport-DAB-Wandler über eine Superposition von allen Kombinationen von jeweils zwei Ports der m Ports bestimmen lassen, wobei eine Steuerung der Schalter des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers dazu ausgestaltet ist, jeden Schaltvorgang so auszuführen, dass ein Spannungsverlauf an einem dieser Ports nicht geändert wird und eine transiente Leistungsänderung immer durch eine simultane Änderung von (m-1)! Phasenunterschieden, wobei nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden müssen, durch geeignete Wahl von Zwischenwinkeln vorgenommen wird, wobei die einzelnen Schaltvorgänge der n-Phasen innerhalb eines jeden der Ports zeitlich verschoben unabhängig voneinander innerhalb einer Schaltperiode des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers geändert werden. Hierbei bezeichnet die Schaltperiode T die zeitliche Periode gleich dem Inversen der Schaltfrequenz f. Vorzugsweise wird durch den Schaltvorgang ein Soll-Strom in den Ports nach T/3 oder T/2 innerhalb der Schaltperiode T erreicht.
• Der Phasenunterschied φ_ij bezeichnet dabei die Verschiebung der portseitigen Wechselspannungen zwischen jeweils zwei Ports i und j (beispielsweise φ₁₂, φ₁₃ und φ₂₃ mit φ₁₂ + φ₂₃ = φ₁₃ bei drei Ports und Multiport-DAB-Wandler). Der Ausdruck „(m-1)!“ bezeichnet in der Mathematik die Fakultät von (m-1), die dem Produkt aller natürlichen Zahlen ohne Null kleiner oder gleich der natürlichen Zahl (m-1) entspricht. Beispielsweise ist für m = 4 dann (m-1)! = 3! = 3 * 2* 1 = 6 oder für m = 3 dann (m-1)! = 2! = 2 * 1 = 2 oder für m = 2 dann (m-1) = 1! = 1 oder für m = 1 dann (m-1)! = 0! ≡ 1. Der Begriff „Zwischenwinkel“ bezeichnet dabei die Phasenunterschiede, die während des transienten Betriebs des Wandlers eingestellt werden. Diese Zwischenwinkel unterscheiden sich von den Phasenwinkeln, die im stationären Betrieb des Multiport-DAB-Wandlers vor und nach dem Lastsprung anliegen.
• Das im Stand der Technik für 2-Port DAB-Wandler beschriebene Verfahren wurde zur Steuerung der Phasenströme in den Ports eines DAB-Wandlers entwickelt und ist darauf ausgelegt, den Phasenunterschied zwischen beiden Ports entsprechend zu ändern. Bei einem Multiport-DAB-Wandler mit drei Ports gehören zu jedem der Ports allerdings zwei Phasenwinkel (für Port1 z.B. φ₁₂ und φ₁₃), welche die Phasenströme im Port bestimmen. Wird ein solches Verfahren bei einem Multiport-DAB-Wandler nicht gemäß dem Stand der Technik auf die Phasenströme der Ports (die ja von 2 Winkeln gleichzeitig abhängen) angewendet, sondern auf die theoretischen 2-Port-DAB-Phasenströme in einem Dreiecks-Ersatzschaltbild (das ein theoretisches Konstrukt ist und sich so in der Realität nicht wiederfindet) und werden alle Ströme im Dreiecks-Ersatzschaltbild ohne Überschwingen geregelt, so dass sich nach dem Superpositionsprinzip automatisch sauber geregelte Phasenströme ergeben.
• Hierbei kann je nach Anzahl m der Ports im n-phasigen Multiport-DAB-Wandler und Anwendung einer der Ports als Eingangsseite und alle anderen Ports jeweils als Ausgangsseiten fungieren, die gleiche oder unterschiedliche Ausgangsspannungen in den jeweiligen Ausgangsports bereitstellen können. Es können aber auch mehrere Ports alle als Eingangsseiten und nur ein anderer Port als gemeinsame Ausgangseite fungieren. Es können aber auch mehrere Ports jeweils als Eingangsseiten und mehrere andere Ports jeweils als Ausgangsseiten fungieren. Der erfindungsgemäße n-phasige Multiport-DAB-Wandler mit m Ports kann dabei je nach Anwendung drei, vier, fünf oder mehr Ports umfassen. Der Begriff „n-phasig“ bezeichnet alle einphasigen, zweiphasigen, dreiphasigen und noch mehr phasigen Multiport-DAB-Wandler. Ein mehrphasiges System bietet die Möglichkeit einer „Leistungsskalierung“ durch das Zu- bzw. Abschalten von Phasen in Abhängigkeit der benötigten Leistung. Je höher die Phasenanzahl gewählt wird, desto geringer wird in der Regel die Stromwelligkeit im Zwischenkreiskondensator - dementsprechend kann auch ein kleinerer Zwischenkreiskondensator gewählt werden. Bei dreiphasigen Multiport-DAB-Wandlern umfasst jeder Port jeweils drei Phasenschaltungen für die drei Phasen. Hierbei ist der Mittelabgriff einer jeden Phasenschaltung eines Ports über einen Transformator mit dem jeweiligen Mittelabgriff der jeweils anderen Phasenschaltung der anderen Ports magnetisch gekoppelt. Der Begriff Phasenschaltung bezeichnet hier den Teil eines jeden Ports, der die Schalter der jeweiligen Phase umfasst.
• Je nach Ausführungsform können zwei oder mehr aktive Schalter pro Phasenschaltung verwendet werden. Geeignete Schalter für die Phasenschaltungen sind aktive Halbleiterschalter (Leistungshalbleiter) wie beispielsweise abschaltbare Thyristoren, Transistoren, MOSFETs, IGBTs („insulated gate bipolar transistors“) oder IGCTs („Integrated Gate-Commutated Thyristor“) mit intelligenten Gate-Treibern. Der Fachmann kann alternativ auch andere geeignete aktive Halbleiterschalter verwenden.
• Der Transformator bezeichnet hier den magnetischen Kreis - meist ein Ferrit- oder Eisenkern -, mit den entsprechenden Wicklungen der jeweiligen Phasen der Ports um den magnetischen Kern herum. Sofern jede der Phasen einen separaten Transformator umfasst, sind nur die Leiter einer jeweiligen Phase um den dieser Phase zugeordneten Transformator gewickelt. Die magnetischen Kerne der Transformatoren der einzelnen Phasen sind physikalisch getrennt voneinander. Ein mehrphasiger Transformator bezeichnet dagegen einen Transformator, der einen gemeinsamen magnetischen Kern für alle Phasen besitzt, wobei die Wicklungen der einzelnen Phasen an unterschiedlichen, voneinander separierten Bereichen des magnetischen Kerns angeordnet sein können. In einer Ausführungsform für einen dreiphasigen Gleichspannungswandler gemäß der vorliegenden Erfindung ist der mehrphasige Transformator ein dreiphasiger Transformator. Das Prinzip eines Multiport-DAB-Wandlers ist es in beiden Fällen, über die AC-Spannungen am Transformator einen gezielten Spannungsabfall über der Streuinduktivität des Transformators hervorzurufen und damit den Leistungsfluss zu steuern. Aktiv geschaltete Phasenschaltungen ermöglichen die unabhängige Steuerung des Phasenunterschieds zwischen den, an den Streuinduktivitäten des Transformators anliegenden, portseitigen Wechselspannungen und damit die gezielte Steuerung des Leistungsflusses.
• Mit dem obigen n-phasigen Multiport-DAB-Wandler wird ein Multiport-Wandler bereitgestellt, mit dem ein verlustarmer hochdynamischer Betrieb ohne auftretende Oszillationen bei geringer transienter Belastung der Komponenten (Schalter, Transformatoren und Zwischenkreiskondensatoren) ermöglicht wird, was wiederum eine hochdynamische Änderung der übertragenen Leistungen zwischen den Ports eines Multiport-DAB-Wandlers ermöglicht. Ohne die Minimierung oder Vermeidung der Oszillationen könnte der Phasenunterschied zwischen den Ports zur Leistungsübertragung entweder nur langsam geändert werden oder aber die Komponenten müssten für die auftretenden transienten Belastungen ausgelegt, d.h. entsprechend überdimensioniert, werden. Mit der zeitlich unabhängigen Einstellung der Phasenunterschiede für die einzelnen Phasen im Schaltvorgang in Verbindung mit der Wahl eines Ports, an dem der Spannungsverlauf beim Schaltvorgang nicht geändert wird, ermöglicht die vorliegende Erfindung eine schnelle Änderung aller (m-1)! Phasenunterschiede zwischen allen Ports, wobei unter Berücksichtigung des Superpositionsprinzips nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden müssen, was ein hochdynamisches Stellen des Stroms (schnelle Regelung des Stroms) und damit eine schnelle Leistungsübertragung ermöglicht. Insbesondere ist eine schnelle Leistungsflussumkehr oder Regelung der Leistung auf „0“ möglich.
