WO2013007788A1 - Method for regulating a centre voltage - Google Patents

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WO2013007788A1
WO2013007788A1 PCT/EP2012/063699 EP2012063699W WO2013007788A1 WO 2013007788 A1 WO2013007788 A1 WO 2013007788A1 EP 2012063699 W EP2012063699 W EP 2012063699W WO 2013007788 A1 WO2013007788 A1 WO 2013007788A1
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switching
voltage
voltages
edges
switches
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PCT/EP2012/063699
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Michael SPRENGER
Rodrigo Alvarez
Steffen Bernet
Original Assignee
Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg
Technische Universität Dresden
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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/38—Means for preventing simultaneous conduction of switches

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a midpoint voltage in a 3L-NPC VSC, which results from a difference of two or more DC link capacitor voltages and which as an input a switching voltage with ON and OFF edges for switching on and off of switches in the current paths of the 3L NPC VSC is provided.
  • a three-phase self-guided three-point converter with impressed DC voltage (3L-NPC VSC: Three Level Neutral Point Clamped Voltage Source Converter) has a large
  • a technical challenge of the topology is the shared DC link and the associated DC link
  • the control of the midpoint voltage is largely realized today by the modulation of the inverter.
  • the inverter For carrier-based modulation methods, the
  • Switching signal edges are added, for example, in "Deadtime Description Semikron Application Manual
  • Diode bridges can be found in the Siemens AG brochure "SINAMICS Drives, SINAMICS GM150, SINAMICS SM150
  • Symmetrization also be realized circuit technology.
  • the invention is therefore based on the object
  • the object is achieved in a method for center control of the type mentioned in that the DC link capacitor voltages are measured and from these measured voltages the
  • Midpoint voltage is determined that, depending on the position of the midpoint voltage, a time shift of the on and / or Ausschaltflanken of the switching voltage, wherein the amount and the direction of the displacement of the position of the midpoint voltage are dependent.
  • Switches ⁇ to T 4 four associated switching voltages Signal 1 to signal 4.
  • the transistors used as switches in the 3L-NPC VSC can be, for example, insulated gate bipolar transistor IGBTs.
  • the switching edges of the switching voltages can already be shifted in a first shift by a time difference which corresponds to a dead time, or can be generated without this first shift.
  • the DC link capacitor voltages of the 3L NPC VSCs are determined, whereby such an intermediate circuit capacitor voltage U D ci or U D c2 can also be composed of a plurality of partial voltages. From these DC link capacitor voltages is the
  • the switching edges of all switching signals are not changed. Only in the event that the switching signal does not include a dead time, for example, a first shift corresponding to a mean dead time will occur for all switch-on.
  • the switching edges of two switching signals are left unchanged in the case of four switching signals signal 1 to signal 4 and the switching edges of two switching signals in one
  • the shift depends in its magnitude and direction on the value of the midpoint voltage.
  • the switching voltages of the signals 1 and 3 of the transistors i and T 3 remain unaffected by the method, while the switching edges of the switching voltages of the signals 2 and 4 are shifted for the transistors T 2 and T 4 .
  • Displacement affects the switching periods of the transistors T 2 and T 4 and causes a change in the
  • the method can also be used in multi-level topologies.
  • Switching voltage by a predetermined average time difference, which corresponds to a dead time T D are shifted. If the on and / or off edges of the switching signals have been shifted by the time difference, the dead time T D necessary for avoiding a dynamic short circuit is already contained in the edges of the switching voltage. In the event that this first shift of the switching edges has not yet occurred, this is observed by the method and this
  • Switching voltage can only be limited to the switch-on edges.
  • the time shift of the switching voltage which is shifted by a predetermined mean time difference, on and / or off edges of the switching voltage, taking into account a minimum permissible
  • Dead time T D; m i n takes place.
  • the shift of the on and / or off edges can only be up to one in the direction of a reduction of the time difference, which corresponds to a reduction of the dead time Minimum permissible dead time T D; m i n , otherwise a dynamic short-circuit can no longer be safely avoided.
  • the shifting of the edges of a switching voltage in a 3L NPC VSC operating with four switches in the current paths, which are controlled by four switching voltages, is carried out in two switching voltages, which belong to switches operating in a complementary manner.
  • the 3L NPC VSC are four
  • Switches which are each operated in pairs complementary ( ⁇ and T 3 or T 2 and T 4 ) arranged. These are controlled by means of four switching voltages assigned to the switches. For regulation affects the present
  • the displacement of the on and / or off edges of the switching voltages takes place the same in all phases.
  • the method can be applied to both single-phase and two-phase, three-phase 3L NPC VSC.
  • the method does not limit the number of phases. In any case, the
  • Signals signal 1 and 3 for the transistors i and T 3 remain unaffected by the method and in all phases a shift of the switching edges of the switching voltages of the Signals 2 and 4 for the transistors T 2 and T 4 done.
  • the shift of the switching edges of the switching voltages takes place in all phases both with the same direction or
  • the provision of the switching voltage in an upstream step by means of a carrier-based modulation method, a space vector modulation method or by a method for the prediction of
  • Modulation method a space vector modulation method or a method for predicting pulse patterns, as are known in the art, are used. These methods can generate the switching signals without regard to the actual midpoint voltage. In this case, the regulation is carried out exclusively by means of the present method.
  • these methods can generate the switching signals in consideration of the midpoint voltage such that by means of a shift of the switching edges of the
  • an intermediate circuit voltage can also be composed of several partial voltages, these always being related to the midpoint voltage.
  • 1 is a circuit example of a prior art 3L NPC VSC
  • Fig. 2 is a voltage-time diagram with the temporal
  • FIG. 3a shows a three-phase circuit with 3L-NPC full bridge
  • FIG. 3b shows a two-phase circuit with 3L-NPC full bridge
  • Fig. 9 is a schematic representation of a closed
  • Control circuit of a center control by means of a PI controller according to the invention
  • FIG. 1 shows an embodiment of a
  • a switch-on process of one of these switches i to T 4 is always triggered delayed by a dead time T D.
  • the illustrated voltages U DC i and U DC2 at the capacitances Ci and C 2 are the DC link capacitor voltages
  • FIG. 2 shows the example by means of a
  • Carrier method generated from a carrier and a reference signal switching voltages of two complementary switches i and T 3 and the delayed by a time difference of the dead time T D switching signals i 'and T 3 ' directly the gate drive unit, which controls the gate terminals of the transistors i to T 4 be supplied.
  • the term "Signal 1" used in the description here corresponds to the
  • the "signal 3" is the representation for the switch T 3 or T 3 ⁇ belonging.
  • the object of the invention is the variation of
  • Midpoint potential means that the voltage U DC i rises above the capacitance Ci shown in FIG. 1 and the voltage U DC 2 drops above the capacitance C 2 .
  • a lowering means that voltage U D ci decreases and the voltage U D c2 increases.
  • Energy flow direction determination is achieved by influencing the locking times of the complementarily driven active switches of a phase of a 3L NPC VSCs.
  • Symmetrization of the midpoint potential of a 3L NPC VSC relates to both three-phase designs, as shown in Figure 3a, as well as two-phase versions of
  • Midpoint current i M can be controlled.
  • Conductor mid-point voltage u AM is shown in FIGS. 5, 6, 7 and 8 by way of example for sine-delta modulation.
  • the voltage U A M is the voltage between the nodes "A" and "M” as shown by way of example in FIG. 4 c.
