DE102022109261A1

DE102022109261A1 - Verfahren zur Kompensation von Modulationsabweichungen bei einem modularen Multilevelkonverter

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Publication number: DE102022109261A1
Application number: DE102022109261.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Götz; Nima Tashakor; Jan Kacetl; Tomas Kacetl; Zhongxi Li
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2022-04-14
Filing date: 2022-04-14
Publication date: 2023-10-19
Anticipated expiration: 2042-04-15
Also published as: DE102022109261B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zu einer Ansteuerung eines modularen Multilevelkonverters, wobei der modulare Multilevelkonverter zur Erzeugung eines Ausgangssignals mittels pulsweitenmodulierter Steuersignale (1221, 1231, 1232, 1241, 1251, 1252) für die jeweiligen Module angesteuert wird, wobei ein jeweiliges Steuersignal (1221, 1231, 1232, 1241, 1251, 1252) für ein jeweiliges Modul basierend auf einem jeweiligen Trägersignal, welches eine auf das jeweilige Modul bezogene Phasenverschiebung aufweist, und basierend auf einem dem jeweiligen Modul zugewiesenen Modulationsreferenzsignal erzeugt wird, wobei gemäß einer Modulationsabweichung von einem mittleren Referenzsignal die Phasenverschiebung oder ein Startniveau mindestens eines Trägersignals der Vielzahl von Modulen oder mindestens ein Modulationsreferenzsignal der Vielzahl von Modulen modifiziert werden, während gleichzeitig ein Zeitintegral des Ausgangssignals (1211, 1212) über einen Schaltzyklus konstant gehalten wird, wodurch sich bei einer Zuschaltdauer mindestens eines Moduls eine Lage einer steigenden und einer fallenden Signalflanke ändert. Ferner wird ein modularer Multilevelkonverter mit einer Steuerungseinheit beansprucht, auf welcher das Verfahren implementiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Modulationsabweichungen in Steuersignalen bei einem modularen Multilevelkonverter. Ferner wird ein modularer Multilevelkonverter mit einer Steuerungseinheit beansprucht, auf welcher das Verfahren implementiert ist.
Modulare oder kaskadierte Umrichter bzw. Konverter sind sowohl für Wechselstromwie Gleichstromsysteme von stark zunehmender Bedeutung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Wechselrichtern haben modulare Multilevelkonverter den Vorteil, dass ihnen eine viel größere Zahl an quantisierten Spannungsstufen zur Verfügung steht, wodurch sie mittels abwechselndem Schalten zwischen diesen Stufen praktisch beliebige Ausgabespannungen erzeugen können.
Eine einfache Möglichkeit einer Steuerung von Modulen des Umrichters bietet eine phasenverschobene Modulation von Trägersignalen, im Englischen „phase-shifted carrier (PSC) modulation“ genannt. Solche phasenverschobenen und sich dabei überlappenden, aber ansonsten identische Trägersignale stellen eine der meist genutzten Modulationsmethoden dar, um Schaltpulse für alle Arten von modularen, versetzten oder kaskadierten Umrichtern zu erzeugen und zu steuern. Zwar garantieren gleichmäßig phasenverschobene Trägersignale mit individuell gesetzten Referenzsignalen eine Gleichverteilung einer Entladung oder eines Ladens über alle Module, insbesondere wenn die Trägersignale als Sägezahn bzw. Dreiecksform ausgebildet sind, zeigen aber Nachteile für eine Ansteuerung eines Ladungsausgleichs zwischen Modulen.
So machen unterschiedliche Betriebsbedingungen der Module, wie bspw. Temperatur oder Lastvariationen oder auch Störungen, und unterschiedliche Betriebsmodi, wie bspw. voranstehend erwähnter Ladungsausgleich zwischen den Modulen, unterschiedliche Modulationsreferenzsignale für die einzelnen Module notwendig. Unterscheidet sich aber ein jeweiliges Modulationsreferenzsignal vom über alle Module gemittelten Referenzsignal, kann dies zu Ungleichheiten bei resultierenden Schaltpulsen und/oder Spannungsstufen führen, wodurch kurzzeitig auch mehr wie zwei Spannungsstufen vorhanden sind.
Aufgabe der Modulation ist es allerdings, für eine maximale Ausgabequalität einen möglichst geringen Schaltaufwand zu betreiben, also bspw. pro Schalttakt nur zu einer jeweils unmittelbar benachbarten Spannungsstufe zu schalten. Generell sollte vermieden werden, über mehrere Spannungsstufen hinweg zu schalten, da dies nachteilig Zwischenschaltzustände mit Ausgabespannungen von geringer Dynamik zur Folge hat. Herkömmliche Steuerungsmethoden weisen hier jedoch Schwächen auf, insbesondere sobald für die Module unterschiedliche Modulationsreferenzsignale auftreten.
Die Druckschrift WO 2019/022745 A1 offenbart ein Schaltschema für einen statischen synchronen Kompensator (STATCOM) mit kaskadierten H-Brückenwandlern. Um eine angeforderte Ausgabespannung zu erzeugen, werden einzelne H-Brücken aktiv oder passiv geschaltet.
In der Druckschrift WO 2014/023334 A1 wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines modularen Konverters mittels pulsweitenmodulierter Steuersignale beschrieben. Die Steuersignale werden basierend auf Trägersignalen für die einzelnen Module und mindestens einem Referenzsignal erzeugt, wobei die einzelnen Trägersignale phasenverschoben sind. Dabei werden durch die Module fließende Ladungsmengen abgeschätzt und die einzelnen Module derart angesteuert, dass eine gewünschte Energiespeicherspannung im einzelnen Modul erreicht wird.
Die US-amerikanische Druckschrift US 2018/0006576 A1 offenbart ein Verfahren zur Ansteuerung eines modularen Konverters mittels pulsweitenmodulierter Steuersignale. Je nachdem, ob ein jeweiliges Trägersignal für die einzelnen Module größer oder kleiner als ein Referenzsignal liegt, wird das jeweilige Modul aktiv oder passiv geschaltet.
Eine grundlegende Annahme bei der konventionellen PSC ist, dass alle Module vollständig ausgeglichen sind, ein alle Module umschließendes Gesamtsystem ideal (also ohne Energieverluste) beschreibbar ist, und alle Module keine Störungen aufweisen. Damit einhergehend resultiert eine Annahme gleicher Modulationsreferenzsignale, woraus sich akkurat verteilte identische Schaltpulse ergeben. Die Wirklichkeit ist jedoch eine andere, da für die einzelnen Module weder gleiche Eigenschaften in Spannung noch Impedanz vorliegen, sie eben nicht gleiche Ladungszustände aufweisen, und auch nicht durchgehend alle jederzeit verfügbar sind.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung von Modulen eines modularen Multilevelkonverters zur Verfügung zu stellen, welches Unterschiede in Betriebsbedingungen zwischen einzelnen Modulen, wie bspw. Ladungszuständen, und unterschiedliche Modulationsreferenzsignale berücksichtigt, und dabei nur Schaltwechsel zu benachbarten Spannungsstufen auftreten. Ferner soll eine Steuerungseinheit eines modularen Multilevelkonverters bereitgestellt werden, auf welcher das Verfahren ausführbar ist.
Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zu einer Ansteuerung eines modularen Multilevelkonverters vorgeschlagen, wobei der modulare Multilevelkonverter eine Vielzahl von Modulen mit mindestens einer Energiespeichereinheit und einer Mehrzahl steuerbarer Schalter umfasst. Ausgehend von einem Anschluss an eine Spannungsquelle wird die Vielzahl von Modulen zu mindestens einem Strang miteinander verschaltet. Der modulare Multilevelkonverter wird zur Erzeugung eines Ausgangssignals mittels pulsweitenmodulierter Steuersignale für die jeweiligen Module angesteuert. Ein jeweiliges Steuersignal für ein jeweiliges Modul wird basierend auf einem jeweiligen Trägersignal, welches eine auf das jeweilige Modul bezogene Phasenverschiebung aufweist, und basierend auf einem dem jeweiligen Modul zugewiesenen Modulationsreferenzsignal erzeugt. Durch einen auf einem Größenvergleich basierenden Vergleich eines Signalverlaufs des jeweiligen Trägersignals mit dem jeweiligen Modulationsreferenzsignal wird eine Zuschaltdauer der mindestens einen Energiespeichereinheit des jeweiligen Moduls zu einem Laststrom getriggert. Gemäß einer Modulationsabweichung von einem mittleren Referenzsignal werden die Phasenverschiebung oder ein Startniveau mindestens eines Trägersignals der Vielzahl von Modulen oder mindestens ein Modulationsreferenzsignal der Vielzahl von Modulen modifiziert, während gleichzeitig ein Zeitintegral des Ausgangssignals über einen Schaltzyklus konstant gehalten wird. Dadurch ändert sich bei einer Zuschaltdauer mindestens eines Moduls eine Lage einer steigenden und einer fallenden Signalflanke.
Eine Steuerungseinheit kontrolliert, dass das Zeitintegral des Ausgangssignals über den Schaltzyklus konstant gehalten wird, bzw. dass ein Wert eines über den Schaltzyklus gemittelten Modulationsreferenzsignals unverändert bleibt.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Signalflankenlagen mindestens einer Zuschaltdauer schrittweise geändert, während gleichzeitig eine Summe über die Lagenänderungen der Signalflanken aller Module konstant gehalten wird. Dies geschieht, indem die Phasenverschiebung mindestens eines Trägersignals modifiziert wird, um der Abweichung mindestens eines Modulationsreferenzsignals vom mittleren Referenzsignal Rechnung zu tragen.
Die Summe über die Lagenänderungen der Signalflanken aller Module konstant zu halten ist insbesondere für einen Ladungsausgleich zwischen Energiespeichereinheiten einzelner Module von entscheidender Bedeutung. Gerade von der Steuerungseinheit ausgehende Änderungen der Modulation, um diesen Ladungsausgleich zu gestalten, können Verursacher von Schaltvorgängen über mehr als zwei benachbarte Spannungsstufen sein, was aber durch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft gelöst wird.
Ist dm(i) ein Änderungswert für eine Pulsbreite bzw. Pulsdauer eines i-ten Schaltpulses, welcher zu dm'(i) modifiziert wird, so gilt bei N Modulen bzw. N Trägersignalen in dem mindestens einen Strang: $d m' (i) = d m (i) - \sum_{j = 1}^{N} d m (j) .$
Zuerst wird bestimmt, welche Pulsbreiten durch Änderungen gemäß Gl. (1) betroffen sind. Als nächstes wird bestimmt, welche im jeweiligen Schaltpuls gegenüberliegende Signalflanken zu welchem Trägersignal gehört. So dann wird bei diesem Trägersignal die Phasenverschiebung sozusagen in entgegengesetzte Richtung angepasst, d. h. während dm den Wert der Pulsbreite durch Verschiebung der steigenden oder fallenden Signalflanke ändert, muss entsprechend einer Verschiebung bei der steigenden Signalflanke die Phasenverschiebung des jeweiligen Trägersignals um $- d m' \times \frac{2 π}{N}$
geändert werden und entsprechend einer Verschiebung bei der fallenden Signalflanke die Phasenverschiebung des jeweiligen Trägersignals um $d m' \times \frac{2 π}{N}$
geändert werden.
Es ist möglich, dass steigende und fallende Signalflanken mehrerer Schaltpulse zueinander komplementär sind. Dies liegt bspw. vor, wenn eine steigende Signalflanke eines ersten Schaltpulses und eine fallende Signalflanke eines zweiten Schaltpulses auf ein erstes Trägersignal zurückgehen, und gleichzeitig eine steigende Signalflanke des zweiten Schaltpulses und eine fallende Signalflanke des ersten Schaltpulses auf ein zweites Trägersignal zurückgehen.
Manchmal kann es auch vorkommen, dass sowohl steigende wie fallende Signalflanken eines Schaltpulses auf ein einzelnes Trägersignal zurückgehen. In einem solchen Fall müssen dann alle anderen Trägersignale verschoben werden, um eine bessere Verteilung der Schaltpulse zu erreichen
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine steigende Signalflanke bei der Zuschaltdauer eines jeweiligen Moduls mit einer fallenden Signalflanke bei der Zuschaltdauer des in dem mindestens einen Strang zuvor unmittelbar benachbarten Moduls in Übereinstimmung gebracht. Dies geschieht, indem zyklisch iterierend über alle Module in dem mindestens einen Strang die Phasenverschiebungen dieser jeweilig benachbarten Module modifiziert werden.
