WO2010015432A1 - Redundant control method for a multiphase converter having distributed energy stores - Google Patents

Redundant control method for a multiphase converter having distributed energy stores Download PDF

Info

Publication number
WO2010015432A1
WO2010015432A1 PCT/EP2009/055813 EP2009055813W WO2010015432A1 WO 2010015432 A1 WO2010015432 A1 WO 2010015432A1 EP 2009055813 W EP2009055813 W EP 2009055813W WO 2010015432 A1 WO2010015432 A1 WO 2010015432A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
subsystems
subsystem
phase
voltage
disturbed
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/055813
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Marc Hiller
Dietmar Krug
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2010015432A1 publication Critical patent/WO2010015432A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • 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
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • 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
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a power converter with distributed energy storage.
  • a power converter with distributed energy storage is known.
  • An equivalent circuit diagram of such a converter is shown in more detail in FIG.
  • this known power converter which is designated by 102, three phase modules, each denoted by 100.
  • These phase modules 100 are each connected on the DC side with a positive and a negative DC busbar Po and No electrically conductive. Between these two DC busbars Po and No, a series connection of two capacitors C 1 and C 2 would be connected in a voltage intermediate circuit converter, at which a DC voltage U d drops. A connection point of these two capacitors C1 and C2 electrically connected in series form a virtual center O.
  • Each phase module 100 which forms a bridge branch of the polyphase converter, has an upper and a lower partial bridge branch, which, since the partial bridge branches are each a converter valve of the polyphase converter represent with distributed energy stores, hereinafter referred to as valve branch Tl or T3 or T5 and T2 or T4 or T6.
  • valve branch Tl or T3 or T5 and T2 or T4 or T6 Each of these valve branches Tl to T6 has a number of two-pole subsystems 10 electrically connected in series.
  • each valve branch T 1,..., T 6 has four two-pole submodules 10.
  • the number of subsystems 10 per valve branch Tl, ..., T6 is not limited to this number shown.
  • Each node point of two valve branches Tl and T2 or T3 and T4 or T5 and T6 of a phase module 100 forms an AC-side terminal Ll or L2 or L3 of a phase module 100. Since in this illustration the power converter 102 has three phase modules 100, a three-phase load, for example a three-phase motor, can be connected to their AC-side terminals L1, L2 and L3, which are also referred to as load terminals.
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of a known embodiment of a two-pole subsystem 10 is shown in more detail.
  • the circuit arrangement according to FIG. 3 represents a functionally completely equivalent variant.
  • Both embodiments of a two-pole subsystem 10 are known from DE 101 03 031 A1.
  • These known bipolar subsystems 10 each have two turn-off semiconductor switches 1 and 3, in each case two diodes 2 and 4 and in each case a unipolar storage capacitor 9.
  • the two turn-off semiconductor switches 1 and 3 are electrically connected in series, this series circuit is electrically connected in parallel to the storage capacitor 9.
  • Each turn-off semiconductor switch 1 and 3, one of the two diodes 2 and 4 is electrically connected in parallel, that this is connected in anti-parallel to the corresponding turn-off semiconductor switch 1 or 3.
  • the unipolar storage capacitor 9 of the subsystem 10 consists either of a capacitor or a capacitor bank, which has a plurality of such capacitors up.
  • Semiconductor switch 1 and anode of the diode 2 forms a terminal Xl of the subsystem 10.
  • the connection point of the two turn-off semiconductor switches 1 and 3 and the two diodes 2 and 4 form a second terminal X2 of the subsystem 10th
  • this connection point forms the first connection terminal X1.
  • the connection point of the collector of the turn-off semiconductor switch 1 and the cathode of the diode 2 form the second connection terminal X 2 of the subsystem 10.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistors
  • MOS effect effect transistors also called MOSFET
  • GTO thyristors gate turn-off thyristors
  • IGCT integrated gate commutated thyristors
  • the two-pole subsystems 10 of each phase module 100 of the power converter 102 according to FIG. 1 can be controlled into a switching state I, II and III.
  • the switching state I the turn-off semiconductor switch 1 is turned on and the turn-off semiconductor switch 3 is turned off.
  • a terminal voltage U X 2i of the bipolar subsystem 10 present at the terminals X1 and X2 is equal to zero.
  • the switching state II the turn-off semiconductor switch 1 are turned off and the turn-off semiconductor switch 3 is turned on.
  • the pending terminal voltage U X 2i is equal to the capacitor capacitor Uc pending at the storage capacitor 9.
  • switching state III both turn-off semiconductor switches 1 and 3 are switched off and the capacitor voltage U c present at the storage capacitor 9 is constant.
  • Subsystem 10 must lead at least the operating current of a valve branch Tl, ..., T6 of the phase module 100, in which the faulty bipolar subsystem 10 is connected, safely and without overheating.
  • DE 10 2005 040 543 A1 specifies how a faulty subsystem 10 can be safely short-circuited so that this known power converter 102 with distributed energy stores 9 can continue to be operated redundantly.
  • FIG. 4 shows in a diagram over the time t a profile of the potential difference U PL of the terminal P of a phase module 100 against a load terminal L.
  • FIG. 5 a curve of the potential difference U LM of the load terminal L against the potential of the terminal N is illustrated in a diagram over the time t.
  • U PL and U LM at the times t 1,..., T 8, one subsystem 10 is switched on or off by the eight bipolar subsystems 10 of the valve branches T 1 and T 2.
  • Switching corresponds to a transition from switching state I to switching state II.
  • Switching off corresponds to a transition from switching state II to switching state I.
  • a period T P of a fundamental vibration of the potential curve u L o (FIG. 6) of the load connection is in each case L compared with a virtual center O of a phase module 100 of the power converter 102 with distributed energy storage 9 of the potential curves U PL and U L N shown.
  • FIG. 6 shows a curve of a difference of the potential profiles U L N and U PL according to FIGS. 4 and 5 in a diagram over time t.
  • This resulting potential profile U LO lies between an alternating-voltage side terminal L 1 or L 2 or L 3 of a phase module 100 of the power converter 102 with distributed energy stores 9 according to FIG. 1 and a virtual center O, which in the case of a voltage intermediate circuit with two capacitors C 1 and C 2 of FIG Connection point of these two capacitors Cl and C2 is formed.
  • phase shift of the output voltages U L io / U L 2o and U L 3o and their concatenated voltages U L i2, U L 23 and U L 32 of the three phase modules 100 of the power converter 102 with distributed energy storage 9 are mutually 120 ° el ..
  • Each faulty subsystem is controlled in such a way that the amplitude of the terminal voltage is always zero.
  • a corresponding number of subsystems is driven in such a way that the amplitude of the terminal voltage is equal to a capacitor voltage, corresponding to the number of detected two-pole subsystems.
  • This control of subsystems in the disturbed phase module is also carried out in subsystems of the valve branches of the undisturbed phase modules.
  • FIG. 8 shows in a diagram over time t a profile of a potential difference U PL i of terminal P of a phase module 100 against a load terminal L 1, wherein in the lower valve branch T 2 of a phase module 100 a two-pole subsystem 10 is disturbed.
  • FIG. 9 shows in a diagram over the time t a progression of a potential difference U LIN of the terminal L 1 against the potential of the terminal N.
  • the course of the potential difference UpLi according to FIG. 8 shows that a subsystem 10 of the upper valve branch T 1 of the phase module 100 is activated in such a way that its terminal voltage U X 2i is always equal to the capacitor voltage Uc applied to the storage capacitor 9.
  • U X 2i terminal voltage
  • the time profile of the potential difference U LIN of the lower valve branch T2 of the phase module 100 can be seen that one of the four subsystems 10 exemplified is controlled such that its terminal voltages U X 2i is always equal to zero.
  • the valve branch T2 has a faulty two-pole subsystem 10, characterized by hatching.
  • the value of the amplitude of the voltage U LIN of the valve branch T2 can only be a maximum of 3 * U C.
  • the number of subsystems 10 used in the disturbed case is equal to the number of subsystems 10 used in the undisturbed case.
  • the course of the amplitude of the sum of the potential differences UpLi and U LIN is illustrated in the diagram of FIG. 9 by means of a broken line.
  • the voltages U L io / U L 2o and U L 3o each have a lower maximum amplitude in the disturbed case.
  • these voltages U L io / U L 2o and U L 3o in the undisturbed case a maximum voltage amplitude of each of 1/2 -U d
  • a maximum amplitude only 3/8 -U d is. That is, by means of this known method is obtained in the disturbed case, a symmetrical three-phase voltage system with a lower maximum amplitude.
  • FIG. 10 shows over time t a profile of the difference of the potential differences U PL i and U LIN according to FIGS. 8 and 9.
  • This time profile of the potential U L io of the load terminal Ll with respect to a virtual center O can be seen that this no longer oscillates symmetrically about a zero position. This zero position is shifted by 1/8 -U d . That is, this potential profile has a DC component.
  • a power converter with a plurality of cell inverters per phase is known, the phases are connected in star.
  • this converter has a converter transformer, which Number of existing cell inverter has secondary windings.
  • Each cell inverter consists of a line-side diode rectifier and a load-side four-pulse inverter whose converter valves are linked on the control side to a control device.
  • the diode rectifier and the four-pulse inverter are electrically conductively connected to one another by means of a voltage intermediate circuit.
  • This voltage intermediate circuit has two electrolytic capacitors, which are electrically connected in series.
  • a bypass circuit is connected.
  • the cell inverters of one phase of the power converter are electrically connected in series by means of the output terminals. If at least one cell counter of one phase of this converter fails, this faulty cell converter is short-circuited by means of its bypass circuit. Due to the failure of at least one cell converter of a phase of the power converter, the output voltage of the power converter is reduced by the value of the output voltage of a cell converter.
  • the setpoint voltages of a symmetrical three-phase voltage system are multiplied by gain factors whose values are different depending on failed cell allocators. With this master modulator you get a symmetrical three-phase voltage system with a maximum voltage amplitude.
  • the invention is an object of the invention to provide a method for controlling a three-phase converter with distributed energy storage, with the failure of at least one energy storage a symmetrical three-phase voltage system with the maximum possible amplitude at the output terminals of the converter can be generated.
  • the number of faulty subsystems and thus the faulty valve branches of the phase modules of the power converter is first determined. At- closing the faulty subsystems and the subsystems undisturbed valve branches disturbed phase modules are driven such that their terminal voltages are equal to zero. As a result, all faulty subsystems and subsystems in the undisturbed valve branches of faulty phase modules corresponding to the number of faulty subsystems are short-circuited. As a result, the output voltage of a faulty phase module has a reduced amplitude, which runs symmetrically to a zero position. This means that this output voltage is DC-free. Failure of at least one subsystem in a valve branch of a phase module becomes an unbalanced voltage system from a balanced three-phase voltage system present at the output terminals of the power converter with distributed energy stores.
  • a symmetrical three-phase nominal voltage system is assigned modified phase angles, which are taken from a collection of predetermined phase angles as a function of the determined number of faulty subsystems. Since the number of two-pole subsystems per phase module is known in a power converter with distributed energy stores, phase angles of a three-phase voltage system can be calculated offline as a function of failed subsystems. These can then be retrieved as soon as the number of faulty subsystems has been determined. When selecting at least one subsystem, this method according to the invention results in the maximum possible chained voltage of a symmetrical three-phase voltage system.
  • FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram of a known
  • FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a first embodiment.
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of a second embodiment of a known bipolar subsystem.
  • 4 to 6 are potential curves of a phase module of a power converter according to Figure 1 in undisturbed case each shown in a diagram over time 15 t, in the
  • FIG. 7 is a phasor diagram of a symmetrical three-phase voltage system of the power converter according to FIG. 1 in the undisturbed case, in which FIG
  • FIGS. 8 to 10 show potential profiles of a phase module of a power converter according to FIG. 1 in the event of a fault in each case in a diagram over time t
  • FIG. 12 to FIG. 14 show potential curves of a phase module of a power converter according to FIG. 1 in the event of a fault, in each case in a diagram over the time t, which is determined by means of a
  • FIG. 15 is a phasor diagram of an unbalanced three-phase voltage system of the current sense
  • 16 to 20 are respectively phasor diagrams of symmetrical three-phase voltage systems of the current sense 1 each illustrated with a maximum voltage at different incidents.
  • FIG. 11 shows a block diagram of a control of a power converter 102 with distributed energy stores 9 according to FIG. 1.
  • this block diagram 104 designates a device for generating control signals, 106 a device for determining disturbed two-pole subsystems 10 and 108 a memory device.
  • the device 104 is the output side with control terminals of the semiconductor switches 1 and 3 of the bipolar subsystems 10 of the valve branches Tl, ..., T6 of the power converter 102 electrically connected.
  • the output voltages U L io / U L 2o and U L 3o present at the alternating-voltage-side terminals L1, L2 and L3, also referred to as output terminals of the power converter 102, are fed to the device 106 for determining faulty two-pole subsystems 10.
  • this device 106 is linked, on the one hand, to an input of the device 104 and, on the other hand, to an input of the memory device 108.
  • the memory device 108 is connected to a further input of the device 104.
  • This means 104 for generating control signals S v are the determined output voltages U L io / U L 2o and U L 3o and a target voltage U z supplied.
  • a device 110 is used, which is linked on the input side to each bipolar subsystem 10 of the power converter 102.
  • an output voltage ULI O or U L 2o or U L 3o of the power converter 102 decreases with distributed
  • this disturbed bipolar subsystem 10 is first determined. Thereafter, this subsystem 10 is driven such that its terminal voltage U ⁇ 2i is zero. With the determination of a faulty subsystem 10 is also a faulty valve branch Tl, T3, T5 or T2, T4, T6 known. In accordance with the method according to the invention, a two-pole subsystem 10 of an undisturbed valve branch T2, T4, T6 or T1, T3, T5 of a disturbed phase module 100 is controlled in such a way that its terminal voltage U ⁇ 2i is also zero. If a plurality of subsystems 10 of a valve branch T 1,..., T 6 or several valve branches T 1,...
  • a faulty subsystem 10 are in a diagram over the time t of Figure 12, the time course of the potential difference U PL i of the terminal P against the load terminal Ll and in a diagram over the time t of Figure 13, the time course of the potential difference U LIN of the load terminal Ll against the potential of the terminal N shown.
  • FIG. 14 shows in the diagram over the time t the difference between the two potential profiles U PL and U LIN .
  • This potential curve is the potential curve at the output terminal Ll of the converter 102 of FIG. 1 and is an output voltage U L io.
  • This output voltage U L io is only due to the occurrence of a faulty subsystem 10 with respect to the output voltage U L 2o or U L 3o still half as big. That is, the amplitude is only 1/4 -U d .
  • Fig. 15 is a phasor diagram of a three-phase
  • phase angles are selected from the memory device 108 as a function of the number of failed subsystems.
  • a subsystem 10 for example in the valve branch T2
  • the phase angles between the output voltages ULI O and U L 2o and U L io and U L 3o each have an angle value of 135 ° el. on.
  • the phase angle between the output voltages U L 2o and U L 3o have a value of 90 ° el. on.
  • U ⁇ generates the device 104 control signals S v , whereby the unbalanced voltage system of the concatenated voltages U L i 2 and U L23 and U L3 i of Figure 15 are symmetrical.
  • the symmetrized voltage system of the chained voltages U Li , U L23 and U L3 i in the event of failure of a subsystem 10 is shown in greater detail in FIG. With the aid of the method according to the invention, for example, 81% of the maximum concatenated voltage U L i 2 , U L23 or U L3 i is reached in the case of failure of a subsystem 10 in the undisturbed case.
  • FIG. 17 the output voltages U L io, U L20 and U L30 generated in accordance with the method according to the invention and their concatenated voltages U LI2 / U L23 and U L3 i are shown together in a phasor diagram in the case that a two-pole Subsystem 10 failed.
  • the valve branches T 1,..., T 6 have eight subsystems 10 instead of four subsystems 10.
  • the output voltage U L i 0 of the faulty phase module 100 according to the phasor diagram of FIG. 17 is compared to the output voltage voltage U L i of the phasor diagram according to FIG. 16 increases in amplitude.
  • the phase angles change with respect to the phase angles 120 ° el. minor, as can be seen in the vector diagram of Figure 17.
  • the output voltages ULIO / U L 2O and U L 3o and their concatenated voltages U L i2, U L 23 and U L 3i are shown for the case that in the case of a power converter 102 according to FIG. ..., T6 each have eight subsystems 10, in a valve branch Tl, ..., T6 of this converter two subsystems 10 have failed.
  • a symmetrical voltage system is also generated in this case of interference with a voltage amplitude of 80.9% of a maximum chained voltage in the undisturbed case.
  • Converter 102 according to FIG. 1, whose valve branches T 1,..., T 6 each have eight subsystems 10, in two valve branches, for example T 1 and T 3, of different phase modules 100 two subsystems 10 have failed. According to the method of the invention, eight subsystems 10 out of a total of forty-eight subsystems 10 are shorted.
  • the phase angles between the output voltages U L i, U L 2 and U L 3 entered in the phasor diagram are retrieved from the memory device 108 according to this fault .
  • this fault only a maximum voltage amplitude of the concatenated voltages U L i2, U L 23 and U L 3i is achieved in each case by 50% of a maximum chained voltage in the undisturbed case.
  • the method according to the invention achieves a voltage system of chained voltages U L i2, U L 23 and U L 3i at the terminals Ll, L2 and L3 of the converter 102 is symmetrical and has a maximum possible voltage amplitude.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for controlling a converter (9) having distributed energy stores (9). According to the invention, disturbed subsystems (10) in at least one valve branch (T1,..., T6) of at least one phase module (100) of the converter (102) are determined, an undisturbed valve branch (T1,..., T6) of a disturbed phase module (100) is determined, the determined subsystems (10) and a corresponding number of subsystems (10) in the undisturbed valve branch (T1,..., T6) are controlled such that the terminal voltages (UX21) thereof amount to zero, phase angles are selected in accordance with the number of determined disturbed subsystems (10), and control signals (Sv) for the undisturbed subsystems (10) of the valve branches (T1,..., T6) are generated in accordance with measured output voltages (UL10/ UL20, UL30), a desired voltage (U* L ), and the selected phase angles. The result is a symmetrical voltage system having an amplitude that is as large as possible in spite of a failure of at least one subsystem (10) of a converter (102) having distributed energy stores (9).