  • an additional dead time can be added to a deadtime base value in order to reduce the dead time
  • the dead times i and T 3 are increased in an exemplary manner in a three-phase converter in all three phases, in order to increase the center-point current. In this way it is ensured that dead time changes do not affect the phase-to-phase voltages or the phase voltages. In contrast, the dead times of the transistors T 2 and T 4 are increased to lower the mid-point current. Since the two dead times according to the method always have the same value, i and T 3 are combined in pairs to form a common dead time T 13 . The same applies to T 2 and T 4 too
  • This minimum value represents the smallest possible dead time T D; min at which it is still ensured that no dynamic branch short-circuit arises.
  • An exemplary embodiment of a possible control is shown in FIG. 9 in the form of a principal
  • This controller for example, a
  • This regulator 2 receives an input voltage, which is determined from the difference U D ci - U D c2.
  • the input of the controller 2 is operated with analog values.
  • analog-to-digital conversion there is an analog-to-digital conversion.
  • all values are to be understood as digital values, thus a digital value is output both at the output of the controller 2 and at the outputs T 2, 4 and ⁇ ; 3 .
  • Transistors T 2 and T 4 are not in this case
  • Negating circuit 4 connected limiting circuits 3 "limit" cause only for manipulated variables greater than zero volts, a time difference to shift the switching edges the switching signals is generated.
  • the output signals for T 2 , 4 and i, 3 represent the

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  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

The invention, which relates to a method for regulating a centre voltage, is based on the object of specifying a method which implements simplified centre regulation, allows a reduction in the outlay of hardware and software components and hence can be used inexpensively. This object is achieved by measuring the intermediate circuit capacitor voltages and ascertaining the centre voltage from these measured voltages, and taking the position of the centre voltage as a basis for shifting the timing of the switch-on and/or switch-off edges of the switching voltage, the absolute value and direction of the shift being dependent on the position of the centre voltage.

Description

Verfahren zur Regelung einer Mittelpunktspannung  Method for controlling a midpoint voltage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Mittelpunktspannung in einem 3L-NPC VSC, welche sich aus einer Differenz zweier oder mehrerer Zwischenkreis- kondensatorspannungen ergibt und welchem als Eingangsgröße eine Schaltspannung mit Ein- und Ausschaltflanken zum Zu- und Abschalten von Schaltern in den Strompfaden des 3L- NPC VSC bereitgestellt wird. Ein dreiphasiger selbst geführter Dreipunktstromrichter an eingeprägter Gleichspannung (3L-NPC VSC: Three Level Neutral Point Clamped Voltage Source Converter) hat eine große The invention relates to a method for controlling a midpoint voltage in a 3L-NPC VSC, which results from a difference of two or more DC link capacitor voltages and which as an input a switching voltage with ON and OFF edges for switching on and off of switches in the current paths of the 3L NPC VSC is provided. A three-phase self-guided three-point converter with impressed DC voltage (3L-NPC VSC: Three Level Neutral Point Clamped Voltage Source Converter) has a large
Bedeutung beispielsweise für elektrische Antriebe, Meaning for example for electric drives,
Hochspannungsgleichstromübertragung, Netzstromrichter und Stromrichter für regenerative Energieerzeugung. High-voltage direct current transmission, mains converter and converter for regenerative energy production.
Im Vergleich zu einem Zweipunkt-Stromrichter bietet er ein besseres Ausgangsspannungsspektrum und geringere Verluste bei mittleren und hohen Schaltfrequenzen wie in A. Buente, T. Oezgen, and T. Ortmann, „Dreipunktwechselrichter für Hochgeschwindigkeitsantriebe", in Conf.Rec. PCIM 2003., volume Nürnberg, Germany, Mai 2003, D. Krug, S. Bernet, and S. Dieckerhoff, „Comparison of state-of-the-art voltage source Converter topologies for medium voltage applications " , in Industry Applications Conference, 2003, 38th IAS Annual Meeting, Conference Record of the, volume 1, pages 168 - 175 vol.l, 2003, R. Teichmann and S. Bernet, „A comparison of three-level Converters versus two-level Converters for low-voltage drives, traction, and Utility applications. Compared to a two-point power converter, it offers a better output voltage spectrum and lower losses at medium and high switching frequencies, as in A. Buente, T. Oezgen, and T. Ortmann, "Three-Point Inverters for High-Speed Drives", in Conf.Rec.PCIM 2003., volume Nuremberg, Germany, May 2003, D. Krug, S. Bernet, and S. Dieckerhoff, "Comparison of state-of-the-art voltage source converter topologies for medium voltage applications," in Industry Applications Conference, 2003, 38th IAS Annual Meeting, Conference Record of the Volume 1, pages 168-175 vol. 1, 2003, R. Teichmann and S. Bernet, "A Comparison of Three-Level Converters versus Two-Level Converters for Low-Voltage Drives, Traction, and utility applications.
Industry Applications, IEEE Transactions on, 41(3) :855 -865, 2005 oder R. Teichmann, M. Malinowski, and S. Bernet, "Evaluation of threelevel rectifiers for low-voltage Utility applications" , Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 52(2) :471 - 481, 2005 offenbart ist Industry Applications, IEEE Transactions on, 41 (3): 855-865, 2005 or R. Teichmann, M. Malinowski, and S. Bernet, Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 52 (2): 471-481, 2005
Eine technische Herausforderung der Topologie ist der geteilte Zwischenkreis und die damit verbundene A technical challenge of the topology is the shared DC link and the associated DC link
Symmetrierung bzw. Regelung der Mittelpunktspannung oder des Mittelpunktpotenzials .  Balancing or regulation of the midpoint voltage or midpoint potential.
