DE102021115784A1 - Ein weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem und ein Spannungsfenster-Schaltverfahren dafür - Google Patents

Ein weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem und ein Spannungsfenster-Schaltverfahren dafür Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem und ein Spannungsfenster-Schaltverfahren dafür. Dieses System umfasst mehrphasige Wechselrichter-Antriebsschaltungen. Jede Phase der Wechselrichter-Antriebsschaltung enthält eine Anzahl n von Gleichspannungsversorgungseingängen, einen Wechselspannungsausgang, einen Spannungsfenster-Schaltkreis, ein weich schaltendes Wechselrichter-Antriebsmodul, ein Steuermodul, eine Induktivität und einen Ausgangskondensator. Im Betrieb wird das Steuermodul zur Echtzeitmessung verwendet, um die Ausgangswechselspannung und die Spannung jedes Gleichspannungsversorgungseingangs zu vergleichen, das Spannungsfenster zu bestimmen, in dem sich die Ausgangswechselspannung befindet, und die Steuersignale an den Spannungsfenster-Schaltkreis abzugeben. Der Spannungsfenster-Schaltkreis wird verwendet, um den Gleichspannungspegel an jedem Gleichspannungsversorgungseingang in mehrere überlappende Spannungsfenster zu verteilen. Das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul wird dazu verwendet, die vom Spannungsfenster-Schaltkreis abgegebene Gleichspannung in Wechselspannung umzuwandeln. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es dem Gesamtsystem, extrem niedrige Schaltverluste zu realisieren und die Energienutzungseffizienz zu verbessern.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Wechselrichter-Antriebsschaltungen, insbesondere ein weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem und ein Spannungsfenster-Schaltverfahren dafür.
  • In bekannten weich schaltenden Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystemen bringt die weich schaltende Topologie selbst einen extrem niedrigen Schaltverlust, aber sie benötigen unipolare Schaltbauelemente wie MOSFET oder GaN-FET. Aufgrund der Einschränkung der Materialien sind die Spannungsfestigkeit und die Strombelastbarkeit pro Einheitsfläche solcher Schaltbauelemente jedoch nicht hoch. Eine hohe Spannungsfestigkeit und eine hohe Strombelastbarkeit sind schwierig gleichzeitig zu erreichen und die Kosten sind hoch, somit wird ihre praktische Anwendung beschränkt. Bipolare Schaltbauelemente haben eine hohe Strombelastbarkeit und eine hohe Spannungsfestigkeit, aber ihre Schaltverluste sind nicht vermeidbar, somit ist ihre Energienutzungseffizienz geringer.
  • Im Hinblick auf die vorgenannten Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem und ein Spannungsfenster-Schaltverfahren dafür bereitzustellen.
  • Zur Lösung der oben genannten technischen Probleme stellt die vorliegende Erfindung ein weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem gemäß Patentanspruch 1 bereit.
  • In einigen Ausführungsformen werden die Spannungen an der Anzahl n von Gleichspannungsversorgungseingängen, die in jeder Phase der Wechselrichter-Antriebsschaltung enthalten sind, auf das Potential des Mittelpunkts zwischen dem höchsten Spannungspegel und dem niedrigsten Spannungspegel aus den Gleichspannungsversorgungseingängen als den Potentialbezugspunkt referenziert, wobei die Eingangsspannung jeder Gleichspannungsversorgung und die Ausgangswechselspannung in jeder Phase die Klemmenspannungen auf diesen Potentialbezugspunkt sind.
  • In einigen Ausführungsformen ist der Spannungsfenster-Schaltkreis ein Spannungsfenster-Schaltkreis, der eine Anzahl von Eingängen enthält, die der Anzahl n von Gleichspannungsversorgungseingängen entspricht, wobei das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul ein weich schaltendes Wechselrichter-Antriebsmodul ist, das eine Anzahl von Eingängen enthält, die der Anzahl der im Spannungsfenster-Schaltkreis enthaltenen Ausgänge entspricht, wobei jeder im Spannungsfenster-Schaltkreis enthaltene Eingang mit einem der Gleichspannungsversorgungseingänge verbunden ist, und wobei jeder im weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmodul enthaltene Eingang mit einem der Ausgänge des Spannungsfenster-Schaltkreises verbunden ist.
  • In einigen Ausführungsformen ist der Spannungsfenster-Schaltkreis ein Spannungsfenster-Schaltkreis, der vier Eingänge und zwei Ausgänge enthält, wobei das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul eine Halbbrückenschaltung oder eine Flying-Capacitor-Schaltung ist, die einen positiven Gleichspannungseingang +Uzk, einen negativen Gleichspannungseingang -Uzk und einen Ausgang enthält, wobei die im Spannungsfenster-Schaltkreis enthaltenen vier Eingänge mit den vier Gleichspannungsversorgungseingängen verbunden sind, deren Potentiale unterschiedlich sind, und die Spannungen der vier Gleichspannungsversorgungseingänge in absteigender Reihenfolge UinDC1, UinDC2, UinDC3 und UinDC4 sind, wobei die im Spannungsfenster-Schaltkreis enthaltenen zwei Ausgänge mit den zwei Eingängen des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls verbunden sind, wobei der Spannungsfenster-Schaltkreis vier Schaltvorrichtungen S1, S2, S3 und S4 enthält, wobei die zwei Schaltvorrichtungen S1, S2 in Reihe zwischen den zwei Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC1 und UinDC2 geschaltet sind, und wobei die anderen zwei Schaltvorrichtungen S3, S4 in Reihe zwischen den zwei Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC3 und UinDC4 geschaltet sind, wobei der positive Gleichspannungseingang +Uzk der Halbbrückenschaltung oder der Flying-Capacitor-Schaltung mit der gemeinsamen Klemme der zwei Schaltvorrichtungen S1, S2 verbunden ist, die in Reihe zwischen den zwei Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC1 und UinDC2 geschaltet sind, wobei die negative Gleichspannungseingang -Uzk mit der gemeinsamen Klemme der anderen zwei Schaltvorrichtungen S3, S4 verbunden ist, die in Reihe zwischen den zwei Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC3 und UinDC4 geschaltet sind, wobei der Ausgang mit der Induktivität L verbunden ist.
  • In einigen Ausführungsformen ist der Spannungsfenster-Schaltkreis ein Spannungsfenster-Schaltkreis, der vier Eingänge und drei Ausgänge enthält, wobei das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul eine T-Type-Inverter-Schaltung ist, die einen positiven Gleichspannungseingang +Uzk, einen negativen Gleichspannungseingang -Uzk, einen mittleren Gleichspannungseingang Uzkm und einen Ausgang enthält, wobei die im Spannungsfenster-Schaltkreis enthaltenen vier Eingänge mit den vier Gleichspannungsversorgungseingängen verbunden sind, deren Potentiale unterschiedlich sind, und die Spannungen der vier Gleichspannungsversorgungseingänge in absteigender Reihenfolge UinDC1, UinDC2, UinDC3 und UinDC4 sind, wobei die im Spannungsfenster-Schaltkreis enthaltenen drei Ausgänge mit den drei Eingängen des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls verbunden sind, wobei der Spannungsfenster-Schaltkreis sechs Schaltvorrichtungen S1, S2, S3, S4, S5, S6 enthält, wobei die sechs Schaltvorrichtungen S1, S2, S3, S4, S5, S6 paarweise in Reihe zwischen den vier Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC1, UinDC2, UinDC3 und UinDC4 geschaltet sind, wobei der positive Gleichspannungseingang +Uzk der T-Type-Inverter-Schaltung mit der gemeinsamen Klemme der zwei Schaltvorrichtungen S1, S2 verbunden ist, die in Reihe zwischen den zwei Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC1 und UinDC2 geschaltet sind, wobei der mittlere Gleichspannungseingang Uzkm mit der gemeinsamen Klemme der zwei Schaltvorrichtungen S3, S4 verbunden ist, die in Reihe zwischen den zwei Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC2 und UinDC3 geschaltet sind, wobei der negative Gleichspannungseingang -Uzk mit der gemeinsamen Klemme der zwei Schaltvorrichtungen S5, S6 verbunden ist, die in Reihe zwischen den zwei Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannung von UinDC3 und UinDC4 geschaltet sind, und wobei der Ausgang mit der Induktivität L verbunden ist.