• Ferner vermeidet man DC-Offsets in den Phasenströmen und kann bestehende hardwareseitige Unsymmetrien des Transformators sowie unsymmetrische Stromaufteilungen in den Phasenströmen ausgleichen, d.h. symmetrieren. Durch die vermiedenen Oszillationen und Unsymmetrien können außerdem die Schalt- und Leitverluste in den Schaltern sowie die ohmschen Verluste in den Komponenten verringert werden. Dies gilt insbesondere für Multiport-DAB-Wandler, da die Entwicklung und Herstellung eines komplett symmetrischen Wandlers (Transformator, Schaltzelle) mit steigender Anzahl an Ports und Phasen immer komplizierter und kostspieliger wird. Hierbei handelt es sich um ein stationäres Einsatzgebiet, wohingegen die Steuerung an sich für den transienten Betrieb vorgesehen ist.
• Die Schaltung kann hierbei Teil des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers sein, um sicherzustellen, dass der Wandler im Sinne der Erfindung betrieben wird. Dies ist unter anderem für Ausführungsformen wichtig, die nur im Rahmen des erfindungsgemäßen n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers betrieben werden können. Hier schützt die in den n-phasigen Multiport-DAB-Wandler integrierte Steuerung vor einem Falschbetrieb.
• Der erfindungsgemäße n-phasige Multiport-DAB-Wandler kann auch als bidirektionaler Wandler betrieben werden. Im Gegensatz zu unidirektionalen Wandlern ist es bei bidirektionalen Gleichspannungswandlern unerheblich, welcher Port als Eingang und welcher Port als Ausgang definiert wird. Eine bidirektionale Energieflussrichtung erlaubt sowohl einen Leistungsfluss von einem definierten Eingang (ein oder mehreren Ports) zum Ausgang (ein oder mehreren Ports) hin als auch umgekehrt.
• In einer Ausführungsform wird der Port, an dem der Spannungsverlauf nicht geändert wird, als Bezugspunkt verwendet, und die transiente Leistungsänderung wird durch die geeignete Wahl von Zwischenwinkeln bezogen auf diesen Bezugspunkt vorgenommen. Zwar kann die erfindungsgemäße Regelung auch ohne Bezugspunkt angewendet werden. In diesem Fall müssten die ermittelten Phasenversätze mit den (transienten) Phasenverschiebungen des sich dann veränderten Ports überlagert werden. Daher muss der Phasenwinkel berechnet werden, der sich im anderen Fall automatisch durch die Superposition der anderen Winkel ergibt. Im Fall der Verwendung des betreffenden Ports als Bezugspunkt fällt diese Berechnung weg, sodass das Schaltverfahren einfacher ausgeführt werden kann.
• In einer Ausführungsform wird dazu während des Schaltvorgangs die simultane Änderung von (m-1)! Phasenunterschieden, wobei nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden müssen, bezogen auf einen Bezugspunkt unabhängig von fallenden und steigenden Flanken der Eingangs- und Ausgangswechselspannungen der Ports eingestellt. In einer Ausführungsform sind dabei die Phasenunterschiede φ_ij für steigende und fallende Flanken unterschiedlich.
• In einer weiteren Ausführungsform sind Snubber-Kondensatoren den aktiven Schaltern hinzugefügt, was den Wirkungsgrad des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers weiter steigert. Als Snubber-Kondensatoren werden Kondensatoren bezeichnet, die parallel zu den Halbleiterschaltern angeordnet sind. Bei hartschaltenden Einschaltvorgängen würden sich die so angeordneten Kondensatoren augenblicklich über die Halbleiterschalter entladen, was zu hohen Verlusten bis hin zur Zerstörung der Halbleiterschalter führen kann. Dass der erfindungsgemäße n-phasige Multiport-DAB-Wandler auch bei hochdynamischen Laständerungen erfindungsgemäß weichschaltend betrieben werden kann, macht den Einsatz von Snubber-Kondensatoren erst möglich. Ein erfindungsgemäßer n-phasiger Multiport-DAB-Wandler kann natürlich auch ohne Snubber-Kondensatoren betrieben werden.
• In einer Ausführungsform werden in ein oder mehreren Ports für hartes Schalten ungeeignete Halbleiterschalter als Schalter verwendet. Dies wird durch den weichschaltenden Betrieb, auch im Fall von hochdynamischen Laständerungen, ermöglicht und erlaubt eine weitere Steigerung des Wirkungsgrads. Solche für das harte Schalten ungeeignete Halbleiterschalter sind unter anderem Schalter mit sogenannten Super-Junction-Bauteilen, beispielsweise Schalter mit Bauteilen aus der CoolMOS-Serie wie der 650V CoolMOS™ C7. Super-Junction Bauteile haben aufgrund ihrer internen Struktur einen extrem hohen „Reverse-Recovery-Strom“, der beim harten Einschalten zu extrem hohen Stromspitzen führt. Diese Stromspitzen liegen teils weit oberhalb der Stromtragfähigkeit der Schalter, so dass sich die Schalter bei einem einmaligen harten Einschaltvorgang sogar „selbst“ zerstören können.
• In einer Ausführungsform ist der n-phasige Multiport-DAB-Wandler ein einphasiger Multiport-DAB-Wandler. Bei einphasigen Multiport-DAB-Wandlern wird eine geringere Anzahl an Halbleiterschaltern und damit auch an entsprechenden Treiberschaltungen benötigt, so dass sich für kleine Leistungen ein kostengünstiger Aufbau realisieren lässt. Für einphasige Multiport-DAB-Wandler sind außerdem alternative Ansteuerverfahren bekannt, die auch bei hohen Spannungsdifferenzen zwischen den Ports einen komplett weichschaltenden Betrieb ermöglichen.
• In einer weiteren Ausführungsform wird der 1-phasige Multiport-DAB-Wandler so betrieben, dass an einem ersten der Ports der Spannungsverlauf nicht geändert wird, vorzugsweise dient der erste Port als Bezugspunkt, und die Phasenunterschiede φ₁₂ und φ₁₃ zwischen dem ersten Port und den jeweils beiden anderen Ports eingestellt werden oder dass an einem zweiten der Ports der Spannungsverlauf nicht geändert wird, vorzugsweise dient der zweite Port als Bezugspunkt, und die Phasenunterschiede φ₂₃ und φ₂₁ zwischen dem zweiten Port und den jeweils anderen Ports mit φ₂₁ = - φ₁₂ eingestellt werden.
• In einer anderen Ausführungsform ist der n-phasige Multiport-DAB-Wandler ein 3-phasiger Multiport-DAB-Wandler. Ein dreiphasiger Wandler bietet in der Regel den besten Kompromiss aus Bauteilaufwand (Anzahl der benötigen Halbleiter) und der Höhe des Stromrippels im Glättungskondensator, welcher die Größe des Kondensators bestimmt. Zusätzliche Vorteile liegen außerdem in der hohen Verfügbarkeit der Komponenten wie z.B. von Sixpack-Modulen (Halbleitermodule), Transformatorkernen, etc..
• In einer Ausführungsform umfasst der 3-phasige Multiport-DAB-Wandler drei Ports, die über einen oder mehrere im Stern- und/oder Dreieck verschalteten Transformator miteinander verbunden sind.
• In einer weiteren Ausführungsform wird der 3-phasige Multiport-DAB-Wandler so betrieben, dass ein Erster der Ports der Spannungsverlauf nicht geändert wird, vorzugsweise dient der erste Port als Bezugspunkt, und die Phasenunterschiede φ₁₂ und φ₁₃ zwischen dem ersten Port und den jeweils beiden anderen Ports eingestellt werden oder dass ein Zweiter der Ports der Spannungsverlauf nicht geändert wird, vorzugsweise dient der zweite Port als Bezugspunkt, und die Phasenunterschiede φ₂₃ und φ₂₁ zwischen dem zweiten Port und den jeweils anderen Ports mit φ₂₁ = - φ₁₂ eingestellt werden. Hierbei kann jeder Port auch als Bezugspunkt fungieren.
• In einer weiteren Ausführungsform wird der n-phasige Multiport-DAB-Wandler im stationären Betrieb zu einer Symmetrierung von Unsymmetrien im n-phasigen Multiport-DAB-Wandler betrieben. Damit können Unsymmetrien in den Aufbauten von Multiport-DAB-Wandlern (insbesondere die Streuinduktivitäten des Transformators) ausgeglichen werden.
