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

Veröffentlichungsnummer WO/2021/035270
Veröffentlichungsdatum 04.03.2021
Internationales Aktenzeichen PCT/AT2020/060320
Internationales Anmeldedatum 28.08.2020
IPC
H02M 3/156 2006.01
HSektion H Elektrotechnik
02Erzeugung, Umwandlung oder Verteilung von elektrischer Energie
MAnlagen zur Umformung von Wechselstrom in Wechselstrom, von Wechselstrom in Gleichstrom oder umgekehrt, oder von Gleichstrom in Gleichstrom und zur Verwendung in Netzen oder ähnlichen Stromversorgungssystemen; Umformung von Gleichstromeingangsleistung oder Wechselstromeingangsleistung in Stoß-Ausgangsleistung; Steuern oder Regeln derselben
3Umformung von Gleichstrom in Gleichstrom
02ohne Zwischenumformung in Wechselstrom
04durch ruhende Umformer
10unter Verwendung von Entladungsröhren mit Steuerelektrode oder Halbleiterbauelementen mit Steuerelektrode
145unter Verwendung von Vorrichtungen von der Art einer Entladungsröhre oder eines Transistors, die ein stetiges Anlegen eines Steuersignals erfordern
155nur mittels Halbleiterbauelementen
156mit Regeln der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstromes, z.B. Schaltregler
CPC
H02M 3/156
HELECTRICITY
02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
3Conversion of dc power input into dc power output
02without intermediate conversion into ac
04by static converters
10using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
145using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
155using semiconductor devices only
156with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
Anmelder
  • AVL LIST GMBH [AT]/[AT]
Erfinder
  • HAUSBERGER, Thomas
  • KEMMETMÜLLER, Wolfgang
  • KUGI, Andreas
  • EDER, Alexander
  • KÖNIG, Oliver
Vertreter
  • PATENTANWÄLTE PINTER & WEISS OG
Prioritätsdaten
A 50751/201930.08.2019AT
Veröffentlichungssprache Deutsch (DE)
Anmeldesprache Deutsch (DE)
Designierte Staaten
Titel
(DE) VERFAHREN UND REGLER ZUR MODELLPRÄDIKTIVEN REGELUNG EINES STROMRICHTERS
(EN) METHOD AND CONTROLLER FOR MODEL PREDICTIVE CONTROL OF A POWER CONVERTER
(FR) PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE COMMANDE PERMETTANT LA COMMANDE PRÉDICTIVE DE MODÈLE D'UN CONVERTISSEUR DE PUISSANCE
Zusammenfassung
(DE)
Um ein Verfahren zur modellprädiktiven Regelung eines Stromrichters (1) zu ermöglichen, das mit hinreichend kurzen Abtastschritten Ts der MPC Regelung, aber langen Prädiktionshorizonten Tpred funktioniert, ist vorgesehen, den zu regelnden Stromrichter (1) mit einem bilinearen Differentialgleichungssystem zu beschreiben und den zeitlichen Verlauf der Stellgrößen α über einen Prädiktionshorizont Tpred mittels Ansatzfunktionen hk(t), in der Form (I), mit Approximationsfaktoren βk, zu beschreiben. Das bilineare Differentialgleichungssystem wird zeitlich diskretisiert. In jedem Abtastschritt Ts der modellprädiktiven Regelung wird eine über den Prädiktionshorizont Tpred definierte Kostenfunktion (II) optimiert, indem für die Kostenfunktion Jj und dem Differenzengleichungssystem eine Lagrange-Funktion Lj, definiert wird und in einer Iterationsschleife in jedem Iterationsschritt z in einer Vorwärtsintegration die Zustände (III) über den Prädiktionshorizont Tpred und ein Gradient (IV) der Lagrange Funktion Lj als Suchrichtung bestimmt wird. In jedem Iterationsschritt z wird der Stellgrößenvektor (V) für den nächsten Iterationsschritt (z+1) aus dem Stellgrößenvektor (VI) des aktuellen Iterationsschrittes z, einer Schrittweite (VII) und dem Gradienten (VIII) in der Form (VIIII) ermittelt. Mit den Approximationsfaktoren (X) des in der Iteration zuletzt ermittelten Stellgrößenvektors (XI) werden die Stellgrößen α für die modellprädiktive Regelung im aktuellen Abtastschritt Ts der modellprädiktiven Regelung ermittelt und der Stromrichter (1) mit diesen Stellgrößen geregelt.
(EN)
In order to allow a method for model predictive control of a power converter (1), which method uses sufficiently short sampling steps Ts of the MPC control, but long prediction horizons Tpred, there is provision to describe the power converter (1) to be controlled by using a bilinear differential equation system and to describe the time characteristic of the manipulated variables α over a prediction horizon Tpred by means of ansatz functions hk(t), in the form (I), with approximation factors β k . The bilinear differential equation system is discretized over time. A cost function (II) defined over the prediction horizon Tpred is optimized in each sampling step Ts of the model predictive control by defining a Lagrange function L j , for the cost function J j and the differential equation system and, in an iteration loop, determining the states (III) over the prediction horizon Tpred and a gradient (IV) of the Lagrange function L j as search direction in a forward integration in each iteration step z. In each iteration step z the manipulated variable vector (V) for the next iteration step (z+1) is ascertained from the manipulated variable vector (VI) of the current iteration step z, a step size (VII) and the gradient (VIII) in the form (VIIII). The approximation factors (X) of the manipulated variable vector (XI) most recently ascertained in the iteration are used to ascertain the manipulated variables α for the model predictive control in the current sampling step Ts of the model predictive control, and the power converter (1) is controlled using these manipulated variables.
(FR)
Afin d'obtenir un procédé de commande prédictive de modèle d'un convertisseur de puissance (1), lequel procédé utilise des étapes d'échantillonnage Ts suffisamment courtes de la commande MPC, mais des horizons de prédiction Tpred longs, l'invention prévoit de décrire un convertisseur de puissance (1) à commander au moyen d'un système d'équations différentielles bilinéaires et de décrire la caractéristique temporelle des variables manipulées α sur un horizon de prédiction Tpred au moyen de fonctions ansatz hk(t), sous la forme (I), avec des facteurs d'approximation β k . Le système d'équations différentielles bilinéaires est discrétisé dans le temps. Une fonction de coût (II) définie sur l'horizon de prédiction Tpred est optimisée dans chaque étape d'échantillonnage Ts de la commande prédictive de modèle par définition d'une fonction de Lagrange L j , pour la fonction de coût J j et du système d'équations différentielles et, dans une boucle d'itération, par détermination des états (III) sur l'horizon de prédiction Tpred et d'un gradient (IV) de la fonction de Lagrange L j en tant que direction de recherche dans une intégration avant dans chaque étape d'itération z. Dans chaque étape d'itération z, le vecteur variable manipulé (V) pour l'étape d'itération suivante (z+1) est déterminé à partir du vecteur variable manipulé (VI) de l'étape d'itération z actuelle, d'une taille de pas (VII) et du gradient (VIII) sous la forme (VIIII). Les facteurs d'approximation (X) du vecteur variable manipulé (XI) le plus récemment déterminé dans l'itération sont utilisés pour déterminer les variables manipulées α pour la commande prédictive de modèle dans l'étape d'échantillonnage actuelle Ts de la commande prédictive de modèle, et le convertisseur de puissance (1) est commandé à l'aide de ces variables manipulées.
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