  • In einigen Ausführungsformen ist der Spannungsfenster-Schaltkreis ein Spannungsfenster-Schaltkreis, der fünf Eingänge und zwei Ausgänge enthält, wobei das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul eine Halbbrückenschaltung oder eine Flying-Capacitor-Schaltung ist, die einen positiven Gleichspannungseingang +Uzk, einen negativen Gleichspannungseingang -Uzk und einen Ausgang enthält, wobei die im Spannungsfenster-Schaltkreis enthaltenen fünf Eingänge mit den fünf Gleichspannungsversorgungseingängen verbunden sind, deren Potentiale unterschiedlich sind, und die Spannungen der fünf Gleichspannungsversorgungseingänge in absteigender Reihenfolge UinDC1, UinDC2, UinDC3, UinDC4 und UinDC5 sind, wobei die im Spannungsfenster-Schaltkreis enthaltenen zwei Ausgänge mit den zwei Eingängen des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls verbunden sind, wobei der Spannungsfenster-Schaltkreis acht Schaltvorrichtungen S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8 enthält; wobei drei Schaltvorrichtungen S1, S2, S3 in Reihe zwischen den Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC1 und UinDC3 geschaltet sind, wobei drei Schaltvorrichtungen S4, S5, S6 in Reihe zwischen den Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC3- und UinDC5 geschaltet sind, wobei die Gleichspannungsversorgung mit der Spannung von UinDC2 über eine Schaltvorrichtung S7 mit der gemeinsamen Klemme der zwei Schaltvorrichtungen S1, S2 verbunden ist, wobei die Gleichspannungsversorgung mit der Spannung von UinDC4 über eine Schaltvorrichtung S8 mit der gemeinsamen Klemme der zwei Schaltvorrichtungen S5, S6 verbunden ist, wobei der positive Gleichspannungseingang +Uzk der Halbbrückenschaltung oder der Flying-Capacitor-Schaltung mit der gemeinsamen Klemme der zwei Schaltvorrichtungen S2, S3 verbunden ist, wobei der negative Gleichspannungseingang -Uzk mit der gemeinsamen Klemme der zwei Schaltvorrichtungen S4, S5 verbunden ist, und wobei der Ausgang mit der Induktivität L verbunden ist.
  • In einigen Ausführungsformen sind die verwendeten Schaltvorrichtungen IGBT- oder GTO-Bauelemente.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das System voneinander unabhängige und strukturell identische Wechselrichter-Antriebsschaltungen von drei Phasen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Spannungsfenster-Schaltverfahren für das oben beschriebene weich schaltende Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem zur Verfügung, bei dem dann, wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC sich im überlappenden Teil zweier benachbarter Spannungsfenster befindet, der Spannungsfenster-Schaltkreis die Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls gleichzeitig auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster schaltet, oder wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC sich im überlappenden Teil zweier benachbarter Spannungsfenster befindet, der Spannungsfenster-Schaltkreis die Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls in zwei Schritten auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster schaltet, wobei im ersten Schritt der Spannungsfenster-Schaltkreis zunächst die Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls auf den überlappenden Teil des aktuellen Spannungsfensters und des nächsten gewünschten benachbarten Spannungsfensters schaltet und eine Zeitspanne beibehält, wobei im zweiten Schritt dann die Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster umgeschaltet werden.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Schritte:
  • im überlappenden Spannungsbereich von jeweils zwei benachbarten Spannungsfenstern werden eine Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung und eine Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung eingestellt und, wenn ein Umschalten zu einem Spannungsfenster mit niedrigerem Spannungspegel erfordert wird, vergleicht das Steuermodul in Echtzeit die Ausgangswechselspannung UoutAC und die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung, und wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC niedriger als die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung ist, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis die Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls gleichzeitig auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster, und wenn ein Umschalten zu einem Spannungsfenster mit höherem Spannungspegel erfordert wird, vergleicht das Steuermodul in Echtzeit die Ausgangswechselspannung UoutAC und die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung, und wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC höher als die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung ist, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis die Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls gleichzeitig auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster, oder im überlappenden Spannungsbereich von jeweils zwei benachbarten Spannungsfenstern werden eine Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung und eine Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung eingestellt, und in jedem überlappenden Teil der Spannungsfenster ist die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung höher als die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung, wenn ein Umschalten zu einem Spannungsfenster mit niedrigerem Spannungspegel erfordert wird, vergleicht das Steuermodul in Echtzeit die Ausgangswechselspannung UoutAC und die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung, und wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC niedriger als die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung ist, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis die Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls auf den überlappenden Teil des aktuellen Spannungsfensters und des nächsten gewünschten benachbarten Spannungsfensters, und wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC niedriger als die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung ist, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis die Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster, wenn ein Umschalten zu einem Spannungsfenster mit höherem Spannungspegel erfordert wird, vergleicht das Steuermodul in Echtzeit die Ausgangswechselspannung UoutAC und die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung, und wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC höher als die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung ist, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis die Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls auf den überlappenden Teil des aktuellen Spannungsfensters und des nächsten gewünschten benachbarten Spannungsfensters, und wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC höher als die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung ist, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis die Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster.
  • Im Vergleich mit dem Stand der Technik stellt die vorlegende Erfindung ein weich schaltendes Wechselrichter-Antriebssystem und ein Spannungsfenster-Schaltverfahren dafür mit der Kombination des Spannungsfenster-Schaltkreises, des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls und des Steuermoduls bereit. Dadurch kann realisiert werden, dass eine geringere Spannung an die weich schaltende Schaltung angelegt wird und die Betriebsdingung für ein Nullspannungschalten (Zero Voltage Switching, ZVS) wird im weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmodul kontinuierlich gewährleistet. Zugleich kann, weil die Schaltfrequenz des Spannungsfenster-Schaltkreises gleich der Frequenz der Ausgangswechselspannung ist, der dadurch verursachte Schaltverlust vernachlässigt werden. Ferner kann durch Einsatz des synchronen Schaltens das Nullstromschalten (Zero Current Switching, ZCS) im Spannungsfenster-Schaltkreis realisiert werden, bei dem kein sichtbarer Schaltverlust verursacht wird. Dadurch realisiert das gesamte weich schaltende Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem einen extrem niedrigen Schaltverlust, und die Energienutzungseffizient wird verbessert.
  • Aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ergeben sich weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung und können zu einem umfassenden Verständnis der vorliegenden Erfindung beitragen.
