JP7173659B2 - スイッチングテーブル及びそのバックグラウンドでの継続的最適化によるモジュラマルチレベル直列/並列変換器(mmspc)の制御 - Google Patents
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Description
A=(amj)、ただし、amj∈{s+,s-,p,b+,b-} (4)
T=(tkj)、ただし、tkj∈[230,340] (5)
I=(Ik)、ただし、Ik∈[-200,200]及びk∈{a,b,c} (6)
SOC=(sockj)、ただし、SOCkj∈[0,100] (7)
Gtime frame(I,A)=G(SOCpres,Tpres,I,A) (10)
B=(shpq)、ただし、Shpq∈{1,2,...,ntot} (11)
L=N+(N-1)+1=2N (1)
Claims (13)
- マルチレベル変換器のスイッチング状態の制御(300、600)のための方法であって、
前記マルチレベル変換器(200)は、複数のモジュール(100)を有し、
前記複数のモジュールの各モジュールは、第一の側の少なくとも1つの端子及び第二の側の少なくとも1つの端子と、少なくとも2つの制御可能スイッチと、少なくとも1つのエネルギー貯蔵手段とを有し、
前記第一の側の前記少なくとも1つの端子と前記第二の側の前記少なくとも1つの端子との間の第一の接続において、前記少なくとも1つのエネルギー貯蔵手段は、前記少なくとも2つの制御可能スイッチの第一のものと直列に配置され、及び
前記第一の側の前記少なくとも1つの端子と前記第二の側の前記少なくとも1つの端子との間の第二の接続において、前記少なくとも2つの制御可能スイッチの第二のものは、配置され、
前記制御(300)は、リアルタイム部(320、606)とオフライン部(310、602)とに分けられ、
前記リアルタイム部では、各時間ステップについて、それぞれの電圧レベル(325)は、変調器(322)によってそれぞれの電圧需要(324)に配分され、及び第一のスイッチングテーブル(420)内の全スイッチのそれぞれの全体的スイッチング状態は、スケジューラ(323、410)によって前記それぞれの電圧レベルについて特定され、且つ前記それぞれの全体的スイッチング状態は、全スイッチに制御信号(306、404)として渡され、
前記オフライン部では、第二のスイッチングテーブル(312、313、520)は、最適化手段(311、510)によって継続的に連続して計算され、前記第二のスイッチングテーブルは、費用関数の最小化に従って得られ、
前記費用関数は、前記複数のモジュールの所定のそれぞれのモジュールスイッチング状態から形成される全体的スイッチング状態を少なくとも前記マルチレベル変換器の全てのエネルギー貯蔵手段(109)の均一な放電、及び/又は最小オン状態損失、及び/又は前記エネルギー貯蔵手段内の最小損失、及び/又は最小の全体的損失に関して評価し、
前記マルチレベル変換器の全てのエネルギー貯蔵手段の現在の電荷状態は、前記最適化手段に連続的に提供され、
総費用関数は、前記費用関数と、以下の表:電流リップル、前記マルチレベル変換器の効率、前記マルチレベル変換器の前記エネルギー貯蔵手段の経年劣化、電磁適合性、歪みのない電流/電圧プロファイル、前記それぞれのモジュールのモジュール温度、前記モジュールの温度変化、スイッチングエラー、オン状態損失、フェイルセイフ機能、特にフェイルセイフ機能を最大化するための前記複数のモジュールの特定のモジュールの標的を定めた保存、前記複数のモジュールの個々のモジュールの特定された脆弱性又は異なる限度の補償、前記マルチレベル変換器によって駆動される電気機械の回転速度、出力周波数、電源供給システム周波数、相電流からの少なくとも1つの状態変数による少なくとも1つの制約(301、302、303、801、802、803)とから形成され、
