DE102018115490A1 - Verfahren zur Reduzierung des Gleichtaktstroms in Leistungselektronik-Ausrüstung - Google Patents

Verfahren zur Reduzierung des Gleichtaktstroms in Leistungselektronik-Ausrüstung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren von Gleichtaktstrom in Leistungselektronikausrüstung, die zwei oder mehr aktive Frontend (A-FE)-Komponenten (1), aufweist, die parallel zwischen einem Wechselspannungsversorgungsnetz (2) und einem Gleichstromzwischenkreis (3) verbunden sind. Ein Tastverhältnis von Pulsbreitenmodulation (PWM) für die AFE-Komponenten (1) wird bestimmt und ein Fehlersignal wird hergeleitet basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM und einem Gleichtaktstrom der AFE-Komponenten (1). Eine Korrekturspannung wird hergeleitet basierend auf dem Fehlersignal und ein Gleichspannungssteuersignal wird hergeleitet basierend auf der hergeleiteten Korrekturspannung und einer gemessenen Gleichspannung des Gleichstromzwischenkreises (3) und/oder einer Gleichspannungsreferenz. Die Leistungselektronikausrüstung wird gemäß des hergeleiteten Gleichspannungssteuersignals gesteuert. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Starten von aktiven Frontend (AFE)-Komponenten (1) von Leistungselektronikausrüstung, die zwei oder mehr AFE-Komponenten (1) aufweist, die parallel zwischen einem Wechselstromversorgungsnetz (2) und einem Gleichstromzwischenkreis (3) verbunden sind.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Gleichtaktstromreduzierung, insbesondere die Reduzierung des Gleichtaktstroms, in Leistungselektronik-Ausrüstung, die zwei oder mehr aktive Frontend-Komponenten (AFE) aufweisen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • AFE-Wandler sind leistungselektronische Komponenten, die in leistungselektronischen Systemen verwendet werden. Eine derartige AFE verwendet Leistungshalbleiterbauelemente, die von einer Signalelektronik gesteuert werden, gefolgt von einer Filterschaltung. Darüber hinaus ermöglicht ein AFE bidirektionalen Leistungsaustausch zwischen Wechselspannungsquelle und Gleichstromzwischenkreis. AFEs können auch parallel geschaltet werden, aber um dies zu erreichen, ist ein paralleles Steuerverfahren notwendig.
  • Bisher wurde ein Parallelisierungssteuerverfahren für parallelisierte AFEs, die mit derselben Wechselspannungsquelle und demselben Gleichstromzwischenkreis verbunden sind, verwendet. Dieses Verfahren passt die Periodenlänge der Pulsbreitenmodulation (PWM) an, um den zirkulierenden Gleichtaktstrom zu minimieren, der die dreieckigen PWM-Träger effektiv synchronisiert. Nach diesem Verfahren wird die Parallelisierung von AFEs ohne die Notwendigkeit der Vernetzung der Steuersysteme ermöglicht. Durch Weglassen der Kopplung von Steuerungssystemen wird eine bessere Skalierbarkeit ermöglicht, der Lastausgleich wird jedoch schwieriger.
  • Der Einsatz moderner niederinduktiver Magnetik, wie z.B. Pulverkerne, in Verbindung mit schneller schaltender Leistungselektronik führt zu einer geringeren Gleichtaktinduktivität. Jeder Fehler in der Gleichspannungsrückführung führt somit dazu, dass der Gleichtaktstrom im Vergleich zu einer Konstruktionslösung mit niedriger Schaltfrequenz und hoher Filterinduktivität deutlich größer ist. Ein höherer Gleichtaktstrom wird zu höheren Verlusten im Wandler führen, wodurch der Wirkungsgrad der AFE reduziert wird. Daher ist ein neues Verfahren erforderlich, um diese Gleichtaktströme zu vermindern und den Wirkungsgrad der AFE zu verbessern.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe von Ausführungsformen der Erfindung, ein Verfahren zur Reduzierung des Gleichtaktstroms in Leistungselektronik-Ausrüstung bereitzustellen, bei dem Rauschen, das durch Gleichspannungsfehler entsteht, reduziert wird.
  • Es ist eine weitere Aufgabe von Ausführungsformen der Erfindung, ein Verfahren zum Vermindern von Gleichtaktstrom in Leistungselektronik-Ausrüstung bereitzustellen, bei dem der Wirkungsgrad der Ausrüstung verbessert wird.
  • Nach einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Reduzieren von Gleichtaktstrom in Leistungselektronik-Ausrüstung zur Verfügung, das zwei oder mehr aktive Frontend-Komponenten (AFE) aufweist, die parallel zwischen einem Wechselstromversorgungsnetz und einem Gleichstromzwischenkreis verbunden sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
    • - Bestimmen eines Tastverhältnisses der Pulsbreitenmodulation (PWM) für die AFE-Komponenten,
    • - Herleiten eines Fehlersignals auf der Basis des bestimmten Tastverhältnisses der PWM und einem Gleichtaktstrom der AFE-Komponenten,
    • - Herleiten einer Korrekturspannung, basierend auf dem Fehlersignal,
    • - Herleiten des Gleichspannungssteuersignals basierend auf der abgeleiteten Korrekturspannung und einer gemessenen Gleichspannung des Gleichstromzwischenkreises und/oder einer Gleichspannungsreferenz und
    • - Steuern der Leistungselektronik-Ausrüstung in Übereinstimmung mit dem hergeleiteten Gleichspannungssteuersignal.
  • Somit bezieht sich ein erster Aspekt der Erfindung auf ein Verfahren zum Reduzieren des Gleichtaktstroms in Leistungselektronikausrüstung. Die Leistungselektronikausrüstung ist von einer Art, die zwei oder mehr aktive Frontend-Komponenten (AFE) aufweist. Im vorliegenden Zusammenhang ist der Ausdruck „aktives Frontend (AFE)“ so zu verstehen, dass er eine leistungselektronische Komponente, z.B. einen Wandler, umfasst, der einen selbst geführten gepulsten Gleichrichter mit rückspeisefähigen Einrichtungen umfasst, die IGBT-Module aufweisen.
  • Die beiden oder mehreren AFEs sind parallel zwischen einem Wechselstromnetz und einem Gleichstromzwischenkreis geschaltet. Im vorliegenden Zusammenhang ist der Begriff „Wechselspannungsversorgungsnetz“ so zu verstehen, dass er eine Leistungsversorgung, beispielsweise ein Stromnetz, das Wechselspannungsleistung liefert, bezeichnet. Im vorliegenden Zusammenhang ist der Ausdruck „Gleichstromzwischenkreis“ so zu verstehen, dass er einen Verbindungspunkt für eine oder mehrere elektrische Komponenten bezeichnet, die eine Gleichstromversorgung benötigen. Elektrische Komponente könnte z.B. ein Motor, wie ein Kompressor, sein, der mit dem Gleichstromzwischenkreis über einen Wechselrichter verbunden ist.
  • Somit sind die AFEs sowohl mit dem Wechselstromversorgungsnetz als auch mit dem Gleichstromzwischenkreis verbunden. Dadurch sind die AFEs in der Lage, die Wechselstromleistung des Versorgungsnetzes in Gleichstromleistung im Gleichstromzwischenkreis umzuwandeln.
  • In dem Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung wird zunächst ein Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation (PWM) für die AFE-Komponenten bestimmt. Im vorliegenden Zusammenhang ist der Begriff „Tastverhältnis von PWM“ so zu verstehen, dass er das Verhältnis zwischen Einschaltdauer und Ausschaltdauer der Pulsbreitenmodulation der AFEs bezeichnet. Somit wird in diesem Schritt die Modulation der AFEs bestimmt. Es sollte bemerkt werden, dass die AFEs normalerweise auf die gleiche Weise moduliert werden, d.h. das Tastverhältnis der PWM wird normalerweise für alle AFEs identisch sein.