Die Regelung der Mittelpunktspannung wird heute größtenteils durch die Modulation des Umrichters realisiert. Dazu wird bei trägerbasierten Modulationsverfahren die The control of the midpoint voltage is largely realized today by the modulation of the inverter. For carrier-based modulation methods, the
Spannungsreferenz aller drei Phasen gleichermaßen verschoben wie in T. BRÜCKNER, „The Active NPC Converter for  Voltage reference of all three phases shifted equally as in T. Brückner, "The Active NPC Converter for
Medium-Voltage Drives", PhD thesis, Technische Universität Dresden, 2005 und Yituo Li; Wenlong Qu, "Equivalent neutral point voltage control strategies in neutral-point Medium-Voltage Drives ", PhD thesis, Dresden University of Technology, 2005 and Yituo Li, Wenlong Qu," Equivalent neutral point voltage control strategies in neutral-point
diode-clamped three-level Converter", Power Electronics and Motion Control Conference, 2009, IPEMC '09. IEEE 6th diode-clamped three-level converter ", Power Electronics and Motion Control Conference, 2009, IPEMC '09, IEEE 6th
International , vol., no . , pp .1440-1444 , 17-20 May 2009 dargestellt ist. Bei Raumzeigermodulation wird eine Balancierung durch eine Nutzung redundanter Spannungszeiger mit entgegengesetztem Einfluss auf das Mittelpunktpotenzial genutzt. Derart arbeitende Verfahren sind in Yituo Li; Wenlong Qu, International, vol., No. , pp. 1440-1444, 17-20 May 2009. In space vector modulation, a balance is used by using redundant voltage phasors with opposite influence on the mid-point potential. Such working methods are in Yituo Li; Wenlong Qu,
"Equivalent neutral point voltage control strategies in neutral-point diode-clamped three-level Converter", Power"Equivalent neutral point voltage control strategies in neutral-point diode-clamped three-level converter", Power
Electronics and Motion Control Conference, 2009. IPEMC '09. IEEE 6th International, vol., no . , pp .1440-1444 , 17-20 May 2009, Bendre, A. ; Venkataramanan, G., "Modeling and design of a neutral point regulator for a three level diode clamped rectifier", Industry Applications Conference, 2003. 38th IAS Annual Meeting, Conference Record of the , vol .3 , no . , pp . 1758- 1765 vol .3 , 12-16 Oct . 2003, Osawa, C; Matsumoto, Y.; Mizukami, T . ; Ozaki, S., "A state-space modeling and a neutral point voltage control for an NPC power Converter", Power Conversion Conference - Nagaoka 1997., Proceedings of the , vol.l, no., pp.225-230 vol.l, 3-6 Aug 1997 sowie on Ojo, 0.; Konduru, S., "A Discontinuous Carrier-based PWM Modulation Method for the Control of the Neutral Point Electronics and Motion Control Conference, 2009. IPEMC '09. IEEE 6th International, vol., No. , pp. 1440-1444, 17-20 May 2009, Bendre, A.; Venkataramanan, G., "Modeling and design of a neutral point regulator for a three-level diode clamped rectifier", Industry Applications Conference, 2003. 38th IAS Annual Meeting, Conference Record of the, vol. 3, no. , pp. 1758-1765 vol .3, 12-16 Oct. 2003, Osawa, C .; Matsumoto, Y .; Mizukami, T. ; Ozaki, S., "A state-space modeling and a neutral point voltage control for NPC power converter", Power Conversion Conference - Nagaoka 1997., Proceedings of the, vol.l, no., Pp.225-230 vol. l, 3-6 Aug 1997 and on Ojo, 0 .; Konduru, S., "A Discontinuous Carrier-based PWM Modulation Method for the Control of the Neutral Point
Voltage of Three-Phase Three-Level Diode Clamped Converters" , Power Electronics Specialists Conference, 2005. PESC '05. IEEE 36th , vol., no . , pp .1652-1658 , 16-16 June 2005 Voltage of Three-Phase Three-Level Diode Clamped Converters ", Power Electronics Specialists Conference, 2005. PESC '05, IEEE 36th, vol., No., Pp. 1652-1658, 16-16 June 2005
dargestellt. shown.
Ein Stand der Technik Verfahren, bei dem zur Vermeidung dynamischer Kurzschlüsse Totzeiten zu den A prior art method in which to avoid dynamic short circuits dead times to the
Schaltsignalflanken hinzugefügt werden, ist beispielsweise in „Totzeitbeschreibung Semikron Applikationshandbuch  Switching signal edges are added, for example, in "Deadtime Description Semikron Application Manual
Leistungshalbleiter", ISBN 978-3-938843-56-7, Seite 350 beschrieben . Power Semiconductors ", ISBN 978-3-938843-56-7, page 350.
Ein weiteres Verfahren zur Einspeisung 3L-NPC mit 2 Another method for feeding 3L-NPC with 2
Diodenbrücken ist in der Broschüre der Siemens Ag „SINAMICS Drives, SINAMICS GM150, SINAMICS SM150 Diode bridges can be found in the Siemens AG brochure "SINAMICS Drives, SINAMICS GM150, SINAMICS SM150
Mittelspannungsumrichter" Katalog D 12 - 2009 offenbart. Medium Voltage Converters "Catalog D 12 - 2009.
In einer weiteren Alternative zur Modulation kann die In another alternative to modulation, the
Symmetrierung auch schaltungstechnisch realisiert werden. Symmetrization also be realized circuit technology.
Diese aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren weisen die nachfolgend aufgeführten Nachteile auf. Bei den auf der Modulation basierten Symmetrierungsverfahren ist immer die Kenntnis der Energieflussrichtung, also ob der Stromrichter im motorischen oder im generatorischen Betrieb arbeitet, notwendig. Die Bestimmung dieser Energieflussrichtung des Stromrichters im laufenden Betrieb These methods known from the prior art have the disadvantages listed below. In the modulation based on the symmetrization method is always the knowledge of the direction of energy flow, so whether the converter operates in motor or generator operation, necessary. The determination of this direction of energy flow of the converter during operation
erfordert aber einen nicht unerheblichen Hard- bzw. but requires a considerable hardware or
Softwareaufwand für die Berechnung und/oder die Messung und Filterung bestimmter elektrischer Größen wie beispielsweise Phasenströme, Zwischenkreisströme , Phasenspannungen, Software costs for the calculation and / or the measurement and Filtering of certain electrical variables such as phase currents, DC link currents, phase voltages,
Lastwinkel und andere mehr. Load angle and more.
Daher erhöht die technische Realisierung der Therefore, the technical realization of the increased
Energieflussrichtungsbestimmung die Komplexität der Energy flow direction determination the complexity of
Stromrichterregelung und wirkt sich somit negativ auf die Kosten und Zuverlässigkeit des Stromrichters aus. Ferner erfordern konventionelle Verfahren der Mittelpunkt- symmetrierung eine entsprechende Gestaltung der  Converter control and thus has a negative effect on the cost and reliability of the converter. Furthermore, conventional methods of centering symmetry require a corresponding design of the
Schnittstelle zwischen Stromrichter, Stromrichterregelung und Modulation, welche die Modularisierungsmöglichkeiten der Funktionen eines Stromrichters einschränkt. Interface between power converter, converter control and modulation, which restricts the modularization possibilities of the functions of a power converter.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein The invention is therefore based on the object
Verfahren zur Regelung einer Mittelpunktspannung anzugeben, welches eine vereinfachte Mittelpunktregelung realisiert, eine Verringerung des Aufwands für Hard- und Specify a method for controlling a mid-point voltage, which realizes a simplified center control, a reduction in the cost of hardware and
Softwarekomponenten ermöglicht und somit preiswerter Software components enabled and thus cheaper
einzusetzen ist. is to use.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Verfahren zur Mittelpunktregelung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Zwischenkreiskondensatorspannungen gemessen werden und aus diesen gemessenen Spannungen die According to the invention, the object is achieved in a method for center control of the type mentioned in that the DC link capacitor voltages are measured and from these measured voltages the
Mittelpunktspannung ermittelt wird, dass in Abhängigkeit der Lage der Mittelpunktspannung eine zeitliche Verschiebung der Ein- und/oder Ausschaltflanken der Schaltspannung erfolgt, wobei der Betrag und die Richtung der Verschiebung von der Lage der Mittelpunktspannung abhängig sind. Midpoint voltage is determined that, depending on the position of the midpoint voltage, a time shift of the on and / or Ausschaltflanken of the switching voltage, wherein the amount and the direction of the displacement of the position of the midpoint voltage are dependent.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgelagert werden To be stored upstream of the process according to the invention
Schaltspannungen mit Schaltflanken erzeugt, welche die Switching voltages generated with switching edges, which the
Schalter oder Transistoren des 3L-NPC VSC zu- oder Switches or transistors of the 3L-NPC VSC to or
abschalten. Für jeden Schalter wird eine zugehörige switch off. For each switch is an associated
Schaltspannung erzeugt, also beispielsweise bei vier Switching voltage generated, so for example at four
Schaltern ΤΊ bis T4 vier zugehörige Schaltspannungen Signal 1 bis Signal 4. Die im 3L-NPC VSC als Schalter eingesetzten Transistoren können beispielsweise Insulated Gate Bipolar Transistor - IGBTs sein. Switches ΤΊ to T 4 four associated switching voltages Signal 1 to signal 4. The transistors used as switches in the 3L-NPC VSC can be, for example, insulated gate bipolar transistor IGBTs.