前記費用関数又は前記それぞれの少なくとも1つの制約に影響を与え、且つそれに固有のそれぞれの時間枠内でのみ変化する前記それぞれの状態変数について、前記総費用関数における関連する項は、前記それぞれの時間枠が経過した後にのみ新たに計算される、方法。 - 前記リアルタイム部において、前記第一のスイッチングテーブル内の全スイッチの前記それぞれの全体的状態は、特定され、及び前記オフライン部において、前記第二のスイッチングテーブルは、最適化手段によって継続的に連続して計算され、前記第一及び第二のスイッチングテーブルは、ある時点で相互に異なり得、前記計算の完了後、前記計算された第二のスイッチングテーブルは、前記第一のスイッチングテーブルに置き換わり、且つそれ以降、前記第一のスイッチングテーブルとして使用され、及び前記最適化手段は、新しい第二のスイッチングテーブルの前記計算を開始する、請求項1に記載の方法。
- 全ての可能なモジュールスイッチング状態の総計から、前記所定のモジュールスイッチング状態は、基本的スイッチング状態からの前記複数のモジュールの全モジュールの並列相互接続から得ることができるモジュールスイッチング状態から形成される、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記複数のモジュールの幾つかのモジュール(211、212、213、214、215、216、221、222、223、224、225、226、231、232、233、234、235、236)は、直列に接続されて、AC電圧のそれぞれの位相を形成する少なくとも1つの位相部(210、220、230)を形成する、請求項1~3の何れか一項に記載の方法。
- 前記第一のスイッチングテーブル(323)は、所定の期間後、前記新たに計算された第二のスイッチングテーブル(312、313)によって置き換えられる、請求項1~4の何れか一項に記載の方法。
- 前記マルチレベル変換器の複数の代替的な全体的スイッチング状態が存在する場合、前記スケジューラ(323)は、所定のルールに従って選択を行う、請求項1~5の何れか一項に記載の方法。
- 前記リアルタイム部(320)において、機械調整装置(321)は、前記変調器(322)の上流に連続して配置され、且つ前記マルチレベル変換器に接続された電気機械(202)の実際の及び所望の相電流間の差に従って前記変調器(322)に事前定義を適用する、請求項1~6の何れか一項に記載の方法。
- 前記変調器(322)は、以下のリスト:PWM生成、シグマ-デルタ変調、最近接レベル変調、パルス密度変調、スペクトル調整に従って少なくとも1つのスイッチング変調を実行する、請求項1~7の何れか一項に記載の方法。
- マルチレベル変換器の全体的スイッチング状態の制御(300、600)のためのシステムであって、
前記マルチレベル変換器は、複数のモジュール(100)を有し、各モジュールは、第一の側の少なくとも1つの端子及び第二の側の少なくとも1つの端子と、少なくとも2つの制御可能スイッチと、少なくとも1つのエネルギー貯蔵手段とを有し、
前記第一の側の前記少なくとも1つの端子と前記第二の側の前記少なくとも1つの端子との間の第一の接続において、前記少なくとも1つのエネルギー貯蔵手段は、前記少なくとも2つの制御可能スイッチの第一のものと直列に配置され、及び
前記第一の側の前記少なくとも1つの端子と前記第二の側の前記少なくとも1つの端子との間の第二の接続において、前記少なくとも2つの制御可能スイッチの第二のものは、配置され、
前記制御は、リアルタイムモジュール(320、606)とオフライン部(310、602)とに分けられ、
前記リアルタイムモジュールは、少なくとも1つの変調器(322)とスケジューラ(323、410)とを有し、
前記変調器は、各時間ステップについて、それぞれの電圧レベル(325)をそれぞれの電圧需要に配分するように構成され、及び
前記スケジューラは、前記それぞれの電圧レベルについて第一のスイッチングテーブル(420)内の全スイッチのそれぞれの全体的スイッチング状態を特定し、且つ前記それぞれの全体的スイッチング状態を制御信号として全スイッチのコントローラに渡すように設計され、
前記オフラインモジュールは、最適化手段(311、510)を有し、前記最適化手段は、費用関数を最小化することにより、第二のスイッチングテーブル(312、313、520)を継続的に連続して計算するように設計され、