• Die Erfindung betrifft des Weiteren ein System aus einem n-phasigen Multiport-DAB-Wandler umfassend mindestens m Ports m ≥ 3, die jeweils als Eingangs- oder Ausgangsports betrieben werden können, wobei die Ports jeweils n aktiv geschaltete Phasenschaltungen mit jeweils mehreren aktiven Schaltern umfassen und einer Steuerung, die zur Steuerung mit den Schaltern geeignet verbunden ist, wobei mindestens einer der Ports zur Umwandlung einer DC-Eingangsspannung in eine n-phasige Eingangswechselspannung und mindestens ein anderer der Ports zur Umwandlung einer entsprechenden n-phasigen Ausgangswechselspannung in eine DC-Ausgangsspannung vorgesehen ist, wobei jede der Phasenschaltungen eines Ports mit jeweils einer der Phasenschaltung aller anderen Ports über einen n-phasigen Transformator oder über jeweils einen Transformator zu jeweils einer der n-Phasen zur Transformierung der mindestens einen Eingangswechselspannung in die mindestens eine Ausgangswechselspannung gekoppelt ist, wobei für alle Kombinationen von jeweils zwei Ports der m Ports ein entsprechender Phasenunterschied φ_ij mit i ≤ m und j ≤ m sowie i ≠ j zwischen diesen zwei Ports definiert ist, wobei sich alle möglichen Permutationen beim n-phasigen Multiport-DAB-Wandler über eine Superposition von allen Kombinationen von jeweils zwei Ports der m Ports bestimmen lassen, wobei die Steuerung der Schalter des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers dazu ausgestaltet ist, jeden Schaltvorgang so auszuführen, dass ein Spannungsverlauf an einem dieser Ports nicht geändert wird und eine transiente Leistungsänderung immer durch eine simultane Änderung von (m-1)! Phasenunterschieden, wobei nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden müssen, durch geeignete Wahl von Zwischenwinkeln vorgenommen wird, wobei die einzelnen Schaltvorgänge der n-Phasen innerhalb eines jeden der Ports zeitlich verschoben unabhängig voneinander innerhalb einer Schaltperiode des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers geändert werden. In diesem System ist die Steuerung nicht Teil des n-phasigen Multiport-DAB-Wandler selbst, sondern eine externe mit dem n-phasigen Multiport-DAB-Wandler verbundene Komponente zur Steuerung der Schalter. Diese Ausführungsform kann dann angewendet werden, wenn die Steuerung vor Ort auf die jeweilige Anwendung angepasst werden soll. Bei einer solchen Steuerung, die kein integraler Bestandteil des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers ist, sondern mit diesem ein zusammenhängendes System bildet, kann diese beispielsweise durch einen separat verbauten Mikrocontroller (DSP) oder FPGA realisiert werden, die dann über einen sogenannten Treiber (der in der Regel ein Teil des leistungselektronischen Wandlers ist) mit den Schaltern verbunden wird. Die Steuerung kann sowohl mit Leiterbahnen auf einer Platine zusammen mit den Halbleiterschaltern integriert werden als auch auf separaten/externen Platinen angebracht und dann über Kabel verbunden werden. Die Art der Kabel/Verbindung kann dabei beliebig ausgeführt sein, z.B. über Leiterkarten, einfache Kabel, Koaxialkabel, Flachbandkabel, RJ-45 Kabel, optische Signale (z.B. Lichtwellenleiter), etc. Solange der Multiport-DAB-Wandler die entsprechenden Schnittstellen zum Treiber bereit stellt könnte die Steuerung auch als Steuerplattform/Control-Rack mit dem Multiport-DAB-Wandler verbunden werden. Das erfindungsgemäße System ermöglicht somit, den n-phasigen Multiport-DAB-Wandler bei niedrigem Schaltungsaufwand auch im transienten Betrieb als einen Wandler mit einem hohen Wirkungsgrad und reduzierter Bauteilbelastung zu betreiben. Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße System, Unsymmetrien in den Aufbauten von Multiport-DAB-Wandlern (insbesondere die Streuinduktivitäten des Transformators), auszugleichen
• Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum hochdynamischen transienten Betrieb eines erfindungsgemäßen n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers oder eines erfindungsgemäßen Systems zur Leistungsübertragung ohne auftretende Oszillationen und zum Ausgleich von Unsymmetrien im n-phasigen Multiport-DAB-Wandler mit m Ports mit m ≥ 3, die jeweils als Eingangs- oder Ausgangsports betrieben werden können und jeweils n aktiv geschaltete Phasenschaltungen mit jeweils mehreren aktiven Schaltern umfassen und die über einen n-phasigen Transformator oder über jeweils einen Transformator zu jeweils einer der n-Phasen zur Transformierung mindestens einer Eingangswechselspannung in mindestens eine Ausgangswechselspannung gekoppelt sind, umfassend die Schritte:
• - Bestimmen aller möglichen Permutationen der jeweiligen Phasenunterschiede φ_ij mit i ≤ m und j ≤ m sowie i ≠ j, die für alle Kombinationen von jeweils zwei Ports der m Ports zwischen diesen zwei Ports definiert sind, über eine Superposition von allen Kombinationen von jeweils zwei Ports der m Ports,
• - Wählen eines Ports für einen Schaltvorgang, bei dem ein Spannungsverlauf nicht geändert wird;
• - Vornahme einer geeigneten Wahl von Zwischenwinkeln, und
• - Ausführen des Schaltvorgangs durch eine Steuerung der Schalter zur transienten Leistungsänderung immer durch eine simultane Änderung von (m-1)! Phasenunterschieden, wobei nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden müssen, durch die geeignete Wahl der Zwischenwinkel, wobei die einzelnen Schaltvorgänge der n-Phasen innerhalb eines jeden der Ports zeitlich verschoben unabhängig voneinander innerhalb einer Schaltperiode des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers geändert werden.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich ein n-phasiger Multiport-DAB-Wandler hochdynamisch bei gleichzeitig geringer transienter Belastung der Komponenten (Schalter, Transformator und Zwischenkreiskondensatoren), d.h. verlustarm, betreiben, ohne dass dabei Oszillationen auftreten, was wiederum eine hochdynamische Änderung der übertragenen Leistungen zwischen den Ports eines Multiport-DAB-Wandlers ermöglicht. Ohne die Minimierung oder Vermeidung der Oszillationen könnte der Phasenunterschied zwischen den Ports zur Leistungsübertragung entweder nur langsam geändert werden oder aber die Komponenten müssten für die auftretenden transienten Belastungen ausgelegt, d.h. entsprechend überdimensioniert, werden. Mit der zeitlich unabhängigen Einstellung der Phasenunterschiede für die einzelnen Phasen im Schaltvorgang in Verbindung mit der Wahl eines Ports, an dem der Spannungsverlauf beim Schaltvorgang nicht geändert wird, ermöglicht die vorliegende Erfindung eine schnelle Änderung der (m-1)! Phasenunterschiede zu allen anderen Ports, wobei unter Berücksichtigung des Superpositionsprinzips nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden müssen, was ein hochdynamisches Stellen des Stroms (schnelle Regelung des Stroms) und damit eine schnelle Leistungsübertragung ermöglicht, insbesondere ist eine schnelle Leistungsflussumkehr oder Regelung der Leistung auf „0“ möglich. Ferner vermeidet man DC-Offsets in den Phasenströmen und kann die Unsymmetrien des Transformators und somit die Stromaufteilung der Phasenströme symmetrieren. Durch die vermiedenen Oszillationen und Unsymmetrien können außerdem die Schalt- und Leitverluste in den Schaltern sowie die ohmschen Verluste in den Komponenten verringert werden. Die Streuinduktivitäten und Widerstände des Transformators können dabei bezogen auf ein äquivalentes Dreiecks-Ersatzschalbild bestimmt werden.
• In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Port, an dem der Spannungsverlauf nicht geändert wird, als Bezugspunkt verwendet, und die transiente Leistungsänderung wird durch die geeignete Wahl von Zwischenwinkeln bezogen auf diesen Bezugspunkt vorgenommen.
• In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die simultane Änderung von (m-1)! Phasenunterschieden, wobei nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden müssen, bezogen auf diesen Bezugspunkt unabhängig von fallenden und steigenden Flanken der Eingangs- und Ausgangswechselspannungen ausgeführt.
• In einer weiteren Ausführungsform wird das Verfahren für den n-phasigen Multiport-DAB-Wandler auf einen 1-phasigen Multiport-DAB-Wandler mit m Ports angewendet.
• In einer alternativen Ausführungsform wird das Verfahren für den n-phasigen Multiport-DAB-Wandler auf einen 3-phasigen Multiport-DAB-Wandler mit drei Ports angewendet. In einer weiteren Ausführungsform wir hierbei der 3-phasige Multiport-DAB-Wandler so betrieben, dass ein erster Port 1 als Bezugspunkt dient und die Phasenunterschiede φ₁₂ und φ₁₃ zwischen dem Bezugspunkt und den jeweils beiden anderen Ports eingestellt werden und oder dass ein zweiter der Ports 2 als Bezugspunkt dient und die Phasenunterschiede φ₂₃ und φ₂₁ zwischen dem Bezugspunkt und den jeweils anderen Ports mit φ₂₁ = - φ₁₂ eingestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform wird hierbei der Schaltvorgang so ausgeführt, dass der Soll-Strom in den Ports nach T/3 oder T/2 innerhalb der Schaltperiode T erreicht wird.