  • Das Tastverhältnis der PWM kann von einer Steuerung erhalten werden, die die PWM der AFEs steuert. Alternativ kann sie von anderer verfügbarer Information abgeleitet werden, z.B. Schaltzeiten und Steuerperioden.
  • Anschließend wird ein Fehlersignal abgeleitet, basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM und einem Gleichtaktstrom der AFE-Komponenten. Der Gleichtaktstrom könnte z.B. durch direkte Messung erhalten werden. Das Fehlersignal könnte z.B. hergeleitet werden durch Multiplizieren des Gleichtaktstroms der AFE-Komponenten und der Nullfolge des Tastverhältnisses der PWM oder einen für das Tastverhältnis der PWM repräsentativen Wert. So kann beispielsweise der Gleichtaktstrom mit einem Offset-Wert des Tastverhältnisses von PWM multipliziert werden und nicht mit dem aktuellen Tastverhältnis von PWM. Dies kann z.B. relevant sein in dem Fall, dass das Tastverhältnis zwischen positiven Werten liegt, so wie zwischen 0 und 1. In diesem Fall kann es wünschenswert sein, den Gleichtaktstrom mit einem Tastverhältniswert zu multiplizieren, der ein alternierendes Vorzeichenverhältnis hat, und somit kann ein Wert von 0,5 von der Nullfolge des Tastverhältnisses von PWM abgezogen werden, bevor das Tastverhältnis von PWM mit dem Gleichtaktstrom multipliziert wird. Das Fehlersignal, das auf diese Weise abgeleitet wird, ist proportional zu dem Gleichspannungsfehler. Dementsprechend ist das abgeleitete Fehlersignal repräsentativ für den unerwünschten Gleichspannungsfehler.
  • Anschließend wird basierend auf dem Fehlersignal eine Korrekturspannung abgeleitet. Dies kann die Weitergabe des Fehlersignals durch einen Tiefpassfilter beinhalten, um hochfrequente Komponenten der Signale zu entfernen und/oder eine Verstärkung einzuführen. Da die Korrekturspannung basierend auf dem Fehlersignal hergeleitet wird, und das Fehlersignal proportional zu dem Gleichspannungsfehler ist, ist die Korrekturspannung von dem Gleichspannungsfehler abhängig. Dementsprechend kann die Korrekturspannung eine erforderliche Korrektur der vorhandenen Gleichspannung der AFE darstellen, um den unerwünschten Gleichspannungsfehler zu beseitigen oder zumindest zu reduzieren.
  • Anschließend wird ein Gleichspannungssteuersignal abgeleitet, basierend auf der abgeleiteten Korrekturspannung und einer gemessenen Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises und/oder einer Gleichspannungsreferenz. Da das Gleichspannungssteuersignal basierend auf der Korrekturspannung abgeleitet wird, ist es ebenfalls von dem unerwünschten Gleichspannungsfehler abhängig. Für den Fall, dass das Gleichspannungssteuersignal auf der Basis der gemessenen Gleichspannung abgeleitet wird, stellt das Gleichspannungssteuersignal einen korrigierten Wert der gemessenen Gleichspannung dar.
  • In dem Fall, dass das Gleichspannungssteuersignal auf der Basis der Gleichspannungsreferenz abgeleitet wird, stellt das Gleichspannungssteuersignal einen korrigierten Wert der Gleichspannungsreferenz dar.
  • In jedem Fall stellt das Gleichspannungssteuersignal eine korrigierte Gleichspannung dar und die Korrektur ist abhängig von dem unerwünschten Gleichspannungsfeh ler.
  • Schließlich wird die Leistungselektronikausrüstung in Übereinstimmung mit dem abgeleiteten Gleichspannungssteuersignal gesteuert. Da das Gleichspannungssteuersignal eine Gleichspannung darstellt, die durch eine Korrekturspannung korrigiert worden ist, die von dem unerwünschten Gleichspannungsfehler abhängig ist, wird die Leistungselektronikausrüstung dadurch auf eine Weise gesteuert, die den unerwünschten Gleichspannungsfehler berücksichtigt. Somit wird die Leistungselektronikausrüstung so gesteuert, dass der unerwünschte Gleichspannungsfehler eliminiert oder zumindest reduziert wird.
  • Der Schritt der Herleitung eines Fehlersignals kann auf einem Gleichtaktstrom der AFE-Komponenten an einer Spitze der Modulationsträgerwelle beruhen. Nach dieser Ausführungsform wird der Gleichtaktstrom an einer Spitze der Modulationsträgerwelle, d.h. der Gleichtaktstrom zu einem Zeitpunkt, wo die PWM Spitzenwerte erreicht, als Grundlage für das Herleiten des Fehlersignals verwendet. Dadurch wird sichergestellt, dass das hergeleitete Fehlersignal ein worst-case-Szenario berücksichtigt.
  • Alternativ kann der Gleichtaktstrom zu einem anderen Zeitpunkt im PWM-Zyklus verwendet werden.
  • Das Verfahren kann weiterhin den Schritt des Messens des Gleichtaktstroms der AFE-Komponenten umfassen. Nach dieser Ausführungsform wird der Gleichtaktstrom direkt durch Messung gewonnen. Es ist eine einfache Möglichkeit, einen genauen Wert des Gleichtaktstroms zu erhalten.
  • Alternativ kann der Gleichtaktstrom aus einem anderen Parameter, wie beispielsweise einer gemessenen Gleichtaktspannung, hergeleitet werden.
  • Der Schritt des Bestimmens eines Tastverhältnisses von PWM für die AFE-Komponenten kann das Ableiten des Tastverhältnisses von PWM basierend auf dem Gleichtaktstrom umfassen.
  • Alternativ kann der Schritt des Bestimmens eines Tastverhältnisses von PWM in jeder anderen geeigneten Weise hergeleitet werden, beispielsweise basierend auf einer Gleichtaktspannung.
  • Der Schritt der Herleitung des Tastverhältnisses von PWM basierend auf dem Gleichtaktstrom kann ferner das Filtern des Gleichtaktstroms mittels eines oder mehrerer Filter umfassen. Nach dieser Ausführungsform wird das Filtern, d.h. Entfernen von unerwünschten Teilen eines Signals, die z.B. von Rauschen oder aus anderen Quellen stammen, zum Filtern des Gleichtaktstroms verwendet, um eine glatte Signalcharakteristik zu erhalten. Der Filter kann in Form eines digitalen Filters, wie beispielsweise eines FIR-Filters (Finite impulse response) oder eines analogen Filters in Form eines Tiefpassfilters oder einer Kombination aus beiden sein.
  • Der Schritt des Herleitens eines Steuersignals kann das Hinzufügen der abgeleiteten Korrekturspannung und der gemessenen Gleichspannung des Gleichstromzwischenkreises und/oder der Gleichspannungsreferenz aufweisen. Nach dieser Ausführungsform ist das Gleichspannungssteuersignal die gemessene Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises und/oder die Gleichspannungsreferenz, wobei die hergeleitete Korrekturspannung dazu hinzugefügt wird. Dadurch ist das Gleichspannungssteuersignal einfach die gemessene Gleichspannung des Gleichstromzwischenkreises und/oder die Gleichspannungsreferenz, korrigiert durch die Korrekturspannung. Somit kann die Korrekturspannung einen erforderlichen Wert darstellen, um die aktuelle Gleichspannung der AFE so zu korrigieren, dass unerwünschte Gleichspannungsfehler beseitigt oder zumindest reduziert werden.
