WO2019228631A1 - Verfahren zum ansteuern einer umrichteranordnung - Google Patents

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WO2019228631A1
WO2019228631A1 PCT/EP2018/064270 EP2018064270W WO2019228631A1 WO 2019228631 A1 WO2019228631 A1 WO 2019228631A1 EP 2018064270 W EP2018064270 W EP 2018064270W WO 2019228631 A1 WO2019228631 A1 WO 2019228631A1
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submodule
voltage
value
subcircuit
normalized
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PCT/EP2018/064270
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Kilian Dallmer-Zerbe
Sebastian SEMMLER
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Siemens Aktiengesellschaft
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Priority to PCT/EP2018/064270 priority patent/WO2019228631A1/de
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Definitions

  • the invention relates to a method for driving a converter arrangement, the submodules of a first and egg ner second submodule group, wherein the Umrichteran order comprises at least one subcircuit, the one
  • Such a method is known from international patent application WO 2018/041357.
  • the invention has for its object to provide a method for driving a converter arrangement, which in the case of a deviation of the subcircuit voltage of the subcircuits of a improilscucunshop particularly easy selection of the submodule to be switched made light.
  • Weighting factor is determined, depending on the energy stored in the sub-circuit belonging to the sub-modules of the first sub-module group, fol lowing called first partial energy, and the energy stored in the submodules belonging to the sub-module of the second submodule group is, hereinafter referred to as the second partial energy ge, and the selection of the submodule to be switched - in the case of a deviation of the voltage applied to the subcircuit Subcircuit voltage from the desired subcircuit voltage - taking into account the weighting factor or at least can be done.
  • a significant advantage of the method is the fact that in inverter arrangements with Operater arrangements with Operatrach lines, the submodules of different submodule groups have, by using a weighting factor in FITS simple way, a particularly suitable for switching submodule can be selected.
  • a target energy ratio which indicates what proportion of the total energy stored in the subcircuit should be stored in the first and second submode group, a first partial energy value indicating the first partial energy value Normalizing the desired energy ratio and the total energy stored in the subcircuit to form a first normalized partial energy value, normalizing the second partial energy second partial energy value using the desired energy ratio and the total energy stored in the subcircuit to form a second normalized partial energy value; Weighting factor is calculated using the first and second normalized partial energy value.
  • the difference between the first normalized partial energy value and the second normalized partial energy value is preferably integrated and an auxiliary value is formed.
  • Weighting factor is preferably calculated by using the auxiliary value.
  • the weighting factor is determined by calculating the square root of the auxiliary value.
  • the difference between the first nor- mated part energy value and the second normalized Ambient giewert in consideration of a gain factor is integrated, wherein the integration result is limited, namely such that upon reaching a predetermined lower threshold value, the lower threshold is output as the integration result and upon reaching a given upper threshold the upper threshold is output as the integration result and the
  • Weighting factor is calculated using the integration result ses.
  • the weighting factor is determined by calculating the square root of the integration result.
  • the submodules of the first submodule group are preferably half bridge modules, and the submodules of the second submodule group are preferably full bridge modules.
  • the selection of the submodule to be switched takes place taking into account the weighting factor, if the identified operating state allows a weighting factor-dependent selection, and otherwise the submodule to be switched over is selected without consideration of the weighting factor.
  • Inverter assembly is load-free and the current flowing through the partial circuit scarf is positive or if the
  • Inverter arrangement operates as a converter and the current flowing through the subcircuit current is positive.
  • this smallest Submo dulschreib indicating first minimum voltage value is multiplied by the weighting factor and by dividing with egg nem for the first submodule group predetermined first normalization value is normalized to form a first normalized minimum value, from the second submodule group that
  • Submodule is selected, which has the smallest submodule voltage, a second minimum voltage value indicating this smallest submodule voltage by dividing by a for the second submodule group predetermined second normalization value is normalized to form a second normalized minimum value, the smaller of the two normalized minimum values is determined, the submodule belonging to this smaller minimum value is switched on, if the converter arrangement is load-free and the current flowing through the subcircuit is positive or when the inverter arrangement is operating as an inverter and the current flowing through the subcircuit is positive and belonging to that smaller minimum value de submodule is turned off when the inverter arrangement is unloaded and the current flowing through the subcircuit is negative or if the inverter arrangement is rectified ter and the current flowing through the subcircuit is negative.
  • the first normalization value is preferably formed by temporal averaging, preferably over a period, of the respectively current mean value of the submodule voltages of the submodules of the first submodule group.
  • the second normalization value is preferably formed by temporal averaging, preferably over a period, of the respectively current mean value of the submodule voltages of the submodules of the second submodule group.
  • the converter arrangement preferably has at least one AC voltage terminal to which an AC current can be fed or removed, and at least two DC voltage terminals to which a DC current can be fed or removed, wherein the converter arrangement comprises at least one series connection whose outer connections to the DC voltage terminals of the converter arrangement form, the series circuit comprises two series-connected part circuits whose electrical connection point or one of the AC voltage terminals of
  • the sub-circuits each comprise at least two series-connected sub-modules, each having at least two switches and a capacitor on have, and wherein in the method, the control of the sub-module and thus the switching on or off of the respective capacitors of the submodules, at least in response to the capacitor voltage of the respective capacitor he follows.
  • the invention further relates to a converter arrangement with submodules of a first and a second sub-module group, wherein the converter arrangement comprises at least one subcircuit, the submodule of the first submodule group and thus electrically connected in series
  • Converter arrangement comprises a control device for driving the submodules.
  • control device is designed in such a way that it can control the submodules according to one of the methods described above.
  • Figure 1 shows an embodiment of an inventive
  • Figure 2 shows an embodiment of a sub-module
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a submodule that can be used to form subcircuits in the converter arrangement according to FIG. 1,
  • FIG. 4 shows, by way of example in the form of a flow chart, an exemplary embodiment of an inventive method
  • FIG. 5 shows by way of example a preferred method for determining a weighting factor.
  • FIG. 1 shows a converter arrangement 10, which has three alternating voltage terminals LI, L2 and L3, to each of which an AC current is fed into the converter arrangement 10 or can be removed therefrom.
  • Two DC voltage connections, at which a direct current Idc can be fed into or removed from the converter arrangement 10, are identified in FIG. 1 by the reference symbols L + and L-.
  • the DC voltage at the DC voltage terminals L + and L- carries the reference numeral Udc.
  • the converter arrangement 10 has three series circuits RI, R2 and R3, whose outer terminals form the DC voltage connections L + and L- of the converter arrangement 10.
  • the Rei henscrienen RI, R2 and R3 each comprise two series-connected sub-circuits TS.
