Koordinierte Ansteuerung parallelgeschalteter Zweipunktumrichter mit gemeinsamen Zwischenkreis

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neues Regelungsverfahren konzipiert und analysiert. Das neue Konzept wird als koordinierte Ansteuerung bezeichnet und dient zur Stromregelung von mehreren parallelgeschalteten Zweipunktumrichtern. Die Zielstellung bei der Entwicklung des neuartigen Verfahrens ist die Optimierung des Systemverhaltens auf der Netzseite des Umrichterverbunds. Dabei stellen etablierte Verfahren die Referenz dar.

Dazu gehört die Regelung der Netzströme im rotierenden Koordinatensystem mit Pulsweitenmodulation (PWM) und versetzten Trägersignalen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit eine Hysterese-Stromregelung anzuwenden. Hierbei verfügt jeder Umrichter über drei Zweipunktregler. Die Umrichter arbeiten unabhängig voneinander, wobei die Umrichterströme individuell geregelt werden. Diese konventionellen Regelungsverfahren weisen jeweils konzeptbedingte Vor- und Nachteile auf. So resultiert für das PWM basierte Verfahren in der Regel ein geringer Oberschwingungsgehalt im Netzstrom. Die Bandbreiteder Regelung ist jedoch durch die feste Schaltfrequenz begrenzt. Im Gegensatz dazu werden die Ströme mit einer Hystereseregelung hochdynamisch eingeprägt. Die unkoordinierteArbeitsweise der einzelnen Umrichter wirkt sich allerdings nachteilig auf denOberschwingungsgehalt des Netzstroms aus. Die koordinierte Ansteuerung kombiniert diebeschriebenen Vorteile der beiden konventionellen Verfahren. Das heißt, die Parallelschaltungwird wie ein Mehrpunktumrichter betrieben. Das gezielte Schalten der erforderlichenSpannungslevel reduziert den Anteil der Harmonischen im Netzstrom. Darüber hinaus ergibt sich durch den neuartigen Modulator eine hervorragende Regelungsdynamik.

Nach einer kurzen Analyse von Parallelschaltungen und der konventionellen Regelungsverfahren wird das Konzept der koordinierten Ansteuerung ausführlich erläutert. Anschließend erfolgt die Charakterisierung des Verfahrens mit Hilfe von Simulationen. Die experimentelle Validierung der koordinierten Ansteuerung komplettiert den Entwicklungsprozess. Darüber hinaus macht ein Vergleich zu den Simulationsergebnissen auf in der Praxis auftretende Besonderheiten aufmerksam. Die koordinierte Ansteuerung erweitert das Portfolio der für eine Parallelschaltung von Zweipunktumrichtern anwendbaren Regelungsverfahren. Der stabile Betrieb des Verfahrens konnte erfolgreich belegt werden. Das resultierende Systemverhalten verifiziert die ambitionierten Ziele bei der Entwicklung der koordinierten Ansteuerung.