  • Alternativ kann das Gleichspannungssteuersignal auch auf andere geeignete Weise hergeleitet werden.
  • Der Schritt des Herleitens einer Korrekturspannung kann das Zuführen eines Fehlersignals zu einer integrierten Steuerung umfassen. Eine integrierte Steuerung stellt eine Ausgabeveränderungsrate bereit, die basierend auf der Größe des Fehlers und der integralen Konstante bestimmt wird. Somit wird nach dieser Ausführungsform das akkumulierte Fehlersignal bei der Herleitung der Korrekturspannung berücksichtigt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das Fehlersignal durch einen oder mehrere Filter, z.B. einen analogen oder digitalen Filter oder eine Kombination von beiden, geleitet werden, z.B. bevor das Fehlersignal dem Integralregler zugeführt wird. Eine andere Möglichkeit liegt darin, den Integralregler zu einem Proportional-Integralregler (PI) zu erweitern.
  • Das Verfahren kann ferner die folgenden Schritte umfassen:
    • - Identifizieren einer AFE-Komponente, die sich im Stopp-Zustand befindet,
    • - Bestimmen eines Tastverhältnisses von PWM auf AFE-Komponenten, die bereits laufen,
    • - Herleiten einer Anpassung an eine Steuerperiode für die AFE-Komponenten, die sich im Stopp-Zustand befinden, basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM, und
    • - Starten der AFE-Komponente, die sich im Stopp-Zustand befindet, und Betreiben dieser AFE-Komponente in Übereinstimmung mit der hergeleiteten Anpassung an die Steuerperiode.
  • Nach dieser Ausführungsform befindet sich mindestens eine der AFEs im Stopp-Zustand, d.h. mindestens eine der AFEs läuft nicht. Es läuft jedoch mindestens eine andere AFE. Eine AFE, die sich im Stopp-Zustand befindet, wird zunächst identifiziert.
  • Anschließend wird ein Tastverhältnis von PWM der AFEs, die bereits laufen, bestimmt. Dadurch wird die Modulation der AFEs, die bereits laufen, erhalten.
  • Anschließend wird eine Anpassung an eine Steuerperiode für die AFE-Komponente im Stopp-Zustand eingeleitet, basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM der AFEs, die bereits laufen. Dementsprechend hängt die angepasste Steuerperiode von dem Tastverhältnis von PWM der AFEs, die bereits laufen, ab und dadurch wird die Steuerperiode für die AFE im Stopp-Zustand mit den bereits laufenden AFEs synchronisiert.
  • Schließlich wird das im Stopp-Zustand befindliche AFE gestartet und gemäß der hergeleiteten Anpassung die Steuerperiode betrieben. Dementsprechend ist sichergestellt, dass das zu startende AFE in einer Weise betrieben wird, die mit dem Betrieb der bereits laufenden AFEs bereits synchronisiert ist.
  • Wenn ein zu startendes AFE nicht mit den bereits laufenden AFEs synchronisiert ist, besteht das Risiko, dass unerwünschte Transienten in dem Gleichtaktstrom unmittelbar nach dem Starten des AFE auftreten. Es ist daher ein Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung, dass sichergestellt ist, dass das zu startende AFE mit den bereits laufenden AFEs synchronisiert ist, wodurch eine Fehlausrichtung vermindert wird. Vermindern von Fehlausrichtungen vor dem Start führt zu geringen Transienten und vermindert die Wahrscheinlichkeit von Ausscheidungen.
  • In dem Fall, dass sich zwei oder mehr AFEs im Stopp-Zustand befinden, kann der vorstehend beschriebene Vorgang für jedes AFE im Stopp-Zustand wiederholt werden, wodurch diese AFEs nacheinander gestartet werden, während sichergestellt ist, dass die zu startenden AFEs mit den bereits laufenden AFEs synchronisiert werden.
  • Der Schritt des Herleitens einer Anpassung der Steuerperiode kann das Herleiten eines Fehlersignals basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM umfassen. Dieses Fehlersignal kann gefiltert werden, um Hochfrequenzanteile oder unerwünschtes Rauschen zu entfernen, bevor das Fehlersignal an einen Proportionalregler weitergeleitet wird.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das Fehlersignal durch einen oder mehrere Filter, wie beispielsweise einen analogen oder digitalen Filter oder eine Kombination aus beiden, geleitet werden, z.B. bevor das Fehlersignal dem Proportionalregler zugeführt wird.
  • Der Schritt des Herleitens einer Anpassung an die Steuerperiode kann ferner das Zuführen des Fehlersignals zu einem Proportionalregler (P) oder zu einem Proportional-Integral-Regler (PI) aufweisen. Das Fehlersignal kann dem P/PI-Regler zugeführt werden. Der Ausgang des P/PI-Reglers ist eine Schaltzeit, die über die Regelzeit des Modulators summiert wird. Darüber hinaus kann das Fehlersignal einem Filter zugeführt werden, beispielsweise ein Filter mit endlicher Impulsantwort (FIR), bevor es dem P/PI-Regler zugeführt wird.
  • Der Schritt des Bestimmens eines Tastverhältnisses des PWM der bereits laufenden AFE-Komponenten kann das Bestimmen einer Dauer einer Einschaltzeit der bereits laufenden AFE-Komponenten aufweisen. Das Tastverhältnis ist das Verhältnis von Einschaltdauer und Ausschaltdauer, so dass das Tastverhältnis leicht aus der Dauer der Einschaltzeit abgeleitet werden kann.
  • Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird auch ein nicht flüchtiges computerlesbares Medium bereitgestellt, das mit einem Computerprogramm zum Reduzieren des Gleichtaktstroms in Leistungselektronikausrüstung kodiert ist, die zwei oder mehr aktive Frontend (AFE)-Komponenten (1) aufweist, die parallel zwischen einem Wechselstromversorgungsnetz (2) und einem Gleichstromzwischenkreis (3) verbunden sind, wobei das Computerprogramm computerausführbare Anweisungen zum Steuern eines programmierbaren Prozessors aufweist:
    • - Starten einer ersten AFE-Komponente (1)
    • - Bestimmen eines Tastverhältnisses der Pulsbreitenmodulation (PWM) für die AFE-Komponenten (1),
    • - Herleiten eines Fehlersignals basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM und einem Gleichtaktstrom der AFE-Komponenten (1),
    • - Herleiten einer Korrekturspannung basierend auf dem Fehlersignal,
    • - Herleiten eines Gleichspannungssteuersignals basierend auf der hergeleiteten Korrekturspannung und einer gemessenen Gleichspannung des Gleichstromzwischenkreises (3) und/oder einer Gleichspannungsreferenz und
    • - Steuern der Leistungselektronikausrüstung gemäß dem hergeleiteten Gleichspannungssteuersignal.
  • Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird auch ein neues Computerprogrammprodukt bereitgestellt. Das Computerprogrammprodukt weist ein nicht flüchtiges computerlesbares Medium, z.B. eine Compactdisk „CD“ auf, die mit einem Computerprogramm nach der Erfindung kodiert ist.