    • 1 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung des weich schaltenden Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
    • 2 bis 6 zeigen schematische Darstellungen der Wechselrichter-Antriebsschaltung für jede Phase gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform;
    • 7 und 8 zeigen schematische Diagramme für die Ausgangspannung und das Umschalten der Spannungsfenster gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform;
    • 9 zeigt ein schematisches Diagramm für die Ausgangspannung und das Umschalten der Spannungsfenster gemäß der dritten Ausführungsform;
    • 10 und 11 zeigen schematische Diagramme für die Ausgangspannung und das Umschalten der Spannungsfenster gemäß der vierten Ausführungsform und der fünften Ausführungsform.
  • Um das Ziel, die technische Lösung und die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen, wird die vorliegende Erfindung im Folgenden klar und vollständig erläutert. Selbstverständlich handelt es sich bei den beschriebenen Ausführungsformen nur um einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und nicht um alle. Ausgehend von den beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung fallen auch andere Ausführungsformen in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
  • Sofern nicht anders definiert, haben technische oder wissenschaftliche Begriffe, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, die übliche Bedeutung, wie sie von Personen mit gewöhnlichem Fachwissen auf dem Gebiet, zu dem die Erfindung gehört, verstanden wird.
  • Bezugnehmend auf 1 stellt die vorliegende Erfindung ein weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem bereit, welches mehrphasige, voneinander unabhängige und strukturell identische Wechselrichter-Antriebsschaltungen umfasst. Jede Phase der Wechselrichter-Antriebsschaltung umfasst eine Anzahl n von Gleichspannungsversorgungseingängen, einen Wechselspannungsausgang, einen Spannungsfenster-Schaltkreis 1, ein weich schaltendes Wechselrichter-Antriebsmodul 2, ein Steuermodul 3, eine Induktivität L und Ausgangskondensator. Der Ausgangskondensator kann zwei Kondensatoren C1, C2 umfassen. Der Eingang des Spannungsfenster-Schaltkreises 1 ist mit der Anzahl n von Gleichspannungsversorgungseingängen verbunden, wobei n ≥ 4 und n eine Ganzzahl ist. Der Ausgang des Spannungsfenster-Schaltkreises 1 ist mit dem Eingang des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 verbunden. Der Ausgang des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 ist über die Induktivität L mit dem Wechselspannungsausgang verbunden. Die zwei Kondensatoren C1, C2 sind in Reihe zwischen die Gleichspannungsversorgungseingänge aus der Anzahl n von Gleichspannungsversorgungseingängen, die den höchsten Spannungspegel und den niedrigsten Spannungspegel besitzen, geschaltet und die beiden Kondensatoren C1, C2 sind entsprechend mit dem Wechselspannungsausgang verbunden. Das Steuermodul 3 ist mit dem Spannungsfenster-Schaltkreis 1, dem Wechselspannungsausgang und der Anzahl n von Gleichspannungsversorgungseingängen verbunden.
  • Das Steuermodul 3 ist zur Echtzeitmessung und zum Vergleich der Größe der Ausgangswechselspannung in der entsprechenden Phase der Wechselrichter-Antriebsschaltung mit der Eingangsspannung jeder Gleichspannungsversorgung, zur Bestimmung des Spannungsfensters, in dem sich die Ausgangswechselspannung befindet, und zur Ausgabe des Steuersignals an den Spannungsfenster-Schaltkreis 1 in Verbindung mit dem gewünschten Änderungstrend der Ausgangswechselspannung konfiguriert. Der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 ist zum Verteilen des Gleichspannungspegels an jedem Gleichspannungsversorgungseingang in mehrere untereinander überlappende und kontinuierliche Spannungsfenster konfiguriert. Das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul 2 ist zur Umwandlung der von Spannungsfenster-Schaltkreis 1 ausgeführten Gleichspannung in die Wechselspannung konfiguriert.
  • Ferner werden die Spannungen an der Anzahl n von Gleichspannungsversorgungseingängen, die in jeder Phase der Wechselrichter-Antriebsschaltung enthalten sind, auf das Potential des Mittelpunkts zwischen dem höchsten Spannungspegel und dem niedrigsten Spannungspegel aus den Gleichspannungsversorgungseingängen als den Potentialbezugspunkt referenziert, und die Eingangsspannung jeder Gleichspannungsversorgung und die Ausgangswechselspannung in jeder Phase sind die Klemmenspannungen auf diesen Potentialbezugspunkt.
  • Der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 ist ein Spannungsfenster-Schaltkreis, der eine Anzahl von Eingängen enthält, die der Anzahl n von Gleichspannungsversorgungseingängen entspricht. Das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul 2 ist ein weich schaltendes Wechselrichter-Antriebsmodul, das eine Anzahl von Eingängen enthält, die der Anzahl der im Spannungsfenster-Schaltkreis 1 enthaltenen Ausgänge entspricht. Jeder im Spannungsfenster-Schaltkreis 1 enthaltene Eingang ist entsprechend mit einem der Gleichspannungsversorgungseingänge verbunden. Jeder im weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmodul 2 enthaltene Eingang ist entsprechend mit einem der Ausgänge des Spannungsfenster-Schaltkreises 1 verbunden.
  • Darüber hinaus verfügt der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 unter der Steuerung vom Steuermodul 3 über die folgenden zwei Schaltmethoden zum Schalten der Spannungsfenster:
    • Methode 1: wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC sich im überlappenden Teil zweier benachbarter Spannungsfenster befindet, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 die Gleichspannungseingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 gleichzeitig auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster. Konkret werden eine Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung und eine Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung im überlappenden Spannungsbereich von jeweils zwei benachbarten Spannungsfenstern eingestellt. Wenn ein Umschalten zu einem Spannungsfenster mit niedrigerem Spannungspegel erfordert wird, vergleicht das Steuermodul 3 in Echtzeit die Ausgangswechselspannung UoutAC und die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung. Wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC niedriger als die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung ist, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 die Gleichspannungseingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 gleichzeitig auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster. Wenn ein Umschalten zu einem Spannungsfenster mit höherem Spannungspegel erfordert wird, vergleicht das Steuermodul 3 in Echtzeit die Ausgangswechselspannung UoutAC und die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung. Wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC höher als die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung ist, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 die Gleichspannungseingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 gleichzeitig auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster.
    • Methode 2: wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC sich im überlappenden Teil der zwei benachbarten Spannungsfenster befindet, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 die Gleichspannungseingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 in zwei Schritten auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster. Im ersten Schritt schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 zunächst die Gleichspannungseingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 auf den überlappenden Teil des aktuellen Spannungsfensters und des nächsten gewünschten benachbarten Spannungsfensters und hält diesen Zustand eine Zeitspanne aufrecht. Im zweiten Schritt werden dann die Gleichspannungseingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster umgeschaltet. Konkret werden eine Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung und eine Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung im überlappenden Spannungsbereich von jeweils zwei benachbarten Spannungsfenstern eingestellt, und in jedem überlappenden Teil der Spannungsfenster ist die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung höher als die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung. Wenn ein Umschalten zu einem Spannungsfenster mit niedrigerem Spannungspegel erfordert wird, vergleicht das Steuermodul 3 in Echtzeit die Ausgangswechselspannung UoutAC und die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung. Wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC niedriger als die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung ist, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 die Gleichspannungseingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 auf den überlappenden Teil des aktuellen Spannungsfensters und des nächsten gewünschten benachbarten Spannungsfensters. Wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC niedriger als die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung ist, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 die Gleichspannungseingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster. Wenn ein Umschalten zu einem Spannungsfenster mit höherem Spannungspegel erfordert wird, vergleicht das Steuermodul 3 in Echtzeit die Ausgangswechselspannung UoutAC und die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung. Wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC höher als die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung ist, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 die Gleichspannungseingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 auf den überlappenden Teil des aktuellen Spannungsfensters und des nächsten gewünschten benachbarten Spannungsfensters. Wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC höher als die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung ist, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 die Gleichspannungseingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster.
