[发明专利]借助于开关表以及其连续后台优化来控制模块式多点串并转换器(MMSPC)

说明书

本发明涉及一种用于多电平转换器的开关状态的控制器(300)的方法，在该方法中该控制器被分为实时部分(320)和离线部分(310)，其中在该实时部分中通过调制器(322)对于每个时间步幅为相应的电压要求(324)指定相应的电压等级(325)，并且关于该相应的电压等级通过调度器(323)在第一开关表中获取所有开关的相应的开关状态，并且将该相应的开关状态作为控制信号(302)转发给该多电平转换器的所有开关，其中在该离线部分中通过优化器(311)以连续的序列根据成本函数来计算最优的第二开关表(312，313)，其中在计算结束之后所计算的第二开关表替代该第一开关表并且此时变为第一开关表。

技术领域

本发明涉及一种用于控制总开关状态的方法，即控制多电平转换器、尤其模块式多电平转换器的所有开关的开关状态的方法。此外，要求保护一种用于实现这种开关控制的系统。

背景技术

为了从直流电压获得具有预定频率的交流电压，在少数(多数情况下两个至三个)级别之间用少数的功率开关连接常规功率电子装置中的输入电压和输出电压，以便在平均值中获得所希望的大小。与之相反，现代的多电平转换器根据以下方案来工作：通过经由多个电子开关连接的储能器(例如电容器或能量电池单元)的动态可变配置来产生交流电压。在此基本上可以使用比在常规功率电子装置的情况下更多的电子开关(例如功率半导体开关)，由此可以以非常细分的级别或电压等级构成多个可实现的总开关状态以及与之相关联的多电平转换器的输出电压。同时存在用不同的总开关状态来实现同一个电压等级的高自由度，其中多电平转换器的控制器必须在任意时间给所有开关指定明确的状态。

理论上，多电平转换器的相应构造方式可以借助于单独模块来定义，例如在本申请人的文件DE 10 2015 112 512 A1中所展示的。依据单独模块所包含的开关元件的电路布置，可以与附加连接的相同构造的单独模块无关地实现与同样被包含的储能器的连接方式相关的所有开关状态。

在此意义上重要的中央多电平转换器是模块化多电平转换器MMSPC，由S.M.Goetz,A.V.Peterchev和T.Weyh,Modular Multilevel Converter With Series andParallel Module Connectivity:Topology and Control[具有串联和并联模块连接性的模块化多电平转换器：拓扑和控制]，IEEE Transactions on Power Electronics，vol.30,no.1,pp.203-215,Jan.2015还有在文件US 9,502,960 B2以及DE 10 2016 112250A1中描述。这种模块化多电平转换器相对于(例如由R.Marquardt在文件DE 101 030301 A1中描述的并且本发明同样可应用于其上的)常规模块化多电平转换器的独特之处在于存在附加的并联状态，由此在一个串中的MMSPC可以产生模块集成式储能器的几乎任意的电串并电路构型并且可以动态地改变该电路构型。另外，大多数情况下还可以使用绕过状态，即所谓的旁通，以便绕过模块的储能器。一般而言，在模块式多电平转换器的情况下，模块开关状态(即单独模块的开关的开关状态)可以根据下列清单明确地描述：并联、串联、旁通、断开。一种应用是模块式多相多电平转换器，其中分别将多个模块布置在一个串中，其中相应的串然后提供多相交流电压的一个相应的相。

模块式多电平转换器的控制器的基本问题是高自由度，也就是说首先构成相同电压的大量不同的开关状态或模块状态。模块状态的整体确定了多电平转换器的输出电压。为了多电平转换器的运行，电路控制器的控制装置(即所谓的调度器)必须在任何时间点确定并主动控制所有模块的状态。对所有模块的所有开关的如此的状态获取和指定以介于1kHz与1MHz之间的采样频率进行，对应于每秒1000至1百万次。