  • Nach einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Starten von aktiven Frontend (AFE) - Komponenten von Leistungselektronikausrüstung bereit, die zwei oder mehr AFE-Komponenten aufweisen, die parallel zwischen einem Wechselspannungsversorgungsnetz und einem Gleichstromzwischenkreis verbunden sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
    • - Starten einer ersten AFE-Komponente,
    • - Bestimmen eines Tastverhältnisses der Pulsbreitenmodulation (PWM) der ersten AFE-Komponente,
    • - Herleiten einer Anpassung an eine Steuerperiode für eine AFE-Komponente im Stopp-Zustand, basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM, und
    • - Starten der im Stopp-Zustand befindlichen AFE-Komponente und Betreiben der AFE-Komponente gemäß der hergeleiteten Anpassung an die Steuerperiode.
  • Es sollte bemerkt werden, dass der Fachmann leicht erkennen würde, dass jedes Merkmal, das in Kombination mit dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben ist, auch mit dem zweiten Aspekt der Erfindung kombiniert werden kann und umgekehrt.
  • In dem Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung befinden sich die AFEs zunächst alle in einem Stopp-Zustand, d.h. keiner von ihnen läuft. Wenn es gewünscht ist, die AFEs zu starten, wird ein erster AFE gestartet, während die anderen AFEs im Stopp-Zustand bleiben.
  • Dann wird ein Tastverhältnis von PWM des ersten AFE bestimmt, z.B. in der oben beschriebenen Weise mit Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung.
  • Anschließend wird eine Anpassung an eine Steuerperiode für ein AFE im Stopp-Zustand hergeleitet, basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis des PWM des ersten AFE. Dies wurde auch oben mit Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung beschrieben.
  • Schließlich wird die im Stopp-Zustand befindliche AFE-Komponente gestartet und gemäß der hergeleiteten Anpassung an die Steuerperiode betrieben. Dies ist ebenfalls oben unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden.
  • Der Schritt des Herleitens einer Anpassung an die Steuerperiode kann das Herleiten eines Fehlersignals basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM aufweisen. Dies wurde bereits oben ausführlich beschrieben.
  • Der Schritt des Herleitens einer Anpassung an die Steuerperiode kann ferner das Zuführen des Fehlersignals zu einem Proportionalregler (P) oder einem Proportional-Integral-Regler (PI) aufweisen. Dies ist bereits oben im Einzelnen beschrieben worden.
  • Der Schritt zum Bestimmen eines Tastverhältnisses von PWM der ersten AFE-Komponente kann das Bestimmen einer Dauer einer Einschaltzeit einer ersten AFE-Komponente umfassen. Dies ist bereits im Einzelnen beschrieben worden.
  • Das Verfahren kann ferner den Schritt des sequentiellen Starts der im Stopp-Zustand befindlichen AFE-Komponente und Steuern der zu startenden AFE-Komponente basierend auf einem Tastverhältnis von PWM der bereits laufenden AFE-Komponenten aufweisen. Dabei können die AFEs einer nach dem anderen durch Wiederholen der oben beschriebenen Schritte gestartet werden, bis alle AFEs gestartet sind. Dadurch wird sichergestellt, dass schließlich alle AFEs synchronisiert sein werden.
  • Gemäß der Erfindung wird auch ein nicht flüchtiges computerlesbares Medium bereitgestellt, das mit einem Computerprogramm zum Starten von aktiven Frontend (AFE)-Komponenten (1) von Leistungselektronikausrüstung kodiert ist, die zwei oder mehr AFE-Komponenten (1) umfasst, die parallel zwischen einem Wechselspannungsversorgungsnetz (2) und einem Gleichstromzwischenkreis (3) verbunden sind, wobei das Computerprogramm computerausführbare Anweisungen zum Steuern eines programmierbaren Prozessors aufweisen:
    • - Starten einer ersten AFE-Komponente (1),
    • - Bestimmen eines Tastverhältnisses von Pulsbreitenmodulation (PWM) der ersten AFE-Komponente (1),
    • - Herleiten einer Anpassung an eine Steuerperiode für eine im Stopp-Zustand befindliche AFE-Komponente (1) basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM, und
    • - Starten der im Stopp-Zustand befindlichen AFE-Komponente (1) und Betreiben der AFE-Komponente (1) in Übereinstimmung mit der hergeleiteten Anpassung an die Steuerperiode.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird auch ein neues Computerprogrammprodukt bereitgestellt. Das Computerprogrammprodukt weist ein nicht flüchtiges computerlesbares Medium, z.B. eine Compactdisk „CD“ auf, die mit einem Computerprogramm nach der Erfindung kodiert ist.
  • Verschiedene beispielhafte und nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung werden in beigefügten abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Beispielhafte und nicht beschränkende Ausführungsformen der Erfindung sowohl in konstruktiver Hinsicht als auch in Bezug auf die Funktionsweise sowie zusätzliche Aufgaben und Vorteile davon werden am besten aus der nachfolgenden Beschreibung von konkreten beispielhaften Ausführungsformen verstanden, wenn man sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen liest.
  • Die Verben „aufweisen“ und „einschließen“ werden in diesem Dokument als offene Einschränkungen verwendet, die das Vorhandensein von nicht erwähnten Merkmalen weder ausschließen noch erfordern. Die in abhängigen Ansprüchen genannten Merkmale sind, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, untereinander frei kombinierbar. Darüber hinaus ist zu verstehen, dass die Verwendung von „einem“ oder „ein“, d.h. einer Einzahlform, in diesem Dokument eine Vielzahl nicht ausschließt.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, worin:
    • 1 ein Diagramm ist, das parallele AFEs zeigt, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gesteuert werden,
    • 2 grafische Darstellungen von Gleichtaktströmen sind, die die von PWM-Trägerfehlausrichtung und Gleichspannungsfehlern in parallelen AFEs stammen und nach einem Verfahren nach dem Stand der Technik gesteuert werden.
    • 3 ein Blockdiagramm ist, das ein Steuerverfahren nach dem Stand der Technik zur Reduzierung von Gleichtaktstrom veranschaulicht, der durch eine Trägerfehlausrichtung entsteht,
    • 4 ein Blockdiagramm ist, das ein Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
    • 5 grafische Darstellungen von Gleichtaktströmen sind, die von PWM-Trägerfehlausrichtungen und Gleichspannungsfehlern in parallelen AFEs stammen und nach einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesteuert werden,
    • 6 ein Blockdiagramm ist, das ein Verfahren nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, und
    • 7 grafische Darstellungen von Gleichtaktströmen in parallelen AFEs sind, die nach einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung während der Inbetriebnahme gesteuert werden.
  • Detailliierte Beschreibung der Zeichnungen
  • Die in der nachstehenden Beschreibung aufgeführten konkreten Beispiele sind nicht als Einschränkung des Umfanges und/oder der Anwendbarkeit der beigefügten Ansprüche auszulegen. Die in der nachfolgenden Beschreibung aufgeführten Listen und Beispielgruppen sind nicht vollständig, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.
  • 1 ist ein Diagramm, das eine Anzahl von AFEs 1 zeigt, von denen vier dargestellt sind, die parallel zwischen einem Wechselspannungsversorgungsnetz 2 und einem Gleichstromzwischenkreis 3 geschaltet sind. Die AFEs 1 sind in Form von Umrichtern. Jedes AFE ist über einen Filter 4, der eine erste Induktivität 5 und eine Kapazität 6 sowie eine zweite Induktivität 7 umfasst, mit dem Wechselspannungsversorgungsnetz 2 verbunden. Darüber hinaus kann jedes AFE über einen Schalter 8 mit dem Wechselspannungsversorgungsnetz 2 verbunden und von ihm getrennt werden. Dies wird im Folgenden näher beschrieben.