Zuerst werden die Lagen der steigenden (Edge_+,i) und fallenden (Edge_-,i) Signalflanken der Zuschaltdauer bzw. des Spannungspulses des i-ten Moduls ohne Phasenverschiebung berechnet: $E d g e_{+ i,} = (1 - m (i)) \times π,$
und $E d g e_{- i} = (m (i)) \times 2 π .$
Sodann werden die Phasenverschiebungen der jeweiligen Trägersignale dergestalt berechnet, dass die fallende Signalflanke bei einem Spannungspuls im vorausgehenden Modul mit der steigenden Signalflanke des Spannungspulses im darauf unmittelbar folgenden Modul zusammenfallen, wobei es nicht auf eine absolute Ordnung ankommt. Es muss also nicht mit dem ersten Modul im Strang begonnen werden, welches hier aber - ohne Beschränkung der Allgemeinheit - zur Vereinfachung der Schreibweise gemacht wird: $φ_{1} = - (1 - m (1)) \times π,$
und $P u l s_{e n d} = 0,$
sowie $φ_{i + 1} = P u l s_{e n d} - E d g e_{+ i},$
und $P u l s_{e n d} = P u l s_{e n d} + E d g e_{- i},$
Falls in die Modulationen schrittweise Änderungen eingehen, werden die Änderungen in der Phasenverschiebung der jeweiligen Trägersignale von betroffenen Modulen mitgezogen. Da solche Änderungen linear sind, können sie auf einfache Weise berechnet und kompensiert werden: $d φ_{i} = \sum_{j = 1}^{i - 1} (d m (j)) \times 2 π - d m (i) \times π .$
In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Signalflankenlagen mindestens einer Zuschaltdauer zyklisch iterierend über alle Module in dem mindestens einen Strang geändert, während gleichzeitig eine Summe über die Lagenänderungen der Signalflanken aller Module konstant gehalten wird. Dies geschieht, indem angesichts einer Lagenänderung bei einem jeweiligen Modul die Phasenverschiebung des Trägersignals bei dem in zyklischer Abfolge zuvor benachbarten Modul modifiziert wird, um der Abweichung mindestens eines Modulationsreferenzsignals vom mittleren Referenzsignal Rechnung zu tragen.
Für die Änderungen in den Schaltpulsen gilt: $d m' (i) = d m (i) - \sum_{j = 1}^{N} \frac{d m (j)}{N} .$
Es wird zuerst bestimmt, welche Pulsbreiten durch Änderungen gemäß GI. (1) betroffen sind. Als nächstes werden benachbarte Trägersignale, also das jeweilige Trägersignal des vorausgehenden Moduls und des darauf nächstfolgenden Moduls bei periodischen Randbedingungen (Modul 1 geht Modul N voraus), bestimmt. Es folgt eine schrittweise Anpassung der Phasenverschiebungen der jeweiligen Trägersignale gemäß $d φ_{i} = sgn \times d m' (i - 1) \times \frac{2 π}{n} - sgn \times d m' (i + 1) \times \frac{2 π}{N} .$
In einer fortgesetzt noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Verteilung von Startniveaus der jeweiligen Trägersignale schrittweise geändert, während gleichzeitig die jeweilige Zuschaltdauer konstant gehalten wird. Liegt bspw. nur ein einziges Modulationsreferenzsignal vor, so werden alle notwendigen Änderungen durch vertikale Verschiebungen der jeweiligen Trägersignale erreicht. Damit gilt: $d δ' (i) = - d m (i) + \sum_{j = 1}^{N} \frac{d m (j)}{N},$
und $d m' (i) = 0.$
Die Änderungen ergeben sich, indem die Phasenverschiebung mindestens eines Trägersignals der Vielzahl von Modulen modifiziert wird, um den Abweichungen (dδ'(i)) der Startniveaus vom gemittelten Abweichungswert (δ) Rechnung zu tragen. Hierbei wird zuerst bestimmt, welche Pulsbreiten durch Änderungen gemäß Gl. (11) betroffen sind. Als nächstes wird herausgefunden, welche im jeweiligen Schaltpuls gegenüberliegende Signalflanke zu welchem Trägersignal gehört. Nun werden bei diesen Trägersignalen die Phasenverschiebungen entsprechend angepasst, um die vertikalen Abweichungen entsprechend auszugleichen.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem jeweiligen inaktiven Modul ein dem jeweiligen Modul zugeordneter Modulationsindex auf null reduziert. Entsprechend einer Anzahl inaktiver Module werden bei allen aktiven Modulen die Phasenverschiebung des jeweiligen Trägersignals und die jeweiligen Modulationsreferenzsignale der aktiven Module zum Ausgleich einer durch das jeweilig inaktive Modul bedingten ausfallenden Zuschaltdauer modifiziert.
Ein durch einen Ausfall inaktiver Module bedingter geänderter Phasenunterschied zwischen zwei aufeinanderfolgenden Trägersignalen ist 2π-/(N - N_f), wobei N_f eine Zahl der inaktiven Module ist. Ausgehend vom ersten aktiven Modul, sind die modifizierten Phasenverschiebungen der verbleibenden aktiven Module gegeben durch: $φ_{i} = i \times \frac{2 π}{N - N_{f}} .$
Die Modifikationen der Modulationsreferenzsignale der aktiven Module ergeben sich zu $m' (i) = m (i) + \sum_{j = 1}^{N_{f}} \frac{m (j)}{N - N_{f}} .$
In einer noch anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem jeweiligen inaktiven Modul ein Startniveau des dem jeweiligen Modul zugeordneten Trägersignals auf eins erhöht. Entsprechend einer Anzahl inaktiver Module werden bei allen aktiven Modulen die Phasenverschiebung des jeweiligen Trägersignals und die jeweiligen Startniveaus der aktiven Module zum Ausgleich einer durch das jeweilig inaktive Modul bedingten ausfallenden Zuschaltdauer modifiziert.
