Anordnung und Verfahren zum Ansteuern eines modularen Multilevel Stromrichters

Die Erfindung betri f ft eine Anordnung und ein Verfahren zum Ansteuern eines modularen Multilevelstromrichters .

Modulare Multilevelstromrichter weisen in einer elektrischen Reihenschaltung eine Mehrzahl von Modulen auf , wobei die Module j eweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen . Modulare Multilevelstromrichter können eine oder mehrere solcher Reihenschaltungen aufweisen . Durch entsprechende Ansteuerung der Module wird erreicht , dass die einzelnen Module bei Bedarf die Spannung ihres Energiespeichers wirksam in die Reihenschaltung schalten können oder die Spannung ihres Energiespeichers aus der Reihenschaltung herausschalten können . Beim Ansteuern werden Schaltsignale für die Schaltelemente der Module des Phasenmoduls ermittelt . Durch diese Schaltsignale werden die Schaltelemente der Module so angesteuert , dass sie den Energiespeicher in die Reihenschaltung schalten ( so dass die Spannung des Energiespeichers in der Reihenschaltung wirksam wird) oder den Energiespeicher überbrücken ( so dass die Spannung des Energiespeichers in der Reihenschaltung unwirksam ist , d . h . nicht in der Reihenschaltung wirksam wird) .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit denen der modulare Multilevelstromrichter vergleichsweise schnell angesteuert werden kann .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren und eine Anordnung nach den unabhängigen Patentansprüchen . Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Anordnung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben .

Of fenbart wird ein Verfahren zum Ansteuern eines modularen Multilevelstromrichters , der mindestens eine elektrische Rei- henschaltung von Modulen aufweist , wobei die Module j eweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen, wobei bei dem Verfahren

- mittels einer Regelung Spannungssollwerte für die Reihenschaltung ermittelt werden, und

- mittels einer Schaltelementeansteuerung (Ansteuerschaltung, Logikschaltung) aus den Spannungssollwerten Schaltsignale (Ansteuersignale ) für die Schaltelemente der Module der Reihenschaltung ermittelt werden, wobei

- die Regelung und die Schaltelementeansteuerung mittels eines ( einzigen) programmierbaren Ein-Chip-Prozessorsystems ( System-on-a-programmable-Chip ) durchgeführt werden .

Da die Regelung und die Schaltelementeansteuerung mittels des auf einem einzigen Halbleiterchip integrierten programmierbaren Ein-Chip-Prozessorsystems durchgeführt werden, können die Regelung und die Schaltelementeansteuerung sehr schnell durchgeführt werden . Insbesondere kann dadurch eine lange Signalübertragungsdauer zwischen der Regelung und der Schaltelementeansteuerung vermieden werden .

Das Verfahren kann so ablaufen, dass

- das programmierbare Ein-Chip-Prozessorsystem mindestens einen Prozessor und eine programmierbare Logikschaltung ( die auch als ein programmierbares Logik-Gate-Array bezeichnet werden kann) aufweist , wobei mittels des mindestens einen Prozessors die Regelung durchgeführt wird und mittels der programmierbaren Logikschaltung die Schaltelementeansteuerung durchgeführt wird . Dabei wird der vergleichsweise universellere , aber langsamere Prozessor nur für die Regelung eingesetzt , wohingegen für die Schaltelementeansteuerung vorteilhafterweise die vergleichsweise schnellere programmierbare Logikschaltung verwendet wird .

Das Verfahren kann so ablaufen, dass

- die programmierbare Logikschaltung dem mindestens einen Prozessor ( signal flussbezogen in Richtung des modularen Mul- tilevelstromrichters ) nachgeschaltet ist . Das Verfahren kann so ablaufen, dass

- die Module j eweils einen ersten Modulanschluss und einen zweiten Modulanschluss aufweisen und dazu eingerichtet sind, zwischen dem ersten Modulanschluss und dem zweiten Modulanschluss die Spannung Null oder mindestens die Spannung des Energiespeichers in einer Polarität aus zugeben . Die Module können hierbei einen Energiespeicher aufweisen und es kann die Spannung Null oder die Spannung dieses einen Energiespeichers in einer Polarität ausgegeben werden . Ein Beispiel für ein solches Modul ist ein Halbbrücken-Modul . Die Module können aber auch mehrere Energiespeicher aufweisen ( insbesondere zwei Energiespeicher ) und es kann die Spannung Null , die Spannung eines der Energiespeicher in einer Polarität oder die Summe der Spannungen der mehreren Energiespeicher in einer Polarität ausgegeben werden .

Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass

- die Module j eweils einen ersten Modulanschluss , einen zweiten Modulanschluss und zwei weitere elektronische Schaltelemente aufweisen und dazu eingerichtet sind, zwischen dem ersten Modulanschluss und dem zweiten Modulanschluss die Spannung Null , mindestens die Spannung des Energiespeichers in einer Polarität oder mindestens die Spannung des Energiespeichers in der entgegengesetzten Polarität aus zugeben . Die Module können hierbei einen Energiespeicher aufweisen und es kann die Spannung Null oder die Spannung dieses einen Energiespeichers in beiden Polaritäten ausgegeben werden . Ein Beispiel für ein solches Modul ist ein Vollbrücken-Modul . Die Module können aber auch mehrere Energiespeicher aufweisen

( insbesondere zwei Energiespeicher ) und es kann die Spannung Null , die Spannung eines der Energiespeicher in beiden Polaritäten oder die Summe der Spannungen der mehreren Energiespeicher in beiden Polaritäten ausgegeben werden .

Das Verfahren kann so ablaufen, dass - der Multilevelstromrichter mehrere Reihenschaltungen von Modulen aufweist , die in einer Brückenschaltung, einer Dreieckschaltung oder einer Matrixschaltung angeordnet sind .

Das Verfahren kann so ablaufen, dass

- die Schaltsignale zu den Modulen der Reihenschaltung übertragen werden ( genauer gesagt zu den Schaltelementen der Module der Reihenschaltung übertragen werden) . Durch die Schaltsignale werden die Schaltelemente ein- oder ausgeschaltet .

Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass

- Messwerte von an dem Multilevelstromrichter auftretenden elektrischen Größen ermittelt werden und als Eingangsgrößen für die Regelung verwendet werden .

Of fenbart wird weiterhin eine Anordnung zum Ansteuern eines modularen Multilevelstromrichters , der mindestens eine elektrische Reihenschaltung von Modulen aufweist , wobei die Module j eweils mindestens zwei elektronische Schaltelemente und einen elektrischen Energiespeicher aufweisen,

- mit einer Regelung, die eingerichtet ist , Spannungssollwerte für die Reihenschaltung zu ermitteln, und

- mit einer Schaltelementeansteuerung, die eingerichtet ist , aus den Spannungssollwerten Schaltsignale für die Schaltelemente der Module der Reihenschaltung zu ermitteln, wobei

- die Regelung und die Schaltelementeansteuerung mittels eines ( einzigen) programmierbaren Ein-Chip-Prozessorsystems ( System-on-a-programmable-Chip ) realisiert sind .

Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass

- das programmierbare Ein-Chip-Prozessorsystem mindestens einen Prozessor und eine programmierbare Logikschaltung aufweist , wobei der mindestens eine Prozessor eingerichtet ist , die Regelung durchzuführen und die programmierbare Logikschaltung eingerichtet ist , die Schaltelementeansteuerung durchzuführen . Die Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass

- die programmierbare Logikschaltung dem mindestens einen Prozessor nachgeschaltet ist .

Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass

- die Module j eweils einen ersten Modulanschluss und einen zweiten Modulanschluss aufweisen und dazu eingerichtet sind, zwischen dem ersten Modulanschluss und dem zweiten Modulanschluss die Spannung Null oder mindestens die Spannung des Energiespeichers in einer Polarität aus zugeben .

Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass

- die Module zusätzlich mindestens zwei weitere elektronische Schaltelemente aufweisen und dazu eingerichtet sind, zwischen dem ersten Modulanschluss und dem zweiten Modulanschluss die Spannung Null , mindestens die Spannung des Energiespeichers in einer Polarität oder mindestens die Spannung des Energiespeichers in der entgegengesetzten Polarität aus zugeben .

Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass

- der Multilevelstromrichter mehrere Reihenschaltungen von Modulen aufweist , die in einer Brückenschaltung, einer Dreieckschaltung oder einer Matrixschaltung angeordnet sind .