Description

Beschreibungdescription
Redundanzsteuerverfahren eines mehrphasigen Stromrichters mit verteilten EnergiespeichernRedundancy control method of a multi-phase power converter with distributed energy storage
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Stromrichters mit verteilten Energiespeichern.The invention relates to a method for controlling a power converter with distributed energy storage.
Aus der DE 101 03 031 Al ist ein Stromrichter mit verteilten Energiespeichern bekannt. Ein Ersatzschaltbild eines derartigen Stromrichters ist in der Figur 1 näher dargestellt. Gemäß diesem Ersatzschaltbild weist dieser bekannte Stromrichter, der mit 102 bezeichnet ist, drei Phasenmodule auf, die jeweils mit 100 bezeichnet sind. Diese Phasenmodule 100 sind gleichspannungsseitig jeweils mit einer positiven und einer negativen Gleichspannungs-Sammelschiene Po und No elektrisch leitend verbunden. Zwischen diesen beiden Gleichspannungs- Sammelschienen Po und No wäre bei einem Spannungszwischenkreis-Umrichter eine Reihenschaltung zweier Kondensatoren Cl und C2 geschaltet, an denen eine Gleichspannung Ud abfällt. Ein Verbindungspunkt dieser beiden elektrisch in Reihe geschalteten Kondensatoren Cl und C2 bilden einen virtuellen Mittelpunkt O. Jedes Phasenmodul 100, das einen Brückenzweig des mehrphasigen Stromrichters bildet, weist einen oberen und einen unteren Teilbrückenzweig auf, die, da die Teilbrückenzweige jeweils ein Stromrichterventil des mehrphasigen Stromrichters mit verteilten Energiespeichern darstellen, im Folgenden als Ventilzweig Tl bzw. T3 bzw. T5 und T2 bzw. T4 bzw. T6 bezeichnet werden. Jeder dieser Ventilzweige Tl bis T6 weist eine Anzahl von elektrisch in Reihe geschalteten zweipoligen Subsystemen 10 auf. In diesem Ersatzschaltbild des Stromrichters 102 weist jeder Ventilzweig Tl, ..., T6 vier zweipolige Submodule 10 auf. Die Anzahl der Subsysteme 10 pro Ventilzweig Tl, ..., T6 ist jedoch nicht auf diese dargestellte Anzahl beschränkt. Jeder Verknüpfungspunkt zweier Ventilzweige Tl und T2 bzw. T3 und T4 bzw. T5 und T6 eines Phasenmoduls 100 bildet einen wechselspannungsseitigen Anschluss Ll bzw. L2 bzw. L3 eines Phasenmoduls 100. Da in dieser Darstellung der Stromrichter 102 drei Phasenmodule 100 aufweist, kann an deren wechselspannungsseitigen Anschlüssen Ll, L2 und L3, die auch als Lastanschlüsse bezeichnet werden, eine dreiphasige Last, beispielsweise ein Drehstrommotor, angeschlossen wer- den .From DE 101 03 031 Al a power converter with distributed energy storage is known. An equivalent circuit diagram of such a converter is shown in more detail in FIG. According to this equivalent circuit, this known power converter, which is designated by 102, three phase modules, each denoted by 100. These phase modules 100 are each connected on the DC side with a positive and a negative DC busbar Po and No electrically conductive. Between these two DC busbars Po and No, a series connection of two capacitors C 1 and C 2 would be connected in a voltage intermediate circuit converter, at which a DC voltage U d drops. A connection point of these two capacitors C1 and C2 electrically connected in series form a virtual center O. Each phase module 100, which forms a bridge branch of the polyphase converter, has an upper and a lower partial bridge branch, which, since the partial bridge branches are each a converter valve of the polyphase converter represent with distributed energy stores, hereinafter referred to as valve branch Tl or T3 or T5 and T2 or T4 or T6. Each of these valve branches Tl to T6 has a number of two-pole subsystems 10 electrically connected in series. In this equivalent circuit diagram of the power converter 102, each valve branch T 1,..., T 6 has four two-pole submodules 10. However, the number of subsystems 10 per valve branch Tl, ..., T6 is not limited to this number shown. Each node point of two valve branches Tl and T2 or T3 and T4 or T5 and T6 of a phase module 100 forms an AC-side terminal Ll or L2 or L3 of a phase module 100. Since in this illustration the power converter 102 has three phase modules 100, a three-phase load, for example a three-phase motor, can be connected to their AC-side terminals L1, L2 and L3, which are also referred to as load terminals.
In der Figur 2 ist ein Ersatzschaltbild einer bekannten Ausführungsform eines zweipoligen Subsystems 10 näher dargestellt. Die Schaltungsanordnung nach Figur 3 stellt eine funktional völlig gleichwertige Variante dar. Beide Ausführungsformen eines zweipoligen Subsystems 10 sind aus der DE 101 03 031 Al bekannt. Diese bekannten zweipoligen Subsysteme 10 weisen jeweils zwei abschaltbare Halbleiterschalter 1 und 3, jeweils zwei Dioden 2 und 4 und jeweils einen unipola- ren Speicherkondensator 9 auf. Die beiden abschaltbaren Halbleiterschalter 1 und 3 sind elektrisch in Reihe geschaltet, wobei diese Reihenschaltung elektrisch parallel zum Speicherkondensator 9 geschaltet ist. Jedem abschaltbaren Halbleiterschalter 1 und 3 ist eine der beiden Dioden 2 und 4 derart elektrisch parallel geschaltet, dass diese zum korrespondierenden abschaltbaren Halbleiterschalter 1 oder 3 antiparallel geschaltet ist. Der unipolare Speicherkondensator 9 des Subsystems 10 besteht entweder aus einem Kondensator oder einer Kondensatorbatterie, die mehrere solcher Kondensatoren auf- weist. Der Verbindungspunkt von Emitter des abschaltbaren2 shows an equivalent circuit diagram of a known embodiment of a two-pole subsystem 10 is shown in more detail. The circuit arrangement according to FIG. 3 represents a functionally completely equivalent variant. Both embodiments of a two-pole subsystem 10 are known from DE 101 03 031 A1. These known bipolar subsystems 10 each have two turn-off semiconductor switches 1 and 3, in each case two diodes 2 and 4 and in each case a unipolar storage capacitor 9. The two turn-off semiconductor switches 1 and 3 are electrically connected in series, this series circuit is electrically connected in parallel to the storage capacitor 9. Each turn-off semiconductor switch 1 and 3, one of the two diodes 2 and 4 is electrically connected in parallel, that this is connected in anti-parallel to the corresponding turn-off semiconductor switch 1 or 3. The unipolar storage capacitor 9 of the subsystem 10 consists either of a capacitor or a capacitor bank, which has a plurality of such capacitors up. The connection point of emitter of the disconnectable
Halbleiterschalters 1 und Anode der Diode 2 bildet eine Anschlussklemme Xl des Subsystems 10. Der Verbindungspunkt der beiden abschaltbaren Halbleiterschalter 1 und 3 und der beiden Dioden 2 und 4 bilden eine zweite Anschlussklemme X2 des Subsystems 10.Semiconductor switch 1 and anode of the diode 2 forms a terminal Xl of the subsystem 10. The connection point of the two turn-off semiconductor switches 1 and 3 and the two diodes 2 and 4 form a second terminal X2 of the subsystem 10th
In der Ausführungsform des zweipoligen Subsystems 10 gemäß Figur 3 bildet dieser Verbindungspunkt die erste Anschlussklemme Xl. Der Verbindungspunkt von Kollektor des abschaltba- ren Halbleiterschalters 1 und Kathode der Diode 2 bilden die zweite Anschlussklemme X2 des Subsystems 10. In beiden Ausführungsformen des zweipoligen Subsystems 10 gemäß der Figuren 2 und 3 werden als abschaltbare Halbleiterschalter 1 und 3 Insulated Gate Bipolar Transistoren (IGBT) verwendet. Ebenfalls können MOS-FeIdEffektTransistoren, auch als MOSFET bezeichnet, verwendet werden. Außerdem können Gate Turn Off-Thyristoren, auch als GTO-Thyristoren bezeichnet, oder Integrated Gate Commutated Thyristoren (IGCT) verwendet werden .In the embodiment of the bipolar subsystem 10 according to FIG. 3, this connection point forms the first connection terminal X1. The connection point of the collector of the turn-off semiconductor switch 1 and the cathode of the diode 2 form the second connection terminal X 2 of the subsystem 10. In both embodiments of the bipolar subsystem 10 according to FIGS. 2 and 3, Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT) are used as turn-off semiconductor switches 1 and 3. Also, MOS effect effect transistors, also called MOSFET, can be used. In addition, gate turn-off thyristors, also referred to as GTO thyristors, or integrated gate commutated thyristors (IGCT) can be used.
Gemäß der DE 101 03 031 Al können die zweipoligen Subsysteme 10 eines jeden Phasenmoduls 100 des Stromrichters 102 nach der Figur 1 in einen Schaltzustand I, II und III gesteuert werden. Im Schaltzustand I ist der abschaltbare Halbleiterschalter 1 eingeschaltet und der abschaltbare Halbleiter- Schalter 3 ausgeschaltet. Dadurch ist eine an den Anschlussklemmen Xl und X2 anstehende Klemmenspannung UX2i des zweipoligen Subsystems 10 gleich Null. Im Schaltzustand II sind der abschaltbare Halbleiterschalter 1 ausgeschaltet und der abschaltbare Halbleiterschalter 3 eingeschaltet. In diesem Schaltzustand II ist die anstehende Klemmenspannung UX2i gleich der am Speicherkondensator 9 anstehenden Kondensatorspannung Uc • Im Schaltzustand III sind beide abschaltbare Halbleiterschalter 1 und 3 ausgeschaltet und die am Speicherkondensator 9 anstehende Kondensatorspannung Uc ist konstant.According to DE 101 03 031 A1, the two-pole subsystems 10 of each phase module 100 of the power converter 102 according to FIG. 1 can be controlled into a switching state I, II and III. In the switching state I, the turn-off semiconductor switch 1 is turned on and the turn-off semiconductor switch 3 is turned off. As a result, a terminal voltage U X 2i of the bipolar subsystem 10 present at the terminals X1 and X2 is equal to zero. In the switching state II, the turn-off semiconductor switch 1 are turned off and the turn-off semiconductor switch 3 is turned on. In this switching state II, the pending terminal voltage U X 2i is equal to the capacitor capacitor Uc pending at the storage capacitor 9. In switching state III, both turn-off semiconductor switches 1 and 3 are switched off and the capacitor voltage U c present at the storage capacitor 9 is constant.
Damit dieser Stromrichter 102 mit verteilten Energiespeichern 9 gemäß Figur 1 redundant arbeiten kann, muss sichergestellt werden, dass ein fehlerhaftes Subsystem 10 an seinen Klemmen Xl und X2 dauerhaft kurzgeschlossen ist. Das heißt, dass die Klemmenspannung UX2i des gestörten Subsystems 10 unabhängig von der Stromrichtung durch die Klemmen Xl und X2 Null ist.For this power converter 102 to be able to work redundantly with distributed energy stores 9 according to FIG. 1, it must be ensured that a faulty subsystem 10 is permanently short-circuited at its terminals X1 and X2. This means that the terminal voltage U X 2i of the faulty subsystem 10 is zero regardless of the current direction through the terminals Xl and X2.