Ein durch einen Ausfall inaktiver Module bedingter geänderter Phasenunterschied zwischen zwei aufeinanderfolgenden Trägersignalen ist 2π/(N - N_f). Ausgehend vom ersten aktiven Modul, sind die modifizierten Phasenverschiebungen der verbleibenden aktiven Module gegeben durch: $φ_{i} = i \times \frac{2 π}{N - N_{f}},$
Die Modifikationen der Startniveaus, um die inaktiven Module zu kompensieren, ergeben sich zu $δ' (i) = δ (i) - \sum_{j = 1}^{N_{f}} \frac{1 - δ (j) - m (j)}{N - N_{f}} .$
Ferner wird eine Steuerungseinheit für einen modularen Multilevelkonverter beansprucht, wobei der modulare Multilevelkonverter eine Vielzahl von Modulen mit mindestens einer Energiespeichereinheit und einer Mehrzahl steuerbarer Schalter umfasst. Ausgehend von einem Anschluss an eine Spannungsquelle sind die Vielzahl von Modulen zu mindestens einem Strang miteinander verschaltet. Die Steuerungseinheit ist dazu konfiguriert,

• den modularen Multilevelkonverter zur Erzeugung eines Ausgangssignals mittels pulsweitenmodulierter Steuersignale für die jeweiligen Module anzusteuern,
• ein jeweiliges Steuersignal basierend auf einem jeweiligen Trägersignal, welches eine auf das jeweilige Modul bezogene Phasenverschiebung aufweist, und basierend auf einem dem jeweiligen Modul zugewiesenen Modulationsreferenzsignal zu erzeugen,
• durch einen auf einem Größenvergleich basierenden Vergleich eines Signalverlaufs des jeweiligen Trägersignals mit dem jeweiligen Modulationsreferenzsignal eine Zuschaltdauer der mindestens einen Energiespeichereinheit des jeweiligen Moduls zu einem Laststrom zu triggern, und
• gemäß einer Modulationsabweichung von einem mittleren Referenzsignal die Phasenverschiebung oder ein Startniveau mindestens eines Trägersignals der Vielzahl von Modulen oder mindestens ein Modulationsreferenzsignal der Vielzahl von Modulen zu modifizieren und
• gleichzeitig ein Zeitintegral des Ausgangssignals über einen Schaltzyklus konstant zu halten,

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerungseinheit ist die Steuerungseinheit zusätzlich dazu konfiguriert, gleichzeitig eine Summe über die Lagenänderungen der Signalflanken aller Module konstant zu halten und Signalflankenlagen mindestens einer Zuschaltdauer schrittweise zu ändern, indem die Phasenverschiebung mindestens eines Trägersignals modifiziert wird, um der Abweichung mindestens eines Modulationsreferenzsignals vom mittleren Referenzsignal Rechnung zu tragen.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerungseinheit ist die Steuerungseinheit zusätzlich dazu konfiguriert, eine steigende Signalflanke bei der Zuschaltdauer eines jeweiligen Moduls mit einer fallenden Signalflanke bei einer Zuschaltdauer des in dem mindestens einen Strang zuvor unmittelbar benachbarten Moduls in Übereinstimmung zu bringen, indem zyklisch iterierend über alle Module in dem mindestens einen Strang die Phasenverschiebungen dieser jeweilig benachbarten Module modifiziert werden.
In einer noch weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerungseinheit ist die Steuerungseinheit zusätzlich dazu konfiguriert, gleichzeitig eine Summe über die Lagenänderungen der Signalflanken aller Module konstant zu halten und Signalflankenlagen mindestens einer Zuschaltdauer zyklisch iterierend über alle Module in dem mindestens einen Strang zu ändern, indem angesichts einer Lagenänderung bei einem jeweiligen Modul die Phasenverschiebung des Trägersignals bei dem in zyklischer Abfolge zuvor benachbarten Modul modifiziert wird, um der Abweichung mindestens eines Modulationsreferenzsignals vom mittleren Referenzsignal Rechnung zu tragen.
In einer fortgesetzt noch weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerungseinheit ist die Steuerungseinheit zusätzlich dazu konfiguriert, gleichzeitig die jeweilige Zuschaltdauer konstant zu halten und eine Verteilung von Startniveaus der jeweiligen Trägersignale schrittweise zu ändern, indem die Phasenverschiebung mindestens eines Trägersignals der Vielzahl von Modulen modifiziert wird, um den Abweichungen der Startniveaus vom gemittelten Abweichungswert Rechnung zu tragen.
In einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerungseinheit ist die Steuerungseinheit zusätzlich dazu konfiguriert, bei einem jeweiligen inaktiven Modul ein dem jeweiligen Modul zugeordneten Modulationsindex auf null zu reduzieren und entsprechend einer Anzahl inaktiver Module bei allen aktiven Modulen die Phasenverschiebung der jeweiligen Trägersignale und die Modulationsreferenzsignale der aktiven Module zum Ausgleich einer durch ein jeweilig inaktives Modul bedingten ausfallenden Zuschaltdauer zu modifizieren.
In einer noch anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerungseinheit ist die Steuerungseinheit zusätzlich dazu konfiguriert, bei einem jeweiligen inaktiven Modul ein Startniveau des dem jeweiligen Modul zugeordneten Trägersignals auf eins zu erhöhen, und entsprechend einer Anzahl inaktiver Module bei allen aktiven Modulen die Phasenverschiebung der jeweiligen Trägersignale und die jeweiligen Startniveaus der aktiven Module zum Ausgleich einer durch ein jeweilig inaktives Modul bedingten ausfallenden Zuschaltdauer zu modifizieren.
Ferner wird ein modularer Multilevelkonverter beansprucht, wobei der modulare Multilevelkonverter eine erfindungsgemäße Steuerungseinheit umfasst und dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet.

1a zeigt ein erstes Steuerungsschema in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1b zeigt graphisch einen ersten Signalverlauf in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1c zeigt graphisch einen zweiten Signalverlauf in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2a zeigt ein zweites Steuerungsschema in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2b zeigt graphisch einen dritten Signalverlauf in der weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3a zeigt ein drittes Steuerungsschema in einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3b zeigt ein Kreisschema zur Abfolge einer Signalmodifikation in der noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3c zeigt graphisch einen vierten Signalverlauf in der noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
4 zeigt ein viertes Steuerungsschema in einer fortgesetzt noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
5a zeigt ein fünftes Steuerungsschema in einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
5b zeigt graphisch einen fünften Signalverlauf in der anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
6 zeigt ein sechstes Steuerungsschema in einer noch anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In 1a wird ein erstes Steuerungsschema 110 in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Ein Regler 111 stellt einer ersten Regelungseinheit 112 mindestens ein Modulationsreferenzsignal 101 bereit. Die erste Regelungseinheit 112 ist dazu konfiguriert, gleichzeitig eine Summe über Lagenänderungen von Signalflanken aller Module konstant zu halten und Signalflankenlagen mindestens einer Zuschaltdauer schrittweise zu ändern. Dabei wird eine Phasenverschiebung mindestens eines Trägersignals modifiziert, um der Abweichung mindestens eines Modulationsreferenzsignals vom mittleren Referenzsignal Rechnung zu tragen. Die schrittweisen Anpassungen der mindestens einen Phasenverschiebung 103 werden einem Phasenverschiebungszähler 113 zugeleitet, der zu einer Signaladdierung 115 multiple, jeweilig phasenverschobene Trägersignale 104 bereitstellt. Eine Zuschaltdauersteuerungseinheit 114 stellt ebenfalls zur Signaladdierung 115 Trägersignale 105 mit angepassten Signalflanken mindestens einer Zuschaltdauer bereit. Die Signaladdierung 115 führt daraus modifizierte Trägersignale 106 einem Komparator 116 zu. Gleichzeitig erzeugt die erste Regelungseinheit 112 kompensierte Modulationsreferenzsignale 102 und führt entsprechend dem jeweiligen Modul ein einzelnes Modulationsreferenzsignal 108 dem Komparator 116 zu. Der Komparator 116 vergleicht das einzelne Modulationsreferenzsignal 108 mit dem jeweiligen modifizierten Trägersignal 106, und stellt den jeweilig zugeordneten Modulen jeweilige Schaltpulse 107 bereit.