  • Aufgrund von schnellen Wechseln von Spannungen und Strömen innerhalb eines schaltenden Umrichters sind die AFEs 1 eine Quelle von Störungen sowohl mit anderen Komponenten als auch im eigenen Betrieb. Eine Art von Störung ist der Gleichtaktstrom, der entlang der normalen Leistungsanschlüsse für Induktivitäten, Kabel, Stromschienen usw. gemessen wird. Eine Möglichkeit diese Art von Störungen auf den Stromleitungen zu reduzieren, besteht darin, einen Filter zu entwerfen, der dies berücksichtigen kann, beispielsweise Filter 4 in 1. Diese Streukapazitäten bestehen zwischen verschiedenen Systemkomponenten und Masse. Aus Sicherheitsgründen verfügt die Mehrheit der Leistungselektronikausrüstungen über ein geerdetes Gehäuse. Somit trägt eine auf der Erdleitung auftretende Störung am meisten zum gesamten Gleichtaktstrom bei. Darüber hinaus wirken sich PWM-Trägerfehlausrichtung und Gleichspannungsmessfehler auch auf den Gleichtaktstrom aus.
  • Die Fehlausrichtung des PWM-Trägers ergibt sich wegen des Fehlers einer zentralen Steuerung, die die Position des PWM-Trägers der jeweiligen AFEs 1 ändert. Die PWM-Träger starten mit einer zufälligen Phase in Bezug aufeinander. Die Phasenverschiebung bezeichnet die zeitliche Position eines Punktes auf dem PWM-Träger. Eine Fehlausrichtung im PWM-Träger würde dazu führen, dass die erzeugte Gleichtaktspannung einen unterschiedlichen Phasenwinkel aufweist. Dies führt dazu, dass ein Gleichtaktstrom fließt. Dadurch kann der insgesamt erzeugte Gleichtaktstrom variieren.
  • Der Gleichspannungsmessfehler ist ein Fehler zwischen einer gemessenen Spannung zwischen zwei AFE-Komponenten 1. Für den Gleichspannungsmessfehler kann man davon ausgehen, dass der Fehler aufgrund von Bauteiltoleranz produktionsspezifisch ist.
  • 2 sind grafische Darstellungen von Gleichtaktströmen, die von PWM-Trägerfehlausrichtung und Gleichspannungsfehler in parallelen AFEs stammen und nach einem Stand der Technik gesteuert werden. Die AFEs könnten z.B. die in 1 dargestellten AFEs 1 sein. Es werden zwei verschiedene Modulationsverfahren erläutert, d.h. Raumvektor-PWM (SVPWM) in den vier linken grafischen Darstellungen, 9, 11, 13, 15 und diskontinuierliche PWM (DPWM1) in den vier rechten grafischen Darstellungen 10, 12, 14, 16. All diese grafischen Darstellungen in 2 zeigen den Gleichtaktstrom als Funktion der Zeit unter einer Periode der Grundfrequenz.
  • Die grafischen Darstellungen 9 und 10 zeigen Gleichtaktstrom, der von einer PWM-Trägerfehlausrichtung für eine PWM-Trägerfehlausrichtung von 90 % stammt.
  • Die grafischen Darstellungen 11 und 12 zeigen Gleichtaktstrom, der von einer PWM-Trägerfehlausrichtung für eine PWM-Trägerfehlausrichtung von 180° stammt.
  • Man kann aus den grafischen Darstellungen 9, 10, 11 und 12 sehen, dass die PWM-Trägerfehlausrichtung zu einem Gleichtaktstrom mit hoher Frequenz führt. Aus den grafischen Darstellungen 9, 10, 11 und 12 kann man ferner sehen, dass die Frequenz und die Amplitude des Gleichtaktstroms bei einer PWM-Trägerfehlausrichtung von 180° höher sind als die Frequenz und die Amplitude des Gleichtaktstroms bei einer PWM-Trägerfehlausrichtung von 90°.
  • Die grafischen Darstellungen 13 und 14 zeigen Gleichtaktstrom, der aus einem Gleichspannungsfehler von 1 % stammt. Es ist zu erkennen, dass ein Gleichspannungsfehler zu einem Gleichtaktstrom mit niedriger Frequenz und einer im Wesentlichen dreieckigen Charakteristik führt.
  • Die grafischen Darstellungen 15 und 16 zeigen den gesamten Gleichtaktstrom, der aus der PWM-Trägerfehlausrichtung von 90° und dem Gleichspannungsfehler von 1 % stammt. Es ist zu erkennen, dass der gesamte Gleichtaktstrom einen hochfrequenten Teil, der aus der PWM-Trägerfehlausrichtung stammt, und einen niederfrequenten Teil, der aus dem Gleichspannungsfehler stammt, aufweist.
  • Die grafischen Darstellungen von 2 zeigen alle eine Situation aus dem Stand der Technik, in der nicht versucht wurde, die Gleichtaktströme zu vermindern, die entweder durch PWM-Trägerfehlausrichtung oder Gleichspannungsfehler entstehen.
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungsverfahren nach dem Stand der Technik zum Reduzieren von Gleichtaktstrom veranschaulicht, der durch eine PWM-Trägerfehlausrichtung entsteht. Das Verfahren dient zur Synchronisierung mehrerer PWM-Träger unter Verwendung eines Gleichtaktstroms, icm,pk, der aus einem Drehstrom berechnet wird, der an der Spitze des PWM-Trägers abgetastet wird.
  • Ein TopFlag-Wert wird am Summationspunkt 17 zugeführt. Der TopFlag-Wert ist eine Variable, die als eins (wahr) angenommen wird, wenn sich der PWM-Träger im so genannten oberen Update befindet, und null (falsch), wenn er sich im unteren Update befindet. Am Summationspunkt 17 wird 0,5 von dem TopFlag-Wert abgezogen, um ein wechselndes Vorzeichenverhalten zu erhalten. Der resultierende TopFlag-Wert mit wechselnden Vorzeichen wird einem Multiplikationspunkt 18 zugeführt.
  • Der Spitzengleichtaktstrom icm,pk , wird ebenfalls dem Multiplikationspunkt 18 zugeführt. Am Multiplikationspunkt 18 wird der durch PWM-Trägerfehlausrichtung verursachte hochfrequente Gleichtaktstrom icm,pk demoduliert durch Multiplizieren des Gleichtaktstroms icm,pk mit TopFlag-Wert mit wechselnden Vorzeichen.
  • Der demodulierte Gleichtaktstrom wird einem Filter mit endlicher Impulsantwort (FIR2) 19 zugeführt, wobei der verbliebene Hochfrequenzanteil herausgefiltert und das Signal dann durch eine Verstärkung 20 von -1 invertiert wird.
  • Anschließend wird das Signal einem Proportionalregler (P) 21 zugeführt, der verwendet wird, um den Träger durch eine Variable Tsw/2,add einzustellen. Die Variable Tsw/2,add bezeichnet die Zeit, die zu einer Steuerperiode Tsw/2 addiert werden muss, bevor sie einem Modulator (nicht gezeigt) zugeführt wird. Die Steuerperiode Tsw/2 definiert die PWM-Halbzykluszeit.
  • Es sollte bemerkt werden, dass anstelle des P-Reglers ein Proportional-Integral-Regler (PI) verwendet werden könnte.
  • Wie erwähnt, befasst sich dieses Steuerungsverfahren nur mit der PWM-Trägerfehlausrichtung und kann daher nur dieses Problem lösen. Dementsprechend würde die Verwendung dieses Verfahren die in den grafischen Darstellungen 9, 10, 11 und 12 von 2 dargestellten Gleichtaktströme reduzieren, aber die in den grafischen Darstellungen 13 und 14 von 2 dargestellten Gleichtaktströme nicht beeinflussen. Somit werden auch bei diesem Verfahren Gleichtaktströme nicht vollständig eliminiert, da der Gleichtaktstrom, der von einem Gleichspannungsfehler stammt, weiterhin vorhanden ist. Wie vorstehend beschrieben, führt dies zu einer verminderten Effizienz der AFEs.