• In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der n-phasige Multiport-DAB-Wandler zu einer Symmetrierung von Unsymmetrien im n-phasigen Multiport-DAB-Wandler im stationären Betrieb betrieben.
• Figurenliste
• Diese und andere Aspekte der Erfindung werden im Detail in den Abbildungen wie folgt gezeigt:
• 1: Topologie eines n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers als 3-phasiger Multiport-DAB-Wandler mit drei Ports;
• 2: ein auf Port 1 bezogenes 1-phasiges-Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen 3-phasigen Multiport-DAB-Wandlers mit drei Ports aus 1;
• 3: transienter Verlauf der Phasenströme in einem 3-phasigen Multiport-DAB-Wandler mit drei Ports bei einem Lastsprung ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
• 4: transienter Verlauf der Phasenströme in einem 3-phasigen Multiport-DAB-Wandler mit drei Ports bei Lastsprung unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
• 5: mögliche Spannungsverläufe der jeweils ersten Phase aller drei Ports beim Schalten eines 3-phasigen 3-Port DAB-Wandlers gemäß der vorlegenden Erfindung;
• 6: eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers;
• 7: n-phasiger Multiport-DAB-Wandler mit Steuerung zum Betreiben gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;
• 8: System aus n-phasigem Multiport-DAB-Wandler und einer Steuerung zum Betreiben gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
• Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• 1 zeigt die Topologie eines n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers hier als 3-phasiger Multiport-DAB-Wandler mit drei Ports 1, 2, 3, die jeweils als Eingangs- oder Ausgangsports (bidirektionaler Betrieb) betrieben werden können, wobei die Ports 1, 2, 3 jeweils drei aktiv geschaltete Phasenschaltungen 11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33 (großes gestricheltes Rechteck) mit jeweils zwei aktiven Schaltern 4 (kleines gestricheltes Quadrat) umfassen, wobei hier beispielsweise der erste Port 1 zur Umwandlung einer DC-Eingangsspannung V1 in eine 3-phasige Wechselspannung 41, 42, 43 und die zweiten und dritten Ports 2, 3 zur Umwandlung entsprechender 3-phasiger Wechselspannungen 51, 52, 53, 61, 62, 63 in zwei DC-Ausgangsspannungen V2, V3 vorgesehen sind, wobei jede der Phasenschaltung 11, 12, 13 des ersten Ports 1 mit jeweils der entsprechenden Phasenschaltung 21, 22, 23, 31, 32, 33 der beiden anderen Ports 2, 3 über den 3-phasigen Transformator 7 (oder über jeweils einen Transformator zu jeweils einer der n-Phasen, hier nicht gezeigt) zur Transformierung der Eingangswechselspannung 41, 42, 43 in die zwei Ausgangswechselspannungen 51, 52, 53, 61, 62, 63 gekoppelt ist. Der Transformator 7 besitzt hierbei ein Übersetzungsverhältnis n1:n2 zwischen dem erstem Port 1 und dem zweitem Port 2 sowie ein Übersetzungsverhältnis n1:n3 zwischen dem erstem Port 1 und dem drittem Port 3. Dementsprechend ergibt sich auch ein Übersetzungsverhältnis n2:n3 zwischen dem zweiten Port 2 und dem dritten Port 3. Mit L1 - L3 sind die entsprechenden Streuinduktivitäten des Transformators 7 bezeichnet. Die jeweiligen Ports 1, 2 und 3 umfassen zudem jeweils Glättungskondensatoren 91, 92, 93.
• 2 zeigt ein auf Port 1 bezogenes 1-phasiges-Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen 3-phasigen Multiport-DAB-Wandlers mit drei Ports für Phase „u“, wo die Verläufe der Leistungsflüsse P1, P2, P3 der jeweiligen Ports 1, 2, 3 und die Leistungsübertragung P12 zwischen Port 1 und Port 2, die Leistungsübertragung P13 zwischen Port 1 und Port 3 und die Leistungsübertragung P23 zwischen Port 2 und Port 3 sowie die Streuinduktivität L12 und Widerstand R12 zwischen Port 1 und 2, die Streuinduktivität L13 und Widerstand R13 zwischen Port 1 und 3 und die Streuinduktivität L23 und Widerstand R23 zwischen Port 2 und 3 als Ersatzschaltbild für den entsprechenden Transformator 7 veranschaulicht sind. I’u,1; I’u,2 und I’u,3 bezeichnen die jeweiligen Phasenströme sowie V’u,1; V’u,2 und V’u,3 die jeweiligen Phasenspannungen der Phase u in den Ports 1, 2, 3. Da der erzeugte Wechselstrom sich stufenförmig ändert, ist das Wechselspannungssymbol als Stufenkurve dargestellt. Auf diese Weise lässt sich der 3-phasige Multiport-DAB-Wandler als eine Superposition von drei 3-phasigen („2-Port“-)Dual-Active-Bridge-Wandlern darstellen. Da im Rahmen des Ersatzschaltbilds in 3 die galvanische Trennung und damit das Übersetzungsverhältnis des Transformators „aufgehoben wurde“, sind alle Größen auf einen Port bezogen worden, d.h. entsprechend transformiert, hier auf Port 1. Es gelten die folgenden Beziehungen:
• - Leistungsabfluss P1 aus Port 1 = P12 + P13
• - Leistungsabfluss P2 aus Port 2 = -P12 + P23
• - Phasenunterschiede: φ₁₃ = φ₁₂ + φ₂₃
• Hierbei bezeichnet P12 eine im Dreiecks-Ersatzschaltbild zwischen Port 1 und Port 2 fließende Leistung. Entsprechend bezeichnet P13 die zwischen Port 1 und Port 3 fließende Leistung und P23 die zwischen Port 2 und Port 3 fließende Leistung. Die so definierten Leistungen im Dreiecks-Ersatzschaltbild sind ein theoretisches Konstrukt, das im Rahmen der Erfindung herangezogen wird um den dreiphasigen Multiport-DAB-Wandler als eine Superposition von mehreren dreiphasigen DAB-Wandlern mit jeweils zwei Ports dazustellen. Diese Leistungen sind in einem realen Wandler nicht messbar und stimmen in der Regel nicht mit den Leistungen P1, P2, P3 an den Ports überein.
• Mit der Darstellung des 3-phasigen Multiport-DAB-Wandlers als Superposition mehrerer 3-phasiger Dual-Active-Bridges können die Verfahren eines DAB-Wandlers mit zwei Ports erfindungsgemäß auch für den n-phasigen Multiport-DAB-Wandler angepasst und angewandt werden, wobei allerdings die folgenden mit Spiegelstrichen gekennzeichneten Anpassungen an den für DAB-Wandler mit zwei Ports bekannten Verfahren vorgenommen werden müssen:
• - Für einen komplett symmetrischen Transformator gelten die folgenden Zusammenhänge R-Dreieck = 3 R und L-Dreieck = 3 L.
• - Das Verfahren zur Stromregelung wird nicht auf die Phasenströme der Ports sondern auf die theoretischen Ströme, die im Dreiecks-Ersatzschaltbild fließen, angewandt und damit nur indirekt auf die Phasenströme. Es werden somit die Ströme zwischen den Ports und nicht die Ströme I’u,1, I’u,2 und I’u,3 geregelt.
• - Es müssen alle Phasenunterschiede simultan angepasst und geregelt werden. Aufgrund der Beziehung φ₁₃ = φ₁₂ + φ₂₃ müssen dabei aber immer nur zwei Phasenunterschiede gleichzeitig aktiv angepasst werden. Die Änderung der Phasenunterschiede, d.h. das Verfahren zur Stromregelung, muss sich dabei immer auf einen bestimmten Port als gemeinsamen Bezugspunkt beziehen. Beispiel:
  • • Möglich: Es werden die Phasenunterschiede φ₁₂ und φ₁₃ eingestellt. Port 1 dient hierbei als gemeinsamer Bezugspunkt, d.h. der Spannungsverlauf an Port 1 wird durch die Regelverfahren nicht verändert.
  • • Mit dem für DAB-Wandler beschriebenem Vorgehen nicht möglich: Die Phasenunterschiede φ₁₂ und φ₂₃ sollen eingestellt werden. Während das Verfahren zur Regelung von φ₂₃ von einem festgelegten Spannungsverlauf an Port 2 ausgeht, wird dieser durch die Regelung von φ₁₂ verändert. Für eine erfolgreiche Adaption der bekannten Verfahren müssen stattdessen φ₂₃ und φ₂₁ = - φ₁₂ geregelt werden. Alternativ müssten die Verfahren derart adaptiert werden, dass die Änderungen der für Port 3 berechneten Phasenunterschiede einschließlich der zugehörigen Schaltaugenblicke mit den transienten Phasenunterschieden und Schaltaugenblicken an Port 2, d.h. den aus der Regelung von φ₂₁ resultierenden, superponiert werden.
• Um den Effekt des erfindungsgemäßen n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers und das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren darzustellen, wurden beispielhafte Simulationsrechnungen unter folgenden Bedingungen durchgeführt:
• - eine Schaltfrequenz von f = 20 kHz
• - ideale Schalter
• - Spannung V1 von Port 1: 5000 V
• - Spannung V2 von Port 2: 380 V
• - Spannung V3 von Port 3: 760 V
• - Übersetzungsverhältnis des Transformators