In 1b wird graphisch ein erster Signalverlauf 120 in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Ein Gesamtsignalverlauf 121 von Spannungssignalen 1211, 1212, bspw. zur Versorgung einer elektrischen Traktionsmaschine, ist im obersten Panel über einen Zeitverlauf 129 eines kompletten Schaltzyklus aufgetragen. Der Gesamtsignalverlauf 121 wird mit den (Steuer-)Signalverläufen 122, 123, 124, 125 von in diesem Beispiel vier Modulen generiert. Durch Modulationen jeweiliger Steuersignale 1221, 1231, 1241, 1251, bspw. um einen Ladungsausgleich von Energiespeichern zu bewirken, entsteht bspw. ein sich nachteilig über drei Spannungsstufen erstreckendes Spannungssignal 1211 (gestrichelte Linie). Durch die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Steuersignale 1232, 1252 dergestalt modifiziert, dass sich vorteilhaft ein ausschließlich über zwei benachbarte Spannungsstufen erstreckendes Spannungssignal 1212 mit vier Spannungspulsen gleicher Pulsbreite zusammensetzt. Damit erreicht das erfindungsgemäße Verfahren eine qualitativ bessere Verteilung der Spannungspulse.
In 1c wird graphisch ein zweiter Signalverlauf 130 in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Ein Gesamtsignalverlauf 131 von Spannungssignalen 1311, 1312 setzt sich aus den Signalverläufen 132, 133, 134, 135 der vier Module zusammen. Erfindungsgemäß werden die ursprünglichen Steuersignale 1321, 1331, 1341, 1351 zu modifizierten Steuersignalen 1332, 1352 umgestaltet, so dass das resultierende Spannungssignal 1312 vorteilhaft in seiner Qualität verbessert vier gleichmäßig verteilte Spannungspulse aufweist.
In 2a wird ein zweites Steuerungsschema 210 in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Der Regler 111 aus 1 leitet jetzt direkt das einzelne Modulationsreferenzsignal 108 dem Komparator 116 zu. Die zweite Regelungseinheit 212 ist dazu konfiguriert, eine steigende Signalflanke bei der Zuschaltdauer eines jeweiligen Moduls mit einer fallenden Signalflanke bei einer Zuschaltdauer des in dem mindestens einen Strang zuvor unmittelbar benachbarten Moduls in Übereinstimmung zu bringen. Dabei werden zyklisch iterierend über alle Module in dem mindestens einen Strang die Phasenverschiebungen dieser jeweilig benachbarten Module modifiziert. Die schrittweisen Anpassungen der mindestens einen Phasenverschiebung 103 und die Trägersignale 105 mit angepassten Signalflanken werden gemäß den Gln. (2) bis (7) berechnet.
In 2b wird graphisch ein dritter Signalverlauf 220 in der weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Ein Gesamtsignalverlauf 221 von Spannungssignalen 2211, 2212 wird mit den Signalverläufen 222, 223, 224, 225 von vier Modulen generiert. Durch Modulationen jeweiliger Steuersignale 2221, 2231, 2241, 2251, bspw. um einen Ladungsausgleich von Energiespeichern zu bewirken, entsteht bspw. ein sich nachteilig über drei Spannungsstufen erstreckendes Spannungssignal 2211 (gestrichelte Linie) und unterschiedliche Pulsbreiten. Durch die weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Steuersignale 2222, 2232, 2242, 2252 dergestalt modifiziert, dass sich daraus vorteilhaft ein ausschließlich über zwei benachbarte Spannungsstufen erstreckendes Spannungssignal 2212 mit zwei Spannungspulsen zusammensetzt.
In 3a wird ein drittes Steuerungsschema 310 in einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das dritte Steuerungsschema 310, ansonsten gleich zu dem zweiten Steuerungsschema 210 2a, weist eine dritte Regelungseinheit 312 auf. Diese ist dazu konfiguriert, gleichzeitig eine Summe über die Lagenänderungen der Signalflanken aller Module konstant zu halten und Signalflankenlagen mindestens einer Zuschaltdauer zyklisch iterierend über alle Module in dem mindestens einen Strang zu ändern. Dabei wird angesichts der Lagenänderung bei einem jeweiligen Modul die Phasenverschiebung des Trägersignals bei dem in zyklischer Abfolge zuvor benachbarten Modul modifiziert, um der Abweichung mindestens eines Modulationsreferenzsignals vom mittleren Referenzsignal Rechnung zu tragen Die schrittweisen Anpassungen der mindestens einen Phasenverschiebung 103 und die Trägersignale 105 mit angepassten Signalflanken werden gemäß den Gln. (9) und (10) berechnet.
In 3b wird ein Kreisschema 320 zur Abfolge einer Signalmodifikation in der noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Die Abfolge der Signalmodifikation ist periodisch geschlossen. d. h. dem Trägersignal 322 zum zweiten Modul ist zuvor das Trägersignal 321 des ersten Moduls benachbart, während dem Trägersignal 321 zum ersten Modul zuvor das Trägersignal des N-ten Moduls benachbart ist.
In 3c wird graphisch ein vierter Signalverlauf 330 in der noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Ein Gesamtsignalverlauf 331 von Spannungssignalen 3311, 3312 wird mit den Signalverläufen 332, 333, 334, 335 von vier Modulen generiert. Durch Modulationen jeweiliger Steuersignale 3321, 3331, 3341, 3351 entsteht ein sich nachteilig über drei Spannungsstufen erstreckendes Spannungssignal 3311 (gestrichelte Linie) mit unterschiedlichen Pulsbreiten. Durch die noch weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Steuersignale 3332, 3352 dergestalt modifiziert, dass sich vorteilhaft ein ausschließlich über zwei benachbarte Spannungsstufen erstreckendes Spannungssignal 3312 mit zwei Spannungspulsen ergibt.