  • Each of the subcircuits TS comprises at least two submodules SM connected in series, each having at least two switches and one capacitor.
  • suitable submodules SM are explained below by way of example in connection with Figures 2 and 3. It will be assumed below by way of example that each of the subcircuits TS comprises one or more half-bridge modules, which form submodules of a first submodule group, and one or more full-bridge modules, which form submodules of a second submodule group.
  • the converter assembly 10 has a control device 20 which is suitable for driving the submodules SM and thus to control the subcircuits TS.
  • the Steuerein device 20 has for this purpose a computing device 21 and a memory 22.
  • a STEU erprogrammmodul SPM is stored, which determines the operation of the Re chen pain 21.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a sub-module SM, the two switches S, two diodes D and a capaci tor C includes.
  • the components mentioned form a half-bridge module, which enables the unipolar operation of the capacitor C by driving the switches S - on the part of the control device 20 according to FIG.
  • At least one of the submodules SM of each subcircuit TS according to FIG. 1 is preferably configured as shown in FIG.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a sub-module SM, the four switches S, four diodes D and a capaci tor C includes.
  • the components mentioned form a full bridge module which, by activating the switches S - on the part of the control device 20 according to FIG. 1 - enables a bipolar operation of the capacitor C.
  • At least one of the submodules SM of each subcircuit TS of the converter arrangement 10 is According to FIG. 1, it is preferably configured as shown in FIG.
  • Inverter arrangement 10 according to FIG. 1 or the submodules SM of the subcircuits TS according to FIGS. 2 and 3 will be explained in more detail below by way of example with reference to FIG. 4 for one of the subcircuits TS of the converter arrangement 10.
  • the method according to FIG. 4 has a pre-test method 100, in which, depending on three selection criteria, an operating state of the subcircuit TS to be triggered is identified.
  • the pre-check method 100 three polling steps 110, 120 and 130 are performed.
  • the interrogation step 110 it is first checked whether the subcircuit voltage U applied to the subcircuit TS deviates from a predefined desired subcircuit voltage or not and, if so, which type is the deviation. Corresponds to the subcircuit voltage U of the predetermined improilscöns voltage, so nothing is done.
  • the interrogation step 120 is continued in accordance with the path DV with the left interrogation step 120 in FIG. If, on the other hand, the partial circuit voltage U exceeds the reference partial circuit voltage, the procedure continues according to the path IV with the right-hand interrogation step 120 in FIG. In the right and left interrogation step 120, it is checked whether the converter arrangement 10 according to FIG. 1 is operated as an inverter, as a rectifier or without load. If the converter arrangement 10 is operated without load, the method is continued along a subsequent path ML, in the case of operation as an inverter along a following path WR and in the case of operation as a rectifier along a subsequent path GR.
  • the current flow direction of the current I is checked by the subcircuit TS according to FIG. If the current flow direction of the current I is positive, then an associated path is followed, which is identified in FIG. 4 by the reference symbol Y; otherwise, an associated path followed by the reference N is followed.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a
  • Weighting factor determination method 200 in which first two energy determination steps 210 and 211 performed who the.
  • the energy stored in the half-bridge modules belonging to the sub-circuit TS is hereinafter called the first partial energy, determined and a first partial energy value E1 is formed, for example according to: wherein Ci is the capacity of the respective half-bridge module, Ui the voltage of the respective half-bridge module and N to number of half-bridge modules in the sub-circuit TS designated net.
  • the energy stored in the full bridge modules belonging to the subcircuit TS is hereinafter referred to as second partial energy, determined and a second energy value E2 is formed, for example according to:
  • Ci is the capacity of the respective full bridge module
  • Ui the voltage of the respective full bridge module
  • M to number of full bridge modules in the sub-circuit TS designated net.
  • the first and second partial energy values E1, E2 are standardized to form a first and second normalized partial energy value E1 ', E2'.
  • E2s (1-V) * Eg where V indicates what proportion of the total energy Eg is to be stored in the half-bridge modules and (1-V) accordingly indicates what proportion of the total energy Eg is to be stored in the full-bridge modules.
  • the first and second normalized partial energy values El ', E2' are determined according to:
  • the normalized partial energy values El 'and E2' reach a difference former 230, which forms the difference between the first normalized partial energy value El 'and the second normalized partial energy value E2' and transmits the difference El'-E2 'to a downstream integrator 240.
  • the integrator 240 integrates the difference El'-E2 'and forms an auxiliary value H on the output side.
  • the integrator 240 may advantageously be designed such that it integrates the difference El'-E2' in consideration of an amplification factor, the integration result being limi namely, when a lower threshold value is reached, the lower threshold value is output as the integration result, and when a predetermined upper threshold value is reached, the upper threshold value is output as the integration result.
  • the auxiliary value H or the integration result is fed to a downstream root-generating device 250.
  • the device 250 generates the output side of the
  • Weighting factor WF by calculating the square root of the auxiliary value H.
  • the submodule to be switched in can now be selected after determining the weighting factor WF in cases F1, F4, F5 and F8.
  • the procedure is preferably as follows:
  • the predetermined for the first sub-module group (with the half-bridge modules) first normalization value is preferably formed by temporal averaging, preferably over a period of each aktuel len average of the submodule voltages of the submodules Ers th submodule group.
  • the second normalization value specified for the second submodule group is preferably formed by temporal averaging, preferably over one period, of the respective mean value of the submodule voltages of the submodules of the second submodule group.
  • a second minimum voltage value indicating this smallest submodule voltage is normalized by division with the second normalization value specified for the second submodule group to form a second normalized minimum value, and the smaller of the two normalized minimum values is determined.