  • Weiter bezugnehmend auf 2 hat in der ersten Ausführungsform der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 vier Eingänge. Die vier Eingänge sind entsprechend mit den vier Gleichspannungsversorgungseingängen, die die unterschiedlichen Potentiale besitzen, verbunden und deren Spannungen sind in absteigender Reihenfolge UinDC1, UinDC2, UinDC3 und UinDC4. Der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 wird verwendet, um die von den Gleichspannungsversorgungen eingeführten Spannungspegel in zwei Spannungsfenster zu verteilen: der Spannungsbereich des ersten Spannungsfensters reicht von UinDC1 bis UinDC3-, und der Spannungsbereich des zweiten Spannungsfensters reicht von UinDC2 bis UinDC4. Das Steuermodul 3 wird dazu verwendet, die Ausgangswechselspannung und die Spannung an jedem Gleichspannungsversorgungseingang in Echtzeit zu messen und zu vergleichen, und anhand des Vergleichsergebnisses steuert das Steuermodul 3 den Spannungsfenster-Schaltkreis 1, um das im weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmodul 2 eingeführte Spannungsfenster umzuschalten.
  • Der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 enthält vier Schaltvorrichtungen S1, S2, S3 und S4. Die Schaltvorrichtungen S1, S2 sind in Reihe zwischen den Gleichspannungsversorgungen UinDC1 und UinDC2 geschaltet. Der positive Gleichspannungseingang +Uzk des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 ist mit der gemeinsamen Klemme der Schaltvorrichtungen S1 und S2 verbunden. Die Schaltvorrichtungen S3, S4 sind in Reihe zwischen den Gleichspannungsversorgungen UinDC3 und UinDC4 geschaltet. Der negative Gleichspannungseingang -Uzk des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 ist mit der gemeinsamen Klemme der Schaltvorrichtungen S3 und S4 verbunden. Das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul verwendet eine Halbbrückenschaltung als Zwei-Level-Eingang.
  • Bezugnehmend auf 3 besteht in der zweiten Ausführungsform der Unterschied zur ersten Ausführungsform nur darin, dass das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul 2 eine Flying-Capacitor-Schaltung als Zwei-Level-Eingang verwendet.
  • In der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ist der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 derselbe, für beide Ausführungsformen sind die Schaltverfahren deshalb auch gleich und die zuvor beschriebenen zwei Schaltmethoden können beide dafür verwendet werden.
  • Die erste Schaltmethode: wie in 7 dargestellt, ist aktuell die Überlappung zwischen dem ersten Spannungsfenster und dem zweiten Spannungsfenster der Spannungsbereich von UinDC2 bis UinDC3. Wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC sich im überlappenden Teil befindet, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 die Gleichspannungseingänge +Uzk und -Uzk des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 gleichzeitig auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster, und die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung und die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung sind aktuell beide gleich 0 V.
  • Der konkrete Umschaltvorgang ist in Tabelle 1 dargestellt: Tabelle 1: die Ausgangswechselspannung und die Spannungen der Gleichspannungseingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls während des Umschaltvorgangs der Spannungsfenster
    Bereich der Ausgangswechselspannung Eingangsspannung +Uzk Eingangsspannung -Uzk
    Umschalten vom ersten Spannungsfenster zum zweiten Spannungsfenster UinDC2 < UoutAC < UinDC1 UinDC1 UinDC3
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC1 → UinDC2 UinDC3 → UinDC4
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC2 UinDC4
    Umschalten vom zweiten Spannungsfenster zum ersten Spannungsfenster UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC2 UinDC4
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 → UinDC1 UinDC4 → UinDC3
    UinDC2 < UoutAC < UinDC1 UinDC1 UinDC3
  • Die Schaltzustände der einzelnen Schaltvorrichtungen während des Umschaltvorgangs sind in Tabelle 2 dargestellt (0 entspricht einen sperrenden Zustand, 1 entspricht einen leitenden Zustand): Tabelle 2: Schaltzustand der einzelnen Schaltvorrichtungen während des Umschaltvorgangs
    Bereich der Ausgangswechselspannung S1 S2 S3 S4
    Umschalten vom ersten Spannungsfenster zum zweiten Spannungsfenster UinDC2 < UoutAC < UinDC1 1 0 1 0
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 1→0 0→1 1→0 0→1
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 1 0 1
    Umschalten vom zweiten Spannungsfenster zum ersten Spannungsfenster UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 1 0 1
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0→1 1→0 0→1 1→0
    UinDC2 < UoutAC < UinDC1 1 0 1 0
  • Die zweite Schaltmethode: wie in 8 dargestellt schaltet, wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC sich im überlappenden Teil befindet, der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 die Gleichspannungseingänge +Uzk und -Uzk des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 in zwei Schritten auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster. Im ersten Schritt werden die Gleichspannungseingänge +Uzk und -Uzk des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 zunächst auf den überlappenden Teil des aktuellen Spannungsfensters und des nächsten gewünschten benachbarten Spannungsfensters schaltet und eine Zeitspanne beibehalten. Im zweiten Schritt werden dann die Gleichspannungseingänge +Uzk und -Uzk des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster umgeschaltet. Die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung ist größer als 0 v und kleiner als UinUC2, und die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung ist kleiner als 0 v und größer als UinDC3.
  • Der konkrete Schaltvorgang ist in Tabelle 3 dargestellt: Tabelle 3: die Ausgangswechselspannung und die Spannungen der Gleichspannungseingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls während des Umschaltvorgangs der Spannungsfenster
    Bereich der Ausgangswechselspannung Eingangsspannung +Uzk Eingangsspannung -Uzk
    Umschalten vom ersten Spannungsfenster zum zweiten Spannungsfenster UinDC2 < UoutAC < UinDC1 UinDC1 UinDC3
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC1 → UinDC2 UinDC3
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 UinDC3
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 UinDC3 → UinDC4
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC2 UinDC4
    Umschalten vom zweiten Spannungsfenster zum ersten Spannungsfenster UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC2 UinDC4
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 UinDC4 → UinDC3
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 UinDC3
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 → UinDC1 UinDC3
    UinDC2 < UoutAC < UinDC1 UinDC1 UinDC3
  • Die Schaltzustände der einzelnen Schaltvorrichtungen während des Umschaltvorgangs sind in Tabelle 4 dargestellt: Tabelle 4: Schaltzustand der einzelnen Schaltvorrichtungen während des Umschaltvorgangs
    Bereich der Ausgangswechselspannung S1 S2 S3 S4
    Umschalten vom ersten Spannungsfenster zum zweiten Spannungsfenster UinDC2 < UoutAC < UinDC1 1 0 1 0
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 1→0 0→1 1 0
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0 1 1 0
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0 1 1→0 0→1
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 1 0 1
    Umschalten vom zweiten Spannungsfenster zum ersten Spannungsfenster UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 1 0 1
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0 1 0→1 1→0
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0 1 1 0
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0→1 1→0 1 0
    UinDC2 < UoutAC < UinDC1 1 0 1 0
  • Ferner hat, wie 4 dargestellt, in der dritten Ausführungsform der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 noch einen mittleren Ausgang, der entsprechend mit dem mittleren Gleichspannungseingang Uzkm des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 verbunden ist. Somit enthält der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 nun sechs Schaltvorrichtungen S1, S2, S3, S4, S5 und S6. Die Schaltvorrichtungen S1, S2 sind in Reihe zwischen den Gleichspannungsversorgungen UinDC1 und UinDC2 geschaltet. Der positive Gleichspannungseingang +Uzk des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 ist mit der gemeinsamen Klemme der Schaltvorrichtungen S1 und S2 verbunden. Die Schaltvorrichtungen S3, S4 sind in Reihe zwischen den Gleichspannungsversorgungen UinDC2 und UinDC3 geschaltet. Der mittlere Gleichspannungseingang Uzkm des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 ist mit der gemeinsamen Klemme der Schaltvorrichtungen S3 und S4 verbunden. Die Schaltvorrichtungen S5, S6 sind in Reihe zwischen den Gleichspannungsversorgungen UinDC3 und UinDC4 geschaltet. Der negative Gleichspannungseingang -Uzk des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 ist mit der gemeinsamen Klemme der Schaltvorrichtungen S5 und S6 verbunden. Das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul verwendet eine T-Type-Inverter-Schaltung mit Drei-Level-Eingang. In dieser Ausführungsform wird der mittlere Gleichspannungseingang im weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmodul 2 hinzufügt, damit der Betriebszustand des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 weiter optimiert werden kann.