In 4 wird ein viertes Steuerungsschema 400 in einer fortgesetzt noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das vierte Steuerungsschema 400, ansonsten gleich zu dem zweiten Steuerungsschema 210 aus 2a, weist eine vierte Regelungseinheit 412 auf, welche zudem der Zuschaltdauersteuerungseinheit 114 kompensierte Modulationsreferenzsignale 409 bereitstellt. Die vierte Regelungseinheit 412 ist dazu konfiguriert, gleichzeitig die jeweilige Zuschaltdauer konstant zu halten und eine Verteilung von Startniveaus der jeweiligen Trägersignale schrittweise zu ändern. Dabei wird die Phasenverschiebung mindestens eines Trägersignals der Vielzahl von Modulen modifiziert, um den Abweichungen der Startniveaus vom gemittelten Abweichungswert Rechnung zu tragen. Die schrittweisen Anpassungen der mindestens einen Phasenverschiebung 103 und die Trägersignale 105 mit angepassten Signalflanken werden gemäß den Gln. (11) und (12) berechnet.
In 5a wird ein fünftes Steuerungsschema 510 in einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das fünfte Steuerungsschema 510, ansonsten gleich zu dem ersten Steuerungsschema 110 aus 1a, weist eine fünfte Regelungseinheit 512 auf. Die fünfte Regelungseinheit 512 ist dazu konfiguriert, bei einem jeweiligen inaktiven Modul ein dem jeweiligen Modul zugeordneten Modulationsindex auf null zu reduzieren und entsprechend einer Anzahl inaktiver Module bei allen aktiven Modulen die Phasenverschiebung des jeweiligen Trägersignals und die Modulationsreferenzsignale der aktiven Module zum Ausgleich einer durch ein jeweilig inaktives Modul bedingten ausfallenden Zuschaltdauer zu kompensieren 102. Die schrittweisen Anpassungen der mindestens einen Phasenverschiebung 103 und die Modifikationen der Startniveaus der Trägersignale 105 werden gemäß den Gln. (13) und (14) berechnet.
In 5b wird graphisch ein fünfter Signalverlauf 520 in der anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Ein Gesamtsignalverlauf 521 von Spannungssignalen 5211, 5212 wird mit den Signalverläufen 523, 524, 525 von drei Modulen generiert. Ein viertes Modul ist inaktiv, so dass sein Steuersignal 5221 im Signalverlauf 522 auf null reduziert ist. Durch Modulationen jeweiliger Steuersignale 5231, 5241, 5251 entsteht ein sich nachteilig über drei Spannungsstufen erstreckendes Spannungssignal 5211 (gestrichelte Linie). Durch die andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Steuersignale 5232, 5242, 5252 dergestalt modifiziert, dass sich daraus vorteilhaft ein ausschließlich über zwei benachbarte Spannungsstufen erstreckendes Spannungssignal 5212 mit drei gleich verteilten Spannungspulsen gleicher Pulsbreite zusammensetzt.
In 6 wird ein sechstes Steuerungsschema 600 in einer noch anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das sechste Steuerungsschema 600, ansonsten gleich zu dem vierten Steuerungsschema 400 aus 4, weist eine sechste Regelungseinheit 612 auf, welche dem Phasenverschiebungszähler 113 angepasste Phasenverschiebungen 603 und der Zuschaltdauersteuerungseinheit 114 kompensierte Modulationsreferenzsignale 609 bereitstellt. Die sechste Regelungseinheit 612 ist dazu konfiguriert, bei einem jeweiligen inaktiven Modul ein Startniveau des dem jeweiligen Modul zugeordneten Trägersignals auf eins zu erhöhen, und entsprechend einer Anzahl inaktiver Module bei allen aktiven Modulen die Phasenverschiebung des jeweiligen Trägersignals und die jeweiligen Startniveaus der aktiven Module zum Ausgleich einer durch ein jeweilig inaktives Modul bedingten ausfallenden Zuschaltdauer zu modifizieren. Die Anpassungen der Phasenverschiebungen 603 und die Modifikationen der Startniveaus der Trägersignale 105 werden gemäß den Gln. (15) und (16) berechnet.
Bezugszeichenliste

101: Modulationsreferenzsignale
102: Kompensiertes Modulationsreferenzsignal
103: Inkrementelle Anpassungen der Phasenverschiebungen
104: Multiple Trägersignale
105: Trägersignalanpassungen
106: Modifizierte Trägersignale
107: Multiple Schaltpulse
108: Einzelnes Modulationsreferenzsignal
110: Erstes Steuerungsschema
111: Regler
112: Erste Regelungseinheit
113: Phasenverschiebungszähler
114: Zuschaltdauersteuerungseinheit
115: Signaladdierung
116: Komparator
120: Erstes Signalverlaufsbeispiel
121: Gesamtsignalverlauf
1211: Ursprüngliches Gesamtsignal
1212: Modifiziertes Gesamtsignal
122: Signalverlauf erstes Modul
1221: Steuersignal
123: Signalverlauf zweites Modul
1231: Ursprüngliches Steuersignal
1232: Modifiziertes Steuersignal
124: Signalverlauf drittes Modul
1241: Steuersignal
125: Signalverlauf viertes Modul
1251: Ursprüngliches Steuersignal
1252: Modifiziertes Steuersignal
129: Zeitverlauf
130: Zweites Signalverlaufsbeispiel
131: Gesamtsignalverlauf
1311: Ursprüngliches Gesamtsignal
1312: Modifiziertes Gesamtsignal
132: Signalverlauf erstes Modul
1321: Steuersignal
133: Signalverlauf zweites Modul
1331: Ursprüngliches Steuersignal
1332: Modifiziertes Steuersignal
134: Signalverlauf drittes Modul
1341: Steuersignal
135: Signalverlauf viertes Modul
1351: Ursprüngliches Steuersignal
1352: Modifiziertes Steuersignal
210: Zweites Steuerungsschema
212: Zweite Regelungseinheit
220: Drittes Signalverlaufsbeispiel
221: Gesamtsignalverlauf
2211: Ursprüngliches Gesamtsignal
2212: Modifiziertes Gesamtsignal
222: Signalverlauf erstes Modul
2221: Ursprüngliches Steuersignal
2222: Modifiziertes Steuersignal
223: Signalverlauf zweites Modul
2231: Ursprüngliches Steuersignal
2232: Modifiziertes Steuersignal
224: Signalverlauf drittes Modul
2241: Ursprüngliches Steuersignal
2242: Modifiziertes Steuersignal
225: Signalverlauf viertes Modul
2251: Ursprüngliches Steuersignal
2252: Modifiziertes Steuersignal
310: Zweites Steuerungsschema
312: Dritte Regelungseinheit
320: Kreisschema
321: Trägersignal erstes Modul
322: Trägersignal zweites Modul
329: Trägersignal N-tes Modul
330: Viertes Signalverlaufsbeispiel
331: Gesamtsignalverlauf
3311: Ursprüngliches Gesamtsignal
3312: Modifiziertes Gesamtsignal
332: Signalverlauf erstes Modul
3321: Steuersignal
333: Signalverlauf zweites Modul
3331: Ursprüngliches Steuersignal