Durch Ausfall eines der im Subsystem 10 vorhandenen abschaltbaren Halbleiterschalter 1 und 3 oder einer zugehörigen An- Steuerschaltung ist dieses Subsystem 10 in seiner ordnungsgemäßen Funktion gestört. Weitere mögliche Ursachen für Funktionsstörungen sind u.a. Fehler in der zugeordneten Ansteuerschaltung der Halbleiterschalter, deren Stromversorgung, Kom- munikation und Messwerterfassung. Das heißt, das zweipolige Subsystem 10 kann nicht mehr wunschgemäß in einem der möglichen Schaltzustände I, II oder III gesteuert werden. Durch das Kurzschließen des Subsystems 10 an seinen Anschlüssen Xl und X2 wird diesem Subsystem 10 keine Energie mehr zugeführt. Dadurch werden Folgeschäden wie Überhitzung und Brand bei weiterem Betrieb des Stromrichters 102 sicher ausgeschlossen.By failure of one of the subsystem 10 existing turn-off semiconductor switches 1 and 3 or an associated on-control circuit of this subsystem 10 is disturbed in its proper function. Other possible causes of malfunctions include errors in the associated drive circuit of the semiconductor switches, their power supply, Kom- communication and measured value acquisition. That is, the two-pole subsystem 10 can not be controlled as desired in any of the possible switching states I, II or III. By shorting the subsystem 10 at its terminals Xl and X2 this subsystem 10 is no longer supplied energy. As a result, consequential damage such as overheating and fire during further operation of the power converter 102 are reliably excluded.
Eine derartige kurzschlussartige leitende Verbindung zwischen den Anschlussklemmen Xl und X2 eines gestörten zweipoligenSuch a short-circuited conductive connection between the terminals Xl and X2 of a disturbed bipolar
Subsystems 10 muss zumindest den Betriebsstrom eines Ventilzweigs Tl, ..., T6 des Phasenmoduls 100, in dem das gestörte zweipolige Subsystem 10 verschaltet ist, sicher und ohne Überhitzung führen. In der DE 10 2005 040 543 Al ist angege- ben, wie ein gestörtes Subsystem 10 sicher kurzgeschlossen werden kann, damit dieser bekannte Stromrichter 102 mit verteilten Energiespeichern 9 redundant weiterbetrieben werden kann .Subsystem 10 must lead at least the operating current of a valve branch Tl, ..., T6 of the phase module 100, in which the faulty bipolar subsystem 10 is connected, safely and without overheating. DE 10 2005 040 543 A1 specifies how a faulty subsystem 10 can be safely short-circuited so that this known power converter 102 with distributed energy stores 9 can continue to be operated redundantly.
Für die folgende Erläuterung sei angenommen, dass die Speicherkondensatoren 9 aller zweipoligen Subsysteme 10 jeweils die gleiche Spannung Uc aufweisen. Verfahren zur anfänglichen Herstellung dieses Zustands und dessen Beibehaltung im Betrieb sind ebenfalls aus der DE 101 03 031 Al bekannt. In der Figur 4 ist in einem Diagramm über der Zeit t ein Verlauf der Potentialdifferenz UPL der Klemme P eines Phasenmoduls 100 gegen einen Lastanschluss L dargestellt. In der Figur 5 ist in einem Diagramm über der Zeit t ein Verlauf der Potentialdifferenz ULM des Lastanschlusses L gegen das Potential der Klemme N veranschaulicht. Gemäß diesen Potentialverläufen UPL und ULM werden zu den Zeitpunkten tl, ..., t8 von den acht zweipoligen Subsystemen 10 der Ventilzweige Tl und T2 jeweils ein Subsystem 10 zu- oder abgeschaltet. Ein Einschalten entspricht hierbei einem Übergang vom Schaltzustand I in den Schaltzustand II. Ein Abschalten entspricht einem Übergang vom Schaltzustand II in den Schaltzustand I. In diesen beiden Diagrammen ist jeweils eine Periode TP einer Grundschwingung des Potentialverlaufs uLo (Figur 6) des Lastanschlusses L ge- genüber einem virtuellen Mittelpunkt O eines Phasenmoduls 100 des Stromrichters 102 mit verteilten Energiespeichern 9 der Potentialverläufe UPL und ULN dargestellt.For the following explanation, it is assumed that the storage capacitors 9 of all two-pole subsystems 10 each have the same voltage U c . Methods for the initial production of this state and its maintenance in operation are also known from DE 101 03 031 Al. FIG. 4 shows in a diagram over the time t a profile of the potential difference U PL of the terminal P of a phase module 100 against a load terminal L. In FIG. 5, a curve of the potential difference U LM of the load terminal L against the potential of the terminal N is illustrated in a diagram over the time t. According to these potential profiles U PL and U LM , at the times t 1,..., T 8, one subsystem 10 is switched on or off by the eight bipolar subsystems 10 of the valve branches T 1 and T 2. Switching corresponds to a transition from switching state I to switching state II. Switching off corresponds to a transition from switching state II to switching state I. In these two diagrams, a period T P of a fundamental vibration of the potential curve u L o (FIG. 6) of the load connection is in each case L compared with a virtual center O of a phase module 100 of the power converter 102 with distributed energy storage 9 of the potential curves U PL and U L N shown.
In der Figur 6 ist ein Verlauf einer Differenz der Potentialverläufe ULN und UPL gemäß den Figuren 4 und 5 in einem Diagramm über der Zeit t dargestellt. Dieser sich ergebende Potentialverlauf ULO liegt zwischen einem wechselspannungssei- tigen Anschluss Ll bzw. L2 bzw. L3 eines Phasenmoduls 100 des Stromrichters 102 mit verteilten Energiespeichern 9 nach Figur 1 und eines virtuellen Mittelpunktes O, der bei einem Spannungszwischenkreis mit zwei Kondensatoren Cl und C2 vom Verbindungspunkt dieser beiden Kondensatoren Cl und C2 gebildet wird. Entsprechende Anteile von Oberschwingungen oder Gleichspannungskomponenten jeweils in den Ausgangsspannungen ULχo der Phasenmodule 100 des mehrphasigen Stromrichters 102 mit verteilten Energiespeichern 9 nach Figur 1 löschen sich für den Fall eines symmetrischen Drehspannungssystems in den Differenzspannungen jeweils zweier phasenverschobener Aus- gangsspannungen ULio/ UL2o oder UL3o aus. Diesen beiden Potenti¬ alverläufen UPL und ULM ist ebenfalls zu entnehmen, dass die Summe der Potentiale zu jedem Zeitpunkt 4 -Uc ist. Das heißt, der Wert der Gleichspannung Ud zwischen den Gleichspannungs- Sammelschienen Po und No entspricht immer einer konstanten An- zahl von Subsystemen 10 im Schaltzustand II multipliziert mit dem Wert der am Kondensator 9 anstehenden Kondensatorspannung Uc. In dem beispielhaft dargestellten Fall entspricht diese Zahl der in den Ventilzweigen Tl, ..., T6 vorhandenen Anzahl von zweipoligen Subsystemen 10 des Stromrichters 102 nach Fi- gur 1.FIG. 6 shows a curve of a difference of the potential profiles U L N and U PL according to FIGS. 4 and 5 in a diagram over time t. This resulting potential profile U LO lies between an alternating-voltage side terminal L 1 or L 2 or L 3 of a phase module 100 of the power converter 102 with distributed energy stores 9 according to FIG. 1 and a virtual center O, which in the case of a voltage intermediate circuit with two capacitors C 1 and C 2 of FIG Connection point of these two capacitors Cl and C2 is formed. Corresponding components of harmonics or DC components in the output voltages U L χo of the phase modules 100 of the multiphase converter 102 with distributed energy stores 9 according to FIG. 1 are canceled in the differential voltages of two phase-shifted output voltages U L io / U L in the case of a symmetrical three-phase voltage system 2o or U L 3o off. These two Potenti ¬ alverläufen U PL and U LM can be seen also that the sum of the potentials at any time is 4 -uc. That is, the value of the DC voltage U d between the DC busbars Po and No always corresponds to a constant number of subsystems 10 in the switching state II multiplied by the value of the capacitor voltage U c applied to the capacitor 9. In the case illustrated by way of example, this number corresponds to the number of two-pole subsystems 10 of the power converter 102 according to FIG. 1 present in the valve branches T 1,..., T 6.
In der Figur 7 sind die Ausgangsspannungen ULio/ UL2o und UL3o des Stromrichters 102 mit verteilten Energiespeichern 9 und zugehörigen verketteten Spannungen ULi2, UL23 und UL32 zusammen dargestellt. In diesem ungestörten Fall bilden die Ausgangsspannungen ULIO/ UL2O und UL3o und deren verketteten Spannungen ULI2/ UL23 und UL32 ein symmtrisches Drehspannungssystem. Das heißt, die Phasenverschiebung der Ausgangsspannungen ULio/ UL2o und UL3o und deren verketteten Spannungen ULi2, UL23 und UL32 der drei Phasenmodule 100 des Stromrichters 102 mit verteilten Energiespeichern 9 sind zueinander 120°el..In the figure 7, the output voltages U L io / U L 2o and U L 3o of the converter 102 with distributed energy storage 9 and associated concatenated voltages U L i2, U L 23 and U L 32 are shown together. In this undisturbed case, the output voltages ULI O / U L 2 O and U L 3o and their concatenated voltages ULI2 / U L 23 and U L 32 form a symmtric three-phase voltage system. That is, the phase shift of the output voltages U L io / U L 2o and U L 3o and their concatenated voltages U L i2, U L 23 and U L 32 of the three phase modules 100 of the power converter 102 with distributed energy storage 9 are mutually 120 ° el ..
Aus der DE 10 2005 045 091 Al ist ein Verfahren zur Steuerung eines Stromrichters mit verteilten Energiespeichern gemäß Figur 1 bekannt, mit dem bei einem Störungsfall wenigstens eines Subsystems eines Phasenmoduls dieses Stromrichters die Symmetriebedingungen eingehalten werden. Gemäß diesem bekann- ten Verfahren wird zunächst ein Ventilzweig einer der dreiFrom DE 10 2005 045 091 Al a method for controlling a power converter with distributed energy storage according to Figure 1 is known, with which in a case of failure of at least one subsystem of a phase module of this converter, the symmetry conditions are met. According to this known method, first of all a valve branch is one of the three
Phasen ermittelt, indem ein oder mehrere zweipolige Subsysteme gestört sind. Jedes gestörte Subsystem wird derart angesteuert, dass die Amplitude der Klemmenspannung jeweils Null ist. In einem weiteren Ventilzweig des gestörten Phasenmoduls wird entsprechend der Anzahl der ermittelten zweipoligen Subsysteme eine dementsprechende Anzahl von Subsystemen derart angesteuert, dass die Amplitude der Klemmenspannung jeweils gleich einer Kondensatorspannung ist. Diese Steuerung von Subsystemen im gestörten Phasenmodul wird ebenfalls bei Sub- Systemen der Ventilzweige der ungestörten Phasenmodule ausgeführt.Determined phases by one or more bipolar subsystems are disturbed. Each faulty subsystem is controlled in such a way that the amplitude of the terminal voltage is always zero. In a further valve branch of the disturbed phase module, a corresponding number of subsystems is driven in such a way that the amplitude of the terminal voltage is equal to a capacitor voltage, corresponding to the number of detected two-pole subsystems. This control of subsystems in the disturbed phase module is also carried out in subsystems of the valve branches of the undisturbed phase modules.