  • 1:12 zwischen Port 1 und Port 2 (n1:n2)
  • 1:6 zwischen Port 1 und Port 3 (n1:n3)
• - Symmetrische Streuinduktivitäten, bezogen auf Port 1: 1,2 mH
• - Symmetrische Phasenwiderstände, bezogen auf Port 1: 200 mΩ
• Die 3 und 4 zeigen den Verlauf der Phasenströme der einzelnen Ports (Port 1 - 3) gemäß obiger Simulationsrechnung bei einer sprunghaften Änderung des Phasenwinkels und somit der Leistung zum Zeitpunkt t=1ms. Dargestellt ist die Sprungantwort von P1 = P2 = P3 = 0 W auf P1 = 80 kW, P2 = -55 kW und P3 = -25 kW
• 3 zeigt die Phasenströme IP1, IP2, IP3 aller drei Ports 1, 2, 3 einschließlich der dazugehörigen DC-Ströme I1, I2, I3 in einem 3-phasigen Multiport-DAB-Wandler mit drei Ports 1, 2, 3 als Funktion der Zeit t in Millisekunden bei einem zufällig gewählten Lastsprung bei 1ms ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die auftretenden Oszillationen und die daraus resultierenden Überschwinger der Phasenströme IP im Einschwingvorgang (der maximale Strom in Port 2 beträgt mehr als 300 A) sind deutlich zu erkennen. Diese Oszillationen spiegeln sich auch in den überlagerten Ausgangsströmen der Ports 1, 2, 3 wieder.
• 4 zeigt die Phasenströme IP1, IP2, IP3 aller drei Ports 1, 2, 3 einschließlich der dazugehörigen DC-Ströme I1, I2, I3 in einem 3-phasigen Multiport-DAB-Wandlers mit drei Ports 1, 2, 3, bei einem zufällig gewählten Lastsprung zum Zeitpunkt t = 1 ms von P1, P2, P3 = 0 W auf P1 = 80 kW, P2 = -55 kW, P3 = -25 kW unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hier werden keine Oszillationen in den Phasenströmen IP1, IP2, IP3 oder in den Ausgangsströmen I1, I2, I3 angeregt, der gewünschte eingeschwungene Zustand wird sofort erreicht. Außerdem überschreiten die maximalen Stromwerte zu keinem Zeitpunkt die Werte im stationären Zustand und liegen damit weit unterhalb von den maximalen Stromwerten aus 3.
• 5 zeigt mögliche Spannungsverläufe Vu,p1, Vv,p1, Vw,p1, V’u,p2, V’v,p2, V’w,p2, V’u,p3, V’v,p3, V’w,p3 der jeweiligen Phasen V1, V2, V3 aller drei Ports 1, 2, 3 beim Schalten eines 3-phasigen 3-Port DAB-Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist der Port 1 als beispielhafter Bezugspunkt B gewählt, sodass die Spannungsbezeichnungen Vu, Vp, Vw für p1 nicht mit einem Apostroph indiziert sind. Beim Schalten werden somit lediglich die Phasen V’u,p2, V’v,p2, V’w,p2, V’u,p3, V’v,p3, V’w,p3 der Ports 2 und 3 erfindungsgemäß geschaltet, wohingegen die Spannungsverläufe Vu,p1, Vv,p1, Vw,p1 an Port 1 konstant bleiben. Die entsprechenden Schaltzeitpunkte für den 3-phasigen Multiport-DAB-Wandler 10, die mit dem erfindungsgemäß modifizierten Verfahren bestimmt wurden, können unabhängig voneinander gestellt werden, müssen aber immer in der gleichen Schaltperiode T simultan angepasst werden. „Simultan“ heißt in diesem Fall, dass die Schaltvorgänge in der gleichen Schaltperiode T gesetzt werden müssen. Die Schaltzeitpunkte an sich sind unabhängig voneinander und werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt.
• 6 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum hochdynamischen transienten Betrieb eines erfindungsgemäßen n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers 10 oder eines erfindungsgemäßen Systems 20 mit einem n-phasigen Multiport-DAB-Wandler zur Leistungsübertragung ohne auftretende Oszillationen mit m Ports 1, 2, 3 mit m ≥ 3, die jeweils als Eingangs- oder Ausgangsports betrieben werden können und jeweils n aktiv geschaltete Phasenschaltungen 11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33 mit jeweils mehreren aktiven Schaltern 4 umfassen und die über einen n-phasigen Transformator 7 oder über jeweils einen Transformator zu jeweils einer der n-Phasen zur Transformierung mindestens einer Eingangswechselspannung 41, 42, 43 in mindestens eine Ausgangswechselspannung 51, 52, 53, 61, 62, 63 gekoppelt sind, umfassend die Schritte des Bestimmens 110 aller möglichen Permutationen der jeweiligen Phasenunterschiede φ_ij mit i ≤ m und j ≤ m sowie i ≠ j, die für alle Kombinationen von jeweils zwei Ports 1, 2, 3 der m Ports 1, 2, 3 zwischen diesen zwei Ports 1, 2, 3 definiert sind, über eine Superposition von allen Kombinationen von jeweils zwei Ports 1, 2, 3 der m Ports 1, 2, 3, des Wählens 120 eines Ports 1 für einen Schaltvorgang, bei dem ein Spannungsverlauf nicht geändert wird; der Vornahme einer geeigneten Wahl 130 von Zwischenwinkeln, und des Ausführens 140 des Schaltvorgangs durch eine Steuerung 8 der Schalter 4 zur transienten Leistungsänderung immer durch eine simultane Änderung von (m-1)! Phasenunterschieden, wobei nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden müssen, durch die geeignete Wahl 130 der Zwischenwinkel, wobei die einzelnen Schaltvorgänge der n-Phasen innerhalb eines jeden der Ports 1, 2, 3 zeitlich verschoben unabhängig voneinander innerhalb einer Schaltperiode T des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers 10 geändert werden. Hierbei kann das Verfahren 100 für den n-phasigen Multiport-DAB-Wandler 10 je nach Anwendung auf einen 1-phasigen Multiport-DAB-Wandler mit m Ports 1, 2, 3 angewendet 150 werden. Alternativ kann das Verfahren 100 für den n-phasigen Multiport-DAB-Wandler 10 auch auf einen 3-phasigen Multiport-DAB-Wandler mit drei Ports 1, 2, 3 angewendet 160 werden. Hierbei kann die simultane Änderung von (m-1)! Phasenunterschieden bezogen auf diesen Port, wobei nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden müssen, unabhängig von fallenden und steigenden Flanken der Eingangs- und Ausgangswechselspannungen 41, 42, 43, 51, 52, 53, 61, 62, 63 ausgeführt werden. Hierbei kann der Port (1, 2, 3), an dem der Spannungsverlauf nicht geändert wird, als Bezugspunkt (B) verwendet werden, und die transiente Leistungsänderung wird durch die geeignete Wahl von Zwischenwinkeln bezogen auf diesen Bezugspunkt vorgenommen. Hierbei kann die simultane Änderung von (m-1)! Phasenunterschieden, wobei nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden, bezogen auf diesen Bezugspunkt (B) unabhängig von fallenden und steigenden Flanken der Eingangs- und Ausgangswechselspannungen 41, 42, 43, 51, 52, 53, 61, 62, 63 ausgeführt werden. Hierbei kann außerdem der n-phasige Multiport-DAB-Wandler 10 so betrieben werden, dass ein erster der Ports 1 als Bezugspunkt B dient und die Phasenunterschiede φ₁₂ und φ₁₃ zwischen dem Bezugspunkt B und den jeweils beiden anderen Ports 2, 3 eingestellt werden und oder dass ein zweiter der Ports 2 als Bezugspunkt B dient und die Phasenunterschiede φ₂₃ und φ₂₁ zwischen dem Bezugspunkt B und den jeweils anderen Ports (1, 3) mit φ₂₁ = - φ₁₂ eingestellt werden, wobei der Schaltvorgang so ausgeführt wird, dass ein Soll-Strom nach T/3 oder T/2 innerhalb der Periode T erreicht wird. Ferner kann der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) zu einer Symmetrierung von Unsymmetrien im n-phasigen Multiport-DAB-Wandler (10) im stationären Betrieb (170) betrieben werden.
• 7 zeigt einen erfindungsgemäßen n-phasigen Multiport-DAB-Wandler 10 mit drei Ports 1, 2, 3, bei dem eine Steuerung 8 die Ports 1, 2, 3 beziehungsweise die Schalter 4 der Ports 1, 2, 3 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren 100 ansteuert und so der n-phasige Multiport-DAB-Wandler 10 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren 100 betrieben wird.
• 8 zeigt ein System 20 mit einem n-phasigen Multiport-DAB-Wandler 10' mit drei Ports 1, 2, 3, bei dem eine nicht im n-phasigen Multiport-DAB-Wandler 10' angeordnete Steuerung 8 die Ports 1, 2, 3 beziehungsweise die Schalter 4 der Ports 1, 2, 3 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren 100 ansteuert und so der n-phasige Multiport-DAB-Wandler 10' gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren 100 betrieben wird. Bis auf die Anordnung der Steuerung 8 kann der n-phasige Multiport-DAB-Wandler 10' in allen voranstehend beschriebenen Ausführungsformen des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers 10 ausgeführt sein.
• Die hier gezeigten Ausführungsbeispiele stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
• Bezugszeichenliste