3332: Modifiziertes Steuersignal
334: Signalverlauf drittes Modul
3341: Steuersignal
335: Signalverlauf viertes Modul
3351: Ursprüngliches Steuersignal
3352: Modifiziertes Steuersignal
400: Viertes Steuerungsschema
409: Kompensierte Vertikalpositionen
412: Vierte Regelungseinheit
510: Fünftes Steuerungsschema
512: Fünfte Regelungseinheit
520: Fünftes Signalverlaufsbeispiel
521: Gesamtsignalverlauf
5211: Ursprüngliches Gesamtsignal
5212: Modifiziertes Gesamtsignal
522: Signalverlauf erstes Modul
5221: Steuersignal
523: Signalverlauf zweites Modul
5231: Ursprüngliches Steuersignal
5232: Modifiziertes Steuersignal
524: Signalverlauf drittes Modul
5241: Ursprüngliches Steuersignal
5242: Modifiziertes Steuersignal
525: Signalverlauf viertes Modul
5251: Ursprüngliches Steuersignal
5252: Modifiziertes Steuersignal
600: Sechstes Steuerungsschema
603: Anpassungen der Phasenverschiebungen
609: Modifizierte Vertikalabbildungen
612: Sechste Regelungseinheit

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

WO 2019022745 A1 [0006]
WO 2014023334 A1 [0007]
US 20180006576 A1 [0008]

Claims

Verfahren zu einer Ansteuerung eines modularen Multilevelkonverters, wobei der modulare Multilevelkonverter eine Vielzahl von Modulen mit mindestens einer Energiespeichereinheit und einer Mehrzahl steuerbarer Schalter umfasst, wobei ausgehend von einem Anschluss an eine Spannungsquelle die Vielzahl von Modulen zu mindestens einem Strang miteinander verschaltet wird, wobei der modulare Multilevelkonverter zur Erzeugung eines Ausgangssignals mittels pulsweitenmodulierter Steuersignale (1221, 1231, 1232, 1241, 1251, 1252, 1321, 1331, 1332, 1341, 1351, 1352, 2221, 2222, 2231, 2232, 2241, 2242, 2251, 2252, 3321, 3331, 3332, 3341, 3351, 3352, 5221, 5231, 5232, 5241, 5242, 5251, 5252) für die jeweiligen Module angesteuert wird, wobei ein jeweiliges Steuersignal (1221, 1231, 1232, 1241, 1251, 1252, 1321, 1331, 1332, 1341, 1351, 1352, 2221, 2222, 2231, 2232, 2241, 2242, 2251, 2252, 3321, 3331, 3332, 3341, 3351, 3352, 5221, 5231, 5232, 5241, 5242, 5251, 5252) für ein jeweiliges Modul basierend auf einem jeweiligen Trägersignal (106), welches eine auf das jeweilige Modul bezogene Phasenverschiebung (104) aufweist, und basierend auf einem dem jeweiligen Modul zugewiesenen Modulationsreferenzsignal (108) erzeugt wird, wobei durch einen auf einem Größenvergleich basierenden Vergleich eines Signalverlaufs des jeweiligen Trägersignals (106) mit dem jeweiligen Modulationsreferenzsignal (108) eine Zuschaltdauer der mindestens einen Energiespeichereinheit des jeweiligen Moduls zu einem Laststrom getriggert wird, wobei gemäß einer Modulationsabweichung von einem mittleren Referenzsignal die Phasenverschiebung (104) oder ein Startniveau (409, 609) mindestens eines Trägersignals (106) der Vielzahl von Modulen oder mindestens ein Modulationsreferenzsignal (108) der Vielzahl von Modulen modifiziert werden, während gleichzeitig ein Zeitintegral des Ausgangssignals (1211, 1212, 1311, 1312, 2211, 2212, 3311, 3312, 5511, 5512) über einen Schaltzyklus konstant gehalten wird, wodurch sich bei einer Zuschaltdauer mindestens eines Moduls eine Lage einer steigenden und einer fallenden Signalflanke ändert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, während gleichzeitig eine Summe über die Lagenänderungen der Signalflanken aller Module konstant gehalten wird, Signalflankenlagen mindestens einer Zuschaltdauer schrittweise geändert werden, indem die Phasenverschiebung (104) mindestens eines Trägersignals (106) modifiziert wird, um der Abweichung mindestens eines Modulationsreferenzsignals (108) vom mittleren Referenzsignal Rechnung zu tragen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine steigende Signalflanke bei der Zuschaltdauer eines jeweiligen Moduls mit einer fallenden Signalflanke bei der Zuschaltdauer des in dem mindestens einen Strang zuvor unmittelbar benachbarten Moduls in Übereinstimmung gebracht wird, indem zyklisch iterierend über alle Module in dem mindestens einen Strang die Phasenverschiebungen (104) dieser jeweilig benachbarten Module modifiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, während gleichzeitig eine Summe über die Lagenänderungen der Signalflanken aller Module konstant gehalten wird, Signalflankenlagen mindestens einer Zuschaltdauer zyklisch iterierend über alle Module in dem mindestens einen Strang geändert wird, indem angesichts einer Lagenänderung bei einem jeweiligen Modul die Phasenverschiebung (104) des Trägersignals (106) bei dem in zyklischer Abfolge (320) zuvor benachbarten Modul modifiziert wird, um der Abweichung mindestens eines Modulationsreferenzsignals (108) vom mittleren Referenzsignal Rechnung zu tragen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, während gleichzeitig die jeweilige Zuschaltdauer konstant gehalten wird, eine Verteilung von Startniveaus der jeweiligen Trägersignale schrittweise geändert wird, indem die Phasenverschiebung (104) mindestens eines Trägersignals (106) der Vielzahl von Modulen modifiziert wird, um den Abweichungen der Startniveaus (409) vom gemittelten Abweichungswert Rechnung zu tragen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei einem jeweiligen inaktiven Modul ein dem jeweiligen Modul zugeordneter Modulationsindex auf null reduziert wird, wobei entsprechend einer Anzahl inaktiver Module bei allen aktiven Modulen die Phasenverschiebung (104) des jeweiligen Trägersignals (106) und die jeweiligen Modulationsreferenzsignale (108) der aktiven Module zum Ausgleich einer durch das jeweilig inaktive Modul bedingten ausfallenden Zuschaltdauer modifiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei einem jeweiligen inaktiven Modul ein Startniveau des dem jeweiligen Modul zugeordneten Trägersignals auf eins erhöht wird, wobei entsprechend einer Anzahl inaktiver Module bei allen aktiven Modulen die Phasenverschiebung (104) des jeweiligen Trägersignals (106) und die jeweiligen Startniveaus (609) der aktiven Module zum Ausgleich einer durch das jeweilig inaktive Modul bedingten ausfallenden Zuschaltdauer modifiziert werden.