Die Anordnung kann auch Sensoren zum Ermitteln von Messwerten von an dem Multilevelstromrichter auftretenden elektrischen Größen aufweisen . Diese Messwerte können als Eingangsgrößen für die Regelung verwendet werden .

Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Anordnung weisen gleiche beziehungsweise gleichartige Vorteile auf .

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Dabei verweisen gleiche Bezugs zeichen auf gleiche oder gleichwirkende Elemente . Dazu ist in

Figur 1 ein Aus führungsbeispiel eines modularen Multilevel- stromrichters , in Figur 2 ein Aus führungsbeispiel eines Moduls des modularen Multilevelstromrichters , in

Figur 3 ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Moduls des modularen Multilevelstromrichters , in

Figur 4 ein Aus führungsbeispiel einer Anordnung und eines Verfahrens zum Ansteuern des modularen Multilevelstromrichters , und in

Figur 5 ein beispielhafter Zeitablauf , der beim Ansteuern des modularen Multilevelstromrichters auftritt , dargestellt .

In Figur 1 ist ein Aus führungsbeispiel eines modularen Multilevelstromrichters 1 dargestellt . Dieser Multilevelstromrich- ter 1 weist einen ersten Wechselspannungsanschluss 5 , einen zweiten Wechselspannungsanschluss 7 und einen dritten Wechselspannungsanschluss 9 auf . Der erste Wechselspannungsanschluss 5 ist elektrisch mit einem ersten Phasenmodul zweig 11 und einem zweiten Phasenmodul zweig 13 verbunden . Der erste Phasenmodul zweig 11 und der zweite Phasenmodul zweig 13 bilden ein erstes Phasenmodul 15 des Stromrichters 1 . Das dem ersten Wechselspannungsanschluss 5 abgewandte Ende des ersten Phasenmodul zweigs 11 ist mit einem ersten Gleichspannungsanschluss 16 elektrisch verbunden; das dem ersten Wechselspannungsanschluss 5 abgewandte Ende des zweiten Phasenmodulzweigs 13 ist mit einem zweiten Gleichspannungsanschluss 17 elektrisch verbunden . Der erste Gleichspannungsanschluss 16 ist ein positiver Gleichspannungsanschluss ; der zweite Gleichspannungsanschluss 17 ist ein negativer Gleichspannungsanschluss .

Der zweite Wechselspannungsanschluss 7 ist mit einem Ende eines dritten Phasenmodul zweigs 18 und mit einem Ende eines vierten Phasenmodul zweigs 21 elektrisch verbunden . Der dritte Phasenmodulzweig 18 und der vierte Phasenmodulzweig 21 bilden ein zweites Phasenmodul 24. Der dritte Wechselspannungsanschluss 9 ist mit einem Ende eines fünften Phasenmodulzweigs 27 und mit einem Ende eines sechsten Phasenmodulzweigs 29 elektrisch verbunden. Der fünfte Phasenmodulzweig 27 und der sechste Phasenmodulzweig 29 bilden ein drittes Phasenmodul 31.

Das dem zweiten Wechselspannungsanschluss 7 abgewandte Ende des dritten Phasenmodulzweigs 18 und das dem dritten Wechselspannungsanschluss 9 abgewandte Ende des fünften Phasenmodulzweigs 27 sind mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 16 elektrisch verbunden. Das dem zweiten Wechselspannungsanschluss 7 abgewandte Ende des vierten Phasenmodulzweigs 21 und das dem dritten Wechselspannungsanschluss 9 abgewandte Ende des sechsten Phasenmodulzweigs 29 sind mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss 17 elektrisch verbunden. Der erste Phasenmodulzweig 11, der dritte Phasenmodulzweig 18 und der fünfte Phasenmodulzweig 27 bilden ein positivseitiges Stromrichterteil 32; der zweite Phasenmodulzweig 13, der vierte Phasenmodulzweig 21 und der sechste Phasenmodulzweig 29 bilden ein negativseitiges Stromrichterteil 33.