  • the selection of the submodule to be switched over is preferably carried out independently of

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich unter anderem auf ein Verfahren zum Ansteuern einer Umrichteranordnung (10), die Submodule (SM) einer ersten und einer zweiten Submodulgruppe aufweist, wobei die Umrichteranordnung (10) mindestens eine Teilschaltung (TS) umfasst, die ein Submodul (SM) der ersten Submodulgruppe und ein damit elektrisch in Reihe geschaltetes Submodul (SM) der zweiten Submodulgruppe aufweist, und wobei bei Abweichung der an der Teilschaltung (TS) anliegenden Teilschaltungsspannung (U) von einer Sollteilschaltungsspannung ein Submodul (SM) der ersten Submodulgruppe oder ein Submodul (SM) der zweiten Submodulgruppe umgeschaltet wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Wichtungsfaktor (WF) ermittelt wird, und zwar in Abhängigkeit von der Energie, die in den zu der Teilschaltung (TS) gehörenden Submodulen (SM) der ersten Submodulgruppe gespeichert ist, nachfolgend erste Teilenergie genannt, und der Energie, die in den zu der Teilschaltung (TS) gehörenden Submodulen (SM) der zweiten Submodulgruppe gespeichert ist, nachfolgend zweite Teilenergie genannt, und die Auswahl des umzuschaltenden Submoduls (SM) - im Falle einer Abweichung der an der Teilschaltung (TS) anliegenden Teilschaltungsspannung (U) von der Sollteilschaltungsspannung - unter Berücksichtigung des Wichtungsfaktors (WF) erfolgt oder zumindest erfolgen kann.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Ansteuern einer Umrichteranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ansteuern einer Umrichteranordnung, die Submodule einer ersten und ei ner zweiten Submodulgruppe aufweist, wobei die Umrichteran ordnung mindestens eine Teilschaltung umfasst, die ein
Submodul der ersten Submodulgruppe und ein damit elektrisch in Reihe geschaltetes Submodul der zweiten Submodulgruppe aufweist, und wobei bei Abweichung der an der Teilschaltung anliegenden Teilschaltungsspannung von einer Sollteilschal tungsspannung ein Submodul der ersten Submodulgruppe oder ein Submodul der zweiten Submodulgruppe umgeschaltet wird. Ein solches Verfahren ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 2018/041357 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ansteuern einer Umrichteranordnung anzugeben, die im Falle einer Abweichung der Teilschaltungsspannung einer der Teil schaltungen von einer Sollteilschaltungsspannung besonders einfach eine Auswahl des umzuschaltenden Submoduls ermög licht .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Un teransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein
Wichtungsfaktor ermittelt wird, und zwar in Abhängigkeit von der Energie, die in den zu der Teilschaltung gehörenden Sub modulen der ersten Submodulgruppe gespeichert ist, nachfol gend erste Teilenergie genannt, und der Energie, die in den zu der Teilschaltung gehörenden Submodulen der zweiten Submo dulgruppe gespeichert ist, nachfolgend zweite Teilenergie ge nannt, und die Auswahl des umzuschaltenden Submoduls - im Falle einer Abweichung der an der Teilschaltung anliegenden Teilschaltungsspannung von der Sollteilschaltungsspannung - unter Berücksichtigung des Wichtungsfaktors erfolgt oder zu mindest erfolgen kann.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass bei Umrichteranordnungen mit Teilschal tungen, die Submodule unterschiedlicher Submodulgruppen auf weisen, durch Heranziehung eines Wichtungsfaktors in beson ders einfacher Weise ein zur Umschaltung besonders geeignetes Submodul ausgewählt werden kann.
Vorteilhaft ist es, wenn für die erste und zweite Submodul gruppe der Teilschaltung ein Sollenergieverhältnis vorgegeben ist, das angibt, welchen Anteil der an in der Teilschaltung gespeicherten Gesamtenergie in der ersten und zweiten Submo dulgruppe gespeichert sein soll, ein die erste Teilenergie angebender erster Teilenergiewert unter Heranziehung des Sollenergieverhältnisses und der in der Teilschaltung gespei cherten Gesamtenergie unter Bildung eines ersten normierten Teilenergiewerts normiert wird, ein die zweite Teilenergie angebender zweiter Teilenergiewert unter Heranziehung des Sollenergieverhältnisses und der in der Teilschaltung gespei cherten Gesamtenergie unter Bildung eines zweiten normierten Teilenergiewerts normiert wird, und der Wichtungsfaktor unter Heranziehung des ersten und zweiten normierten Teilenergie werts errechnet wird.
Die Differenz zwischen dem ersten normierten Teilenergiewert und dem zweiten normierten Teilenergiewert wird bevorzugt in tegriert und es wird ein Hilfswert gebildet. Der
Wichtungsfaktor wird vorzugsweise unter Heranziehung des Hilfswerts errechnet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wichtungsfaktor durch Errechnen der Quadratwurzel des Hilfswerts ermittelt wird.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Differenz zwischen dem ersten nor- mierten Teilenergiewert und dem zweiten normierten Teilener giewert unter Berücksichtigung eines Verstärkungsfaktors in tegriert wird, wobei das Integrationsergebnis limitiert wird, nämlich dergestalt, dass bei Erreichen eines vorgegebenen un teren Schwellenwerts der untere Schwellenwert als das Integ rationsergebnis ausgegeben wird und bei Erreichen eines vor gegebenen oberen Schwellenwerts der obere Schwellenwert als das Integrationsergebnis ausgegeben wird und der
Wichtungsfaktor unter Heranziehung des Integrationsergebnis ses errechnet wird.
Auch bei der letztgenannten Variante ist es vorteilhaft, wenn der Wichtungsfaktor durch Errechnen der Quadratwurzel des In tegrationsergebnisses ermittelt wird.
Die Submodule der ersten Submodulgruppe sind vorzugsweise Halbbrückenmodule und die Submodule der zweiten Submodulgrup pe sind vorzugsweise Vollbrückenmodule .
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn in einem Vorprüf schritt in Abhängigkeit von einem ersten, einem zweiten und einem dritten Auswahlkriterium ein Betriebszustand identifi ziert wird, wobei das erste Auswahlkriterium die Art der Ab weichung der an der Teilschaltung anliegenden Teilschaltungs spannung von der Sollteilschaltungsspannung angibt, wobei das zweite Auswahlkriterium angibt, ob die Umrichteranordnung als Wechselrichter, als Gleichrichter oder lastfrei betrieben wird, und wobei das dritte Auswahlkriterium die Stromfluss richtung durch die Teilschaltung angibt.
Bei der letztgenannten Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn die Auswahl des umzuschaltenden Submoduls unter Berücksichtigung des Wichtungsfaktors erfolgt, wenn der identifizierte Betriebszustand eine wichtungsfaktorabhängige Auswahl erlaubt, und andernfalls die Auswahl des umzuschal tenden Submoduls ohne Berücksichtigung des Wichtungsfaktors erfolgt . Im Falle einer wichtungsfaktorabhängigen Auswahl kann in vor teilhafter Weise vorgesehen sein, dass aus der ersten Submo dulgruppe dasjenige Submodul ausgewählt wird, das die größte Submodulspannung aufweist, ein diese größte Submodulspannung angebender Spannungswert mit dem Wichtungsfaktor multipli ziert wird und durch Division mit einem für die erste Submo dulgruppe vorgegebenen ersten Normierungswert unter Bildung eines ersten normierten Maximalwerts normiert wird, aus der zweiten Submodulgruppe dasjenige Submodul ausgewählt wird, das die größte Submodulspannung aufweist, ein diese größte Submodulspannung angebender Spannungswert durch Division mit einem für die zweite Submodulgruppe vorgegebenen zweiten Nor mierungswert unter Bildung eines zweiten normierten Maximal werts normiert wird, der größere der beiden normierten Maxi malwerte ermittelt wird, das zu diesem größeren Maximalwert gehörende Submodul eingeschaltet wird, wenn die Umrichteran ordnung lastfrei ist und der durch die Teilschaltung fließen de Strom negativ ist oder wenn die Umrichteranordnung als Gleichrichter arbeitet und der durch die Teilschaltung flie ßende Strom negativ ist, und das zu diesem größeren Maximal wert gehörende Submodul ausgeschaltet wird, wenn die
Umrichteranordnung lastfrei ist und der durch die Teilschal tung fließende Strom positiv ist oder wenn die
Umrichteranordnung als Umrichter arbeitet und der durch die Teilschaltung fließende Strom positiv ist.