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Das Verfahren wird verwendet, um die Gleichspannungsfehlermessung zwischen parallelen AFEs unter Verwendung eines Spitzengleichtaktstroms icm,pk zu vermindern, der aus dem am PWM-Träger abgetasteten Drehstrom berechnet wird.
  • Ein Tastverhältniswert Duvw wird einem mathematischen Block 22 zugeführt. Das Tastverhältnis Duvw ist der Gleichtakt der Tastverhältnisse, was der Ausgang des Modulators ist, der sich zwischen 0 und 1 bewegt.
  • Eine Nullfolge des Tastverhältnisses von PWM Dcm wird einem Summationspunkt 23 zugeführt. Die Nullfolge wird im Folgenden berechnet: Dem = 1/3*Du + 1/3*Dv + 1/3*Dw. Am Summationspunkt 23 wird 0,5 vom Wert des Tastverhältnisses Dcm abgezogen, um ein wechselndes Vorzeichenverhalten zu erhalten. Der resultierende wechselnde Wert des Vorzeichens des Tastverhältnisses Duvw wird einem Multiplikationspunkt 24 zugeführt.
  • Der Spitzengleichtaktstrom icm,pk wird ebenfalls dem Multiplikationspunkt 24 zugeführt. Am Multiplikationspunkt 24 wird der Gleichtaktstrom icm,pk demoduliert, indem der Gleichtaktstrom icm,pk mit dem wechselnden Tastverhältniswert Dcm multipliziert wird.
  • Der demodulierte Gleichtaktstrom wird einem Tiefpassfilter 25 zugeführt, wobei der verbleibende Hochfrequenzanteil herausgefiltert wird, und das Signal wird dann durch eine Verstärkung 26 von -1 invertiert.
  • Anschließend wird das Signal einem Integralregler 27 (I) zugeführt, um die Gleichspannung udc,avg durch eine Gleichspannung udc,corr einzustellen. Die Gleichspannung udc,corr wird einem Summationspunkt 28 zugeführt.
  • Eine Gleichspannung Udc,ADC wird ebenfalls dem Summationspunkt 28 zugeführt. Die Gleichspannung Udc,ADC ist die gemessene Gleichspannung der AFE 1 Komponente.
  • Eine Gleichspannung udc,avg wird einem Gleichspannungsregler zugeführt (nicht gezeigt). Die Gleichspannung udc,avg ist die Summe der Gleichspannungen udc,corr und udc,ADC und bezeichnet den Gleichspannungswert für die parallelen AFEs.
  • Bei Gleichtaktinduktivitäten, die rein induktiv sind (kein ohmscher Teil) kann der Gleichtaktstrom eine Gleichstromkomponente umfassen. In diesem Fall ist es notwendig, den in der Gleichspannungseinstellung verwendeten Integralregler 27 zu ergänzen.
  • Der Spitzengleichtaktstrom wird einem Filter 29 mit endlicher Impulsantwort (FIR2) zugeführt, wo der verbleibende Hochfrequenzanteil herausgefiltert wird. Danach wird das Signal einem Tiefpassfilter (30) zugeführt und das Signal wird weiter gefiltert.
  • Anschließend wird das Signal durch eine Verstärkung 31 von - 1 invertiert, bevor es einem P-Regler 32 zugeführt wird.
  • Der Ausgang des P-Reglers 32 ist ein Tastverhältniswert Dcm,add , der einem Modulator (nicht gezeigt) zugeführt wird. Der Tastverhältniswert Dcm,add wird verwendet, um die modulierte Gleichtaktspannung anzupassen, um jeden Gleichstrom auf Null zu bringen.
  • Da es sich bei der Gleichspannung udc,avg , die dem Gleichspannungsregler (nicht gezeigt) zugeführt wird, um ein korrigiertes Gleichspannungssignal handelt, ist sichergestellt, dass alle AFE Einheiten auf dem gleichen stationären Gleichspannungswert udc,avg konvergieren. Dadurch wird der Gleichtaktstrom, der aus dem Gleichspannungsfehler stammt, wie in den grafischen Darstellungen 13 und 14 von 2 dargestellt, reduziert.
  • Bei reinen induktiven Gleichtaktinduktivitäten kann der Gleichtaktstrom eine Gleichstromkomponente umfassen. Dieses Problem wird gelöst, indem man dem Modulator (nicht gezeigt) den Tastverhältniswert Dcm,add zuführt.
  • 5 sind grafische Darstellungen von Gleichtaktströmen, die von PWM-Trägerfehlausrichtung und Gleichspannungsfehlern in parallelen AFEs stammen, die nach einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gesteuert werden, bei dem sowohl das Steuerverfahren, das durch das Blockdiagramm von 3 erläutert wird, als auch das Steuerverfahren, das durch das Blockdiagramm von 4 erläutert wird, verwendet werden. Die AFEs könnten z.B. die in 1 dargestellten AFEs sein. Es werden zwei verschiedene Modulationsverfahren dargestellt, nämlich Raumvektor (SVPWM) in den drei linken grafischen Darstellungen und diskontinuierliche PWM (DPWM1) in den drei rechten Darstellungen. Alle grafischen Darstellungen von 5 zeigen Gleichtaktstrom als eine Funktion der Zeit unter einer Periode von z.B. 1,6 Sekunden, wobei die Parallelsteuerung zum Zeitpunkt 0,5 s aktiviert ist.
  • Die grafischen Darstellungen 33 und 34 zeigen Gleichtaktstrom, der von einer PWM-Trägerfehlausrichtung für eine PWM-Trägerfehlausrichtung von 180° stammt. Die grafischen Darstellungen 35 und 36 zeigen Gleichtaktstrom, der von einem Gleichspannungsfehler von 1 % stammt. Schließlich zeigen die grafischen Darstellungen 37 und 38 den gesamten Gleichtaktstrom, der aus der PWM-Trägerfehlausrichtung von 90° und dem Gleichspannungsfehler von 1 % stammt.
  • Wenn man die grafischen Darstellungen von 5 mit den grafischen Darstellungen von der 2 vergleicht, wird deutlich, dass die Verwendung des im Blockdiagramm von 3 erläuterten Verfahrens wie auch der durch das Blockdiagramm von 5 erläuterte Verfahren zu einer signifikanten Verminderung des Gleichtaktstroms führt. Es wird darauf hingewiesen, dass der Gleichtaktstrom, der aus einer PWM-Trägerfehlausrichtung stammt und in grafischen Darstellungen 33 und 34 gezeigt ist, durch das im Blockdiagramm von 3 erläuterte Steuerverfahren und der Gleichtaktstrom, der von dem Gleichspannungsfehler stammt und in grafischen Darstellungen 35 und 36 gezeigt ist, durch das durch das Blockdiagramm von 4 erläuterte Verfahren reduziert wird.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das ein Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Das Verfahren wird verwendet, um den PWM-Träger eines AFE während des Startens auf einen bereits laufenden zu synchronisieren durch Überwachung der Spannung, die man an den Wechselrichteranschlüssen sehen kann. Der zu startende AFE kann z.B. durch Schließen eines Schalters gestartet werden, dargestellt durch das Bezugszeichen 8 in 1.
  • Eine Variable Tuvw wird einem Divisionspunkt 39 zugeführt. Die Zeitvariable Tuvw ist die Spannungszustandsrückführung, die über eine Steuerperiode gemittelt ist.
