[发明专利]针对电气转换器的混合控制方法

说明书

电气转换器（12）包含将电源（16）与电气负载（18）互连的有源整流器（20）和逆变器（22）中的至少一个。用于控制电气转换器（12）的方法包含：接收至少一个所估计的控制变量（38），根据在电气转换器（12）中测量的测量值而估计控制变量（38）；接收由外控制环提供的至少一个外环控制变量（36），至少一个外环控制变量提供电气转换器（12）的预期的稳态操作点；基于控制误差而确定控制区域（56a、56b），该控制误差是至少一个所估计的控制变量（38）与至少一个外环控制变量（36）之间的差，其中，控制区域由一个或更多个控制变量的一个或更多个间隔定义；基于控制区域（56a、56b）而选择控制参数，其中，当控制误差位于内控制区域（56a）中时，选择第一控制参数，并且，当控制误差位于内控制区域外侧，但位于外控制区域（56b）内侧时，选择第二控制参数；通过基于包含所选择的控制参数的电气转换器（12）的物理模型（44）的解（50）来预测至少一个参考控制值（40）来基于控制误差而在在控制参数的方面不同的两个及更多个控制方法之间切换，物理模型（44）基于对至少一个所估计的控制变量（38）进行建模的微分方程，并且，解（50）基于使至少一个所估计的控制变量（38）与至少一个外环控制变量（36）之间的差最小化的约束条件；以及基于参考控制值（40）而确定电气转换器（12）的切换状态（42）。

发明领域

本发明涉及功率转换器的控制的领域。特别地，本发明涉及用于对电气转换器进行控制的方法、计算机程序、计算机可读媒介以及控制器。此外，本发明涉及包含这样的电气转换器的转换器系统。

发明背景

高功率电马达通常由所谓的中压驱动器供应，在各种扇区中，使用中压驱动器以驱动各种机器和过程。这样的中压驱动器或电气转换器可以通过负载与供应电网之间的功率流和由DC链路提供的能量存储来表征。

在通常的设置中，电气转换器从三相AC功率源（电力网）吸收功率，使用电容器或电感器（即，在DC链路中），将该功率作为能量而以DC形式存储，且最后，将该存储的能量转换回到AC形式，且对电机进行驱动。

然而，例如，当收集风能（即，风力涡轮将机械功率变换成电功率）时，能够使该功率流反转，转而将该电功率整流且存储，且最后，将所存储的DC能量逆变，且以AC形式反馈至电网。至少在整流器侧或逆变器侧处将该功率流交替在短时间段内可能也是有可能的，以允许驱动器的额外的可控性。

来自电网的AC电流经由有源整流器而转换成DC链路中的DC电流。来自DC链路的DC电流经由逆变器而转换成用于电机的AC电流。可以对机器侧处的电气转换器、逆变器的这些子单元以及电网侧上的有源整流器单元个别地进行控制，使得逆变器将所要求的功率递送至电机（因此，递送在给定的机械速度下的所要求的转矩），并且，有源整流器以所要求的功率对DC链路进行充电，使得所存储的能量依然接近于常数。

如果DC链路中的电容分量非常大，则可以忽略机器侧和电网侧上的扰动，因为，它们导致所存储的能量的非常少的纹波。然而，如果电容元件是尺寸不足的，那么，所利用的控制方法应当能够通过设计而提供该恒定的能量性质。例如，针对逆变器和有源整流器的控制器单独地设计有在控制器之间的功率前馈链路。然而，这可能对大扰动而言是不足的。

WO2015/028242 A2涉及电气系统的模型预测控制，该电气系统包含整流器、逆变器和电气负载。控制器通过关于考虑整流器和逆变器的成本函数而预测一系列的优化的未来状态来在线地解决优化问题。

US 6219237 B1描述了针对具有LC滤波器的转换器的控制方法。该方法也基于将所测量的变量与外环控制变量比较，且通过模型预测控制而实现。然而，在US 6219237 B1中，一直以同一方法（即，以从滤波器和/或调节器确定的校正通量）校正通量误差。

EP 2733842 A1公开了另外的模型预测控制方法，其中，使目标函数迭代地优化。