In der Figur 8 ist in einem Diagramm über der Zeit t ein Verlauf einer Potentialdifferenz UPLi der Klemme P eines Phasen- moduls 100 gegen einen Lastanschluss Ll dargestellt, wobei im unteren Ventilzweig T2 eines Phasenmoduls 100 ein zweipoliges Subsystem 10 gestört ist.FIG. 8 shows in a diagram over time t a profile of a potential difference U PL i of terminal P of a phase module 100 against a load terminal L 1, wherein in the lower valve branch T 2 of a phase module 100 a two-pole subsystem 10 is disturbed.
In der Figur 9 ist in einem Diagramm über der Zeit t ein Ver- lauf einer Potentialdifferenz ULIN der Klemme Ll gegen das Potential der Klemme N dargestellt. Dem Verlauf der Potentialdifferenz UpLi gemäß Figur 8 ist zu entnehmen, dass ein Subsystem 10 des oberen Ventilzweigs Tl des Phasenmoduls 100 derart angesteuert wird, dass dessen Klemmenspannung UX2i im- mer gleich der am Speicherkondensator 9 anstehenden Kondensatorspannung Uc ist. Dadurch bleiben von den beispielhaft dargestellten vier Subsystemen 10 des oberen Ventilzweigs Tl nur drei Subsysteme 10 übrig, die zu- bzw. abgeschaltet werden können. Dem zeitlichen Verlauf der Potentialdifferenz ULIN des unteren Ventilzweigs T2 des Phasenmoduls 100 ist zu entnehmen, dass ein von den beispielhaft dargestellten vier Subsystemen 10 derart angesteuert ist, dass dessen Klemmenspannun- gen UX2i immer gleich Null ist. Gemäß der Figur 1 weist von diesen unteren Ventilzweigen T2, T4 und T6 der drei Phasenmodule 100 der Ventilzweig T2 ein gestörtes zweipoliges Subsystem 10, gekennzeichnet durch eine Schraffur, auf. Dadurch kann der Wert der Amplitude der Spannung ULIN des Ventilzweigs T2 nur noch maximal 3*UC sein. Durch dieses bekannte Verfahren ist die Anzahl der verwendeten Subsysteme 10 im gestörten Fall gleich der Anzahl der verwendeten Subsysteme 10 im ungestörten Fall. Der Verlauf der Amplitude der Summe der Potentialdifferenzen UpLi und ULIN ist in dem Diagramm der Figur 9 mittels einer unterbrochenen Linie veranschaulicht. Gegenüber einem ungestörten Fall weisen die Spannungen ULio/ UL2o und UL3o im gestörten Fall jeweils eine geringere maximale Amplitude auf. Im dargestellten Beispiel weisen diese Spannungen ULio/ UL2o und UL3o im ungestörten Fall eine maximale Spannungsampli- tude von jeweils 1/2 -Ud auf, wogegen im gestörten Fall eine maximale Amplitude nur noch 3/8 -Ud ist. Das heißt, mittels dieses bekannten Verfahrens erhält man im gestörten Fall ein symmetrisches dreiphasiges Spannungssystem mit einer geringeren maximalen Amplitude.FIG. 9 shows in a diagram over the time t a progression of a potential difference U LIN of the terminal L 1 against the potential of the terminal N. The course of the potential difference UpLi according to FIG. 8 shows that a subsystem 10 of the upper valve branch T 1 of the phase module 100 is activated in such a way that its terminal voltage U X 2i is always equal to the capacitor voltage Uc applied to the storage capacitor 9. As a result of the four subsystems 10 of the upper valve branch T 1 shown by way of example, only three subsystems 10 remain, which are switched on or off can. The time profile of the potential difference U LIN of the lower valve branch T2 of the phase module 100 can be seen that one of the four subsystems 10 exemplified is controlled such that its terminal voltages U X 2i is always equal to zero. According to FIG. 1, of these lower valve branches T2, T4 and T6 of the three phase modules 100, the valve branch T2 has a faulty two-pole subsystem 10, characterized by hatching. As a result, the value of the amplitude of the voltage U LIN of the valve branch T2 can only be a maximum of 3 * U C. By this known method, the number of subsystems 10 used in the disturbed case is equal to the number of subsystems 10 used in the undisturbed case. The course of the amplitude of the sum of the potential differences UpLi and U LIN is illustrated in the diagram of FIG. 9 by means of a broken line. Compared to an undisturbed case, the voltages U L io / U L 2o and U L 3o each have a lower maximum amplitude in the disturbed case. In the illustrated example, these voltages U L io / U L 2o and U L 3o in the undisturbed case, a maximum voltage amplitude of each of 1/2 -U d , whereas in the disturbed case, a maximum amplitude only 3/8 -U d is. That is, by means of this known method is obtained in the disturbed case, a symmetrical three-phase voltage system with a lower maximum amplitude.
In der Figur 10 ist über der Zeit t ein Verlauf der Differenz der Potentialdifferenzen UPLi und ULIN gemäß den Figuren 8 und 9 dargestellt. Diesem zeitlichen Verlauf des Potentials ULio des Lastanschlusses Ll gegenüber einem virtuellen Mittelpunkt O ist zu entnehmen, dass dieser nicht mehr symmetrisch um eine Nulllage pendelt. Diese Nulllage ist um 1/8 -Ud verschoben. Das heißt, dieser Potentialverlauf weist einen Gleichspannungsanteil auf.FIG. 10 shows over time t a profile of the difference of the potential differences U PL i and U LIN according to FIGS. 8 and 9. This time profile of the potential U L io of the load terminal Ll with respect to a virtual center O can be seen that this no longer oscillates symmetrically about a zero position. This zero position is shifted by 1/8 -U d . That is, this potential profile has a DC component.
Aus der US 5,986,909 A ist ein Stromrichter mit einer Vielzahl von Zellenumrichtern pro Phase bekannt, deren Phasen in Stern geschaltet sind. Außerdem weist dieser Stromrichter einen Stromrichtertransformator auf, der entsprechend der An- zahl der vorhandenen Zellenumrichter Sekundärwicklungen aufweist. Jeder Zellenumrichter besteht aus einem netzseitigen Diodengleichrichter und einem lastseitigen vierpulsigen Wechselrichter, deren Stromrichterventile steuerungsseitig mit einer Steuereinrichtung verknüpft sind. Gleichspannungsseitig sind der Diodengleichrichter und der vierpulsige Wechselrichter mittels eines Spannungszwischenkreises miteinander elektrisch leitend verbunden. Dieser Spannungszwischenkreis weist zwei Elektrolytkondensatoren auf, die elektrisch in Reihe ge- schaltet sind. Elektrisch parallel zu den beiden wechselspan- nungsseitigen Ausgangsklemmen eines jeden Zellenumrichters ist eine Bypassschaltung geschaltet. Die Zellenumrichter einer Phase des Stromrichters sind mittels der Ausgangsklemmen elektrisch in Reihe geschaltet. Fällt wenigstens ein Zelle- numrichter einer Phase dieses Stromrichters aus, so wird dieser gestörte Zellenumrichter mittels seiner Bypassschaltung kurzgeschlossen. Durch den Ausfall wenigstens eines Zellenumrichters einer Phase des Stromrichters verringert sich die Ausgangsspannung des Stromrichters um den Wert der Ausgangs- Spannung eines Zellenumrichters. Um ein symmetrisches dreiphasiges Spannungssystem an den Ausgängen des Umrichters zu generieren, werden die Sollspannungen eines symmetrischen dreiphasigen Spannungssystems mit Verstärkungsfaktoren multipliziert, deren Werte in Abhängigkeit ausgefallener Zelle- numrichter unterschiedlich sind. Mit diesem Mastermodulator erhält man ein symmetrisches dreiphasiges Spannungssystem mit einer maximalen Spannungsamplitude.From US 5,986,909 A a power converter with a plurality of cell inverters per phase is known, the phases are connected in star. In addition, this converter has a converter transformer, which Number of existing cell inverter has secondary windings. Each cell inverter consists of a line-side diode rectifier and a load-side four-pulse inverter whose converter valves are linked on the control side to a control device. On the DC side, the diode rectifier and the four-pulse inverter are electrically conductively connected to one another by means of a voltage intermediate circuit. This voltage intermediate circuit has two electrolytic capacitors, which are electrically connected in series. Electrically parallel to the two AC voltage side output terminals of each cell inverter, a bypass circuit is connected. The cell inverters of one phase of the power converter are electrically connected in series by means of the output terminals. If at least one cell counter of one phase of this converter fails, this faulty cell converter is short-circuited by means of its bypass circuit. Due to the failure of at least one cell converter of a phase of the power converter, the output voltage of the power converter is reduced by the value of the output voltage of a cell converter. In order to generate a symmetrical three-phase voltage system at the outputs of the inverter, the setpoint voltages of a symmetrical three-phase voltage system are multiplied by gain factors whose values are different depending on failed cell allocators. With this master modulator you get a symmetrical three-phase voltage system with a maximum voltage amplitude.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines dreiphasigen Stromrichters mit verteilten Energiespeichern anzugeben, mit dem bei Ausfall wenigstens eines Energiespeichers ein symmetrisches dreiphasiges Spannungssystem mit maximal möglicher Amplitude an den Ausgangsklemmen des Stromrichters generiert werden kann.The invention is an object of the invention to provide a method for controlling a three-phase converter with distributed energy storage, with the failure of at least one energy storage a symmetrical three-phase voltage system with the maximum possible amplitude at the output terminals of the converter can be generated.
Gemäß diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst die Anzahl der gestörten Subsysteme und damit die gestörten Ventilzweige der Phasenmodule des Stromrichters ermittelt. An- schließend werden die gestörten Subsysteme und die Subsysteme ungestörter Ventilzweige gestörter Phasenmodule derart angesteuert, dass deren Klemmenspannungen gleich Null sind. Dadurch sind alle gestörten Subsysteme und Subsysteme in den ungestörten Ventilzweigen gestörter Phasenmodule entsprechend der Anzahl der gestörten Subsysteme kurzgeschlossen. Dadurch weist die Ausgangsspannung eines gestörten Phasenmoduls eine verringerte Amplitude auf, die symmetrisch zu einer Nullage verläuft. Das heißt, dass diese Ausgangsspannung gleichspan- nungsfrei ist. Durch Ausfall wenigstens eines Subsystems in einem Ventilzweig eines Phasenmoduls wird aus einem an den Ausgangsklemmen des Stromrichters mit verteilten Energiespeichern anstehenden symmetrischen dreiphasigen Spannungssystem ein unsymmetrisches Spannungssystem.According to this method, the number of faulty subsystems and thus the faulty valve branches of the phase modules of the power converter is first determined. At- closing the faulty subsystems and the subsystems undisturbed valve branches disturbed phase modules are driven such that their terminal voltages are equal to zero. As a result, all faulty subsystems and subsystems in the undisturbed valve branches of faulty phase modules corresponding to the number of faulty subsystems are short-circuited. As a result, the output voltage of a faulty phase module has a reduced amplitude, which runs symmetrically to a zero position. This means that this output voltage is DC-free. Failure of at least one subsystem in a valve branch of a phase module becomes an unbalanced voltage system from a balanced three-phase voltage system present at the output terminals of the power converter with distributed energy stores.