Auch kann im Falle einer wichtungsfaktorabhängigen Auswahl in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass aus der ersten Sub modulgruppe dasjenige Submodul ausgewählt wird, das die kleinste Submodulspannung aufweist, ein diese kleinste Submo dulspannung angebender erster minimaler Spannungswert mit dem Wichtungsfaktor multipliziert wird und durch Division mit ei nem für die erste Submodulgruppe vorgegebenen ersten Normie rungswert unter Bildung eines ersten normierten Minimalwerts normiert wird, aus der zweiten Submodulgruppe dasjenige
Submodul ausgewählt wird, das die kleinste Submodulspannung aufweist, ein diese kleinste Submodulspannung angebender zweiter minimaler Spannungswert durch Division mit einem für die zweite Submodulgruppe vorgegebenen zweiten Normierungs wert unter Bildung eines zweiten normierten Minimalwerts nor miert wird, der kleinere der beiden normierten Minimalwerte ermittelt wird, das zu diesem kleineren Minimalwert gehörende Submodul eingeschaltet wird, wenn die Umrichteranordnung lastfrei ist und der durch die Teilschaltung fließende Strom positiv ist oder wenn die Umrichteranordnung als Wechselrich ter arbeitet und der durch die Teilschaltung fließende Strom positiv ist, und das zu diesem kleineren Minimalwert gehören de Submodul ausgeschaltet wird, wenn die Umrichteranordnung lastfrei ist und der durch die Teilschaltung fließende Strom negativ ist oder wenn die Umrichteranordnung als Gleichrich ter arbeitet und der durch die Teilschaltung fließende Strom negativ ist .
Der erste Normierungswert wird vorzugsweise durch zeitliche Mittlung, vorzugsweise über eine Periode, des jeweils aktuel len Mittelwerts der Submodulspannungen der Submodule der ers ten Submodulgruppe gebildet.
Der zweite Normierungswert wird vorzugsweise durch zeitliche Mittlung, vorzugsweise über eine Periode, des jeweils aktuel len Mittelwerts der Submodulspannungen der Submodule der zweiten Submodulgruppe gebildet.
Die Umrichteranordnung weist vorzugsweise zumindest einen Wechselspannungsanschluss, an dem ein Wechselstrom einge speist oder entnommen werden kann, und zumindest zwei Gleich spannungsanschlüsse, an denen ein Gleichstrom eingespeist oder entnommen werden kann, auf, wobei die Umrichteranordnung mindestens eine Reihenschaltung umfasst, deren äußere An schlüsse die Gleichspannungsanschlüsse der Umrichteranordnung bilden, die Reihenschaltung zwei in Reihe geschaltete Teil schaltungen umfasst, deren elektrische Verbindungsstelle den oder einen der Wechselspannungsanschlüsse der
Umrichteranordnung bildet, und die Teilschaltungen jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete Submodule umfassen, die jeweils mindestens zwei Schalter und einen Kondensator auf- weisen, und wobei bei dem Verfahren die Ansteuerung der Sub- module und damit das Ein- oder Ausschalten der jeweiligen Kondensatoren der Submodule zumindest auch in Abhängigkeit von der Kondensatorspannung des jeweiligen Kondensators er folgt .
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Umrichter anordnung mit Submodulen einer ersten und einer zweiten Sub modulgruppe, wobei die Umrichteranordnung mindestens eine Teilschaltung umfasst, die ein Submodul der ersten Submodul gruppe und ein damit elektrisch in Reihe geschaltetes
Submodul der zweiten Submodulgruppe aufweist, wobei bei Ab weichung der an der Teilschaltung anliegenden Teilschaltungs spannung von einer Sollteilschaltungsspannung ein Submodul der ersten Submodulgruppe oder ein Submodul der zweiten Sub modulgruppe umgeschaltet wird, und wobei die
Umrichteranordnung eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Submodule aufweist.
Bezüglich einer solchen Umrichteranordnung ist erfindungsge mäß vorgesehen, dass die Steuereinrichtung derart ausgestal tet ist, dass sie die Teilmodule gemäß einem der oben be schriebenen Verfahren ansteuern kann.
Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen
Umrichteranordnung sei auf die obigen Ausführungen im Zusam menhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Umrichteranordnung,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel für ein Teilmodul, das zur
Bildung von Teilschaltungen bei der
Umrichteranordnung gemäß Figur 1 eingesetzt werden kann, Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Teilmodul, das zur Bildung von Teilschaltungen bei der Umrichteranordnung gemäß Figur 1 eingesetzt werden kann,
Figur 4 beispielhaft in Form eines Ablaufdiagramms ein Aus führungsbeispiel für ein erfinderisches Verfahren und
Figur 5 beispielhaft ein bevorzugtes Verfahren zur Ermitt lung eines Wichtungsfaktors.
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet .
Die Figur 1 zeigt eine Umrichteranordnung 10, die drei Wech selspannungsanschlüsse LI, L2 und L3 aufweist, an denen je weils ein Wechselstrom in die Umrichteranordnung 10 einge speist oder aus dieser entnommen werden kann. Zwei Gleich spannungsanschlüsse, an denen ein Gleichstrom Idc in die Umrichteranordnung 10 eingespeist oder aus dieser entnommen werden kann, sind in der Figur 1 mit dem Bezugszeichen L+ und L- gekennzeichnet. Die Gleichspannung an den Gleichspannungs anschlüssen L+ und L- trägt das Bezugszeichen Udc.
Die Umrichteranordnung 10 weist drei Reihenschaltungen RI, R2 und R3 auf, deren äußere Anschlüsse die Gleichspannungsan schlüsse L+ und L- der Umrichteranordnung 10 bilden. Die Rei henschaltungen RI, R2 und R3 umfassen jeweils zwei in Reihe geschaltete Teilschaltungen TS.
