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1. WO2021035270 - VERFAHREN UND REGLER ZUR MODELLPRÄDIKTIVEN REGELUNG EINES STROMRICHTERS

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Patentansprüche

1. Verfahren zur modellprädiktiven Regelung eines Stromrichters (1, 1a), wobei mit der modellprädiktiven Regelung in jedem Abtastschritt Ts der modellprädiktiven Regelung Stellgrößen α, αdc für Halbleiterschalter des Stromrichters (1, 1a) berechnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass

- das dynamische zeitliche Verhalten des Stromrichters (1 , 1a) zur modellprädiktiven Regelung mit einem Differentialgleichungssystem oder



mit einem bilinearen Term B oder


mit Zuständen x, xdc, den Stellgrößen α, αdc, optionalen Störgrößen

und System matrizen A, G, Bg, BI, die sich aus der Topologie des Stromrichters (1,

1a) ergeben, beschrieben wird,

- der zeitliche Verlauf der Stellgrößen α, αdc über einen Prädiktionshorizont der


modellprädiktiven Regelung mittels Ansatzfunktionen die an einer Anzahl N, Ndc

von Stützstellen über den Prädiktionshorizont stückweise definiert sind,

in der Form , mit Approximationsfaktoren βk,


, beschrieben wird,

- das bilineare Differentialgleichungssystem mit
zeitlich diskretisiert wird, was zu einem bilinearen Differenzengleichungssystem

oder

bilinearem Term F führt, wobei sich die Matrizen


Φ , Φdc , F, Fdc und die optionalen Matrizen
aus der zeitlichen Diskretisierung und den System matrizen A, G, Bg, BI ergeben, und VdcjIk den Verlauf der Eingangsspannung des Stromrichters (1 , 1a) und djIk, iI,jIk und den Verlauf der optionalen Störgrößen vg, iI,

über den Prädiktionshorizont beschreiben, wobei j die Anzahl der


vergangenen Abtastschritte Ts der modellprädiktiven Regelung angibt,

- zur modellprädiktiven Regelung in jedem Abtastschritt Ts der modellprädiktiven Regelung eine über den Prädiktionshorizont definierte Kostenfunktion


mit zumindest einem Kostenterm als


Funktion der Zustände
der Approximationsfaktoren
und optionaler Störgrößen
optimiert wird, indem

- für die Kostenfunktion und dem Differenzengleichungssystem eine Lagrange-

Funktion

definiert wird mit


adjungierten Zuständen und indem

- in einer Iterationsschleife in jedem Iterationsschritt z in einer Vorwärtsintegration anhand des Differenzengleichungssystems
über den Prädiktionshorizont und der Gradient oder


der Lagrange Funktion bezüglich eines



Stellgrößenvektors der die


Approximationsfaktoren enthält, als Suchrichtung bestimmt wird, und


- in jedem Iterationsschritt z der Stellgrößenvektor
für den nächsten Iterationsschritt (z+1) aus dem Stellgrößenvektor des aktuellen Iterationsschrittes

z, einer Schrittweite
und dem Gradienten S in der Form

ermittelt wird,


- die Iterationsschleife beendet wird, wenn ein vorgegebenes Abbruchkriterium der Iteration erreicht wird, und

- mit den Approximationsfaktoren des in der Iteration zuletzt ermittelten


Stellgrößenvektors die Stellgrößen α, αdc für die modellprädiktive Regelung im

aktuellen Abtastschritt Ts der modellprädiktiven Regelung ermittelt werden und der Stromrichter (1 , 1a) mit diesen Stellgrößen α, αdc geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ansatzfunktionen Hutfunktionen verwendet werden.


3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Schrittweite ein konstanter Wert vorgegeben wird.


4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrittweite
ermittelt wird, indem

- eine Anzahl von möglichen Schrittweiten
vorgegeben wird,

- für jede der möglichen Schrittweiten die Kostenfunktion berechnet wird

und

- diejenige Schrittweite
für die Berechnung des neuen Stellgrößenvektors
verwencdet wird, die die kleinste Kostenfunktion ergibt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des neuen Stellgrößenvektors eine Sättigungsfunktion sat in der

Form verwendet wird, die die


Approximationsfaktoren
auf einen vorgegebenen zulässigen Stellgrößenbereich abbildet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Approximationsfaktoren zu Beginn des Prädiktionshorizonts verwendet

werden, um die Stellgrößen α, αdc für die modellprädiktive Regelung im aktuellen Abtastschritt Ts der modellprädiktiven Regelung zu ermitteln.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Approximationsfaktoren βj|0, βj|1 oder der beiden ersten Stützstellen k=1,2 des

Prädiktionshorizonts
verwendet werden, um die Stellgrößen α, αdc für die modellprädiktive Regelung im aktuellen Zeitschritt Ts der modellprädiktiven Regelung zu ermitteln.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgrößen a aus

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Ansatzfunktionen und der ermittelten Approximationsfaktoren

zusätzliche Stellgrößen α, αdc zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitschriften Ts der MPC Regelung ermittelt werden und der Stromrichter (1, 1a) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitschriften Ts zusätzlich mit diesen zusätzlichen Stellgrößen α, αdc geregelt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein wechselförmiger zeitlicher Verlauf der Netzspannung vg als Störgröße mittels einer

Taylorreihenentwicklung

approximiert wird, mit dem sich ergebenden Vektor
und der zeitliche Verlauf der Netzspannung vg über den Prädiktionshorizont Tpred aus einer Iterationsvorschrift und


ermittelt wird, wobei v die Amplitude der Netzspannung vg und


ω9 die Netzfrequenz der Netzspannung vg ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix Tg gemäß

berechnet wird.


12. Modellprädiktiver Regler auf dem ein Verfahren zur modellprädiktiven Regelung eines

Stromrichters (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 implementiert ist, wobei zumindest ein Verfahrensschritt des Verfahrens zur modellprädiktiven Regelung auf einem FPGA, SoC oder MultiCore Prozessor des modellprädiktiven Reglers implementiert ist.