  • Die Schaltmethode für diese Ausführungsform ist in 9 dargestellt. Aktuell überlappen sich das erste Spannungsfenster und das zweite Spannungsfenster im Bereich UinDC2 bis UinDC3. Wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC sich in diesem überlappenden Teil befindet, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 die Gleichspannungseingänge +Uzk, Uzkm und -Uzk des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 gleichzeitig auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster. Die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung und die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung sind aktuell beide gleich 0 V.
  • Der konkrete Umschaltvorgang ist in Tabelle 5 dargestellt: Tabelle 5: die Ausgangswechselspannung und die Spannungen der Gleichspannungseingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls während des Umschaltvorgangs der Spannungsfenster
    Bereich der Ausgangswechselspannung Eingangsspannung +Uzk Eingangsspannung Uzkm Eingangsspannung -Uzk
    Umschalten vom ersten Spannungsfenster zum zweiten Spannungsfenster UinDC2 < UoutAC < UinDC1 UinDC1 UinDC2 UinDC3
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC1 → UinDC2 UinDC2 → UinDC3 UinDC3 → UinDC4
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC2 UinDC3 UinDC4
    Umschalten vom zweiten Spannungsfenster zum ersten Spannungsfenster UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC2 UinDC3 UinDC4
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 → UinDC1 UinDC3 → UinDC2 UinDC4 → UinDC3
    UinDC2 < UoutAC < UinDC1 UinDC1 UinDC2 UinDC3
  • Die Schaltzustände der einzelnen Schaltvorrichtungen während des Umschaltvorgangs sind in Tabelle 6 dargestellt: Tabelle 6: Schaltzustand der einzelnen Schaltvorrichtungen während des Umschaltvorgangs
    Bereich der Ausgangswechselspannunq S1 S2 S3 S4 S5 S6
    Umschalten vom ersten Spannungsfenster zum zweiten Spannungsfenster UinDC2 < UoutAC < UinDC1 1 0 1 0 1 0
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 1→0 0→1 1→0 0→1 1→0 0→1
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 1 0 1 0 1
    Umschalten vom zweiten Spannungsfenster zum ersten Spannungsfenster UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 1 0 1 0 1
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0→1 1→0 0→1 1→0 0→1 1→0
    UinDC2 < UoutAC < UinDC1 1 0 1 0 1 0
  • Wie 5 dargestellt, hat der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 in der vierten Ausführungsform fünf Eingänge. Die fünf Eingänge sind entsprechend mit den fünf Gleichspannungsversorgungen, die die unterschiedlichen Potentiale besitzen, verbunden, deren Spannungen in absteigender Reihenfolge UinDC1, UinDC2, UinDC3, UinDC4 und UinDC5 sind. Der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 wird verwendet, um die von den Gleichspannungsversorgungen eingeführten Spannungspegel in drei Spannungsfenster zu verteilen. Der Spannungsbereich des ersten Spannungsfensters reicht von UinDC1 bis UinDC3, der Spannungsbereich des zweiten Spannungsfensters reicht von UinDC2 bis UinDC4, und der Spannungsbereich des dritten Spannungsfensters reicht von UinDC3 bis UinDC5. Das Steuermodul 3 wird dazu verwendet, die Ausgangswechselspannung und die Spannung an jedem Gleichspannungsversorgungseingang in Echtzeit zu messen und zu vergleichen. Anhand des Vergleichsergebnisses steuert das Steuermodul 3 den Spannungsfenster-Schaltkreis 1, um das im weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmodul 2 eingeführte Spannungsfenster umzuschalten.
  • Der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 enthält hier acht Schaltvorrichtungen S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 und S8. Die Schaltvorrichtungen S1, S2, S3 sind in Reihe zwischen den Gleichspannungsversorgungen UinDC1 und UinDC3 geschaltet. Der positive Gleichspannungseingang +Uzk des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 ist mit der gemeinsamen Klemme der Schaltvorrichtungen S2 und S3 verbunden. Die Gleichspannungsversorgung UinDC2. ist über die Schaltvorrichtung S7 mit der gemeinsamen Klemme der Schaltvorrichtungen S1 und S2 verbunden. Die Schaltvorrichtungen S4, S5, S6 sind in Reihe zwischen den Gleichspannungsversorgungen UinDC4 und UinDC5 geschaltet. Der negative Gleichspannungseingang -Uzk des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 ist mit der gemeinsamen Klemme der Schaltvorrichtungen S4 und S5 verbunden. Die Gleichspannungsversorgung UinDC4 ist über die Schaltvorrichtung S8 mit der gemeinsamen Klemme der Schaltvorrichtungen S5 und S6 verbunden. Das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul 2 ist eine Halbbrückenschaltung für einen Zwei-Level-Eingang.
  • Bezugnehmend auf 6, besteht in der fünften Ausführungsform der Unterschied zur vierten Ausführungsform nur darin, dass das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul 2 eine Flying-Capacitor-Schaltung als Zwei-Level-Eingang verwendet.
  • In der vierten Ausführungsform und der fünften Ausführungsform ist der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 derselbe, und für beide Ausführungsformen sind die Schaltverfahren deshalb auch gleich, und die zuvor beschriebenen zwei Schaltmethoden können beide dafür verwendet werden.