前記費用関数は、前記複数のモジュールの所定のそれぞれのモジュールスイッチング状態から形成される全体的スイッチング状態を前記マルチレベル変換器の全てのエネルギー貯蔵手段(109)の均一な放電、及び/又は最小オン状態損失、及び/又は前記エネルギー貯蔵手段内の最小損失、及び/又は最小の全体的損失に関して評価し、
前記マルチレベル変換器の全てのエネルギー貯蔵手段の現在の電荷状態は、前記最適化手段に連続的に提供され、
全体的システムの少なくとも1つの状態変数に割り当てられる少なくとも1つのセンサ(614)をさらに有し、
前記全体的システムは、前記マルチレベル変換器と、前記マルチレベル変換器の全スイッチの前記コントローラと、前記マルチレベル変換器の出力電圧をタップオフする電子消費装置とを含み、
前記費用関数のための制約(301、302、303、801、802、803)は、前記少なくとも1つのセンサによって提供される少なくとも1つの測定変数により、前記少なくとも1つの状態変数によって形成され、及び
総費用関数は、前記制約と共に前記費用関数から得られ、前記少なくとも1つの状態変数は、以下の表:電流リップル、前記マルチレベル変換器の効率、前記マルチレベル変換器の前記エネルギー貯蔵手段の経年劣化、電磁適合性、歪みのない電流/電圧プロファイル、前記それぞれのモジュールのモジュール温度、スイッチングエラー、オン状態損失、フェイルセイフ機能、特にフェイルセイフ機能を最大化するための前記複数のモジュールの特定のモジュールの標的を定めた保存、前記複数のモジュールの個々のモジュールの特定された脆弱性又は異なる限度の補償、前記マルチレベル変換器によって駆動される電気機械の回転速度、出力周波数、電源供給システム周波数、相電流から得られ、
前記費用関数又は前記それぞれの少なくとも1つの制約に影響を与え、且つそれに固有のそれぞれの時間枠内でのみ変化する前記それぞれの状態変数について、前記総費用関数における関連する項は、前記それぞれの時間枠が経過した後にのみ新たに計算される、システム。 - 前記リアルタイムモジュールにおいて、前記変調器は、前記第一のスイッチングテーブル内の全スイッチの前記それぞれの全体的状態を特定するように構成され、及び前記オフラインモジュールにおいて、前記最適化手段は、前記第二のスイッチングテーブルを継続的に連続して計算するように構成され、前記第一及び第二のスイッチングテーブルは、ある時点で相互に異なり得、前記計算の完了後、前記計算された第二のスイッチングテーブルは、前記第一のスイッチングテーブルに置き換わり、且つそれ以降、前記第一のスイッチングテーブルとして使用され、及び前記最適化手段は、新しい第二のスイッチングテーブルの前記計算を開始する、請求項9に記載のシステム。
- 全ての可能なモジュールスイッチング状態の総計から、前記所定のモジュールスイッチング状態は、基本的スイッチング状態からの前記複数のモジュールの全モジュールの並列相互接続から得ることができるモジュールスイッチング状態から形成される、請求項9又は10に記載のシステム。
- 前記リアルタイムモジュールは、前記マルチレベル変換器に接続された電気機械(202)の実際の及び所望の相電流間の差(305)に従って前記変調器に事前定義を適用するように設計された機械調整装置(321)をさらに有する、請求項9~11の何れか一項に記載のシステム。
- 請求項9~12の何れか一項に記載のシステムを含み、且つ請求項1~8の何れか一項に記載の方法を実行するように構成されるモジュラマルチレベル変換器(200)であって、それぞれのモジュール(100)は、8つのスイッチ(101、102、103、104、105、106、107、108)を有し、4つのハーフブリッジは、前記8つのスイッチからそれぞれ配置され、それぞれのモジュールにおいて、前記第一の2つのハーフブリッジは、前記第一の側の前記少なくとも2つの端子(111、112)に並列に相互接続され、前記第二の2つのハーフブリッジは、前記第二の側の前記少なくとも2つの端子(113、114)に並列に相互接続され、及び前記それぞれのモジュールの前記第一の側及び前記第二の側のそれぞれのハーフブリッジのそれぞれのローサイドスイッチ及びハイサイドスイッチ間に電気接続がある、モジュラマルチレベル変換器(200)。
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