Jede der Teilschaltungen TS umfasst jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete Submodule SM, die jeweils mindestens zwei Schalter und einen Kondensator aufweisen. Ausführungs beispiele für geeignete Submodule SM werden nachfolgend bei spielhaft im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 erläutert. Nachfolgend wird beispielhaft davon ausgegangen, dass jede der Teilschaltungen TS ein oder mehrere Halbbrückenmodule, die Submodule einer ersten Submodulgruppe bilden, und ein oder mehrere Vollbrückenmodule, die Submodule einer zweiten Submodulgruppe bilden, umfasst.
Die Umrichteranordnung 10 weist eine Steuereinrichtung 20 auf, die zur Ansteuerung der Submodule SM und damit zur An steuerung der Teilschaltungen TS geeignet ist. Die Steuerein richtung 20 weist zu diesem Zweck eine Recheneinrichtung 21 sowie einen Speicher 22 auf. In dem Speicher 22 ist ein Steu erprogrammmodul SPM gespeichert, das die Arbeitsweise der Re cheneinrichtung 21 bestimmt. Ein mögliches Betriebsverfahren für die Umrichteranordnung 10 wird weiter unten im Zusammen hang mit den Figuren 4 und 5 näher erläutert.
Mit Blick auf die Polaritäten wird im Zusammenhang mit der Figur 4 davon ausgegangen, die Stromrichtung des Stromes durch die Teilschaltungen TS als positiv gilt, wenn dieser entlang der Pfeilrichtung des Stromes I in Figur 1 fließt.
Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Submodul SM, das zwei Schalter S, zwei Dioden D sowie einen Kondensa tor C umfasst. Die genannten Komponenten bilden ein Halbbrü ckenmodul, das durch Ansteuern der Schalter S - seitens der Steuereinrichtung 20 gemäß Figur 1 - einen unipolaren Betrieb des Kondensators C ermöglicht. Zumindest eines der Submodule SM einer jeden Teilschaltung TS gemäß Figur 1 ist vorzugswei se so wie in Figur 2 dargestellt ausgestaltet.
Die Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Submodul SM, das vier Schalter S, vier Dioden D sowie einen Kondensa tor C umfasst. Die genannten Komponenten bilden ein Vollbrü ckenmodul, das durch Ansteuern der Schalter S - seitens der Steuereinrichtung 20 gemäß Figur 1 - einen bipolaren Betrieb des Kondensators C ermöglicht. Mindestens eines der Submodule SM einer jeden Teilschaltung TS der Umrichteranordnung 10 ge- mäß Figur 1 ist vorzugsweise so ausgestaltet, wie dies in Fi gur 3 gezeigt ist.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Ansteuern der
Umrichteranordnung 10 gemäß Figur 1 bzw. der Submodule SM der Teilschaltungen TS gemäß den Figuren 2 und 3 wird nachfolgend anhand der Figur 4 beispielhaft für eine der Teilschaltungen TS der Umrichteranordnung 10 näher erläutert.
Das Verfahren gemäß Figur 4 weist ein Vorprüfverfahren 100 auf, bei dem in Abhängigkeit von drei Auswahlkriterien ein Betriebszustand der anzusteuernden Teilschaltung TS identifi ziert wird. In dem Vorprüfverfahren 100 werden drei Abfrage schritte 110, 120 und 130 durchgeführt.
In dem Abfrageschritt 110 wird zunächst geprüft, ob die an der Teilschaltung TS anliegende Teilschaltungsspannung U von einer vorgegebenen Sollteilschaltungsspannung abweicht oder nicht und ggf. welcher Art die Abweichung ist. Entspricht die Teilschaltungsspannung U der vorgegebenen Sollteilschaltungs spannung, so wird nichts unternommen.
Ist die Teilschaltungsspannung U größer oder kleiner als die vorgegebene Sollteilschaltungsspannung, so muss eines der Submodule der Teilschaltung TS abgeschaltet oder eingeschal tet werden. Eine vorteilhafte Auswahl eines geeigneten Submo duls wird nachfolgend beispielhaft erläutert:
Wird in dem Abfrageschritt 110 festgestellt, dass die Teil schaltungsspannung U die Sollteilschaltungsspannung über schreitet und aus diesem Grunde die Teilschaltungsspannung U abgesenkt werden soll, so wird gemäß dem Pfad DV mit dem in der Figur 4 linken Abfrageschritt 120 fortgefahren . Unter schreitet hingegen die Teilschaltungsspannung U die Sollteil schaltungsspannung, so wird gemäß dem Pfad IV mit dem in der Figur 4 rechten Abfrageschritt 120 fortgefahren . In dem rechten und linken Abfrageschritt 120 wird geprüft, ob die Umrichteranordnung 10 gemäß Figur 1 als Wechselrichter, als Gleichrichter oder lastfrei betrieben wird. Wird die Umrichteranordnung 10 lastfrei betrieben, so wird das Verfah ren entlang eines nachfolgenden Pfades ML fortgesetzt, im Falle eines Betriebs als Wechselrichter entlang eines nach folgenden Pfades WR und im Falle eines Betriebs als Gleich richter entlang eines nachfolgenden Pfades GR.
In dem nachfolgenden Abfrageschritt 130 wird die Stromfluss richtung des Stroms I durch die Teilschaltung TS gemäß Figur 1 überprüft. Ist die Stromflussrichtung des Stroms I positiv, so wird einem zugeordneten Pfad gefolgt, der in der Figur 4 mit dem Bezugszeichen Y gekennzeichnet sind; andernfalls wird einem zugeordneten Pfad gefolgt, der mit dem Bezugszeichen N gekennzeichnet ist.
Nach Durchführung der drei Abfrageschritte 110, 120 und 130 ergibt sich einer von acht Fällen, die in der Figur 4 mit den Bezugszeichen Fl, F2, ... F8 gekennzeichnet sind.
Die Fälle Fl, F4, F5 und F8 erfordern die Berücksichtigung eines Wichtungsfaktors WF . Demgemäß soll nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 5 zunächst ein vorteilhaftes Verfahren zur Bestimmung eines solchen Wichtungsfaktors WF erläutert werden :
Die Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein
Wichtungsfaktorermittlungsverfahren 200, bei dem zunächst zwei Energieermittlungsschritte 210 und 211 durchgeführt wer den .
In dem Energieermittlungsschritt 210 wird die Energie, die in den zu der Teilschaltung TS gehörenden Halbbrückenmodulen ge speichert ist, nachfolgend erste Teilenergie genannt, ermit telt und ein erster Teilenergiewert El gebildet, beispiels weise gemäß:
Figure imgf000013_0001
wobei Ci die Kapazität des jeweiligen Halbbrückenmoduls, Ui die Spannung des jeweiligen Halbbrückenmoduls und N die An zahl der Halbbrückenmodulen in der Teilschaltung TS bezeich net .