  • Eine Variable Tsw/2 wird ebenfalls einem Divisionspunkt 39 zugeführt. Die Variable Tsw/2 ist die Steuerperiodenlänge.
  • Der Ausgang des Divisionspunkts 39 ist ein Tastverhältniswert Duvw . Der Tastverhältniswert Duvw wird einem mathematischen Block 40 zugeführt. Das Tastverhältnis Duvw ist der Gleichtakt der Tastverhältnisse.
  • Ein TopFlag-Wert wird einem Summationspunkt 41 zugeführt. Der TopFlag-Wert ist eine Variable, die als eins (wahr) angenommen wird, wenn sich der PWM-Träger im so genannten Top-Update befindet, und Null (falsch), wenn er sich im unteren Update befindet. Am Summationspunkt 41 wird 0,5 von dem TopFlag-Wert subtrahiert, um ein wechselndes Vorzeichenverhalten zu erhalten. Der resultierende TopFlag-Wert mit wechselnden Vorzeichen wird einem Multiplikationspunkt 42 zugeführt.
  • Der Ausgang des mathematischen Blocks ist ein Gleichtakt-Tastverhältnis Dem, das ebenfalls dem Multiplikationspunkt 42 zugeführt wird.
  • Der Ausgang des Multiplikationspunkts ist ein demoduliertes Signal, das eine Funktion der PWM-Trägerfehlausrichtung ist.
  • Das demodulierte Signal wird einem Filter 43 mit endlicher Impulsantwort (FIR2) zugeführt, wo der verbleibende Hochfrequenzanteil herausgefiltert wird, und das Signal wird dann durch eine Verstärkung von -1 invertiert.
  • Anschließend wird das Signal einem P-Regler 45 zugeführt, der verwendet wird, um den Träger durch eine Variable Tsw/2,add einzustellen. Die Variable Tsw/2,add bezeichnet die Zeit, die zu einer Steuerperiode Tsw/2 hinzugefügt werden muss, bevor sie einem Modulator (nicht gezeigt) zugeführt wird. Die Steuerperiode Tsw/2 definiert die PWM-Halbzykluszeit.
  • Da die Variable Tsw/2,add , die dem Modulator (nicht gezeigt) zugeführt wird, verwendet wird, um die Steuerperiode Tsw/2 einzustellen, wird sichergestellt, dass der PWM-Träger einer AFE-Einheit beim Start mit einem bereits laufenden AFE synchronisiert werden kann.
  • 7 sind grafische Darstellungen von Gleichtaktströmen, die von der PWM-Trägersynchronisation während des Starts in parallelen AFEs stammen, die nach einem Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung gesteuert werden, bei dem sowohl das Steuerverfahren, das durch das Blockdiagramm von 3 erläutert wird, als auch das Steuerverfahren, das durch das Blockdiagramm von 4 erläutert wird, und das Steuerverfahren, das durch das Blockdiagramm von 6 erläutert wird, verwendet werden. Die AFEs könnten z.B. die in 1 dargestellten AFEs 1 sein. Zwei verschiedene Modulationsverfahren werden dargestellt, d.h. Raumvektor-PWM (SVPWM) in den beiden linken grafischen Darstellungen und diskontinuierliches PWM (DPWM1) in den beiden rechten grafischen Darstellungen. Alle die grafischen Darstellungen von 7 zeigen Gleichtaktstrom als eine Funktion von Zeit unter einer Periode der Grundfrequenz.
  • Die grafischen Darstellungen 46 und 47 zeigen Gleichtaktstrom, der aus einer PWM-Trägersynchronisation für eine PWM-Trägerfehlausrichtung von 180° stammt, wenn das durch das Blockdiagramm von 6 erläuterte Verfahren nicht verwendet wird. Die grafischen Darstellungen 48 und 49 zeigen Gleichtaktstrom, der von einer PWM-Trägersynchronisation für eine PWM-Trägerfehlausrichtung von 180° stammt, wenn das Steuerverfahren, das durch das Blockdiagramm von 6 erläutert wird, verwendet wird.
  • In den grafischen Darstellungen von 7 wird ein zweites AFE zum Zeitpunkt 0,5 s gestartet. Die grafischen Darstellungen 46 und 47 von 7 zeigen, dass der Gleichtaktstrom schnell und mit einer hohen Amplitude unmittelbar nach dem Starten des zweiten AFE zum Zeitpunkt 0,5 s schwankt, wenn die Trägersynchronisation deaktiviert ist. Ihrerseits zeigen die grafischen Darstellungen 48 und 49 von 7, dass der Gleichtaktstrom unmittelbar nach dem Starten des zweiten AFE zum Zeitpunkt 0,5 s erheblich reduziert wird, wenn die Trägersynchronisation aktiviert ist.
  • Wenn man die grafischen Darstellungen von 7 vergleicht, wird deutlich, dass die Verwendung des Verfahrens, das durch das Blockdiagramm in 6 dargestellt ist, zu einer Verminderung des Gleichtaktstroms beim Starten eines zweiten AFE führt.
  • Folgende Computerprogramme gemäß einer beispielhaften und nicht begrenzenden Ausführungsform umfassen computerausführbare Anweisungen zum Steuern eines programmierbaren Prozessors, um Aktionen auszuführen, die sich auf ein Verfahren nach irgendeiner der oben beschriebenen beispielhaften und nicht begrenzenden Ausführungsformen beziehen.
  • Ein Computerprogramm zum Vermindern von Gleichtaktstrom in leistungselektronischer Ausrüstung, die zwei oder mehr aktive Frontendkomponenten (AFE) (1) aufweist, die parallel zwischen einem Wechselstromversorgungsnetz (2) und einem Gleichstromzwischenkreis (3) verbunden sind, wobei das Computerprogramm ausführbare Anweisungen zum Steuern eines programmierbaren Prozessors aufweist, um:
    • - ein Tastverhältnis einer Pulsbreitenmodulation (PWM) für die AFE-Komponenten (1) zu bestimmen,
    • - ein Fehlersignal basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM und einem Gleichtaktstrom der AFE-Komponenten (1) herzuleiten,
    • - eine Korrekturspannung herzuleiten, basierend auf dem Fehlersignal,
    • - Herleiten eines Gleichspannungssteuersignals basierend auf der hergeleiteten Korrekturspannung und einer gemessenen Spannung des Gleichstromzwischenkreises (3) und/oder einer Gleichspannungsreferenz, und
    • - Steuern der leistungselektronischen Ausrüstung in Übereinstimmung mit dem hergeleiteten G leichspannungssteuersignal.
  • Ein Computerprogramm zum Starten von aktiven Frontend (AFE)-Komponenten (1) von leistungselektronischer Ausrüstung, die zwei oder mehr AFE-Komponenten (1) aufweist, die parallel zwischen einem Wechselspannungsversorgungsnetz (2) und einem Gleichstromzwischenkreis (3) verbunden sind, wobei das Computerprogramm computerausführbare Anweisungen zum Steuern eines programmierbaren Prozessors aufweist, für:
    • - Starten einer ersten AFE-Komponente (1),
    • - Bestimmen eines Tastverhältnisses der Pulsbreitenmodulation (PWM) der ersten AFE-Komponente (1),
    • - Herleiten einer Anpassung an eine Steuerperiode für eine AFE-Komponente (1) im Stopp-Zustand basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM und
    • - Starten der im Stopp-Zustand befindlichen AFE-Komponente (1) und Betreiben der AFE-Komponente (1) gemäß der abgeleiteten Anpassung an die Steuerperiode.