Zur Erzeugung dieser Schaltspannungen können verschiedene Verfahren zum Einsatz kommen. Durch die Erfindung wird die Art des Verfahrens nicht vorgegeben oder eingeschränkt . So können mittels eines dieser Verfahren die Schaltflanken der Schaltspannungen bereits in einer ersten Verschiebung um eine Zeitdifferenz, welche einer Totzeit entspricht, verschoben oder ohne diese erste Verschiebung erzeugt werden . Various methods can be used to generate these switching voltages. The invention does not specify or limit the type of process. Thus, by means of one of these methods, the switching edges of the switching voltages can already be shifted in a first shift by a time difference which corresponds to a dead time, or can be generated without this first shift.
Gemäß dem Verfahren werden die Zwischenkreiskondensator- spannungen des 3L-NPC VSCs ermittelt, wobei sich eine derartige Zwischenkreiskondensatorspannung UDci oder UDc2 auch aus mehreren TeilSpannungen zusammensetzen kann. Aus diesen Zwischenkreiskondensatorspannungen wird die According to the method, the DC link capacitor voltages of the 3L NPC VSCs are determined, whereby such an intermediate circuit capacitor voltage U D ci or U D c2 can also be composed of a plurality of partial voltages. From these DC link capacitor voltages is the
Mittelpunktspannung berechnet. Center point voltage calculated.
Ist der Wert der Mittelpunktspannung im vorgegebenen Is the value of the midpoint voltage in the given
Toleranzbereich werden die Schaltflanken aller Schaltsignale nicht verändert. Nur für den Fall, dass das Schaltsignal noch keine Totzeit beinhaltet, wird beispielsweise für alle Einschaltflanken eine erste Verschiebung entsprechend einer mittleren Totzeit erfolgen. Tolerance range, the switching edges of all switching signals are not changed. Only in the event that the switching signal does not include a dead time, for example, a first shift corresponding to a mean dead time will occur for all switch-on.
Für den Fall, dass die Mittelpunktspannung aus einem In the event that the midpoint voltage from a
vorgegebenen Toleranzbereich nach oben oder unten abweicht, also einen Wert außerhalb der Toleranzgrenzen aufweist, werden im Fall von vier Schaltsignalen Signal 1 bis Signal 4 die Schaltflanken zweier Schaltsignale unverändert belassen und die Schaltflanken zweier Schaltsignale in einer predetermined tolerance range deviates up or down, that has a value outside the tolerance limits, the switching edges of two switching signals are left unchanged in the case of four switching signals signal 1 to signal 4 and the switching edges of two switching signals in one
Verschiebung um eine Zeitdifferenz verschoben. Shift shifted by a time difference.
Die Verschiebung ist in ihrem Betrag und ihrer Richtung vom Wert der Mittelpunktspannung abhängig. Im Beispiel werden die Schaltspannungen der Signale 1 und 3 der Transistoren i und T3 durch das Verfahren unbeeinflusst bleiben, während die Schaltflanken der Schaltspannungen der Signale 2 und 4 für die Transistoren T2 und T4 verschoben werden. Diese The shift depends in its magnitude and direction on the value of the midpoint voltage. In the example will be the switching voltages of the signals 1 and 3 of the transistors i and T 3 remain unaffected by the method, while the switching edges of the switching voltages of the signals 2 and 4 are shifted for the transistors T 2 and T 4 . These
Verschiebung beeinflusst die Schaltdauern der Transistoren T2 und T4 und bewirkt eine Veränderung der Displacement affects the switching periods of the transistors T 2 and T 4 and causes a change in the
Zwischenkreiskondensatorspannung und somit der DC link capacitor voltage and thus the
Mittelpunktspannung . Midpoint voltage.
Das Verfahren kann neben dem hier beschriebenen 3L-NPC VSC Einsatz auch in Mehrlevel -Topologien zum Einsatz kommen. In addition to the 3L-NPC VSC application described here, the method can also be used in multi-level topologies.
In einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die bereitgestellten Ein- und/oder Ausschaltflanken der In one embodiment of the invention it is provided that the provided input and / or Ausschaltflanken the
Schaltspannung um eine vorgegebene mittlere Zeitdifferenz, welche einer Totzeit TD entspricht, verschoben sind. Wurden die Ein- und/oder Ausschaltflanken der Schaltsignale um die Zeitdifferenz verschoben, so ist die zur Vermeidung eines dynamischen Kurzschlusses notwendige Totzeit TD bereits in den Flanken der SchaltSpannung beinhaltet. Für den Fall, dass diese erste Verschiebung der Schaltflanken noch nicht erfolgt ist, wird dies vom Verfahren beachtet und diese Switching voltage by a predetermined average time difference, which corresponds to a dead time T D , are shifted. If the on and / or off edges of the switching signals have been shifted by the time difference, the dead time T D necessary for avoiding a dynamic short circuit is already contained in the edges of the switching voltage. In the event that this first shift of the switching edges has not yet occurred, this is observed by the method and this
Verschiebung auch vom erfindungsgemäßen Verfahren Displacement of the inventive method
realisiert. Diese Verschiebung der Schaltflanken einer realized. This shift of the switching edges of a
Schaltspannung kann sich auch nur auf die Einschaltflanken beschränken . In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die zeitliche Verschiebung der um eine vorgegebene mittlere Zeitdifferenz verschoben Ein- und/oder Ausschaltflanken der Schaltspannung unter Beachtung einer minimal zulässigen Switching voltage can only be limited to the switch-on edges. In one embodiment of the invention, it is provided that the time shift of the switching voltage, which is shifted by a predetermined mean time difference, on and / or off edges of the switching voltage, taking into account a minimum permissible
Totzeit TD;min erfolgt. Die Verschiebung der Ein- und/oder Ausschaltflanken kann in der Richtung einer Verkleinerung der Zeitdifferenz, welche einer Verringerung der Totzeit entspricht, nur bis zu einer minimal zulässigen Totzeit TD;min erfolgen, da ansonsten ein dynamischer Kurzschluss nicht mehr sicher vermieden werden kann . Dead time T D; m i n takes place. The shift of the on and / or off edges can only be up to one in the direction of a reduction of the time difference, which corresponds to a reduction of the dead time Minimum permissible dead time T D; m i n , otherwise a dynamic short-circuit can no longer be safely avoided.
In einer weiteren besonderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Verschiebung der Flanken einer Schaltspannung bei einem mit vier Schaltern in den Strompfaden arbeitenden 3L- NPC VSC, welche durch vier Schaltspannungen gesteuert werden, in zwei Schaltspannungen durchgeführt wird, welche zu komplementär arbeitenden Schaltern zugehörig sind. In einer Beispielausführung des 3L-NPC VSC sind vier In a further particular embodiment, it is provided that the shifting of the edges of a switching voltage in a 3L NPC VSC operating with four switches in the current paths, which are controlled by four switching voltages, is carried out in two switching voltages, which belong to switches operating in a complementary manner. In an example version of the 3L NPC VSC are four
Schalter, welche jeweils paarweise komplementär betrieben werden (ΊΊ und T3 bzw. T2 und T4) angeordnet. Diese werden mittels vier den Schaltern zugeordneter Schaltspannungen angesteuert. Zur Regelung beeinflusst das vorliegende Switches, which are each operated in pairs complementary (ΊΊ and T 3 or T 2 and T 4 ) arranged. These are controlled by means of four switching voltages assigned to the switches. For regulation affects the present
Verfahren immer nur zwei dieser Schaltspannungen. Hierbei werden die zwei Schaltspannungen beeinflusst, die zu Process only two of these switching voltages. Here, the two switching voltages are influenced, the
zweikomplementär arbeitenden Schaltern zugehörig sind. Im Beispiel die Signale 1 und 3 für die Schalter ΊΊ und T3 oder die Signale 2 und 4 für die Schalter T2 und T4. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einem mehrphasigen 3L-NPC VSC die Verschiebung der Ein- und/oder Ausschaltflanken der Schaltspannungen in allen Phasen gleich erfolgt . associated with complementary two-way switches. In the example, the signals 1 and 3 for the switches ΊΊ and T 3 or the signals 2 and 4 for the switches T 2 and T 4 . In one embodiment of the invention, it is provided that, in the case of a multiphase 3L NPC VSC, the displacement of the on and / or off edges of the switching voltages takes place the same in all phases.