10

n-phasiger Multiport-DAB-Wandler mit integrierter Steuerung

10'

n-phasiger Multiport-DAB-Wandler mit externer Steuerung

1 - 3

erster Port, zweiter Port, dritter Port

11 - 13

Phasenschaltungen des ersten Ports

21 - 23

Phasenschaltungen des zweiten Ports

31 - 33

Phasenschaltungen des dritten Ports

41 - 43

Wechselspannung an Port 1 für den Transformator, z.B. Eingangswechselspannung

51 - 53

Wechselspannung für zweiten Port, z.B. Ausgangswechselspannung

61 - 63

Wechselspannung für dritten Port, z.B. Ausgangswechselspannung

7

Transformator

8

Steuerung des erfindungsgemäßen n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers

91 - 93

Glättungskondensatoren in den jeweiligen Ports

20

System aus n-phasigem Multiport-DAB-Wandler 10' und externer Steuerung

100

erfindungsgemäßes Verfahren für den n-phasigen Multiport-DAB-Wandler

110

Bestimmen aller möglichen Permutationen der jeweiligen Phasenunterschiede φ_ij

120

Wählen eines Ports für einen Schaltvorgang, bei dem ein Spannungsverlauf nicht geändert wird

130

Vornahme einer geeigneten Wahl von Zwischenwinkeln

140

Ausführen eines Schaltvorgangs

150

Anwendung des Verfahrens auf einen 1-phasigen Multiport-DAB-Wandler mit drei Ports

160

Anwendung des Verfahrens auf einen 3-phasigen Multiport-DAB-Wandler mit drei Ports

170

Betreiben des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers im stationären Betrieb