  • Die erste Schaltmethode: wie in 10 dargestellt, ist die Überlappung zwischen dem ersten Spannungsfenster und dem zweiten Spannungsfenster jetzt der Bereich von UinDC2 bis UinDC3. Die Überlappung zwischen dem zweiten Spannungsfenster und dem dritten Spannungsfenster ist der Bereich von UinDC3 bis UinDC4. In dem ersten Spannungsfenster und dem zweiten Spannungsfenster sind die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung und die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung gleich, die höher als UinDC3 und niedriger als UinDC2 sind. In dem zweiten Spannungsfenster und dem dritten Spannungsfenster sind die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung und die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung gleich, die höher als UinDC4 und niedriger als UinDC3 sind. Wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC sich in einem überlappenden Teil zweier benachbarter Spannungsfenster befindet, schaltet der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 die Gleichspannungseingänge +Uzk und -Uzk des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 gleichzeitig auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster. Der konkrete Schaltvorgang ist in Tabelle 7 dargestellt: Tabelle 7: die Ausgangswechselspannung und die Spannungen der Gleichspannungseingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls während des Umschaltvorgangs der Spannungsfenster
    Bereich der Ausgangswechselspannung Eingangsspannung +Uzk Eingangsspannung -Uzk
    Umschalten vom ersten Spannungsfenster zum zweiten Spannungsfenster UinDC2 < UoutAC < UinDC1 UinDC1 UinDC3
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC1 → UinDC2 UinDC3 → UinDC4
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC2 UinDC4
    Umschalten vom zweiten Spannungsfenster zum dritten Spannungsfenster UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 UinDC4
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC2 → UinDC3 UinDC4 → UinDC5
    UinDC5 < UoutAC < UinDC4 UinDC3 UinDC5
    Umschalten vom dritten Spannungsfenster zum zweiten Spannungsfenster UinDC5 < UoutAC < UinDC4 UinDC3 UinDC5
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC3 → UinDC2 UinDC5 → UinDC4
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 UinDC4
    Umschalten vom zweiten Spannungsfenster zum ersten Spannungsfenster UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC2 UinDC4
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 → UinDC1 UinDC4 → UinDC3
    UinDC2 < UoutAC < UinDC1 UinDC1 UinDC3
  • Die Schaltzustände der einzelnen Schaltvorrichtungen während des Umschaltvorgangs sind in Tabelle 8 dargestellt: Tabelle 8: Schaltzustand der einzelnen Schaltvorrichtungen während des Umschaltvorgangs
    Bereich der Ausgangswechselspannung S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
    Umschalten vom ersten Spannungsfenster UinDC2 < UoutAC < UinDC1 1 1 0 1 0 0 0 0
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 1→0 1 0 1→0 0→1 0 0→1 0→1
    zum zweiten Spannungsfenster UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 1 0 0 1 0 1 1
    Umschalten vom zweiten Spannungsfenster zum dritten Spannungsfenster UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0 1 0 0 1 0 1 1
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 1→0 0→1 0 1 0→1 1→0 1→0
    UinDC5 < UoutAC < UinDC4 0 0 1 0 1 1 0 0
    Umschalten vom dritten Spannungsfenster zum zweiten Spannungsfenster UinDC5 < UoutAC < UinDC4 0 0 1 0 1 1 0 0
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 0→1 1→0 0 1 1→0 0→1 0→1
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0 1 0 0 1 0 1 1
    Umschalten vom zweiten Spannungsfenster zum ersten Spannungsfenster UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 1 0 0 1 0 1 1
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0→1 1 0 0→1 1→0 0 1→0 1→0
    UinDC2 < UoutAC < UinDC1 1 1 0 1 0 0 0 0
  • Die zweite Schaltmethode: wie in 11 dargestellt schaltet, wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC sich in einem von zwei benachbarten Spannungsfenstern überlappenden Teil befindet, der Spannungsfenster-Schaltkreis 1 die Gleichspannungseingänge +Uzk und -Uzk des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 in zwei Schritten auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster. Im ersten Schritt werden die Gleichspannungseingänge +Uzk und -Uzk des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 zunächst auf den überlappenden Teil des aktuellen Spannungsfensters und des nächsten gewünschten benachbarten Spannungsfensters geschaltet und eine Zeitspanne beibehalten. Im zweiten Schritt werden dann die Gleichspannungseingänge +Uzk und -Uzk des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls 2 auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster umgeschaltet. Zwischen dem ersten Spannungsfenster und dem zweiten Spannungsfenster sind die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung und die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung beide größer als UinDC3 und kleiner als UinDC2, und die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung ist größer als die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung. Zwischen dem zweiten Spannungsfenster und dem dritten Spannungsfenster sind die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung und die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung beide größer als UinDC4 und kleiner als UinDC3, und die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung ist größer als die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung.
  • Der konkrete Schaltvorgang ist in Tabelle 9 dargestellt: Tabelle 9: die Ausgangswechselspannung und die Spannungen der Gleichspannungseingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls während des Umschaltvorgangs der Spannungsfenster
    Bereich der Ausgangswechselspannung Eingangsspannung +Uzk Eingangsspannung -Uzk
    Umschalten vom ersten Spannungsfenster zum zweiten Spannungsfenster UinDC2 < UoutAC < UinDC1 UinDC1 UinDC3
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC1 → UinDC2 UinDC3
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 UinDC3
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 UinDC3 → UinDC4
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC2 UinDC4
    Umschalten vom zweiten Spannungsfenster zum dritten Spannungsfenster UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 UinDC4
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC2 → UinDC3 UinDC4
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC3 UinDC4
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC3 UinDC4 → UinDC5
    UinDC5 < UoutAC < UinDC4 UinDC3 UinDC5
    Umschalten vom dritten Spannungsfenster zum zweiten Spannungsfenster UinDC5 < UoutAC < UinDC4 UinDC3 UinDC5
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC3 UinDC5 → UinDC4
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC3 UinDC4
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC3 → UinDC2 UinDC4
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 UinDC4
    Umschalten vom zweiten Spannungsfenster zum ersten Spannungsfenster UinDC4 < UoutAC < UinDC3 UinDC2 UinDC4
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 UinDC4 → UinDC3
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 UinDC3
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 UinDC2 → UinDC1 UinDC3
    UinDC2 < UoutAC < UinDC1 UinDC1 UinDC3
  • Die Schaltzustände der einzelnen Schaltvorrichtungen während des Umschaltvorgangs sind in Tabelle 10 dargestellt: Tabelle 10: Schaltzustand der einzelnen Schaltvorrichtungen während des Umschaltvorgangs
    Bereich der Ausgangswechselspannung S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
    Umschalten vom ersten Spannungsfenster zum zweiten Spannungsfenster UinDC2 < UoutAC < UinDC1 1 1 0 1 0 0 0 0
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 1→0 1 0 1 0 0 0→1 0
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0 1 0 1 0 0 1 0
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0 1 0 1→0 0→1 0 1 0→1
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 1 0 0 1 0 1 1
    Umschalten vom zweiten Spannungsfenster zum dritten Spannungsfenster UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0 1 0 0 1 0 1 1
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 1→0 0→1 0 1 0 1→0 1
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 0 1 0 1 0 0 1
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 0 1 0 1 0→1 0 1→0
    UinDC5 < UoutAC < UinDC4 0 0 1 0 1 1 0 0
    Umschalten vom dritten Spannungsfenster zum zweiten Spannungsfenster UinDC5 < UoutAC < UinDC4 0 0 1 0 1 1 0 0
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 0 1 0 1 1→0 0 0→1
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 0 1 0 1 0 0 1
    UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 0→1 1→0 0 1 0 0→1 1
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0 1 0 0 1 0 1 1
    Umschalten vom zweiten Spannungsfenster zum ersten Spannungsfenster UinDC4 < UoutAC < UinDC3 0 1 0 0 1 0 1 1
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0 1 0 0→1 1→0 0 1 1→0
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0 1 0 1 0 0 1 0
    UinDC3 < UoutAC < UinDC2 0→1 1 0 1 0 0 1→0 0
    UinDC2 < UoutAC < UinDC1 1 1 0 1 0 0 0 0
  • Bevorzugt handelt es sich bei den in jeder Ausführungsform verwendeten Schaltvorrichtungen um bipolare Bauelemente, wie IGBT oder GTO, vorzugsweise IGBT, wie in 2-6 dargestellt.
  • Bevorzugt umfasst das weich schaltende Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem die voneinander unabhängigen und strukturell identischen Wechselrichter-Antriebsschaltungen für drei Phasen.