Das Verfahren kann sowohl bei einem einphasigen als auch einem zwei-, dreiphasigem 3L-NPC VSC angewendet werden. The method can be applied to both single-phase and two-phase, three-phase 3L NPC VSC.
Darüber hinaus legt das Verfahren keine Beschränkung der Anzahl der Phasen fest. In jedem Fall erfolgt die In addition, the method does not limit the number of phases. In any case, the
Beeinflussung der Schaltflanken der Schaltspannungen in allen Phasen gleichzeitig und gleichartig. Im Beispiel werden somit in allen Phasen die Schaltspannungen der Influencing the switching edges of the switching voltages in all phases simultaneously and similarly. In the example, the switching voltages of the
Signale Signal 1 und 3 für die Transistoren i und T3 durch das Verfahren unbeeinflusst bleiben und in allen Phasen eine Verschiebung der Schaltflanken der Schaltspannungen der Signale 2 und 4 für die Transistoren T2 und T4 erfolgen. Die Verschiebung der Schaltflanken der Schaltspannungen erfolgt in allen Phasen sowohl mit der gleichen Richtung oder Signals signal 1 and 3 for the transistors i and T 3 remain unaffected by the method and in all phases a shift of the switching edges of the switching voltages of the Signals 2 and 4 for the transistors T 2 and T 4 done. The shift of the switching edges of the switching voltages takes place in all phases both with the same direction or
Zeitdifferenz als auch mit dem gleichen Betrag. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist Time difference as well as with the same amount. In a further embodiment of the invention
vorgesehen, dass die Bereitstellung der Schaltspannung in einem vorgelagerten Schritt mittels eines trägerbasierten Modulationsverfahrens, eins Raumzeigermodulationsverfahrens oder mittels einem Verfahren zur Vorausberechnung von provided that the provision of the switching voltage in an upstream step by means of a carrier-based modulation method, a space vector modulation method or by a method for the prediction of
Pulsmustern erfolgt. Pulse patterns done.
Für die Erzeugung der Schaltspannungen mit den Schaltflanken zum Zu- und Abschalten von Schaltern in den Strompfaden des 3L-NPC VSC kann mittels verschiedener Verfahren vor dem Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen. For the generation of the switching voltages with the switching edges for switching on and off of switches in the current paths of the 3L-NPC VSC can be done by various methods before the end of the process according to the invention.
Beispielsweise kann ein trägerbasiertes For example, a carrier-based
Modulationsverfahren, ein Raumzeigermodulationsverfahren oder ein Verfahren zur Vorausberechnung von Pulsmustern, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, eingesetzt werden . Diese Verfahren können die Schaltsignale ohne Beachtung der aktuellen Mittelpunktspannung erzeugen. In diesem Fall erfolgt die Regelung ausschließlich mittels des vorliegenden Verfahrens .  Modulation method, a space vector modulation method or a method for predicting pulse patterns, as are known in the art, are used. These methods can generate the switching signals without regard to the actual midpoint voltage. In this case, the regulation is carried out exclusively by means of the present method.
Alternativ können diese Verfahren die Schaltsignale unter Beachtung der Mittelpunktspannung derart erzeugen, dass mittels einer Verschiebung der Schaltflanken der Alternatively, these methods can generate the switching signals in consideration of the midpoint voltage such that by means of a shift of the switching edges of the
Schaltsignale eine Korrektur der Mittelpunktspannung in die Richtung des Toleranzbereichs erfolgt. In diesem Fall kann das Verfahren ebenfalls eingesetzt werden und realisiert dann beispielsweise nur noch eine Feinkorrektur der Switching signals, a correction of the midpoint voltage in the direction of the tolerance range takes place. In this case, the method can also be used and realized then, for example, only a fine correction of
Mittelpunktspannung . Midpoint voltage.
In einer anderen Ausführung ist vorgesehen, dass die Zwischenkreiskondensatorspannungen auf die In another embodiment it is provided that the DC link capacitor voltages on the
Mittelpunktspannung bezogen sind. Center point voltage are related.
Es ist vorgesehen, dass sich eine Zwischenkreisspannung auch aus mehreren Teil Spannungen zusammensetzen kann, wobei diese immer auf die Mittelpunktspannung bezogen sind. It is envisaged that an intermediate circuit voltage can also be composed of several partial voltages, these always being related to the midpoint voltage.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. In the associated
Zeichnungen zeigt Drawings shows
Fig. 1 ein Schaltungsbeispiel für einen 3L-NPC VSC nach dem Stand der Technik, 1 is a circuit example of a prior art 3L NPC VSC;
Fig. 2 ein Spannungs- Zeit -Diagramm mit den zeitlichen Fig. 2 is a voltage-time diagram with the temporal
Verläufen der Spannungen der komplementären  Course of the tensions of the complementary
Schalttransistoren Tl7 i λ und T3, T3 λ , Switching transistors T l7 i λ and T 3 , T 3 λ ,
Fig. 3a eine dreiphasige Schaltung mit 3L-NPC Vollbrücke, Fig. 3b eine zweiphasige Schaltung mit 3L-NPC Vollbrücke, 3a shows a three-phase circuit with 3L-NPC full bridge, FIG. 3b shows a two-phase circuit with 3L-NPC full bridge,
Fig. 4a bis 4c eine Darstellung des Stromverlaufs bei verschiedenen Schaltzuständen (g=l, q=0 , q=-l) eines 3L-NPC-Leg für ILAST >0A, 4a to 4c a representation of the current profile at different switching states (g = 1, q = 0, q = -l) of a 3L NPC leg for I LOAD > 0A,
Fig. 5 eine Darstellung des Einflusses der Totzeiten für die Schalter i und T3 bei positivem Laststrom ILAST und T13/Tc=10%, 5 is an illustration of the influence of the dead times for the switches i and T 3 with a positive load current I LOAD and T 13 / T c = 10%,
Fig. 6 eine Darstellung des Einflusses der Totzeiten für die Schalter i und T3 bei negativem Laststrom ILAST und T13/Tc=10%, Fig. 7 eine Darstellung des Einflusses der Totzeiten für die Schalter T2 und T4 bei positivem Laststrom ILAST und T24/Tc=10%, 6 shows a representation of the influence of the dead times for the switches i and T 3 with negative load current I LOAD and T 13 / T c = 10%, FIG. 7 shows a representation of the influence of the dead times for the switches T 2 and T 4 in the case of positive Load current I LOAD and T 24 / T c = 10%,
8 eine Darstellung des Einflusses der Totzeiten für die Schalter T2 und T4 bei negativem Laststrom ILAST und T24/Tc=10%, 8 a representation of the influence of the dead times for the switches T 2 and T 4 with negative load current I LOAD and T 24 / T c = 10%,
Fig . 9 eine Prinzipdarstellung eines geschlossenen Fig. 9 is a schematic representation of a closed
Regelkreises einer Mittelpunktregelung mittels eines PI -Reglers nach dem erfindungsgemäßen  Control circuit of a center control by means of a PI controller according to the invention
Verfahren .  Procedure.