Um dieses unsymmetrische dreiphasige Spannungssystem zu sym- metrieren, wobei eine möglichst maximal erreichbare Spannungsamplitude erreicht werden soll, werden einem symmetrischen dreiphasigen Sollspannungssystem veränderte Phasenwin- kel zugeordnet, die aus einer Sammlung vorbestimmter Phasenwinkel in Abhängigkeit der ermittelten Anzahl gestörter Subsysteme entnommen werden. Da bei einem Stromrichter mit verteilten Energiespeichern die Anzahl zweipoliger Subsysteme pro Phasenmodul bekannt ist, können Phasenwinkel eines drei- phasigen Spannungssystems in Abhängigkeit ausgefallener Subsysteme offline berechnet werden. Diese können dann abgerufen werden, sobald die Anzahl gestörter Subsysteme ermittelt worden ist. Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren erhält man bei Auswahl wenigstens eines Subsystems eine möglichst maxi- male verkettete Spannung eines symmetrischen dreiphasigen Spannungssystems .In order to balance this asymmetrical three-phase voltage system, whereby a maximum possible voltage amplitude is to be achieved, a symmetrical three-phase nominal voltage system is assigned modified phase angles, which are taken from a collection of predetermined phase angles as a function of the determined number of faulty subsystems. Since the number of two-pole subsystems per phase module is known in a power converter with distributed energy stores, phase angles of a three-phase voltage system can be calculated offline as a function of failed subsystems. These can then be retrieved as soon as the number of faulty subsystems has been determined. When selecting at least one subsystem, this method according to the invention results in the maximum possible chained voltage of a symmetrical three-phase voltage system.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen Verfahrens zur Steuerung eines dreiphasigen Stromrichters mit verteilten Energiespeichern schematisch veranschaulicht ist. FIG 1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines bekanntenTo further explain the invention, reference is made to the drawing, in which an embodiment of an inventive method for controlling a three-phase power converter with distributed energy storage is illustrated schematically. 1 shows an equivalent circuit diagram of a known
Stromrichters mit verteilten Energiespeichern, in derPower converter with distributed energy storage, in the
FIG 2 ist ein Ersatzschaltbild einer ersten Ausfüh-2 is an equivalent circuit diagram of a first embodiment.
5 rungsform eines bekannten zweipoligen Subsystems des Stromrichters nach Figur 1 dargestellt, die5 form of a known two-pole subsystem of the power converter shown in Figure 1, the
FIG 3 zeigt ein Ersatzschaltbild einer zweiten Ausführungsform eines bekannten zweipoligen Sub-3 shows an equivalent circuit diagram of a second embodiment of a known bipolar subsystem.
10 Systems des Stromrichters nach Figur 1, in den10 system of the power converter of Figure 1, in the
FIG 4 bis 6 sind Potentialverläufe eines Phasenmoduls eines Stromrichters nach Figur 1 im ungestörten Fall jeweils in einem Diagramm über der Zeit 15 t dargestellt, in der4 to 6 are potential curves of a phase module of a power converter according to Figure 1 in undisturbed case each shown in a diagram over time 15 t, in the
FIG 7 ist ein Zeigerdiagramm eines symmetrischen dreiphasigen Spannungssystems des Stromrichters gemäß Figur 1 im ungestörten Fall dargestellt, in den7 is a phasor diagram of a symmetrical three-phase voltage system of the power converter according to FIG. 1 in the undisturbed case, in which FIG
20 FIG 8 bis 10 sind Potentialverläufe eines Phasenmoduls eines Stromrichters nach Figur 1 im gestörten Fall jeweils in einem Diagramm über der Zeit t dargestellt, dieFIGS. 8 to 10 show potential profiles of a phase module of a power converter according to FIG. 1 in the event of a fault in each case in a diagram over time t
FIG 11 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsge-11 shows a block diagram of an inventive
25 mäßen Steuerung eines Stromrichters nach Figur 1, in den25 proper control of a power converter of Figure 1, in the
FIG 12 bis 14 sind Potentialverläufe eines Phasenmoduls eines Stromrichters nach der Figur 1 im gestörten Fall jeweils in einem Diagramm über der 30 Zeit t veranschaulicht, die mittels einemFIG. 12 to FIG. 14 show potential curves of a phase module of a power converter according to FIG. 1 in the event of a fault, in each case in a diagram over the time t, which is determined by means of a
Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens generiert sind, in derPart of the method according to the invention are generated in the
FIG 15 ist ein Zeigerdiagramm eines unsymmetrischen dreiphasigen Spannungssystems des Stromrich-FIG. 15 is a phasor diagram of an unbalanced three-phase voltage system of the current sense
35 ters gemäß Figur 1 im gestörten Fall dargestellt, und in den35 ters shown in Figure 1 in the disturbed case, and in the
FIG 16 bis 20 sind jeweils Zeigerdiagramme symmetrischer dreiphasiger Spannungssysteme des Stromrich- ters nach Figur 1 jeweils mit einer maximalen Spannung bei unterschiedlichen Störfällen veranschaulicht .16 to 20 are respectively phasor diagrams of symmetrical three-phase voltage systems of the current sense 1 each illustrated with a maximum voltage at different incidents.
Die Figur 11 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuerung eines Stromrichters 102 mit verteilten Energiespeichern 9 gemäß Figur 1. In diesem Blockschaltbild sind mit 104 eine Einrichtung zur Erzeugung von Steuersignalen, mit 106 eine Einrichtung zur Ermittlung gestörter zweipoliger Subsysteme 10 und mit 108 eine Speichervorrichtung bezeichnet. Die Einrichtung 104 ist ausgangsseitig mit Steueranschlüssen der Halbleiterschalter 1 und 3 der zweipoligen Subsysteme 10 der Ventilzweige Tl, ..., T6 des Stromrichters 102 elektrisch leitend verbunden. Die an den wechselspannungsseitigen Anschlüssen Ll, L2 und L3, auch als Ausgangsklemmen des Stromrichters 102 bezeichnet, anstehenden Ausgangsspannungen ULio/ UL2o und UL3o sind der Einrichtung 106 zur Ermittlung gestörter zweipoliger Subsysteme 10 zugeführt. Ausgangsseitig ist diese Einrichtung 106 einerseits mit einem Eingang der Einrichtung 104 und an- dererseits mit einem Eingang der Speichervorrichtung 108 verknüpft. Ausgangsseitig ist die Speichervorrichtung 108 mit einem weiteren Eingang der Einrichtung 104 verbunden. Dieser Einrichtung 104 zur Erzeugung von Steuersignalen Sv sind die ermittelten Ausgangsspannungen ULio/ UL2o und UL3o und eine Sollspannung Uz zugeführt.FIG. 11 shows a block diagram of a control of a power converter 102 with distributed energy stores 9 according to FIG. 1. In this block diagram 104 designates a device for generating control signals, 106 a device for determining disturbed two-pole subsystems 10 and 108 a memory device. The device 104 is the output side with control terminals of the semiconductor switches 1 and 3 of the bipolar subsystems 10 of the valve branches Tl, ..., T6 of the power converter 102 electrically connected. The output voltages U L io / U L 2o and U L 3o present at the alternating-voltage-side terminals L1, L2 and L3, also referred to as output terminals of the power converter 102, are fed to the device 106 for determining faulty two-pole subsystems 10. On the output side, this device 106 is linked, on the one hand, to an input of the device 104 and, on the other hand, to an input of the memory device 108. On the output side, the memory device 108 is connected to a further input of the device 104. This means 104 for generating control signals S v are the determined output voltages U L io / U L 2o and U L 3o and a target voltage U z supplied.
Es besteht eine weitere Möglichkeit, gestörte Subsysteme 10 in den Ventilzweigen Tl, T2 bzw. T3, T4 bzw. T5, T6 eines jeden Phasenmoduls 100 des Stromrichters 102 mit verteilten Energiespeichern 9 zu ermitteln. Dazu wird eine Einrichtung 110 verwendet, die eingangsseitig mit jedem zweipoligen Subsystem 10 des Stromrichters 102 verknüpft ist. Jedes Subsystem 10 sendet an diese Einrichtung 110 ein Rückmeldesignal SR, das anzeigt, ob das zugehörige Subsystem 10 ordnungsgemäß seinen Schaltzustand gewechselt hat oder nicht. Aus diesen μ=6m Rückmeldesignalen SR wird ein Fehlersignal SF generiert, das der Einrichtung 104 zugeführt wird. Da es sich dabei um eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung gestörter zweipoliger Subsysteme 10 handelt, ist diese in der Steuerung gemäß Figur 11 mittels einer unterbrochenen Linie dargestellt.There is another possibility of determining faulty subsystems 10 in the valve branches T1, T2 or T3, T4 or T5, T6 of each phase module 100 of the power converter 102 with distributed energy stores 9. For this purpose, a device 110 is used, which is linked on the input side to each bipolar subsystem 10 of the power converter 102. Each subsystem 10 sends to this device 110 a feedback signal S R , which indicates whether the associated subsystem 10 has properly changed its switching state or not. From these μ = 6m feedback signals S R , an error signal S F is generated, which is supplied to the device 104. Because this is another way to identify disturbed bipolar Subsystems 10 acts, this is shown in the controller of Figure 11 by means of a broken line.
Wie bereits erwähnt, verringert sich eine Ausgangsspannung ULIO bzw. UL2o bzw. UL3o des Stromrichters 102 mit verteiltenAs already mentioned, an output voltage ULI O or U L 2o or U L 3o of the power converter 102 decreases with distributed
Energiespeichern 9 gemäß Figur 1, sobald ein zweipoliges Subsystem 10 in einem Ventilzweig Tl, ... , T6 einer der drei Phasenmodule 100 des Stromrichters 102 ausfällt. Der Wert der Verringerung entspricht dabei dem Wert einer an einem Spei- cherkondensator 9 anstehenden Kondensatorspannung Uc.Energy storage 9 according to Figure 1, as soon as a two-pole subsystem 10 fails in a valve branch Tl, ..., T6 one of the three phase modules 100 of the power converter 102. The value of the reduction corresponds to the value of a capacitor voltage U c applied to a storage capacitor 9.