Jeder Phasenmodulzweig weist eine Mehrzahl von Modulen (1_1, 1_2, 1_3, 1_4 ... l_n; 2_1 ... 2_n; usw.) auf, welche (mittels ihrer Modulanschlüsse) elektrisch in Reihe geschaltet sind. Diese Mehrzahl von Modulen bildet also eine elektrische Reihenschaltung. Beispielsweise bilden die Module 1_1, 1_2, 1_3, 1_4 ... l_n eine erste Reihenschaltung 35; diese Reihenschaltung 35 bildet zusammen mit einer Induktivität L den ersten Phasenmodulzweig 11. Als weiteres Beispiel bilden die Module 2_1, 2_2, 2_3, 2_4 ... 2_n eine zweite Reihenschaltung 36; diese zweite Reihenschaltung 36 bildet zusammen mit einer weiteren Induktivität L den zweiten Phasenmodulzweig 13 usw. Die anderen Phasenmodulzweige 18, 21, 27 und 29 sind gleichartig auf gebaut . Im Aus führungsbeispiel der Figur 1 weist j ede Reihenschaltung n Module auf ; j eder Phasenmodul zweig weist also n Module in dessen Reihenschaltung auf . Die Anzahl der mittels ihrer Modulanschlüsse elektrisch in Reihe geschalteten Module kann sehr verschieden sein, mindestens sind drei Module in Reihe geschaltet , es können aber auch beispielsweise 50 , 100 oder mehr Module elektrisch in Reihe geschaltet sein . Die Module werden auch als Submodule bezeichnet .

Durch den ersten Wechselspannungsanschluss 5 fließt ein erster Phasenstrom iLl ; durch den zweiten Wechselspannungsanschluss 7 fließt ein zweiter Phasenstrom iL2 und durch den dritten Wechselspannungsanschluss 9 fließt ein dritter Phasenstrom iL3 . Am ersten Wechselspannungsanschluss 5 tritt eine erste Phasenspannung uLl gegen Bezugspotential ( zum Beispiel Erde ) auf ; am zweiten Wechselspannungsanschluss 7 tritt eine zweite Phasenspannung uL2 auf und am dritten Wechselspannungsanschluss 7 tritt eine dritte Phasenspannung uL3 auf .

Durch die erste Reihenschaltung 35 (hier : durch den ersten Phasenmodul zweig 11 ) fließt ein erster Zweigstrom iCl (Reihenschaltungsstrom iCl ) ; durch die zweite Reihenschaltung 36 (hier : durch den zweiten Phasenmodul zweig 13 ) fließt ein zweiter Zweigstrom iC2 usw . An der ersten Reihenschaltung 35 (hier : am ersten Phasenmodul zweig 11 ) tritt eine erste Zweigspannung uCl ( erste Reihenschaltungsspannung uCl ) auf ; an der zweiten Reihenschaltung 36 (hier : am zweiten Phasenmodul zweig 13 ) tritt eine zweite Zweigspannung uC2 ( zweite Reihenschaltungsspannung uC2 ) auf usw . Zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss 16 und dem zweiten Gleichspannungsanschluss 17 tritt eine Gleichspannung UDC auf .

Im Zusammenhang mit Figur 1 wurde beispielhaft ein modularer Multilevelstromrichter 1 beschrieben, der eine Brückenschaltung aufweist . Der modulare Multilevelstromrichter kann aber auch anders aufgebaut sein, beispielsweise kann er auch eine Dreieckschaltung aufweisen oder eine Matrixschaltung . In Figur 2 ist ein Aus führungsbeispiel eines Moduls 200 des modularen Multilevelstromrichters 1 dargestellt . Bei dem Modul kann es sich beispielsweise um eines der in Figur 1 dargestellten Module 1_1 ... 6_n handeln .