  • Die oben genannten Computerprogramme können z.B. Unterprogramme und/oder Funktionen sein, die mit einer für den jeweiligen programmierbaren Prozessor geeigneten Programmiersprache implementiert sind.
  • Ein Computerprogrammprodukt nach einer beispielhaften und nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst ein computerlesbares Medium, z.B. eine Compactdisc „CD“, die mit einem Computerprogramm gemäß einer beispielhaften Ausführungsform codiert ist.
  • Die in der obigen Beschreibung angegebenen nicht beschränkenden, konkreten Beispiele sollten nicht als Einschränkung des Umfangs und/oder der Anwendbarkeit der beigefügten Ansprüche ausgelegt werden. Darüber hinaus ist jede Liste oder Gruppe von Beispielen, die in diesem Dokument vorgestellt werden, nicht vollständig, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.

Claims (17)

  1. Verfahren zum Reduzieren des Gleichtaktstroms in leistungselektronische Ausrüstung, die zwei oder mehr aktive Frontend (AFE)-Komponenten (1) umfasst, die parallel zwischen einem Wechselspannungsversorgungsnetz (2) und einem Gleichstromzwischenkreis verbunden sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Bestimmen eines Tastverhältnisses der Pulsbreitenmodulation (PWM) für die AFE-Komponenten (1), - Herleiten eines Fehlersignals basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM und einem Gleichtaktstrom der AFE-Komponenten (1), - Herleiten einer Korrekturspannung basierend auf dem Fehlersignal, - Herleiten eines Gleichspannungssteuersignals basierend auf der hergeleiteten Korrekturspannung und einer gemessenen Gleichspannung des Gleichstromzwischenkreises (3) und/oder einer Gleichspannungsreferenz und - Steuern der Leistungselektronikausrüstung gemäß dem hergeleiteten Gleichspannungssteuersignal.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Herleitens eines Fehlersignals auf einem Gleichtaktstrom der AFE-Komponenten (1) basiert.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin den Schritt des Messens des Gleichtaktstroms der AFE-Komponenten (1) aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Herleitens des Tastverhältnisses von PWM basierend auf dem Gleichtaktstrom das Filtern des Gleichtaktstroms mittels eines oder mehrerer Filter (19, 30) aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Herleitens eines Gleichspannungssteuersignals das Hinzufügen (28) der hergeleiteten Korrekturspannung und der gemessenen Gleichspannung des Gleichstromzwischenkreises (3) und/oder einer Gleichspannungsreferenz umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Herleitens einer Korrekturspannung das Zuführen des Fehlersignals zu einem Integralregler (27) aufweist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin folgende Schritte aufweist: - Identifizieren einer AFE-Komponente (1), die sich im Stopp-Zustand befindet, - Bestimmen eines Tastverhältnisses von PWM der bereits laufenden AFE-Komponenten (1), - Herleiten einer Anpassung an eine Steuerperiode für die AFE-Komponente, die sich im Stopp-Zustand befindet, basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM, und - Starten der sich im Stopp-Zustand befindlichen AFE-Komponente (1) und Betreiben der AFE-Komponente (1) gemäß der hergeleiteten Anpassung an die Steuerperiode.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Herleitens einer Anpassung an die Steuerperiode das Ableiten eines Fehlersignals basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt zum Herleiten einer Anpassung an die Steuerperiode weiterhin das Zuführen des Fehlersignals zu einer proportionalen (P) Regler (45) oder zu einem Proportional-Integral (PI)-Regler aufweist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei der Schritt des Bestimmens eines Tastverhältnisses von PWM der AFE-Komponenten (1), die bereits laufen, das Bestimmen einer Dauer einer Einschaltzeit der bereits laufenden AFE-Komponenten (1) aufweist.
  11. Nicht flüchtiges computerlesbares Medium, das mit einem Computerprogramm zum Reduzieren des Gleichtaktstroms einer Leistungselektronikausrüstung, die zwei oder mehr aktive Frontend (AFE)-Komponenten (1) aufweist, die parallel zwischen einem Wechselspannungsversorgungsnetz und einem Gleichstromzwischenkreis (3) verbunden sind, wobei das Computerprogramm die folgenden computerausführbaren Anweisungen zum Steuern eines programmierbaren Prozessors aufweist: - Bestimmen eines Tastverhältnisses von Pulsbreitenmodulation (PWM) für die AFE-Komponenten (1), - Herleiten eines Fehlersignals basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM und eines Gleichtaktstroms der AFE-Komponenten (1), - Herleiten einer Korrekturspannung basierend auf dem Fehlersignal, - Herleiten eines Gleichspannungssteuersignals basierend auf der hergeleiteten Korrekturspannung und einer gemessenen Gleichspannung des Gleichstromzwischenkreises (3) und/oder einer Gleichspannungsreferenz, und - Steuern der Leistungselektronikausrüstung gemäß dem hergeleiteten Gleichspannungssteuersignal.
  12. Verfahren zum Starten von aktiven Frontend (AFE)-Komponenten (1) von Leistungselektronikausrüstung, die zwei oder mehr AFE-Komponenten (1) aufweist, die parallel zwischen einem Gleichstromversorgungsnetz (2) und einem Gleichstromzwischenkreis (3) geschaltet sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Starten einer ersten AFE-Komponente (1), - Bestimmen eines Tastverhältnisses von Pulsbreitenmodulation (PWM) der ersten AFE-Komponente (1), - Herleiten einer Anpassung an eine Steuerperiode für eine sich im Stopp-Zustand befindliche AFE-Komponente (1) basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM und - Starten der sich im Stopp-Zustand befindlichen AFE-Komponente (1) und Betreiben dieser AFE-Komponente (1) in Übereinstimmung mit einer hergeleiteten Anpassung an die Steuerperiode.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Herleitens einer Anpassung an die Steuerperiode das Herleiten eines Fehlersignals basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM aufweist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Herleitens einer Anpassung an die Steuerperiode weiterhin das Zuführen des Fehlersignals zu einem Proportional (P)-Regler (45) oder zu einem Proportional-Integral (PI)-Regler umfasst.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-14, wobei der Schritt des Bestimmens eines Tastverhältnisses von PWM der ersten AFE-Komponente (1) das Bestimmen einer Dauer einer Einschaltzeit der ersten AFE-Komponente (1) umfasst.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-15, das weiterhin den Schritt des sequentiellen Startens der sich im Stopp-Zustand befindlichen AFE-Komponenten (1) aufweist und des Steuerns der AFE-Komponenten (1), die gestartet werden, basierend auf einem Tastverhältnis von PWM der AFE-Komponenten (1), die bereits laufen.
  17. Nicht flüchtiges computerlesbares Medium, das mit einem Computerprogramm zum Starten von aktiven Frontend (AFE)-Komponenten (1) von Leistungselektronikausrüstung, die zwei oder mehr AFE-Komponenten (1), die parallel zwischen einem Wechselspannungsversorgungsnetz (2) und einem Gleichstromzwischenkreis (3) verbunden sind, wobei das Computerprogramm folgende computerausführbare Anweisungen zum Steuern eines programmierbaren Prozessors aufweist: - Starten einer ersten AFE-Komponente (1), - Bestimmen eines Tastverhältnisses von Pulsbreitenmodulation (PWM) der ersten AFE-Komponente (1), - Herleiten einer Anpassung an eine Steuerperiode für eine sich im Stopp-Zustand befindliche AFE-Komponente (1) basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis von PWM und - Starten der AFE-Komponente (1), die sich im Stopp-Zustand befindet, und Betreiben der AFE-Komponente (1) gemäß der hergeleiteten Anpassung an die Steuerperiode.
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