Die Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer FIG. 1 shows an embodiment of a
Schaltungsanordnung für eine Phase eines 3L-NPC VSCs, bei dem die aktiven Schalter ΊΊ, T2, T3 und T4 exemplarisch durch Insulated Gate Bipolar Transistoren (IGBT) realisiert sind. Nach dem zugrunde liegenden Steuerungsprinzip werden die Schalter i und T3 bzw. T2 und T4 jeweils paarweise Circuit arrangement for a phase of a 3L NPC VSC, in which the active switches ΊΊ, T 2 , T 3 and T 4 are exemplified by insulated gate bipolar transistors (IGBT). According to the underlying control principle, the switches i and T 3 or T 2 and T 4 in pairs
komplementär betrieben. Die Transistoren werden operated complementarily. The transistors will be
üblicherweise von einer hier nicht dargestellten Gate- Ansteuereinheit angesteuert. Usually driven by a gate drive unit, not shown here.
Zur Vermeidung von dynamischen Zweigkurzschlüssen wird ein Einschaltvorgang eines dieser Schalter i bis T4 stets um eine Totzeit TD verzögert ausgelöst. Hierfür wird die To avoid dynamic branch short-circuits, a switch-on process of one of these switches i to T 4 is always triggered delayed by a dead time T D. For this purpose, the
Schaltflanke, welche den Transistor durchschaltet um eine Zeitdifferenz verschoben, welche der Totzeit TD entspricht. Die dargestellten Spannungen UDCi und UDC2 an den Kapazitäten Ci und C2 sind die ZwischenkreiskondensatorSpannungen Switching edge, which turns on the transistor by a time difference, which corresponds to the dead time T D. The illustrated voltages U DC i and U DC2 at the capacitances Ci and C 2 are the DC link capacitor voltages
des 3L-NPC VSCs. of the 3L NPC VSC.
Die Figur 2 zeigt die beispielsweise mittels eines FIG. 2 shows the example by means of a
Trägerverfahrens aus einem Träger und einem Referenzsignal erzeugten Schaltspannungen zweier komplementärer Schalter i und T3 sowie die durch eine Zeitdifferenz der Totzeit TD verzögerten Schaltsignale i' und T3' die direkt der Gate- Ansteuereinheit , welche die Gateanschlüsse der Transistoren i bis T4 steuert, zugeführt werden. Die in der Beschreibung verwendete Bezeichnung „Signal 1" entspricht hier der Carrier method generated from a carrier and a reference signal switching voltages of two complementary switches i and T 3 and the delayed by a time difference of the dead time T D switching signals i 'and T 3 ' directly the gate drive unit, which controls the gate terminals of the transistors i to T 4 be supplied. The term "Signal 1" used in the description here corresponds to the
Schaltspannung des Schalters i oder i λ . Dementsprechend ist das „Signal 3" der Darstellung für den Schalter T3 oder T3 λ zugehörig . Switching voltage of the switch i or i λ . Accordingly, the "signal 3" is the representation for the switch T 3 or T 3 λ belonging.
Der erfindungsgemäße Gegenstand ist die Variation der The object of the invention is the variation of
Totzeiten TD der komplementär schaltenden Transistoren eines 3L-NPC VSCs um das Mittelpunktpotenzial einzustellen, zu steuern bzw. zu regeln. Die Totzeiten beeinflussen den Dead times T D of the complementary switching transistors of a 3L NPC VSC to set, control or regulate the midpoint potential. The dead times affect the
Mittelpunktstrom so, dass das Mittelpunktpotenzial entweder angehoben oder abgesenkt wird. Ein Anheben des  Mid-point current so that the midpoint potential is either raised or lowered. A lifting of the
Mittelpunktpotenzials bedeutet, das die Spannung UDCi über der in der Figur 1 dargestellten Kapazität Ci steigt und die Spannung UDC2 über der Kapazität C2 sinkt. Alternativ bedeutet ein Absenken, dass Spannung UDci sinkt und die Spannung UDc2 steigt . Midpoint potential means that the voltage U DC i rises above the capacitance Ci shown in FIG. 1 and the voltage U DC 2 drops above the capacitance C 2 . Alternatively, a lowering means that voltage U D ci decreases and the voltage U D c2 increases.
Eine Beeinflussung und somit Regelung des An influence and thus regulation of the
Mittelpunktpotenzials bzw. der Spannungen UDci und UDc2 ist dadurch unabhängig von der Kenntnis der Energieflussrichtung möglich . Midpoint potentials or the voltages U D ci and U D c2 is thereby possible independently of the knowledge of the direction of energy flow.
Erfindungsgemäß wird somit eine Symmetrierung des According to the invention, a symmetrization of the
Mittelpunktpotenzials eines 3L-NPC VSCs ohne Midpoint potential of a 3L NPC VSC without
Energieflussrichtungsbestimmung durch eine Beeinflussung der Verriegelungszeiten der komplementär angesteuerten aktiven Schalter einer Phase eines 3L-NPC VSCs erreicht. Die  Energy flow direction determination is achieved by influencing the locking times of the complementarily driven active switches of a phase of a 3L NPC VSCs. The
Symmetrierung des Mittelpunktpotenzials eines 3L-NPC VSCs betrifft sowohl dreiphasige Ausführungen, wie in der Figur 3a dargestellt, als auch zweiphasige Ausführungen des Symmetrization of the midpoint potential of a 3L NPC VSC relates to both three-phase designs, as shown in Figure 3a, as well as two-phase versions of
Stromrichters, wie in der Figur 3b dargestellt. Power converter, as shown in the figure 3b.
Da das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung oder As the inventive method for control or
Regelung des Mittelpunktpotenzials keine Regulation of midpoint potential none
Energieflussrichtungsbestimmung benötigt, vereinfacht sich der messtechnische Aufwand erheblich, da keine Phasenströme oder Zwischenkreisströme , sondern nur die Zwischenkreis- kondensatorspannungen UDci und UDc2 gemessen werden müssen. Energy flow direction determination required simplifies the metrological effort considerably, since no phase currents or DC link currents, but only the DC link capacitor voltages U D ci and U D c2 must be measured.
Dadurch verringern sich auch die Kosten sowie die Komplexität der Schaltung, wobei sich die Zuverlässigkeit des Stromrichters erhöht . This also reduces the costs and the Complexity of the circuit, which increases the reliability of the power converter.
Ferner eröffnen sich dadurch andere Schnittstellenspezifikationen und Modularisierungsmöglichkeiten bei der Realisierung von Stromrichtern. Furthermore, this opens up other interface specifications and Modularisierungsmöglichkeiten in the realization of power converters.
Nachfolgend wird das Verfahren an einem Beispiel einer Phase des 3L-NPC VSCs ausführlich erläutert. The following is a detailed explanation of the process on an example of a phase of the 3L NPC VSC.
Für die in der Figur 1 dargestellte Phase eines 3L-NPC VSCs ergeben sich die drei in den Figuren 4a, 4b und 4c For the phase of a 3L-NPC VSC shown in FIG. 1, the three result in FIGS. 4a, 4b and 4c
dargestellten Schaltzustände q = -1, 0, 1. shown switching states q = -1, 0, 1.
Um den Einfluss der Totzeitregelung zu beschreiben, wird zunächst die Abhängigkeit des Mittelpunktpotenzials vom Mittelpunktstrom erläutert. To describe the influence of the dead time control, the dependence of the midpoint potential on the midpoint current is first explained.