Es sei nun angenommen, dass ein zweipoliges Subsystem 10 des Ventilzweigs T2 des Phasenmoduls 100 des Stromrichters 102 mit verteilten Energiespeichern 9 gemäß Figur 1 wegen irgend- einer Störung sicher kurzgeschlossen ist. Dieses gestörte Subsystem 10 ist im Ersatzschaltbild gemäß Figur 1 mittels einer Schraffur kenntlich gemacht.It is now assumed that a two-pole subsystem 10 of the valve branch T2 of the phase module 100 of the power converter 102 with distributed energy stores 9 according to FIG. 1 is safely short-circuited due to any fault. This faulty subsystem 10 is identified in the equivalent circuit diagram according to FIG. 1 by means of hatching.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst dieses gestörte zweipolige Subsystem 10 ermittelt. Danach wird dieses Subsystem 10 derart angesteuert, dass dessen Klemmenspannung Uχ2i Null ist. Mit der Ermittlung eines gestörten Subsystems 10 ist ebenfalls ein gestörter Ventilzweig Tl, T3, T5 bzw. T2, T4, T6 bekannt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfah- ren wird ein zweipoliges Subsystem 10 eines ungestörten Ventilzweigs T2, T4, T6 bzw. Tl, T3, T5 eines gestörten Phasenmoduls 100 derart angesteuert, dass dessen Klemmenspannung Uχ2i ebenfalls Null ist. Sind mehrere Subsysteme 10 eines Ventilzweigs Tl, ..., T6 oder mehrerer Ventilzweige Tl, ... T6 ge- stört, so werden entsprechend der Anzahl gestörter Subsysteme 10 in den zu den gestörten Ventilzweigen Tl, ... T6 korrespondierenden Ventilzweigen Tl, ..., T6 gestörter Phasenmodule 100 derart angesteuert, dass auch die Klemmenspannung UX2i dieser Subsysteme 10 Null sind. Das heißt, dass 2n Subsysteme 10, mit n = Anzahl gestörter Subsysteme 10, kurzgeschlossen werden . Für den angenommenen Fall eines gestörten Subsystems 10 sind in einem Diagramm über der Zeit t der Figur 12 der zeitliche Verlauf der Potentialdifferenz UPLi der Klemme P gegen den Lastanschluss Ll und in einem Diagramm über der Zeit t der Figur 13 der zeitliche Verlauf der Potentialdifferenz ULIN des Lastanschlusses Ll gegen das Potential der Klemme N dargestellt. Beiden Potentialverläufen UPLi und ULIN ist zu entnehmen, dass von den vier zweipoligen Subsystemen 10 der Ventilzweige Tl und T2 nur drei Subsysteme 10 zur Steuerung zur Verfügung stehen. Die Summe dieser beiden Potentialverläufe UpLi und ULIN ergibt wieder eine Gleichspannung Ud, die zwischen den beiden Gleichspannungs-Sammelschienen Po und No dieses Stromrichters mit verteilten Energiespeichern 9 gemäß Figur 1 ansteht. Das heißt, die Gleichspannung Ud im unge- störten und gestörten Fall ist gleich. In der Figur 14 ist im Diagramm über der Zeit t die Differenz der beiden Potentialverläufe UPL und ULIN dargestellt. Dieser Potentialverlauf ist der Potentialverlauf an der Ausgangsklemme Ll des Stromrichters 102 nach Figur 1 und ist eine Ausgangsspannung ULio • Die- se Ausgangsspannung ULio ist wegen des Auftretens eines gestörten Subsystems 10 gegenüber der Ausgangsspannung UL2o bzw. UL3o nur noch halb so groß. Das heißt, die Amplitude entspricht nur noch 1/4 -Ud.According to the method of the invention, this disturbed bipolar subsystem 10 is first determined. Thereafter, this subsystem 10 is driven such that its terminal voltage Uχ2i is zero. With the determination of a faulty subsystem 10 is also a faulty valve branch Tl, T3, T5 or T2, T4, T6 known. In accordance with the method according to the invention, a two-pole subsystem 10 of an undisturbed valve branch T2, T4, T6 or T1, T3, T5 of a disturbed phase module 100 is controlled in such a way that its terminal voltage Uχ2i is also zero. If a plurality of subsystems 10 of a valve branch T 1,..., T 6 or several valve branches T 1,... T 6 are disrupted, valve branches T 1 corresponding to the number of disturbed subsystems 10 in the valve branches T 1 corresponding to the disturbed valve branches T 1,. ..., T6 disturbed phase modules 100 so controlled that the terminal voltage U X 2i these subsystems 10 are zero. That is, 2n subsystems 10, with n = number of failed subsystems 10, are shorted. For the assumed case of a faulty subsystem 10 are in a diagram over the time t of Figure 12, the time course of the potential difference U PL i of the terminal P against the load terminal Ll and in a diagram over the time t of Figure 13, the time course of the potential difference U LIN of the load terminal Ll against the potential of the terminal N shown. It can be seen from both potential profiles U PL i and U LIN that of the four two-pole subsystems 10 of the valve branches T 1 and T 2 only three subsystems 10 are available for control. The sum of these two potential curves UpLi and U LIN again results in a DC voltage U d which is present between the two DC voltage busbars Po and No of this power converter with distributed energy stores 9 according to FIG. That is, the DC voltage U d in the unbalanced and disturbed case is the same. FIG. 14 shows in the diagram over the time t the difference between the two potential profiles U PL and U LIN . This potential curve is the potential curve at the output terminal Ll of the converter 102 of FIG. 1 and is an output voltage U L io. This output voltage U L io is only due to the occurrence of a faulty subsystem 10 with respect to the output voltage U L 2o or U L 3o still half as big. That is, the amplitude is only 1/4 -U d .
In der Figur 15 ist ein Zeigerdiagramm eines dreiphasigenIn Fig. 15 is a phasor diagram of a three-phase
Spannungssystems des Stromrichters 102 nach Figur 1 beim Auftreten eines gestörten Subsystems 10 dargestellt. Diesem Spannungssystem ist zu entnehmen, dass die Ausgangsspannungen ULIO und UL3o amplitudenmäßig sich gegenüber dem Spannungssys- tem gemäß Figur 7 nicht verändert haben. Auch die Phasenverschiebung der Ausgangsspannungen ULio/ UL2o und UL3o der drei Phasenmodule 100 des Stromrichters 102 nach Figur 1 beträgt weiterhin 120°el.. Aufgrund dieser Daten sind die verketteten Spannungen ULi2, UL23 und UL3i nicht mehr amplitudenmäßig iden- tisch. Die beiden verketteten Spannungen ULi2 und UL3i sind amplitudenmäßig gleich, aber gegenüber der verketteten Spannung UL23 kleiner. Um dieses unsymmetrische Spannungssystem der verketteten Spannung ULi2, UL23 und UL3i zu symmetrieren, werden erfindungsgemäß in Abhängigkeit der Anzahl ausgefallener Subsysteme 10 Phasenwinkel aus der Speichervorrichtung 108 ausgewählt. In dem Fall, dass ein Subsystem 10, beispielsweise im Ventilzweig T2, ausfällt, weisen die Phasenwinkel zwischen den Ausgangsspannungen ULIO und UL2o bzw. ULio und UL3o jeweils einen Winkelwert von 135°el. auf. Der Phasenwinkel zwischen den Ausgangsspannungen UL2o und UL3o weisen einen Wert von 90°el. auf. Mit diesen Winkeln und einer SollspannungsamplitudeVoltage system of the power converter 102 of Figure 1 when a faulty subsystem 10 occurs. It can be seen from this voltage system that the output voltages ULI 0 and U L 3o have not changed in terms of amplitude relative to the voltage system according to FIG. The phase shift of the output voltages U L io / U L 2o and U L 3o of the three phase modules 100 of the power converter 102 of Figure 1 is still 120 ° el .. Based on these data are the concatenated voltages U L i2, U L 23 and U L 3i no longer identical in amplitude. The two concatenated voltages U L i2 and U L 3i are equal in terms of amplitude, but smaller compared to the concatenated voltage U L 23. In order to balance this unbalanced voltage system of the chained voltage U L i 2 , U L 23 and U L 3i, according to the invention, 10 phase angles are selected from the memory device 108 as a function of the number of failed subsystems. In the event that a subsystem 10, for example in the valve branch T2, fails, the phase angles between the output voltages ULI O and U L 2o and U L io and U L 3o each have an angle value of 135 ° el. on. The phase angle between the output voltages U L 2o and U L 3o have a value of 90 ° el. on. With these angles and a nominal voltage amplitude
U^ generiert die Einrichtung 104 Steuersignale Sv, wodurch das unsymmetrische Spannungssystem der verketteten Spannungen ULi2 und UL23 und UL3i der Figur 15 symmetrisch werden. Das sym- metrierte Spannungssystem der verketteten Spannungen ULi, UL23 und UL3i beim Ausfall eines Subsystems 10 ist in der Figur 16 näher dargestellt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Ausfall eines Subsystems 10 beispielsweise 81% der maximalen verketteten Spannung ULi2, UL23 bzw. UL3i im ungestörten Fall erreicht.U ^ generates the device 104 control signals S v , whereby the unbalanced voltage system of the concatenated voltages U L i 2 and U L23 and U L3 i of Figure 15 are symmetrical. The symmetrized voltage system of the chained voltages U Li , U L23 and U L3 i in the event of failure of a subsystem 10 is shown in greater detail in FIG. With the aid of the method according to the invention, for example, 81% of the maximum concatenated voltage U L i 2 , U L23 or U L3 i is reached in the case of failure of a subsystem 10 in the undisturbed case.
In der Figur 17 sind in einem Zeigerdiagramm die Ausgangsspannungen ULio, UL20 und UL30, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren generiert sind, und deren verketteten Spannungen ULI2/ UL23 und UL3i für den Fall gemeinsam dargestellt, dass ein zweipoliges Subsystem 10 ausgefallen ist. Gegenüber dem Zeigerdiagramm gemäß Figur 16 weisen die Ventilzweige Tl, ..., T6 anstelle von vier Subsystemen 10 acht Subsysteme 10 auf. Durch eine Verdoppelung der Anzahl der Subsysteme 10 pro Ventilzweig Tl, ... T6, wobei in diesem Beispiel auch nur ein Sub- System 10 ausgefallen ist, erreicht man beispielsweise 91% der maximalen verketteten Spannung im ungestörten Fall. Durch die höhere Anzahl von zweipoligen Subsystemen 10 pro Ventilzweig Tl, ... T6 des Stromrichters 102 gemäß Figur 1 verringert sich die Amplitude einer Ausgangsspannung ULi0 bzw. UL20 bzw. UL3o eines gestörten Phasenmoduls 100 des Stromrichters 102 nach Figur 1 bei Ausfall eines Subsystems 10 weniger. Die Ausgangsspannung ULi0 des gestörten Phasenmoduls 100 gemäß dem Zeigerdiagramm der Figur 17 ist gegenüber der Ausgangsspan- nung ULi des Zeigerdiagramms gemäß Figur 16 amplitudenmäßig größer. Dadurch verändern sich die Phasenwinkeln gegenüber den Phasenwinkeln 120° el . geringfügiger, wie im Zeigerdiagramm der Figur 17 zu entnehmen sind. Im Beispiel mit einem gestörten Subsystem 10 bei acht Subsystemen pro Ventilzweig Tl, ..., T6 erhält man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine verkettete Spannung ULi2, UL23, UL3i mit einer Amplitude von 91% einer maximalen Amplitude im ungestörten Fall.In FIG. 17, the output voltages U L io, U L20 and U L30 generated in accordance with the method according to the invention and their concatenated voltages U LI2 / U L23 and U L3 i are shown together in a phasor diagram in the case that a two-pole Subsystem 10 failed. Compared to the vector diagram according to FIG. 16, the valve branches T 1,..., T 6 have eight subsystems 10 instead of four subsystems 10. By doubling the number of subsystems 10 per valve branch Tl,... T6, whereby in this example only one subsystem 10 has failed, one obtains, for example, 91% of the maximum concatenated voltage in the undisturbed case. Due to the higher number of two-pole subsystems 10 per valve branch Tl,... T6 of the power converter 102 according to FIG. 1, the amplitude of an output voltage U L i 0 or U L20 or U L3 o of a faulty phase module 100 of the power converter 102 according to FIG 1 in case of failure of a subsystem 10 less. The output voltage U L i 0 of the faulty phase module 100 according to the phasor diagram of FIG. 17 is compared to the output voltage voltage U L i of the phasor diagram according to FIG. 16 increases in amplitude. As a result, the phase angles change with respect to the phase angles 120 ° el. minor, as can be seen in the vector diagram of Figure 17. In the example with a faulty subsystem 10 in eight subsystems per valve branch Tl, ..., T6 obtained with the inventive method a concatenated voltage U L i2, U L 23, U L 3i with an amplitude of 91% of a maximum amplitude in the undisturbed Case.