In dem Energieermittlungsschritt 211 wird die Energie, die in den zu der Teilschaltung TS gehörenden Vollbrückenmodulen ge speichert ist, nachfolgend zweite Teilenergie genannt, ermit telt und ein zweiter Teilenergiewert E2 gebildet, beispiels weise gemäß:
Figure imgf000013_0002
wobei Ci die Kapazität des jeweiligen Vollbrückenmoduls, Ui die Spannung des jeweiligen Vollbrückenmoduls und M die An zahl der Vollbrückenmodule in der Teilschaltung TS bezeich net .
In einem nachfolgenden Normierungsschritt 220 werden der ers te und zweite Teilenergiewert El, E2 unter Bildung eines ers ten und zweiten normierten Teilenergiewerts El ' , E2 ' nor miert .
Hierzu wird mit einem Sollenergieverhältnis V zwischen den Voll- und Halbbrückenmodulen zunächst die Sollenergie Eis, die in den Halbbrückenmodulen gespeichert werden soll, und die Sollenergie E2s, die in den Vollbrückenmodulen gespei chert werden soll, ermittelt gemäß
Eis = V * Eg
E2s = (1-V) * Eg wobei V angibt, welcher Anteil der Gesamtenergie Eg in den Halbbrückenmodulen gespeichert werden soll und (1-V) demgemäß angibt, welcher Anteil der Gesamtenergie Eg in den Vollbrü ckenmodulen gespeichert werden soll.
Der erste und zweite normierte Teilenergiewert El ' , E2 ' wer den ermittelt gemäß:
El ' = El/Els und
E2 ' = E2/E2s
Die normierten Teilenergiewerte El ' und E2 ' gelangen in einen Differenzbildner 230, der die Differenz zwischen dem ersten normierten Teilenergiewert El ' und dem zweiten normierten Teilenergiewert E2 ' bildet und die Differenz El'-E2' an einen nachgeordneten Integrierer 240 übermittelt.
Der Integrierer 240 integriert die Differenz El'-E2' und bil det ausgangsseitig einen Hilfswert H. Der Integrierer 240 kann in vorteilhafter Weise derart ausgestaltet sein, dass er die Differenz El'-E2' unter Berücksichtigung eines Verstär kungsfaktors integriert, wobei das Integrationsergebnis limi tiert wird, nämlich dergestalt, dass bei Erreichen eines vor gegebenen unteren Schwellenwerts der untere Schwellenwert als das Integrationsergebnis ausgegeben wird und bei Erreichen eines vorgegebenen oberen Schwellenwerts der obere Schwellen wert als das Integrationsergebnis ausgegeben wird.
Der Hilfswert H bzw. das Integrationsergebnis wird in eine nachgeordnete Einrichtung 250 zur Wurzelbildung eingespeist. Die Einrichtung 250 erzeugt ausgangsseitig den
Wichtungsfaktor WF durch Errechnen der Quadratwurzel des Hilfswerts H.
Wieder zurückkommend auf Figur 4 kann nun nach Ermittlung des Wichtungsfaktors WF bei den Fällen Fl, F4, F5 und F8 das um zuschaltende Submodul ausgewählt werden. In den Fällen Fl und F8 wird dabei vorzugsweise wie folgt vorgegangen :
Aus der ersten Submodulgruppe mit den Halbbrückenmodulen wird dasjenige Submodul ausgewählt, das die größte Submodulspan nung aufweist. Ein diese größte Submodulspannung angebender Spannungswert wird mit dem Wichtungsfaktor WF multipliziert und durch Division mit einem für die erste Submodulgruppe vorgegebenen ersten Normierungswert unter Bildung eines ers ten normierten Maximalwerts normiert. Der für die erste Sub modulgruppe (mit den Halbbrückenmodulen) vorgegebene erste Normierungswert wird vorzugsweise gebildet durch zeitliche Mittlung, vorzugsweise über eine Periode, des jeweils aktuel len Mittelwerts der Submodulspannungen der Submodule der ers ten Submodulgruppe.
Aus der zweiten Submodulgruppe mit den Vollbrückenmodulen wird dasjenige Submodul ausgewählt, das die größte Submodul spannung aufweist. Ein diese größte Submodulspannung angeben der Spannungswert wird durch Division mit einem für die zwei te Submodulgruppe vorgegebenen zweiten Normierungswert unter Bildung eines zweiten normierten Maximalwerts normiert.
Der für die zweite Submodulgruppe (mit den Vollbrückenmodu len) vorgegebene zweite Normierungswert wird vorzugsweise ge bildet durch zeitliche Mittlung, vorzugsweise über eine Peri ode, des jeweils aktuellen Mittelwerts der Submodulspannungen der Submodule der zweiten Submodulgruppe.
Anschließend wird der größere der beiden normierten Maximal werte ausgewählt.
Im Fall 8 wird das zu dem größeren Maximalwert gehörende Submodul eingeschaltet, im Fall 1 ausgeschaltet.
In den Fällen F4 und F5 wird vorzugsweise wie folgt vorgegan gen : Aus der ersten Submodulgruppe wird dasjenige Submodul ausge wählt, das die kleinste Submodulspannung aufweist. Ein diese kleinste Submodulspannung angebender erster minimaler Span nungswert wird mit dem Wichtungsfaktor WF multipliziert und durch Division mit dem für die erste Submodulgruppe vorgege benen ersten Normierungswert unter Bildung eines ersten nor mierten Minimalwerts normiert.
Aus der zweiten Submodulgruppe wird dasjenige Submodul ausge wählt, das die kleinste Submodulspannung aufweist. Ein diese kleinste Submodulspannung angebender zweiter minimaler Span nungswert wird durch Division mit dem für die zweite Submo dulgruppe vorgegebenen zweiten Normierungswert unter Bildung eines zweiten normierten Minimalwerts normiert und es wird der kleinere der beiden normierten Minimalwerte ermittelt.
Im Fall 5 wird das zu diesem kleineren Minimalwert gehörende Submodul eingeschaltet, im Fall 4 ausgeschaltet.
In den Fällen F2, F3, F6 und F7 erfolgt die Auswahl des umzu schaltenden Submoduls vorzugsweise unabhängig vom
Wichtungsfaktor WF :
Im Fall F2 wird vorzugsweise dasjenige Vollbrückenmodul der Teilschaltung TS abgeschaltet, das die kleinste Modulspannung aufweist .
Im Fall F3 wird vorzugsweise dasjenige Vollbrückenmodul der Teilschaltung TS abgeschaltet, das die größte Modulspannung aufweist .
Im Fall F6 wird vorzugsweise dasjenige Vollbrückenmodul der Teilschaltung TS eingeschaltet, das die größte Modulspannung aufweist .