  • Zusammenfassend stellt die vorliegende Erfindung ein weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem bereit, das den Spannungsfenster-Schaltkreis, das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul und das Steuermodul kombiniert. Durch Anwendung des aus bipolarem Bauelement (z.B. IGBT, GTO) bestehenden Spannungsfenster-Schaltkreises wird eine niedrigere Spannung an die weich schaltende Schaltung angelegt. Gleichzeitig kann, weil die Schaltfrequenz des Spannungsfenster-Schaltkreises gleich der Frequenz der Ausgangswechselspannung ist, der dadurch verursachte Schaltverlust vernachlässigt werden, und durch Einsatz des synchronen Schaltens kann das Nullstromschalten (Zero Current Switching, ZCS) im Spannungsfenster-Schaltkreis realisiert werden, bei dem kein sichtbarer Schaltverlust verursacht wird. Dadurch realisiert das gesamte weich schaltende Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem einen extrem niedrigen Schaltverlust und die Energienutzungseffizient wird verbessert.
  • Die oben beschriebene konkrete Ausführungsform stellt eine detaillierte Beschreibung des Zwecks, der technischen Lösungen und der vorteilhaften Wirklungen der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich jedoch, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen nur bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen und nicht dazu bestimmt sind, die vorliegende Erfindung auf sie einzuschränken.

Claims (10)

  1. Weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem, mit mehrphasigen, voneinander unabhängigen und strukturell identischen Wechselrichter-Antriebsschaltungen, wobei jede Phase der Wechselrichter-Antriebsschaltung eine Anzahl n von Gleichspannungsversorgungseingängen, einen Wechselspannungsausgang, einen Spannungsfenster-Schaltkreis (1), ein weich schaltendes Wechselrichter-Antriebsmodul (2), ein Steuermodul (3), eine Induktivität L und einen Ausgangskondensator umfasst, wobei der Eingang des Spannungsfenster-Schaltkreises (1) mit der Anzahl n von Gleichspannungsversorgungseingängen verbunden ist und der Ausgang des Spannungsfenster-Schaltkreises (1) mit dem Eingang des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls (2) verbunden ist, wobei der Ausgang des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls (2) über die Induktivität L mit dem Wechselspannungsausgang verbunden ist, wobei eine Klemme des Ausgangskondensators mit einem Gleichspannungsversorgungseingang verbunden ist und die andere Klemme des Ausgangskondensators mit dem Wechselspannungsausgang verbunden ist, wobei das Steuermodul (3) mit dem Spannungsfenster-Schaltkreis (1), dem Wechselspannungsausgang und der Anzahl n von Gleichspannungsversorgungseingängen verbunden ist; wobei das Steuermodul (3) konfiguriert ist zur Echtzeitmessung und zum Vergleich der Größe der Ausgangswechselspannung in der entsprechenden Phase der Wechselrichter-Antriebsschaltung mit der Eingangsspannung jeder Gleichspannungsversorgung, zur Bestimmung des Spannungsfensters, in dem sich die Ausgangswechselspannung befindet, und zur Ausgabe des Steuersignals an den Spannungsfenster-Schaltkreis (1) in Verbindung mit dem gewünschten Änderungstrend der Ausgangswechselspannung; wobei der Spannungsfenster-Schaltkreis (1) zum Verteilen des Gleichspannungspegels an jedem Gleichspannungsversorgungseingang in mehrere untereinander überlappende und kontinuierliche Spannungsfenster konfiguriert ist; wobei das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul (2) zur Umwandlung der vom Spannungsfenster-Schaltkreis (1) ausgeführten Gleichspannung in die Wechselspannung konfiguriert ist; und wobei n ≥ 4 und n eine ganze Zahl ist.
  2. Weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungen an der Anzahl n von Gleichspannungsversorgungseingängen, die in jeder Phase der Wechselrichter-Antriebsschaltung enthalten sind, auf das Potential des Mittelpunkts zwischen dem höchsten Spannungspegel und dem niedrigsten Spannungspegel aus den Gleichspannungsversorgungseingängen als den Potentialbezugspunkt referenziert werden, wobei die Eingangsspannung jeder Gleichspannungsversorgung und die Ausgangswechselspannung in jeder Phase die Klemmenspannungen auf diesen Potentialbezugspunkt sind.
  3. Weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsfenster-Schaltkreis (1) eine Anzahl von Eingängen enthält, die der Anzahl n von Gleichspannungsversorgungseingängen entspricht; wobei das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul (2) eine Anzahl von Eingängen enthält, die der Anzahl der im Spannungsfenster-Schaltkreis (1) vorhandenen Ausgänge entspricht; wobei jeder im Spannungsfenster-Schaltkreis (1) enthaltene Eingang mit einem der Gleichspannungsversorgungseingänge verbunden ist; und wobei jeder im weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmodul (2) enthaltene Eingang mit einem der Ausgänge des Spannungsfenster-Schaltkreises (1) verbunden ist.
  4. Weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsfenster-Schaltkreis (1) vier Eingänge und zwei Ausgänge enthält; wobei das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul (2) eine Halbbrückenschaltung oder eine Flying-Capacitor-Schaltung ist, die einen positiven Gleichspannungseingang +Uzk, einen negativen Gleichspannungseingang -Uzk und einen Ausgang enthält; wobei die im Spannungsfenster-Schaltkreis (1) enthaltenen vier Eingänge mit den vier Gleichspannungsversorgungseingängen verbunden sind, deren Potentiale unterschiedlich sind, und die Spannungen der vier Gleichspannungsversorgungseingänge in absteigender Reihenfolge UinDC1, UinDC2, UinDC3 und UinDC4 sind; wobei die im Spannungsfenster-Schaltkreis (1) enthaltenen zwei Ausgänge mit den zwei Eingängen des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls (2) verbunden sind; wobei der Spannungsfenster-Schaltkreis (1) vier Schaltvorrichtungen (S1, S2, S3 und S4) enthält, wobei zwei Schaltvorrichtungen (S1, S2) in Reihe zwischen den zwei Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC1 und UinDC2 geschaltet sind, und wobei die anderen zwei Schaltvorrichtungen (S3, S4) in Reihe zwischen den zwei Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC3 und UinDC4 geschaltet sind; wobei der positive Gleichspannungseingang +Uzk der Halbbrückenschaltung oder der Flying-Capacitor-Schaltung mit der gemeinsamen Klemme der zwei Schaltvorrichtungen (S1, S2) verbunden ist, die in Reihe zwischen den zwei Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC1 und UinDC2 geschaltet sind, und wobei der negative Gleichspannungseingang -Uzk mit der gemeinsamen Klemme der anderen zwei Schaltvorrichtungen (S3, S4) verbunden ist, die in Reihe zwischen den zwei Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC3 und UinDC4 geschaltet sind; wobei der Ausgang mit der Induktivität L verbunden ist.