Aus der Figur 1 ist der nachfolgende Zusammenhang From the figure 1 is the following context
ersichtlich: seen:
. duC duC2 , you C you C2
für d = C2 = C d(u„- uC2 ) du^ for d = C 2 = C d (u "- u C2 ) du ^
dt dt  dt dt
Aus Gleichung (2) kann abgeleitet werden, dass das From equation (2) it can be deduced that the
Mittelpunktpotenzial uM , welches sich aus der Differenz der Spannungen UCi - UC2 ergibt, durch Beeinflussung des Midpoint potential u M , which results from the difference of the voltages U C i - U C 2, by influencing the
Mittelpunktstromes iM gesteuert werden kann. Midpoint current i M can be controlled.
Das Einschalten der aktiven Schalter wird um die Totzeiten Τχι-ΤΧ4 für die Schalter Tl bis T4 , bei einem dreiphasigen Stromrichter mit den Phasen x = a, b, c, verzögert um The switching on of the active switches is delayed by the dead times Τχι-Τ Χ4 for the switches Tl to T4, in a three-phase converter with the phases x = a, b, c
Kurzschlüsse in einer Phase zu vermeiden. Der Einfluss der Totzeit auf den Mittelpunktstrom iM, sowie die Short circuits in one phase to avoid. The influence of Dead time on the center current i M , as well as the
Einschaltsignale der Transistoren i bis T4 und die Turn-on signals of the transistors i to T 4 and the
Leiter-Mittelpunktspannung uAM ist in Figuren 5, 6, 7 und 8 exemplarisch für eine Sinus-Dreieck-Modulation gezeigt. Die Spannung UAM ist die Spannung zwischen den Knoten „A" und „M" wie in der Figur 4c beispielhaft dargestellt ist. Conductor mid-point voltage u AM is shown in FIGS. 5, 6, 7 and 8 by way of example for sine-delta modulation. The voltage U A M is the voltage between the nodes "A" and "M" as shown by way of example in FIG. 4 c.
Bedingt durch die Totzeiten TD der Schalter i bis T4 Due to the dead times T D of the switches i to T 4
resultiert ein dem Mittelpunktstrom überlagerter Strom iMx,off wie in den Figuren 5 bis 8 am Verhältnis von I M/ | I LAST | zu erkennen ist. A current i M x, o ff superimposed on the center current results as in FIGS. 5 to 8 in the ratio of IM / | I LAST | can be seen.
Es ergibt sich folgender Zusammenhang zwischen den einzelnen Totzeiten TD und dem zusätzlichen Mittelpunktström ΪΜΧ off in Abhängigkeit der Schaltperiodendauer Tc und des This results in the following relationship between the individual dead times T D and the additional center flow ΪΜΧ o ff as a function of the switching period T c and the
Phasenausgangsstroms ix: Phase output current i x :
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0001
Aus dieser Gleichung (3) ist ersichtlich, dass für beide Stromrichtungen durch eine Vergrößerung der Totzeiten der Transistoren Ti und T3 der Mittelpunktstrom angehoben und durch eine Vergrößerung der Totzeiten der Transistoren T2 und T4 abgesenkt werden kann. Somit lässt sich unabhängig vom Vorzeichen des Ausgangsstroms I LAST und der AusgangsSpannung UA das Mittelpunktpotenzial beeinflussen. It can be seen from this equation (3) that the center current can be increased for both current directions by increasing the dead times of the transistors Ti and T 3 and can be lowered by increasing the dead times of the transistors T 2 and T 4 . Thus, regardless of Sign of the output current I L AST and the output voltage U A affect the midpoint potential.
Erfindungsgemäß kann zum Beispiel zu einem Totzeit-Basiswert eine zusätzliche Totzeit addiert werden um damit den According to the invention, for example, an additional dead time can be added to a deadtime base value in order to reduce the dead time
Mittelpunktstrom zur erhöhen oder abzusenken und so dasIncrease mid-point current to increase or decrease and so that
Mittelpunktpotenzial einzustellen zu steuern bzw. zu regeln. Set center point potential to control or regulate.
Dabei werden exemplarisch in einem dreiphasigen Stromrichter in allen drei Phasen gleichermaßen die Totzeiten i und T3 vergrößert, um den Mittelpunktstrom zu erhöhen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass Totzeitveränderungen nicht die Leiter-Leiter-Spannungen bzw. die Phasenspannungen beeinflussen. Im Gegensatz dazu werden die Totzeiten der Transistoren T2 und T4 vergrößert, um den Mittelpunktstrom abzusenken . Da die beiden Totzeiten verfahrensgemäß immer den gleichen Wert haben, werden i und T3 paarweise zu einer gemeinsamen Totzeit T13 zusammengefasst . Gleiches gilt für T2 und T4 zu In this case, the dead times i and T 3 are increased in an exemplary manner in a three-phase converter in all three phases, in order to increase the center-point current. In this way it is ensured that dead time changes do not affect the phase-to-phase voltages or the phase voltages. In contrast, the dead times of the transistors T 2 and T 4 are increased to lower the mid-point current. Since the two dead times according to the method always have the same value, i and T 3 are combined in pairs to form a common dead time T 13 . The same applies to T 2 and T 4 too
Dabei wird beachtet, dass die Totzeiten bei einer Regelung des Mittelpunktpotenzials, wie in diesem Beispiel It is noted that the dead times in a regulation of the center potential, as in this example
dargestellt, nur bis zu einem Minimalwert verringert werden können. Dieser Minimalwert stellt die kleinste mögliche Totzeit TD;min dar bei welcher noch sichergestellt ist, dass kein dynamischer Zweigkurzschluss entsteht. Ein Ausführungsbeispiel für eine mögliche Regelung ist in der Figur 9 in der Form eines prinzipiellen can be reduced only to a minimum value. This minimum value represents the smallest possible dead time T D; min at which it is still ensured that no dynamic branch short-circuit arises. An exemplary embodiment of a possible control is shown in FIG. 9 in the form of a principal
Verfahrensablaufs gezeigt. Dabei werden in einem ersten Schritt die Zwischenkreiskondensatorspannungen 1 UDCi und UDC2 gemessen . Zur Bestimmung des Mittelpunktpotenzials aus diesen Process flow shown. In this case, the intermediate circuit capacitor voltages 1 U DC i and U DC 2 are measured in a first step. To determine the midpoint potential from these
Messungen der Zwischenkreiskondensatorspannungen 1 werden die Spannungswerte an einen Eingang eines Reglers 2 Measurements of the DC link capacitor voltages 1 become the voltage values to an input of a controller 2
übergeben. Dieser Regler 2 kann beispielsweise ein to hand over. This controller 2, for example, a
P/Pl/PID-Regler, Hystereseregler usw. sein. P / Pl / PID controller, hysteresis controller, etc.
Dieser Regler 2 erhält eine Eingangsspannung, welche sich aus der Differenz UDci - UDc2 bestimmt. This regulator 2 receives an input voltage, which is determined from the difference U D ci - U D c2.
Es ist beispielsweise vorgesehen, dass bis zum Eingang des Reglers 2 mit analogen Werten gearbeitet wird. Unmittelbar vor oder im Regler 2 selbst, erfolgt eine Analog-Digital - Wandlung. Nachfolgend sind alle Werte als digitale Werte zu verstehen, somit wird sowohl am Ausgang des Reglers 2 als auch an den Ausgängen T2;4 und ΤΊ;3 ein digitaler Wert ausgegeben . It is provided, for example, that the input of the controller 2 is operated with analog values. Immediately before or in the controller 2 itself, there is an analog-to-digital conversion. In the following, all values are to be understood as digital values, thus a digital value is output both at the output of the controller 2 and at the outputs T 2, 4 and ΤΊ ; 3 .