Das Modul 200 ist als ein Halbbrücken-Modul 200 ausgestaltet . Das Modul 200 weist ein erstes ( abschaltbares ) elektronisches Schaltelement 202 ( erstes abschaltbares Halbleiterventil 202 ) mit einer ersten antiparallel geschalteten Diode 204 auf . Weiterhin weist das Modul 200 ein zweites ( abschaltbares ) elektronisches Schaltelement 206 ( zweites abschaltbares Halbleiterventil 206 ) mit einer zweiten antiparallel geschalteten Diode 208 sowie einen elektrischen Energiespeicher 210 in Form eines Kondensators 210 auf . Das erste elektronische Schaltelement 202 und das zweite elektronische Schaltelement 206 sind j eweils als ein IGBT ( insulated-gate bipolar transistor ) ausgestaltet . Das erste elektronische Schaltelement 202 ist elektrisch in Reihe geschaltet mit dem zweiten elektronischen Schaltelement 206 . Am Verbindungspunkt zwischen den beiden elektronischen Schaltelementen 202 und 206 ist ein erster galvanischer Modulanschluss 212 angeordnet . An dem Anschluss des zweiten elektronischen Schaltelements 206 , welcher dem Verbindungspunkt gegenüberliegt , ist ein zweiter galvanischer Modulanschluss 215 angeordnet . Der zweite Modulanschluss 215 ist weiterhin mit einem ersten Anschluss des Energiespeichers 210 elektrisch verbunden; ein zweiter Anschluss des Energiespeichers 210 ist elektrisch verbunden mit dem Anschluss des ersten elektronischen Schaltelements 202 , der dem Verbindungspunkt gegenüberliegt .

Der Energiespeicher 210 ist also elektrisch parallel geschaltet zu der Reihenschaltung aus dem ersten elektronischen Schaltelement 202 und dem zweiten elektronischen Schaltelement 206 . Durch entsprechende Ansteuerung des ersten elektronischen Schaltelements 202 und des zweiten elektronischen Schaltelements 206 durch eine Schaltelementeansteuerung ( Schaltelementeansteuerungseinrichtung) des Stromrichters kann erreicht werden, dass zwischen dem ersten Modulanschluss 212 und dem zweiten Modulanschluss 215 entweder die Spannung des Energiespeichers 210 ausgegeben wird oder keine Spannung ausgegeben wird ( d . h . eine Nullspannung ausgegeben wird) . Durch Zusammenwirken der Module der einzelnen Reihenschaltungen kann so die j eweils gewünschte Ausgangsspannung ucx an den einzelnen Phasenmodul zweigen und damit auch die Ausgangsspannung des Stromrichters erzeugt werden .

In Figur 3 ist ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Moduls 300 des modularen Multilevelstromrichters dargestellt . Bei dem Modul 300 kann es sich beispielsweise um eines der in Figur 1 dargestellten Module 1_1 ... 6_n handeln . Neben den bereits aus Figur 2 bekannten ersten elektronischen Schaltelement 202 , zweiten elektronischen Schaltelement 206 , erster Freilauf diode 204 , zweiter Freilauf diode 208 und Energiespeicher 210 weist das in Figur 3 dargestellte Modul 300 ein drittes elektronisches Schaltelement 302 mit einer antiparallel geschalteten dritten Freilaufiode 304 sowie ein viertes elektronisches Schaltelement 306 mit einer vierten antiparallel geschalteten Freilauf diode 308 auf . Das dritte elektronische Schaltelement 302 und das vierte elektronische Schaltelement 306 sind j eweils als ein IGBT ausgestaltet . Im Unterschied zur Schaltung der Figur 2 ist der zweite Modulanschluss 315 nicht mit dem zweiten elektronischen Schaltelement 206 elektrisch verbunden, sondern mit einem Mittelpunkt (Verbindungspunkt ) einer elektrischen Reihenschaltung aus dem dritten elektronischen Schaltelement 302 und dem vierten elektronischen Schaltelement 306 .

Das Modul 300 der Figur 3 ist ein sogenanntes Vollbrücken- Modul 300 . Dieses Vollbrücken-Modul 300 zeichnet sich dadurch aus , dass bei entsprechender Ansteuerung der vier elektronischen Schaltelemente zwischen dem ersten ( galvanischen) Modulanschluss 212 und dem zweiten ( galvanischen) Modulanschluss 315 wahlweise entweder die positive Spannung des Energiespeichers 210 , die negative Spannung des Energiespeichers 210 oder eine Spannung des Wertes Null (Nullspannung) ausgegeben werden kann . Somit kann also mittels des Vollbrü- cken-Moduls 300 die Polarität der Ausgangsspannung umgekehrt werden .