  5. Weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsfenster-Schaltkreis (1) vier Eingänge und drei Ausgänge enthält; wobei das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul (2) eine T-Type-Inverter-Schaltung ist, die einen positiven Gleichspannungseingang +Uzk, einen negativen Gleichspannungseingang -Uzk, einen mittleren Gleichspannungseingang Uzkm und einen Ausgang enthält; wobei die im Spannungsfenster-Schaltkreis (1) enthaltenen vier Eingänge mit den vier Gleichspannungsversorgungseingängen verbunden sind, deren Potentiale unterschiedlich sind, und die Spannungen der vier Gleichspannungsversorgungseingänge in absteigender Reihenfolge UinDC1, UinDC2, UinDC3 und UinDC4 sind; wobei die im Spannungsfenster-Schaltkreis (1) enthaltenen drei Ausgänge mit den drei Eingängen des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls (2) verbunden sind; wobei der Spannungsfenster-Schaltkreis (1) sechs Schaltvorrichtungen (S1, S2, S3, S4, S5, S6) enthält, wobei die sechs Schaltvorrichtungen (S1, S2, S3, S4, S5, S6) paarweise in Reihe zwischen den vier Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC1, UinDC2, UinDC3 und UinDC4 geschaltet sind; wobei der positive Gleichspannungseingang +Uzk der T-Type-Inverter-Schaltung mit der gemeinsamen Klemme der zwei Schaltvorrichtungen (S1, S2) verbunden ist, die in Reihe zwischen den zwei Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC1 und UinDC2- geschaltet sind, wobei der mittlere Gleichspannungseingang Uzkm mit der gemeinsamen Klemme der zwei Schaltvorrichtungen (S3, S4) verbunden ist, die in Reihe zwischen den zwei Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC2 und UinDC3 geschaltet sind, wobei der negative Gleichspannungseingang -Uzk mit der gemeinsamen Klemme der zwei Schaltvorrichtungen (S5, S6) verbunden ist, die in Reihe zwischen den zwei Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannung von UinDC3 und UinDC4 geschaltet sind, und wobei der Ausgang mit der Induktivität L verbunden ist.
  6. Weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsfenster-Schaltkreis (1) fünf Eingänge und zwei Ausgänge enthält; wobei das weich schaltende Wechselrichter-Antriebsmodul (2) eine Halbbrückenschaltung oder eine Flying-Capacitor-Schaltung ist, die einen positiven Gleichspannungseingang +Uzk, einen negativen Gleichspannungseingang -Uzk und einen Ausgang enthält; wobei die im Spannungsfenster-Schaltkreis (1) enthaltenen fünf Eingänge mit den fünf Gleichspannungsversorgungseingängen verbunden sind, deren Potentiale unterschiedlich sind, und die Spannungen der fünf Gleichspannungsversorgungseingänge in absteigender Reihenfolge UinDC1, UinDC2, UinDC3, UinDC4 und UinDC5 sind; wobei die im Spannungsfenster-Schaltkreis (1) enthaltenen zwei Ausgänge mit den zwei Eingängen des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls (2) verbunden sind; wobei der Spannungsfenster-Schaltkreis (1) acht Schaltvorrichtungen (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8) enthält, wobei drei Schaltvorrichtungen (S1, S2, S3) in Reihe zwischen den Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC1 und UinDC3 geschaltet sind, wobei drei weitere Schaltvorrichtungen (S4, S5, S6) in Reihe zwischen den Gleichspannungsversorgungseingängen mit den Spannungen von UinDC3 und UinDC5 geschaltet sind, wobei die Gleichspannungsversorgung mit der Spannung von UinDC2 über eine Schaltvorrichtung (S7) mit der gemeinsamen Klemme zweier Schaltvorrichtungen (S1, S2) verbunden ist, wobei die Gleichspannungsversorgung mit der Spannung von UinDC4 über eine Schaltvorrichtung (S8) mit der gemeinsamen Klemme zweier Schaltvorrichtungen (S5, S6) verbunden ist; wobei der positive Gleichspannungseingang +Uzk der Halbbrückenschaltung oder der Flying-Capacitor-Schaltung mit der gemeinsamen Klemme zweier weiterer Schaltvorrichtungen (S2, S3) verbunden ist, wobei der negative Gleichspannungseingang -Uzk mit der gemeinsamen Klemme der zwei Schaltvorrichtungen (S4, S5) verbunden ist, und wobei der Ausgang mit der Induktivität L verbunden ist.
  7. Weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Schaltvorrichtungen IGBT- oder GTO-Bauelemente sind.
  8. Weich schaltendes Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es voneinander unabhängige und strukturell identische Wechselrichter-Antriebsschaltungen dreier Phasen umfasst.
  9. Verfahren zum Umschalten der Spannungsfenster in einem weich schaltenden Multilevel-Wechselrichter-Antriebssystem nach Anspruch 1, mit den Schritten: wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC sich im überlappenden Teil zweier benachbarter Spannungsfenster befindet, gleichzeitiges Schalten der Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls (2) auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster durch den Spannungsfenster-Schaltkreis (1); oder wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC sich im überlappenden Teil zweier benachbarter Spannungsfenster befindet, Schalten der Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls (2) auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster in zwei Schritten durch den Spannungsfenster-Schaltkreis (1), wobei im ersten Schritt der Spannungsfenster-Schaltkreis (1) zunächst die Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls (2) auf den überlappenden Teil des aktuellen Spannungsfensters und des nächsten gewünschten benachbarten Spannungsfensters schaltet und eine Zeitspanne beibehält, wobei im zweiten Schritt dann die Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls (2) auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster umgeschaltet werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: Einstellen einer Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung und einer Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung im überlappenden Spannungsbereich von jeweils zwei benachbarten Spannungsfenstern und, wenn ein Umschalten zu einem Spannungsfenster mit niedrigerem Spannungspegel erfordert wird, Vergleichen der Ausgangswechselspannung UoutAC und der Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung durch das Steuermodul (3) in Echtzeit, und wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC niedriger als die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung ist, gleichzeitiges Schalten der Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls (2) auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster durch den Spannungsfenster-Schaltkreis (1) und, wenn ein Umschalten zu einem Spannungsfenster mit höherem Spannungspegel erfordert wird, Vergleichen der Ausgangswechselspannung UoutAC und der Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung durch das Steuermodul (3) in Echtzeit, und wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC höher als die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung ist, gleichzeitiges Schalten der Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls (2) auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster durch den Spannungsfenster-Schaltkreis (1); oder Einstellen einer Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung und einer Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung im überlappenden Spannungsbereich von jeweils zwei benachbarten Spannungsfenstern, wobei in jedem überlappenden Teil der Spannungsfenster die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung höher ist als die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung; wenn ein Umschalten zu einem Spannungsfenster mit niedrigerem Spannungspegel erfordert wird, Vergleichen der Ausgangswechselspannung UoutAC und der Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung durch das Steuermodul (3) in Echtzeit, und wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC niedriger als die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung ist, Schalten der Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls (2) auf den überlappenden Teil des aktuellen Spannungsfensters und des nächsten gewünschten benachbarten Spannungsfensters durch den Spannungsfenster-Schaltkreis (1), und wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC niedriger als die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung ist, Schalten der Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls (2) auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster durch den Spannungsfenster-Schaltkreis (1); wenn ein Umschalten zu einem Spannungsfenster mit höherem Spannungspegel erfordert wird, Vergleichen der Ausgangswechselspannung UoutAC und der Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung durch das Steuermodul (3) in Echtzeit, und wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC höher als die Fensteraufwärts-Schaltschwellenspannung ist, Schalten der Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls (2) auf den überlappenden Teil des aktuellen Spannungsfensters und des nächsten gewünschten benachbarten Spannungsfensters durch den Spannungsfenster-Schaltkreis (1), und wenn die Ausgangswechselspannung UoutAC höher als die Fensterabwärts-Schaltschwellenspannung ist, Schalten der Eingänge des weich schaltenden Wechselrichter-Antriebsmoduls (2) auf das nächste gewünschte benachbarte Spannungsfenster durch den Spannungsfenster-Schaltkreis (1).
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