Steuerungseinheit für einen modularen Multilevelkonverter, wobei der modulare Multilevelkonverter eine Vielzahl von Modulen mit mindestens einer Energiespeichereinheit und einer Mehrzahl steuerbarer Schalter umfasst, wobei ausgehend von einem Anschluss an eine Spannungsquelle die Vielzahl von Modulen zu mindestens einem Strang miteinander verschaltet sind, wobei die Steuerungseinheit dazu konfiguriert ist, den modularen Multilevelkonverter zur Erzeugung eines Ausgangssignals mittels pulsweitenmodulierter Steuersignale (1221, 1231, 1232, 1241, 1251, 1252, 1321, 1331, 1332, 1341, 1351, 1352, 2221, 2222, 2231, 2232, 2241, 2242, 2251, 2252, 3321, 3331, 3332, 3341, 3351, 3352, 5221, 5231, 5232, 5241, 5242, 5251, 5252) für die jeweiligen Module anzusteuern und ein jeweiliges Steuersignal (1221, 1231, 1232, 1241, 1251, 1252, 1321, 1331, 1332, 1341, 1351, 1352, 2221, 2222, 2231, 2232, 2241, 2242, 2251, 2252, 3321, 3331, 3332, 3341, 3351, 3352, 5221, 5231, 5232, 5241, 5242, 5251, 5252) basierend auf einem jeweiligen Trägersignal (106), welches eine auf das jeweilige Modul bezogene Phasenverschiebung (104) aufweist, und basierend auf einem dem jeweiligen Modul zugewiesenen Modulationsreferenzsignal (108) zu erzeugen, und durch einen auf einem Größenvergleich basierenden Vergleich eines Signalverlaufs des jeweiligen Trägersignals (106) mit dem jeweiligen Modulationsreferenzsignal (108) eine Zuschaltdauer der mindestens einen Energiespeichereinheit des jeweiligen Moduls zu einem Laststrom zu triggern, und gemäß einer Modulationsabweichung von einem mittleren Referenzsignal die Phasenverschiebung (104) oder ein Startniveau (409, 609) mindestens eines Trägersignals (106) der Vielzahl von Modulen oder mindestens ein Modulationsreferenzsignal (108) der Vielzahl von Modulen zu modifizieren und gleichzeitig ein Zeitintegral des Ausgangssignals (1211, 1212, 1311, 1312, 2211, 2212, 3311, 3312, 5511, 5512) über einen Schaltzyklus konstant zu halten, wodurch sich bei einer Zuschaltdauer mindestens einen Moduls eine Lage einer steigenden und einer fallenden Signalflanke verschiebt.
Steuerungseinheit nach Anspruch 8, wobei die Steuerungseinheit (112) zusätzlich dazu konfiguriert ist, gleichzeitig eine Summe über die Lagenänderungen der Signalflanken aller Module konstant zu halten und Signalflankenlagen mindestens einer Zuschaltdauer schrittweise zu ändern, indem die Phasenverschiebung (104) mindestens eines Trägersignals (106) modifiziert wird, um der Abweichung mindestens eines Modulationsreferenzsignals (108) vom mittleren Referenzsignal Rechnung zu tragen.
Steuerungseinheit nach Anspruch 8, wobei die Steuerungseinheit (212) zusätzlich dazu konfiguriert ist, eine steigende Signalflanke bei der Zuschaltdauer eines jeweiligen Moduls mit einer fallenden Signalflanke bei einer Zuschaltdauer des in dem mindestens einen Strang zuvor unmittelbar benachbarten Moduls in Übereinstimmung zu bringen, indem zyklisch iterierend über alle Module in dem mindestens einen Strang die Phasenverschiebungen (104) dieser jeweilig benachbarten Module modifiziert werden.
Steuerungseinheit nach Anspruch 8, wobei die Steuerungseinheit (312) zusätzlich dazu konfiguriert ist, gleichzeitig eine Summe über die Lagenänderungen der Signalflanken aller Module konstant zu halten und Signalflankenlagen mindestens einer Zuschaltdauer zyklisch iterierend über alle Module in dem mindestens einen Strang zu ändern, indem angesichts einer Lagenänderung bei einem jeweiligen Modul die Phasenverschiebung (104) des Trägersignals (106) bei dem in zyklischer Abfolge (320) zuvor benachbarten Modul modifiziert wird, um der Abweichung mindestens eines Modulationsreferenzsignals (108) vom mittleren Referenzsignal Rechnung zu tragen.
Steuerungseinheit nach Anspruch 8, wobei die Steuerungseinheit (412) zusätzlich dazu konfiguriert ist, gleichzeitig die jeweilige Zuschaltdauer konstant zu halten und eine Verteilung von Startniveaus der jeweiligen Trägersignale schrittweise zu ändern, indem die Phasenverschiebung (104) mindestens eines Trägersignals (106) der Vielzahl von Modulen modifiziert wird, um den Abweichungen der Startniveaus (409) vom gemittelten Abweichungswert Rechnung zu tragen.
Steuerungseinheit nach Anspruch 8, wobei die Steuerungseinheit (512) zusätzlich dazu konfiguriert ist, bei einem jeweiligen inaktiven Modul ein dem jeweiligen Modul zugeordneten Modulationsindex auf null zu reduzieren und entsprechend einer Anzahl inaktiver Module bei allen aktiven Modulen die Phasenverschiebung (104) der jeweiligen Trägersignale (106) und die Modulationsreferenzsignale (108) der aktiven Module zum Ausgleich einer durch das jeweilig inaktive Modul bedingten ausfallenden Zuschaltdauer zu modifizieren.
Steuerungseinheit nach Anspruch 8, wobei die Steuerungseinheit (612) zusätzlich dazu konfiguriert ist, bei einem jeweiligen inaktiven Modul ein Startniveau des dem jeweiligen Modul zugeordneten Trägersignals auf eins zu erhöhen, und entsprechend einer Anzahl inaktiver Module bei allen aktiven Modulen die Phasenverschiebung (104) der jeweiligen Trägersignale (106) und die jeweiligen Startniveaus (609) der aktiven Module zum Ausgleich einer durch ein jeweilig inaktives Modul bedingten ausfallenden Zuschaltdauer zu modifizieren.
Modularer Multilevelkonverter, wobei der modulare Multilevelkonverter eine Steuerungseinheit (112, 212, 312, 412, 512, 612)nach einem der Ansprüche 8 bis 14 umfasst und dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.