Im Zeigerdiagramm gemäß Figur 18 sind die Ausgangsspannungen ULIO/ UL2O und UL3o und deren verketteten Spannungen ULi2, UL23 und UL3i für den Fall dargestellt, dass bei einem Stromrichter 102 gemäß Figur 1, dessen Ventilzweige Tl, ..., T6 jeweils acht Subsysteme 10 aufweisen, jeweils ein Subsystem 10 in zwei von drei Phasenmodulen 100 ausgefallen sind. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden verkettete Spannungen ULi2, UL23 und UL3i jeweils von 82% einer maximalen verketteten Spannung im ungestörten Fakll erreicht. Das heißt, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man im Störungsfall ein symmetrisches Spannungssystem mit einer möglichst hohen Spannungsamplitude.In the vector diagram according to FIG. 18, the output voltages ULIO / U L 2O and U L 3o and their concatenated voltages U L i2, U L 23 and U L 3i are shown for the case that in a power converter 102 according to FIG. ..., T6 each have eight subsystems 10, in each case one subsystem 10 has failed in two out of three phase modules 100. With the method according to the invention, concatenated voltages U L i2, U L 23 and U L3 i are respectively achieved by 82% of a maximum chained voltage in the undisturbed fakll. That is, with the inventive method is obtained in case of failure, a symmetrical voltage system with the highest possible voltage amplitude.
Im Zeigerdiagramm gemäß Figur 19 sind die Ausgangsspannungen ULIO/ UL2O und UL3o und deren verketteten Spannungen ULi2, UL23 und UL3i für den Fall dargestellt, dass bei einem Stromrichter 102 gemäß Figur 1, dessen Ventilzweige Tl, ..., T6 jeweils acht Subsysteme 10 aufweisen, in einem Ventilzweig Tl, ..., T6 dieses Stromrichters zwei Subsysteme 10 ausgefallen sind. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auch bei diesem Störungsfall ein symmetrisches Spannungssystem generiert mit ei- ner Spannungsamplitude von 80,9% einer maximalen verketteten Spannung im ungestörten Fall.In the vector diagram according to FIG. 19, the output voltages ULIO / U L 2O and U L 3o and their concatenated voltages U L i2, U L 23 and U L 3i are shown for the case that in the case of a power converter 102 according to FIG. ..., T6 each have eight subsystems 10, in a valve branch Tl, ..., T6 of this converter two subsystems 10 have failed. With the method according to the invention, a symmetrical voltage system is also generated in this case of interference with a voltage amplitude of 80.9% of a maximum chained voltage in the undisturbed case.
Im Zeigerdiagramm gemäß Figur 20 sind ebenfalls die Ausgangsspannungen ULIO/ UL2O und UL3o und deren verketteten Spannungen ULi2/ UL23 und UL3i für den Fall dargestellt, dass bei einemIn the vector diagram of Figure 20, the output voltages ULI O / U L 2 O and U L 3o and their concatenated voltages U L i2 / U L 23 and U L 3i are also shown for the case that at a
Stromrichter 102 gemäß Figur 1, dessen Ventilzweige Tl, ..., T6 jeweils acht Subsysteme 10 aufweisen, in zwei Ventilzweigen, beispielsweise Tl und T3, unterschiedlicher Phasenmodule 100 jeweils zwei Subsysteme 10 ausgefallen sind. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sind acht Subsysteme 10 von insgesamt achtundvierzig Subsystemen 10 kurzgeschlossen. Um dennoch ein symmetrisches Spannungssystem an den wechselspannungsseitigen Anschlüssen Ll, L2 und L3 des Stromrichters 102 erzeugen zu können, werden gemäß diesem Störfall aus der Speichervorrichtung 108 die in dem Zeigerdiagramm eingetragenen Phasenwinkeln zwischen den Ausgangsspannungen ULi, UL2 und UL3 abgerufen. Bei diesem Störfall wird nur noch eine maximale Span- nungsamplitude der verketteten Spannungen ULi2, UL23 und UL3i jeweils von 50% einer maximalen verketteten Spannung im ungestörten Fall erreicht.Converter 102 according to FIG. 1, whose valve branches T 1,..., T 6 each have eight subsystems 10, in two valve branches, for example T 1 and T 3, of different phase modules 100 two subsystems 10 have failed. According to the method of the invention, eight subsystems 10 out of a total of forty-eight subsystems 10 are shorted. In order nevertheless to be able to generate a symmetrical voltage system at the AC-side terminals L1, L2 and L3 of the power converter 102, the phase angles between the output voltages U L i, U L 2 and U L 3 entered in the phasor diagram are retrieved from the memory device 108 according to this fault , In this fault, only a maximum voltage amplitude of the concatenated voltages U L i2, U L 23 and U L 3i is achieved in each case by 50% of a maximum chained voltage in the undisturbed case.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird trotz Ausfall von wenigstens einem zweipoligen Subsystem 10 eines Stromrichters 102 mit verteilten Energiespeichern 9 erreicht, dass ein an den Anschlüssen Ll, L2 und L3 des Stromrichters 102 anstehendes Spannungssystem verketteter Spannungen ULi2, UL23 und UL3i symmetrisch ist und eine möglichst maximale Spannungsamplitu- de aufweist. Despite the failure of at least one two-pole subsystem 10 of a power converter 102 with distributed energy stores 9, the method according to the invention achieves a voltage system of chained voltages U L i2, U L 23 and U L 3i at the terminals Ll, L2 and L3 of the converter 102 is symmetrical and has a maximum possible voltage amplitude.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Steuerung eines Stromrichters (102) mit verteilten Energiespeichern (9) mit wenigstens zwei Phasenmodu- len (100), die jeweils einen oberen und einen unteren Ventilzweig (Tl, T3, T5; T2, T4, T6) aufweisen, die jeweils mit wenigstens drei elektrisch in Reihe geschalteten zweipoligen Subsystemen (10) versehen sind, bei Ausfall wenigstens eines Subsystems (10) mit folgenden Verfahrensschritten: a) Ermittlung der Anzahl ausgefallener Subsysteme (10), b) Ermittlung von Ventilzweigen (Tl, ..., T6) , in denen wenigstens ein Subsystem (10) ausgefallen ist, c) Ansteuerung eines jeden ausgefallenen Subsystems (10) derart, dass deren Klemmenspannungen (UX2i) Null sind, d) Ermittlung von zu gestörten Ventilzweigen (Tl, ..., T6) korrespondierenden ungestörten Ventilzweigen (Tl, ..., T6) eines jeden gestörten Phasenmoduls (100), e) Ansteuerung von Subsystemen (10) in jeweils einem ungestörten Ventilzweig (Tl, ..., T6) eines jeden gestörten Pha- senmoduls (100) derart, dass deren Klemmenspannungen (UX2i) Null sind, f) Auswahl von vorbestimmten Phasenwinkeln entsprechend der Anzahl ausgefallener Subsysteme (10) eines Sollspannungssystems und g) Generierung von Steuersignalen (Sv) für die ungestörten1. A method for controlling a power converter (102) with distributed energy storage devices (9) with at least two Phasenmodu- len (100), each having an upper and a lower valve branch (Tl, T3, T5, T2, T4, T6), the each with at least three electrically connected in series two-pole subsystems (10), in case of failure of at least one subsystem (10) with the following process steps: a) determination of the number of failed subsystems (10), b) determination of valve branches (Tl, ... , T6), in which at least one subsystem (10) has failed, c) control of each failed subsystem (10) such that their terminal voltages (U X 2i) are zero, d) determination of too disturbed valve branches (Tl, .. ., T6) corresponding undisturbed valve branches (Tl, ..., T6) of each disturbed phase module (100), e) control of subsystems (10) in each one undisturbed valve branch (Tl, ..., T6) of each disturbed Pha senmodule (100) such that de ren terminal voltages (U X 2i) are zero, f) selection by predetermined phase angles corresponding to the number of failed subsystems (10) of a desired voltage system, and g) generating control signals (S v) for the unperturbed
Subsysteme (10) der Ventilzweige (Tl, ..., T6) der Phasenmodule (100) in Abhängigkeit gemessener Stromrichter- Ausgangsspannungen (ULIO/ UL2O/ UL3O) und eines Sollwertes (Uz ) und der ausgewählten Phasenwinkel.Subsystems (10) of the valve branches (Tl, ..., T6) of the phase modules (100) as a function of measured converter output voltages (ULIO / U L 2O / U L 3O) and a setpoint value (U z ) and the selected phase angle.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass vorbestimmte Phasenwinkel eines Sollspannungssystems in Abhängigkeit der Anzahl ausgefallener Subsysteme (10) offline berechnet sind. 2. The method according to claim 1, characterized in that predetermined phase angles of a setpoint voltage system depending on the number of failed subsystems (10) are calculated offline.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die vorbestimmten Phasenwinkel in Tabellen abgelegt sind.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the predetermined phase angles are stored in tables.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Tabel¬ len mit vorbestimmten Phasenwinkeln eines Sollspannungssystems abgespeichert sind. 4. The method according to claim 3, characterized in that the Tabel ¬ len are stored with predetermined phase angles of a setpoint voltage system.
PCT/EP2009/055813 2008-08-07 2009-05-14 Redundant control method for a multiphase converter having distributed energy stores WO2010015432A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008036809.1 2008-08-07
DE102008036809A DE102008036809A1 (en) 2008-08-07 2008-08-07 Redundancy control method of a multi-phase power converter with distributed energy storage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010015432A1 true WO2010015432A1 (en) 2010-02-11