Im Fall F7 wird vorzugsweise dasjenige Vollbrückenmodul der Teilschaltung TS eingeschaltet, das die kleinste Modulspan nung aufweist. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
10 Umrichteranordnung
20 Steuereinrichtung
21 Recheneinrichtung
22 Speicher
100 Vorprüfverfahren
110 Abfrageschritt
120 Abfrageschritt
130 Abfrageschritt
200 Wichtungsfaktorermittlungsverfahren
210 Energieermittlungsschritt
211 Energieermittlungsschritt
220 Normierungsschritt
230 Differenzbildner
240 Integrierer
250 Einrichtung
C Kondensator
D Diode
DV Pfad
El Teilenergiewert
E2 Teilenergiewert
El ' normierter Teilenergiewert
E2 ' normierter Teilenergiewert
Eis Sollenergie
E2s Sollenergie
F1-F8 Fälle
GR Pfad
H Hilfswert
I Strom
Idc Gleichstrom
IV Pfad
LI Wechselspannungsanschluss
L2 Wechselspannungsanschluss
L3 Wechselspannungsanschluss
L+ Gleichspannungsanschluss L- GleichspannungsanSchluss
N Pfad
NL Pfad
RI Reihenschaltung
R2 Reihenschaltung
R3 Reihenschaltung
S Schalter
SM Submodul
SPM Steuerprogrammmodul TS TeilSchaltung
U TeilschaltungsSpannung
Udc Gleichspannung
V Sollenergieverhältnis
WF Wichtungsfaktor
WR Pfad
Y Pfad

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ansteuern einer Umrichteranordnung (10), die
Submodule (SM) einer ersten und einer zweiten Submodulgruppe aufweist ,
- wobei die Umrichteranordnung (10) mindestens eine Teil
schaltung (TS) umfasst, die ein Submodul (SM) der ersten Submodulgruppe und ein damit elektrisch in Reihe geschal tetes Submodul (SM) der zweiten Submodulgruppe aufweist, und
- wobei bei Abweichung der an der Teilschaltung (TS) anlie genden Teilschaltungsspannung (U) von einer Sollteilschal tungsspannung ein Submodul (SM) der ersten Submodulgruppe oder ein Submodul (SM) der zweiten Submodulgruppe umge schaltet wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- ein Wichtungsfaktor (WF) ermittelt wird, und zwar in Ab hängigkeit von der Energie, die in den zu der Teilschal tung (TS) gehörenden Submodulen (SM) der ersten Submodul gruppe gespeichert ist, nachfolgend erste Teilenergie ge nannt, und der Energie, die in den zu der Teilschaltung (TS) gehörenden Submodulen (SM) der zweiten Submodulgruppe gespeichert ist, nachfolgend zweite Teilenergie genannt, und
- die Auswahl des umzuschaltenden Submoduls (SM)- im Falle einer Abweichung der an der Teilschaltung (TS) anliegenden Teilschaltungsspannung (U) von der Sollteilschaltungsspan nung - unter Berücksichtigung des Wichtungsfaktors (WF) erfolgt oder zumindest erfolgen kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- für die erste und zweite Submodulgruppe der Teilschaltung (TS) ein Sollenergieverhältnis (V) vorgegeben ist, das an gibt, welchen Anteil der in der Teilschaltung (TS) gespei cherten Gesamtenergie (Eg) in der ersten und zweiten Sub modulgruppe gespeichert sein soll, ein die erste Teilenergie angebender erster Teilenergie wert (El) unter Heranziehung des Sollenergieverhältnisses (V) und der in der Teilschaltung (TS) gespeicherten Ge samtenergie (Eg) unter Bildung eines ersten normierten Teilenergiewerts (El ' ) normiert wird,
- ein die zweite Teilenergie angebender zweiter Teilenergie wert (E2) unter Heranziehung des Sollenergieverhältnisses (V) und der in der Teilschaltung (TS) gespeicherten Ge samtenergie (Eg) unter Bildung eines zweiten normierten Teilenergiewerts (E2 ' ) normiert wird, und
- der Wichtungsfaktor (WF) unter Heranziehung des ersten und zweiten normierten Teilenergiewerts (El ' , E2 ' ) errechnet wird .
3. Verfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Differenz zwischen dem ersten normierten Teilenergie wert (El ' ) und dem zweiten normierten Teilenergiewert
(E2 ' ) integriert und ein Hilfswert (H) gebildet wird und
- der Wichtungsfaktor (WF) unter Heranziehung des Hilfswerts (H) errechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der Wichtungsfaktor (WF) durch Errechnen der Quadratwurzel des Hilfswerts (H) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Differenz zwischen dem ersten normierten Teilenergie wert (El ' ) und dem zweiten normierten Teilenergiewert
(E2 ' ) unter Berücksichtigung eines Verstärkungsfaktors in tegriert wird,
- wobei das Integrationsergebnis limitiert wird, nämlich
dergestalt, dass bei Erreichen eines vorgegebenen unteren Schwellenwerts der untere Schwellenwert als das Integrati onsergebnis ausgegeben wird und bei Erreichen einer vorge- gebenen oberen Schwellenwerts der obere Schwellenwert als das Integrationsergebnis ausgegeben wird und
- der Wichtungsfaktor (WF) unter Heranziehung des Integrati onsergebnisses errechnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der Wichtungsfaktor (WF) durch Errechnen der Quadratwurzel des Integrationsergebnisses ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Submodule (SM) der ersten Submodulgruppe Halbbrücken- module sind und
- die Submodule (SM) der zweiten Submodulgruppe Vollbrücken- module sind.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
in einem Vorprüfschritt (100) in Abhängigkeit von einem ers ten, einem zweiten und einem dritten Auswahlkriterium ein Be triebszustand identifiziert wird,
- wobei das erste Auswahlkriterium die Art der Abweichung der an der Teilschaltung (TS) anliegenden Teilschaltungs spannung (U) von der Sollteilschaltungsspannung angibt,
- wobei das zweite Auswahlkriterium angibt, ob die Umrich teranordnung (10) als Wechselrichter, als Gleichrichter oder lastfrei betrieben wird, und
- wobei das dritte Auswahlkriterium die Stromflussrichtung durch die Teilschaltung (TS) angibt.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Auswahl des umzuschaltenden Submoduls (SM) unter Be rücksichtigung des Wichtungsfaktors (WF) erfolgt, wenn der identifizierte Betriebszustand eine
wichtungsfaktorabhängige Auswahl erlaubt, und - andernfalls die Auswahl des umzuschaltenden Submoduls (SM) ohne Berücksichtigung des Wichtungsfaktors (WF) erfolgt.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- aus der ersten Submodulgruppe dasjenige Submodul (SM) aus gewählt wird, das die größte Submodulspannung aufweist, ein diese größte Submodulspannung angebender Spannungswert mit dem Wichtungsfaktor (WF) multipliziert wird und durch Division mit einem für die erste Submodulgruppe vorgegebe nen ersten Normierungswert unter Bildung eines ersten nor mierten Maximalwerts normiert wird,