B

Bezugspunkt

I1 - I3

DC-Ströme in den jeweiligen Ports

IP1 - IP3

Phasenströme der jeweiligen Ports

I’u,1

Phasenstrom der Phase u in Port 1 im 1-phasigen Ersatzschaltbild

I’u,2

Phasenstrom der Phase u in Port 2 im 1-phasigen Ersatzschaltbild

l'u,3

Phasenstrom der Phase u in Port 3 im 1-phasigen Ersatzschaltbild

n1:n2

Übersetzungsverhältnis des Transformators zwischen erstem und zweitem Port

n1:n3

Übersetzungsverhältnis des Transformators zwischen erstem und drittem Port

L1 - L3

Streuinduktivitäten des Transformators 7

L12

Streuinduktivität im einphasigen Ersatzschaltbild zwischen Port 1 und 2

L13

Streuinduktivität im einphasigen Ersatzschaltbild zwischen Port 1 und 3

L23

Streuinduktivität im einphasigen Ersatzschaltbild zwischen Port 2 und 3

P1 - 3

Leistungsfluss in dem jeweiligen Port Richtung Transformator im 1-phasigen Ersatzschaltbild

P12

Leistungsfluss zwischen Port 1 und Port 2

P13

Leistungsfluss zwischen Port 1 und Port 3

P23

Leistungsfluss zwischen Port 2 und Port 3

R12

Widerstand im einphasigen Ersatzschaltbild zwischen Port 1 und Port 2

R13

Widerstand im einphasigen Ersatzschaltbild zwischen Port 1 und Port 3

R23

Widerstand im einphasigen Ersatzschaltbild zwischen Port 2 und Port 3

T

Schaltperiode des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers

u, v, w

Transformatorphasen im 3- und 1-phasigen Ersatzschaltbild

V1

Spannung des ersten Ports

V1'

Spannung des ersten Ports im 3-phasigen Ersatzschaltbild

V2

Spannung des zweiten Ports

V2'

Spannung des zweiten Ports im 3-phasigen Ersatzschaltbild

V3

Spannung des dritten Ports

V3'

Spannung des dritten Ports im 3-phasigen Ersatzschaltbild

V’u,1

Phasenspannung der Phase u in Port 1 im 1-phasigen Ersatzschaltbild

V’u,2

Phasenspannung der Phase u in Port 2 im 1-phasigen Ersatzschaltbild

V’u,3

Phasenspannung der Phase u in Port 3 im 1-phasigen Ersatzschaltbild

Vu,p1

Verlauf Strangspannung der Phase u in Port 1 im Schaltvorgang

V’u,p2

Verlauf Strangspannung der Phase u in Port 2 im Schaltvorgang

V’u,p3

Verlauf Strangspannung der Phase u in Port 3 im Schaltvorgang

Vv,p1

Verlauf Strangspannung der Phase v in Port 1 im Schaltvorgang

V’v,p2

Verlauf Strangspannung der Phase v in Port 2 im Schaltvorgang

V’v,p3

Verlauf Strangspannung der Phase v in Port 3 im Schaltvorgang

Vw,p1

Verlauf Strangspannung der Phase w in Port 1 im Schaltvorgang

V’w,p2

Verlauf Strangspannung der Phase w in Port 2 im Schaltvorgang

V’w,p3

Verlauf Strangspannung der Phase w in Port 3 im Schaltvorgang

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 2826139 B1 [0005]

Claims (21)