Es gibt auch weitere Module von modularen Multilevelstrom- richtern, die hier nicht im Einzelnen dargestellt sind . Solche Module können beispielsweise mehr als einen Energiespeicher aufweisen, also zum Beispiel zwei Energiespeicher oder mehr als zwei Energiespeicher . Bei entsprechender Ansteuerung der Schaltelemente dieser Module kann zwischen dem ersten Modulanschluss und dem zweiten Modulanschluss zum Beispiel die Spannung Null , die Spannung eines der Energiespeicher in einer Polarität oder in beiden Polaritäten oder die Summe der Spannungen der mehreren Energiespeicher in einer Polarität oder in beiden Polaritäten ausgegeben werden .

In Figur 4 ist ein Aus führungsbeispiel einer Anordnung 405 und eines Verfahrens zum Ansteuern des modularen Multilevel- stromrichters 1 dargestellt . Von dem modularen Multilevel- stromrichter 1 ist in Figur 4 lediglich die erste Reihenschaltung 35 mit den Modulen 1_1 bis l_n dargestellt .

Die Anordnung 405 weist eine Regelung 410 und eine Schaltelementeansteuerung 413 auf . Dabei sind die Regelung 410 und die Schaltelementeansteuerung 413 auf einem programmierbaren Ein- Chip-Prozessorsystem 417 angeordnet . Die Regelung 410 und die Schaltelementeansteuerung 413 werden also von dem programmierbaren Ein-Chip-Prozessorsystem 417 ausgeführt bzw . sind mittels des Ein-Chip-Prozessorsystems 417 realisiert .

Das programmierbare Ein-Chip-Prozessorsystem 417 weist mindestens einen Prozessor 420 und eine programmierbare Logikschaltung 423 ( zum Beispiel ein sogenanntes programmierbares Logik-Gate-Array 423 , das auch als „Field Programmable Gate Array" bezeichnet wird) auf . Dabei ist der Prozessor 420 mittels eines entsprechenden Programms eingerichtet , die Regelung durchzuführen . Die programmierbare Logikschaltung 423 ist mittels eines entsprechenden Programms dazu eingerichtet , die Schaltelementeansteuerung durchzuführen . Dazu sind die zur Schaltelementeansteuerung benötigten logischen Funktionen mittels einer geeigneten Programmiersprache codiert und bei der Programmierung in die programmierbare Logikschaltung geladen worden . Die programmierbare Logikschaltung stellt also sozusagen eine vom Endnutzer individuell aus einzelnen Logikbefehlen / Logikelementen konfigurierbare ( zusammenstellbare ) Logikschaltung da, die nach dem Anlegen von Eingangssignalen an ihre Eingänge unmittelbar ( d . h . sehr schnell ) ein Ausgangssignal an ihren Ausgängen bereitstellt . Die programmierbare Logikschaltung 423 ist dem mindestens einen Prozessor 420 ( signal flussbezogen in Richtung des modularen Multilevel- stromrichters ) nachgeschaltet .

Das Ansteuern des modularen Multilevelstromrichters läuft im Aus führungsbeispiel folgendermaßen ab . Zuerst werden mittels Sensoren Messwerte von an dem Multilevelstromrichter auftretenden elektrischen Größen ermittelt . Diese elektrischen Größen sind die Phasenströme iLl , iL2 , iL3 , die Phasenspannungen uLl , uL2 , uL3 , die Zweigströme iCl...iC6 und die Gleichspannung UDC . Die Messwerte dieser Größen bilden Eingangsgrößen für die Regelung 410 .

Außerdem werden die an den Energiespeichern der einzelnen Module auftretenden Energiespeicherspannungen uS l ... uSn gemessen und diese Messwerte zu der programmierbaren Logikschaltung 423 übertragen . Die programmierbare Logikschaltung 423 summiert die Energiespeicherspannungen uS l ... uSn j eder Reihenschaltung auf unter Bildung einer Energiespeichersummenspannung ussum der Reihenschaltung . Diese Energiespeichersummenspannung ussum wird dann als weitere Eingangsgröße zu der Regelung 410 übertragen . Die Auf Summierung der Energiespeicherspannungen uS l ... uSn zu der Energiespeichersummenspannung ussum braucht nicht notwendigerweise in der programmierbaren Logikschaltung 423 zu erfolgen; dafür kann auch ein eigener Summenbilder verwendet werden . Weitere Eingangsgrößen sind Sollwerte iLl * , iL2 * und iL3* für die Phasenströme iLl , iL2 und iL3 . Die Eingangsgrößen werden von der Regelung eingelesen .