Ist die Stellgröße am Ausgang des Reglers 2 negativ, so wird eine Zeitdifferenz zur Schaltflanke der Transistoren i und T3 in allen drei Phasen gleichartig hinzuaddiert. Dies entspricht einer weiteren Vergrößerung der Totzeit TD. If the manipulated variable at the output of the controller 2 is negative, a time difference is added to the switching edge of the transistors i and T 3 in all three phases similar. This corresponds to a further increase in the dead time T D.
Verringert sich der Betrag am Ausgang des Reglers 2, so wird auch die zur Schaltflanke hinzuaddierte Zeitdifferenz kleiner. Die Schaltflanken der Schaltsignale der If the amount at the output of controller 2 decreases, the time difference added to the switching edge also becomes smaller. The switching edges of the switching signals of
Transistoren T2 und T4 werden in diesem Fall nicht Transistors T 2 and T 4 are not in this case
verschoben . postponed .
Bei positiver Stellgröße am Reglerausgang wird eine With a positive manipulated variable at the controller output, a
Zeitdifferenz zur Schaltflanke der Transistoren T2 und T4 in allen drei Phasen gleichartig hinzuaddiert. Verringert sich der Betrag am Reglerausgang, so wird auch in diesem Fall die zur Schaltflanke hinzuaddierte Zeitdifferenz kleiner. Die Schaltflanken der Schaltsignale der Transistoren T2 und T4 werden nur noch um eine kleinere Zeitdifferenz verschoben. Time difference added to the switching edge of the transistors T 2 and T 4 in all three phases similar. If the amount at the controller output decreases, then the time difference added to the switching edge becomes smaller also in this case. The switching edges of the switching signals of the transistors T 2 and T 4 are only shifted by a smaller time difference.
Die am Ausgang des Reglers 2 direkt und über eine The at the output of the controller 2 directly and via a
Negierungsschaltung 4 angeschlossenen Begrenzungsschaltungen 3 „Limit" bewirken, dass nur bei Stellgrößen größer Null Volt eine Zeitdifferenz zur Verschiebung der Schaltflanken der Schaltsignale erzeugt wird. Dabei ist die obere Negating circuit 4 connected limiting circuits 3 "limit" cause only for manipulated variables greater than zero volts, a time difference to shift the switching edges the switching signals is generated. Here is the upper one
Begrenzungsschaltung 3 für die Verschiebung der Limiting circuit 3 for the displacement of
Schaltflanken der Schaltspannungen der Transistoren T2 und T4 und die untere Begrenzungsschaltung 3 für die Verschiebung der Schaltflanken der Transistoren i und T3 zuständig. Switching edges of the switching voltages of the transistors T 2 and T 4 and the lower limiting circuit 3 for the displacement of the switching edges of the transistors i and T 3 responsible.
In den am Ausgang jeder Begrenzungsschaltung 3 dargestellten Knoten wird für den Fall, dass eine erste Verschiebung der Schaltflanken zur Beachtung einer minimal notwendigen In the node represented at the output of each limiting circuit 3, in the event that a first shift of the switching edges is to be considered a minimum necessary
Totzeit TD;min noch nicht erfolgt ist, diese Verschiebung realisiert. Dead time T D; if not yet done, this shift is realized.
Die Ausgangssignale für T2,4 und i,3 stellen die The output signals for T 2 , 4 and i, 3 represent the
Ausgangssignale für eine nicht dargestellte Gate- Ansteuereinheit dar. Output signals for a gate drive unit, not shown.
Verfahren zur Regelung einer Mittelpunktspannung Method for controlling a midpoint voltage
Bezugzeichenliste ZwischenkreiskondensatorSpannung Reference character list DC bus capacitor voltage
Regler regulator
Begrenzungsschaltungen limiting circuits
Negierungsschaltung negation

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Regelung einer Mittelpunktspannung in einem 3L-NPC VSC, welche sich aus einer Differenz zweier oder mehrerer Zwischenkreiskondensator- spannungen ergibt und welchem als Eingangsgröße eine Schaltspannung mit Ein- und Ausschaltflanken zum Zu- und Abschalten von Schaltern in den Strompfaden des 3L NPC VSC bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkreiskondensator- spannungen gemessen werden und aus diesen gemessenen Spannungen die Mittelpunktspannung ermittelt wird, das in Abhängigkeit der Lage der Mittelpunktspannung eine zeitliche Verschiebung der Ein- und/oder A method for controlling a midpoint voltage in a 3L NPC VSC resulting from a difference of two or more link capacitor voltages, and providing as input a switching voltage having turn-on and turn-off edges for turning on and off switches in the current paths of the 3L NPC VSC is characterized in that the DC link capacitor voltages are measured and from these measured voltages, the midpoint voltage is determined, which, depending on the position of the midpoint voltage, a time shift of the input and / or
Ausschaltflanken der Schaltspannung erfolgt, wobei der Betrag und die Richtung der Verschiebung von der Lage der Mittelpunktspannung abhängig sind.  Off switching edges of the switching voltage, wherein the amount and the direction of the displacement of the position of the midpoint voltage are dependent.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch 2. The method according to claim 1, characterized
gekennzeichnet, dass die bereitgestellten Ein- und/oder Ausschaltflanken der SchaltSpannung um eine vorgegebene mittlere Zeitdifferenz, welche einer  in that the provided input and / or switch-off edges of the switching voltage by a predetermined average time difference, which a
Totzeit TD entspricht, verschoben sind. Dead time T D corresponds, are shifted.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch 3. The method according to claim 2, characterized
gekennzeichnet, dass die zeitliche Verschiebung der um eine vorgegebene mittlere Zeitdifferenz  characterized in that the time shift of a predetermined mean time difference
verschoben Ein- und/oder Ausschaltflanken der  shifted on and / or off edges of
Schaltspannung unter Beachtung einer minimal zulässigen Switching voltage under consideration of a minimum permissible
Totzeit TD;min erfolgt. Dead time T D; min .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the displacement of
Flanken einer Schaltspannung bei einem mit vier  Flanks of a switching voltage at one with four
Schaltern in den Strompfaden arbeitenden 3L-NPC VSC, welche durch vier Schaltspannungen gesteuert werden, in zwei Schaltspannungen durchgeführt wird, welche zu komplementär arbeitenden Schaltern zugehörig sind.  Switches in the current paths operating 3L-NPC VSC, which are controlled by four switching voltages, is performed in two switching voltages, which are associated with complementary switches.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem mehrphasigen 3L- NPC VSC die Verschiebung der Ein- und/oder 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that in a multi-phase 3L NPC VSC, the displacement of the input and / or
Ausschaltflanken der Schaltspannungen in allen Phasen gleich erfolgt .  Ausschaltflanken the switching voltages in all phases is the same.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitstellung der Schaltspannung in einem vorgelagerten Schritt mittels eines trägerbasierten Modulationsverfahrens, eins 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the provision of the switching voltage in an upstream step by means of a carrier-based modulation method, one
Raumzeigermodulationsverfahrens oder mittels einem Verfahren zur Vorausberechnung von Pulsmustern erfolgt.  Space vector modulation method or by means of a method for prediction of pulse patterns takes place.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkreis- kondensatorspannungen auf die Mittelpunktspannung bezogen sind. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the DC link capacitor voltages are based on the midpoint voltage.
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