Family

ID=41343216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2009/055813 WO2010015432A1 (en) 2008-08-07 2009-05-14 Redundant control method for a multiphase converter having distributed energy stores

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102008036809A1 (en)
WO (1) WO2010015432A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013120528A1 (en) * 2012-02-16 2013-08-22 Alstom Technology Ltd Modular multilevel converter using asymmetry
US9209693B2 (en) 2011-11-07 2015-12-08 Alstom Technology Ltd Control circuit for DC network to maintain zero net change in energy level
US9954358B2 (en) 2012-03-01 2018-04-24 General Electric Technology Gmbh Control circuit

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5986909A (en) * 1998-05-21 1999-11-16 Robicon Corporation Multiphase power supply with plural series connected cells and failed cell bypass

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10103031B4 (en) 2001-01-24 2011-12-01 Siemens Ag Converter circuit with distributed energy storage and method for controlling such a converter circuit
DE102005040543A1 (en) 2005-08-26 2007-03-01 Siemens Ag Converter circuit with distributed energy storage
DE102005045091B4 (en) 2005-09-21 2007-08-30 Siemens Ag Control method for redundancy use in case of failure of a multiphase power converter with distributed energy storage

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5986909A (en) * 1998-05-21 1999-11-16 Robicon Corporation Multiphase power supply with plural series connected cells and failed cell bypass

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9209693B2 (en) 2011-11-07 2015-12-08 Alstom Technology Ltd Control circuit for DC network to maintain zero net change in energy level
WO2013120528A1 (en) * 2012-02-16 2013-08-22 Alstom Technology Ltd Modular multilevel converter using asymmetry
US9954358B2 (en) 2012-03-01 2018-04-24 General Electric Technology Gmbh Control circuit

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008036809A1 (en) 2010-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005045091B4 (en) Control method for redundancy use in case of failure of a multiphase power converter with distributed energy storage
DE102008036811B4 (en) Redundancy control method of a multi-phase power converter with distributed energy storage
EP1917706B1 (en) Rectifier circuit with distributed energy stores
EP2801149B1 (en) Method for operating a multi-phase modular multi-level power converter
WO2016155837A1 (en) Converter arrangement and method for short-circuit protection thereof
WO2007025828A1 (en) Converter circuit comprising distributed energy stores
WO2007033852A2 (en) Method for controlling a multiphase power converter having distributed energy stores
WO2013004585A1 (en) Operating method for an inverter and network fault-tolerant inverter
EP2654190A2 (en) Method for operating an electric circuit
EP2311179B1 (en) Control method for using redundancy in case of a disturbance in a multiphase converter having distributed energy stores
DE102013212426A1 (en) Inverter arrangement with parallel-connected multi-stage converters and methods for their control
EP2541746A2 (en) Method for operating an electrical switch and electrical switch
EP3487026A1 (en) Converter assembly for stabilizing an ac network
WO2010015432A1 (en) Redundant control method for a multiphase converter having distributed energy stores
EP3622621A1 (en) Multilevel power converter
EP4033653A1 (en) Cascaded multicell converter with 3-pole h-bridges with split dc capacitor
EP3308456B1 (en) Modular multi-level converter and sub-module for a multi-level converter
EP3331118B1 (en) System for transmitting electric power
EP3751718A1 (en) Method for handling of a fault in a direct current line and inverter assembly for implementing the method
EP3300242B1 (en) Regulation of a three-level inverter
EP0784375A2 (en) Method and circuit arrangement for operating a two-quadrant power supply converter arrangement
EP3709498A2 (en) Balancing of submodul voltages in the arms of a modular multilevel converter operating at a high modulation index
EP3876410A1 (en) Power converter and control method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09779472

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09779472

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1