- aus der zweiten Submodulgruppe dasjenige Submodul (SM) ausgewählt wird, das die größte Submodulspannung aufweist, ein diese größte Submodulspannung angebender Spannungswert durch Division mit einem für die zweite Submodulgruppe vorgegebenen zweiten Normierungswert unter Bildung eines zweiten normierten Maximalwerts normiert wird,
- der größere der beiden normierten Maximalwerte ermittelt wird,
- das zu diesem größeren Maximalwert gehörende Submodul (SM) eingeschaltet wird (Fall 8), wenn die Umrichteranordnung (10) lastfrei ist und der durch die Teilschaltung (TS) fließende Strom (I) negativ ist oder wenn die
Umrichteranordnung (10) als Gleichrichter arbeitet und der durch die Teilschaltung (TS) fließende Strom (I) negativ ist, und
- das zu diesem größeren Maximalwert gehörende Submodul (SM) ausgeschaltet wird (Fall 1), wenn die Umrichteranordnung (10) lastfrei ist und der durch die Teilschaltung (TS) fließende Strom (I) positiv ist oder wenn die Umrichteran ordnung (10) als Umrichter arbeitet und der durch die Teilschaltung (TS) fließende Strom (I) positiv ist.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- aus der ersten Submodulgruppe dasjenige Submodul (SM) aus gewählt wird, das die kleinste Submodulspannung aufweist, ein diese kleinste Submodulspannung angebender erster mi nimaler Spannungswert mit dem Wichtungsfaktor (WF) multi pliziert wird und durch Division mit einem für die erste Submodulgruppe vorgegebenen ersten Normierungswert unter Bildung eines ersten normierten Minimalwerts normiert wird,
- aus der zweiten Submodulgruppe dasjenige Submodul (SM)
ausgewählt wird, das die kleinste Submodulspannung auf weist, ein diese kleinste Submodulspannung angebender zweiter minimaler Spannungswert durch Division mit einem für die zweite Submodulgruppe vorgegebenen zweiten Normie rungswert unter Bildung eines zweiten normierten Minimal werts normiert wird,
- der kleinere der beiden normierten Minimalwerte ermittelt wird,
- das zu diesem kleineren Minimalwert gehörende Submodul
(SM) eingeschaltet wird (Fall 5) , wenn die
Umrichteranordnung (10) lastfrei ist und der durch die Teilschaltung (TS) fließende Strom (I) positiv ist oder wenn die Umrichteranordnung (10) als Wechselrichter arbei tet und der durch die Teilschaltung (TS) fließende Strom (I) positiv ist, und
- das zu diesem kleineren Minimalwert gehörende Submodul
(SM) ausgeschaltet wird (Fall 4), wenn die
Umrichteranordnung (10) lastfrei ist und der durch die Teilschaltung (TS) fließende Strom (I) negativ ist oder wenn die Umrichteranordnung (10) als Gleichrichter arbei tet und der durch die Teilschaltung (TS) fließende Strom (I) negativ ist.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der erste Normierungswert gebildet wird durch zeitliche
Mittlung, vorzugsweise über eine Periode, des jeweils aktuel len Mittelwerts der Submodulspannungen der Submodule (SM) der ersten Submodulgruppe.
13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der zweite Normierungswert gebildet wird durch zeitliche Mittlung, vorzugsweise über eine Periode, des jeweils aktuel len Mittelwerts der Submodulspannungen der Submodule (SM) der zweiten Submodulgruppe.
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Umrichteranordnung (10) zumindest einen Wechselspannungs anschluss (LI, L2, L3) , an dem ein Wechselstrom eingespeist oder entnommen werden kann, und zumindest zwei Gleichspan nungsanschlüsse (L+, L—) , an denen ein Gleichstrom einge speist oder entnommen werden kann, aufweist
- wobei die Umrichteranordnung (10) mindestens eine Reihen schaltung (RI, R2, R3) umfasst, deren äußere Anschlüsse die Gleichspannungsanschlüsse (L+, L-) der
Umrichteranordnung (10) bilden, die Reihenschaltung (RI,
R2, R3) zwei in Reihe geschaltete Teilschaltungen (TS) um fasst, deren elektrische Verbindungsstelle den oder einen der Wechselspannungsanschlüsse (LI, L2, L3) der
Umrichteranordnung (10) bildet, und die Teilschaltungen (TS) jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete Submodu le (SM) umfassen, die jeweils mindestens zwei Schalter (S) und einen Kondensator (C) aufweisen, und
- wobei bei dem Verfahren die Ansteuerung der Submodule (SM) und damit das Ein- oder Ausschalten der jeweiligen Konden satoren (C) der Submodule (SM) zumindest auch in Abhängig keit von der Kondensatorspannung des jeweiligen Kondensa tors (C) erfolgt.
15. Umrichteranordnung (10) mit Submodulen (SM) einer ersten und einer zweiten Submodulgruppe,
- wobei die Umrichteranordnung (10) mindestens eine Teil
schaltung (TS) umfasst, die ein Submodul (SM) der ersten Submodulgruppe und ein damit elektrisch in Reihe geschal tetes Submodul (SM) der zweiten Submodulgruppe aufweist,
- wobei bei Abweichung der an der Teilschaltung (TS) anlie genden Teilschaltungsspannung (U) von einer Sollteilschal- tungsspannung ein Submodul (SM) der ersten Submodulgruppe oder ein Submodul (SM) der zweiten Submodulgruppe umge schaltet wird, und
- wobei die Umrichteranordnung (10) eine Steuereinrichtung (20) zum Ansteuern der Submodule (SM) aufweist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Steuereinrichtung (20) derart ausgestaltet ist, dass sie die Submodule (SM) gemäß einem Verfahren nach einem der vor anstehenden Ansprüche ansteuert .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2008067788A1 (de) * 2006-12-08 2008-06-12 Siemens Aktiengesellschaft Herstellung eines wirkleistungsgleichgewichts der phasenmodule eines umrichters
WO2015117637A1 (en) * 2014-02-04 2015-08-13 Green Power Technologies, S.L. System and method for controlling an ac/dc converter
WO2018041357A1 (de) 2016-09-01 2018-03-08 Siemens Aktiengesellschaft Umrichteranordung sowie verfahren zu deren betrieb

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