Die Regelung 410 ermittelt aus den Eingangsgrößen Sollwerte uCl * ... uC6* für die Zweigspannungen uCl ... uC6 , d . h . Sollwerte uCl * ... uC6* für die Spannungen uCl ... uC6 an den Reihenschaltungen . Die Details des Regelungsverfahrens sind im Rahmen dieser Beschreibung ohne Belang; die Ansteuerung ist nicht auf ein bestimmtes Regelungsverfahren eingeschränkt . Dem Fachmann sind verschiedenste Ausgestaltungen von derartigen Regelungsverfahren bekannt . Beispielsweise kann ein Regelungsverfahren mit mehreren Rückkopplungen verwendet werden, also zum Beispiel mit einer inneren Regelschlei fe und einer oder mehreren äußeren Regelschlei fen .

Die Sollwerte uCl * ... uC6* für die Zweigspannungen uCl ... uC6 werden daraufhin zu der programmierbaren Logikschaltung 423 übertragen und bilden Eingangsgrößen der Logikschaltung 423 . Die Logikschaltung 423 führt die Schaltelementeansteuerung durch, d . h . die Logikschaltung 423 ermittelt aus den Spannungssollwerten uCl * ... uC6* Schaltsignale S (Ansteuersignale S ) für die Schaltelemente der Module der sechs Reihenschaltungen . Dabei wird ermittelt , welche Module der j eweiligen Reihenschaltung eingeschaltet oder ausgeschaltet werden müssen, damit die an der Reihenschaltung auftretende Spannung dem Spannungssollwert für diese Reihenschaltung folgt . Dieser Vorgang wird auch als Modulation bezeichnet . Die Schaltelementeansteuerung wird in der programmierbaren Logikschaltung 423 als eine reine Verknüpfung von logischen Operationen ausgeführt , es ist dabei keine Regelung notwendig . Die Schaltsignale S werden daraufhin zu den Modulen der Reihenschaltung übertragen . Genauer gesagt , werden die Schaltsignale S zu den Schaltelementen der Module der Reihenschaltung übertragen . Durch die Schaltsignale werden die Schaltelemente entsprechend ein- oder ausgeschaltet , so dass an der Reihenschaltung die dem Spannungssollwert uCx* entsprechende Zweigspannung uCx auftritt . Die im Einzelnen in der Logikschaltung 423 durchzuführenden logischen Operationen sind im Rahmen dieser Beschreibung ohne Belang; die Ansteuerung ist nicht auf bestimmte logische Operationen eingeschränkt .

In Figur 5 ist beispielhaft der beim Ansteuern des modularen Multilevelstromrichters 1 gemäß Figur 4 auftretende Zeitablauf qualitativ dargestellt . In einem ersten Zeitabschnitt tl werden die Eingangsgrößen für die Regelung in den Prozessor 420 eingelesen . In einem darauf folgenden zweiten Zeitabschnitt t2 wird im Prozessor 420 die Regelung 410 ausgeführt und als Ausgangsgröße die Spannungssollwerte ucl * ... uc6* ermittelt . In einem dritten Zeitabschnitt t3 werden die Spannungssollwerte ucl * ... uc6* zu der programmierbaren Logikschaltung 423 übertragen . In einem vierten Zeitabschnitt t4 wird in der programmierbaren Logikschaltung 423 die Schaltelementeansteuerung 413 durchgeführt . In einem fünften Zeitabschnitt t5 werden die Schaltsignale S zu den Modulen der Reihenschaltung übertragen . Daraufhin werden durch die Schaltsignale S die Schaltelemente der Module der Reihenschaltung ein- oder ausgeschaltet .

Dabei ist zu erkennen, dass der dritte Zeitabschnitt t3 und der vierte Zeitabschnitt t4 vergleichsweise kurz sind . Der dritte Zeitabschnitt t3 (Übertragung der Spannungssollwerte ucl * ... uc6* vom Prozessor 420 zu der programmierbaren Logikschaltung 423 ) ist vorteilhafterweise kurz , weil sich der Prozessor 420 und die programmierbaren Logikschaltung 423 auf einem gemeinsamen Halbleiterchip befinden (Ein-Chip-Prozes- sorsystem) und daher die Übertragungswege sehr kurz sind .