1. Ein n-phasiger Multiport-DAB-Wandler (10) umfassend m Ports (1, 2, 3) mit m ≥ 3, die jeweils als Eingangs- oder Ausgangsports betrieben werden können, wobei die Ports (1, 2, 3) jeweils n aktiv geschaltete Phasenschaltungen (11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33) mit jeweils mehreren aktiven Schaltern (4) umfassen, wobei mindestens einer der Ports (1) zur Umwandlung einer DC-Eingangsspannung (V1) in eine n-phasige Eingangswechselspannung (41, 42, 43) und mindestens ein anderer der Ports (2, 3) zur Umwandlung einer entsprechenden n-phasigen Ausgangswechselspannung (51, 52, 53, 61, 62, 63) in eine DC-Ausgangsspannung (V2, V3) vorgesehen ist, wobei jede der Phasenschaltungen (11, 12, 13) eines Ports (1) mit jeweils einer der Phasenschaltung (21, 22, 23, 31, 32, 33) aller anderen Ports (2, 3) über einen n-phasigen Transformator (7) oder über jeweils einen Transformator zu jeweils einer der n-Phasen zur Transformierung der mindestens einen Eingangswechselspannung (41, 42, 43) in die mindestens eine Ausgangswechselspannung (51, 52, 53, 61, 62, 63) gekoppelt ist, wobei für alle Kombinationen von jeweils zwei Ports (1, 2, 3) der m Ports (1, 2, 3) ein entsprechender Phasenunterschied φ_ij mit i ≤ m und j ≤ m sowie i ≠ j zwischen diesen zwei Ports (1, 2, 3) definiert ist, wobei sich alle möglichen Permutationen beim n-phasigen Multiport-DAB-Wandler (10) über eine Superposition von allen Kombinationen von jeweils zwei Ports (1, 2, 3) der m Ports (1, 2, 3) bestimmen lassen, wobei eine Steuerung (8) der Schalter (4) des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers (10) dazu ausgestaltet ist, jeden Schaltvorgang so auszuführen, dass ein Spannungsverlauf an einem dieser Ports (1, 2, 3) nicht geändert wird und eine transiente Leistungsänderung immer durch eine simultane Änderung von (m-1)! Phasenunterschieden, wobei nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden müssen, durch geeignete Wahl von Zwischenwinkeln vorgenommen wird, wobei die einzelnen Schaltvorgänge der n-Phasen innerhalb eines jeden der Ports (1, 2, 3) zeitlich verschoben unabhängig voneinander innerhalb einer Schaltperiode (T) des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers (10) geändert werden, vorzugsweise wird durch den Schaltvorgang ein Soll-Strom in den Ports (1, 2, 3) nach T/3 oder T/2 innerhalb der Schaltperiode T erreicht.
2. Der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Port (1, 2, 3), an dem der Spannungsverlauf nicht geändert wird, als Bezugspunkt (B) verwendet wird, und die transiente Leistungsänderung durch die geeignete Wahl von Zwischenwinkeln bezogen auf diesen Bezugspunkt (B) vorgenommen wird.
3. Der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schaltvorgangs die simultane Änderung von (m-1)! Phasenunterschieden, wobei nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden müssen, bezogen auf diesen Bezugspunkt (B) unabhängig von fallenden und steigenden Flanken der Eingangs- und Ausgangswechselspannungen (41, 42, 43, 51, 52, 53, 61, 62, 63) ausgeführt wird.
4. Der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenunterschiede φ_ij für steigende und fallende Flanken unterschiedlich sind.
5. Der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Snubber-Kondensatoren den aktiven Schalter (4) hinzugefügt werden können.
6. Der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Ports (1, 2, 3) für hartes Schalten ungeeignete Halbleiterschalter als Schalter (4) verwenden.
7. Der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) ein einphasiger Multiport-DAB-Wandler ist.
8. Der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der 1-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) so betrieben wird, dass an einem ersten der Ports (1) der Spannungsverlauf nicht geändert wird, vorzugsweise dient der erste Port (1) als Bezugspunkt (B), und die Phasenunterschiede φ₁₂ und φ₁₃ zwischen dem ersten Port (1) und den jeweils beiden anderen Ports (2, 3) werden eingestellt oder dass an einem zweiten der Ports (2) der Spannungsverlauf nicht geändert wird, vorzugsweise dient der zweite Port (2) als Bezugspunkt (B), und die Phasenunterschiede φ₂₃ und φ₂₁ zwischen dem zweiten Port (2) und den jeweils anderen Ports (1, 3) mit φ₂₁ = - φ₁₂ werden eingestellt.
9. Der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) ein 3-phasiger Multiport-DAB-Wandler ist.
10. Der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der 3-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) drei Ports (1, 2, 3) umfasst, die über einen oder mehrere im Stern- und/oder Dreieck verschalteten Transformator (7) miteinander verbunden sind.
11. Der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der 3-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) so betrieben wird, dass ein Erster der Ports (1) der Spannungsverlauf nicht geändert wird, vorzugsweise dient der erste Port (1) als Bezugspunkt (B), und die Phasenunterschiede φ₁₂ und φ₁₃ zwischen dem ersten Port (1) und den jeweils beiden anderen Ports (2, 3) eingestellt werden oder dass ein Zweiter der Ports (2) der Spannungsverlauf nicht geändert wird, vorzugsweise dient der zweite Port (2) als Bezugspunkt (B), und die Phasenunterschiede φ₂₃ und φ₂₁ zwischen dem zweiten Port (2) und den jeweils anderen Ports (1, 3) mit φ₂₁ = - φ₁₂ eingestellt werden.
12. Der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) im stationären Betrieb zu einer Symmetrierung von Unsymmetrien im n-phasigen Multiport-DAB-Wandler (10) betrieben wird.
13. Ein System aus einem n-phasigen Multiport-DAB-Wandler (10) umfassend mindestens m Ports (1, 2, 3) m ≥ 3, die jeweils als Eingangs- oder Ausgangsports betrieben werden können, wobei die Ports (1, 2, 3) jeweils n aktiv geschaltete Phasenschaltungen (11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33) mit jeweils mehreren aktiven Schaltern (4) umfassen und einer Steuerung (8), die zur Steuerung mit den Schaltern (4) geeignet verbunden ist, wobei mindestens einer der Ports (1) zur Umwandlung einer DC-Eingangsspannung (V1) in eine n-phasige Eingangswechselspannung (41, 42, 43) und mindestens ein anderer der Ports (2, 3) zur Umwandlung einer entsprechenden n-phasigen Ausgangswechselspannung (51, 52, 53, 61, 62, 63) in eine DC-Ausgangsspannung (V2, V3) vorgesehen ist, wobei jede der Phasenschaltungen (11, 12, 13) eines Ports (1) mit jeweils einer der Phasenschaltung (21, 22, 23, 31, 32, 33) aller anderen Ports (2, 3) über einen n-phasigen Transformator (7) oder über jeweils einen Transformator zu jeweils einer der n-Phasen zur Transformierung der mindestens einen Eingangswechselspannung (41, 42, 43) in die mindestens eine Ausgangswechselspannung (51, 52, 53, 61, 62, 63) gekoppelt ist, wobei für alle Kombinationen von jeweils zwei Ports (1, 2, 3) der m Ports (1, 2, 3) ein entsprechender Phasenunterschied φ_ij mit i ≤ m und j ≤ m sowie i ≠ j zwischen diesen zwei Ports (1, 2, 3) definiert ist, wobei sich alle möglichen Permutationen beim n-phasigen Multiport-DAB-Wandler (10) über eine Superposition von allen Kombinationen von jeweils zwei Ports (1, 2, 3) der m Ports (1, 2, 3) bestimmen lassen, wobei die Steuerung (8) der Schalter (4) des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers (10) dazu ausgestaltet ist, jeden Schaltvorgang so auszuführen, dass ein Spannungsverlauf an einem dieser Ports (1, 2, 3) nicht geändert wird und eine transiente Leistungsänderung immer durch eine simultane Änderung von (m-1)! Phasenunterschieden, wobei nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden müssen, durch geeignete Wahl von Zwischenwinkeln vorgenommen wird, wobei die einzelnen Schaltvorgänge der n-Phasen innerhalb eines jeden der Ports (1, 2, 3) zeitlich verschoben unabhängig voneinander innerhalb einer Schaltperiode (T) des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers (10) geändert werden.
14. Ein Verfahren (100) zum hochdynamischen transienten Betrieb eines n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers (10) nach Anspruch 1 oder 13 zur Leistungsübertragung ohne auftretende Oszillationen und zum Ausgleich von Unsymmetrien im n-phasigen Multiport-DAB-Wandler (10) mit m Ports (1, 2, 3) mit m ≥ 3, die jeweils als Eingangs- oder Ausgangsports betrieben werden können und jeweils n aktiv geschaltete Phasenschaltungen (11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33) mit jeweils mehreren aktiven Schaltern (4) umfassen und die über einen n-phasigen Transformator (7) oder über jeweils einen Transformator zu jeweils einer der n-Phasen zur Transformierung mindestens einer Eingangswechselspannung (41, 42, 43) in mindestens eine Ausgangswechselspannung (51, 52, 53, 61, 62, 63) gekoppelt sind, umfassend die Schritte: - Bestimmen (110) aller möglichen Permutationen der jeweiligen Phasenunterschiede φ_ij mit i ≤ m und j ≤ m sowie i ≠ j, die für alle Kombinationen von jeweils zwei Ports (1, 2, 3) der m Ports (1, 2, 3) zwischen diesen zwei Ports (1, 2, 3) definiert sind, über eine Superposition von allen Kombinationen von jeweils zwei Ports (1, 2, 3) der m Ports (1, 2, 3), - Wählen (120) eines Ports (1) für einen Schaltvorgang, bei dem ein Spannungsverlauf nicht geändert wird; - Vornahme einer geeigneten Wahl (130) von Zwischenwinkeln, und - Ausführen (140) des Schaltvorgangs durch eine Steuerung (8) der Schalter (4) zur transienten Leistungsänderung immer durch eine simultane Änderung von (m-1)! Phasenunterschieden, wobei nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden müssen, durch die geeignete Wahl (130) der Zwischenwinkel, wobei die einzelnen Schaltvorgänge der n-Phasen innerhalb eines jeden der Ports (1, 2, 3) zeitlich verschoben unabhängig voneinander innerhalb einer Schaltperiode (T) des n-phasigen Multiport-DAB-Wandlers (10) geändert werden.
15. Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Port (1, 2, 3), an dem der Spannungsverlauf nicht geändert wird, als Bezugspunkt (B) verwendet wird, und die transiente Leistungsänderung durch die geeignete Wahl von Zwischenwinkeln bezogen auf diesen Bezugspunkt (B) vorgenommen wird.
16. Das Verfahren (100) nach Anspruch 15, wobei die simultane Änderung von (m-1)! Phasenunterschieden, wobei nur m-1 Phasenunterschiede aktiv beeinflusst werden müssen, bezogen auf diesen Bezugspunkt (B) unabhängig von fallenden und steigenden Flanken der Eingangs- und Ausgangswechselspannungen (41, 42, 43, 51, 52, 53, 61, 62, 63) ausgeführt wird.
17. Das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Verfahren (100) für den n-phasigen Multiport-DAB-Wandler (10) auf einen 1-phasigen Multiport-DAB-Wandler mit m Ports (1, 2, 3) angewendet (150) wird.
18. Das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 14 oder 16, wobei das Verfahren (100) für den n-phasigen Multiport-DAB-Wandler (10) auf einen 3-phasigen Multiport-DAB-Wandler mit drei Ports (1, 2, 3) angewendet (160) wird.
19. Das Verfahren (100) nach Anspruch 17 oder 18, wobei der 1-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) oder der 3-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) so betrieben wird, dass ein erster der Ports (1) als Bezugspunkt (B) dient und die Phasenunterschiede φ₁₂ und φ₁₃ zwischen dem Bezugspunkt (B) und den jeweils beiden anderen Ports (2, 3) eingestellt werden und oder dass ein zweiter der Ports (2) als Bezugspunkt (B) dient und die Phasenunterschiede φ₂₃ und φ₂₁ zwischen dem Bezugspunkt (B) und den jeweils anderen Ports (1, 3) mit φ₂₁ = - φ₁₂ eingestellt werden.
20. Das Verfahren (100) nach Anspruch 18 oder 19, wobei der Schaltvorgang so ausgeführt wird, dass ein Soll-Strom in den Ports (1, 2, 3) nach T/3 oder T/2 innerhalb der Periode T erreicht wird.
21. Das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei der n-phasige Multiport-DAB-Wandler (10) zu einer Symmetrierung von Unsymmetrien im n-phasigen Multiport-DAB-Wandler (10) im stationären Betrieb (170) betrieben wird.

Images