Der vierte Zeitabschnitt t4 ( Durchführen der Schaltelementeansteuerung 413 in der programmierbaren Logikschaltung 423 ) ist vorteilhafterweise kurz , weil die programmierbare Logikschaltung 423 in einem einzigen Taktschritt ( oder in wenigen Taktschritten) mittels der programmierten Logik aus den Spannungssollwerten ucl * ... uc6* die Schaltsignale S ermittelt .

Dies erfolgt viel schneller, als wenn man beispielsweise mittels eines weiteren Prozessors unter Abarbeitung eines sequenziellen Programms aus den Spannungssollwerten ucl * ... uc6* die Schaltsignale S ermitteln würde . Aufgrund des kurzen dritten Zeitabschnitts t3 und des kurzen vierten Zeitabschnitts t4 lässt sich die Ansteuerung sehr schnell realisieren . Der dritte Zeitabschnitt t3 und der vierte Zeitabschnitt t4 können so kurz sein, dass sie in der Praxis nahezu vernachlässigt werden können .

Es wurde eine Anordnung und ein Verfahren beschrieben, mit denen ein modularer Multilevelstromrichter vergleichsweise schnell angesteuert werden kann . Dabei wird vorteilhafterweise ein programmierbares Ein-Chip-Prozessorsystem ( SoC ) verwendet , welches eine monolithische Integration von einem oder mehreren Prozessoren und mindestens einer programmierbaren Logikschaltung auf einem einzigen ( Schaltkreis- ) Chip aufweist . Dabei können mehrere gleichartige Prozessoren oder auch unterschiedliche Prozessoren integriert sein . Weiterhin kann die monolithische Integration auch weitere Komponenten umfassen, wie beispielsweise Speicher, Taktgeber, Bussysteme etc . Dies ermöglicht eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit .

Vorteilhafterweise wird die Regelung auf einem oder mehreren Prozessoren des programmierbaren Ein-Chip-Prozessorsystems ausgeführt und die auf Logikoperationen basierende Schaltelementeansteuerung wird in der programmierbaren Logikschaltung des programmierbaren Ein-Chip-Prozessorsystems ausgeführt .

Dadurch wird nur ein einziges programmierbares Ein-Chip-Prozessorsystem benötigt und die Ansteuerung kann vergleichsweise schnell erfolgen . Insbesondere reduziert sich bei der Ansteuerung die Gesamttotzeit . Weiterhin können auch vergleichsweise niedrige Hardware-Kosten erreicht werden, weil die Ansteuerung mit vergleichsweise wenigen Teilkomponenten durchgeführt werden kann . Be zugs Zeichen

1 modularer Multilevelstromrichter

5 erster Wechselspannungsanschluss 7 zweiter Wechselspannungsanschluss

9 dritter Wechselspannungsanschluss

11, 13, 18, 21, 27,29 Phasenmodul zweige

15, 24, 31 Phasenmodule 16, 17 Gleichspannungsanschluss

32 positivseitiges Stromrichterteil

33 negativseitiges Stromrichterteil

1_1, 1_2, ... , 6_n Modul 35 Reihenschaltung

200 Modul

202, 206 Schalt element 204, 208 Diode 210 Energie spei eher 212, 215 Modul ans chluss

300 Modul

302, 306 Schalt element 304, 308 Diode 315 Modul ans chluss

405 Anordnung

410 Regelung

413 Schalt element eansteuerung 417 programmierbares Ein-Chip-Prozessor system

420 Prozessor

423 programmierbare Logikschaltun iLl, iL2, iL3 Phasenströme iLl*, iL2*, iL3* Sollwerte für Phasenströme uLl, uL2, uL3 Phasenspannungen iCl ... iC6 Zweigströme uCl ... uC6 Zweigspannungen uCl * ... uC6* Sollwerte für Zweigspannungen

UDC Gleichspannung uS l ... uSn Energiespeicherspannungen us sum Energie spei eher summenspannung L Induktivität tl ... t5 Zeitabschnitte