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1. (WO2018157912) METHOD AND ARRANGEMENT FOR OPERATING AN ELECTRICAL DEVICE
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Beschreibung

Verfahren und Anordnung zum Betreiben einer elektrischen Einrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Einrichtung unter Berücksichtigung eines durch Eingangssollwerte gebildeten Eingangsdatenstroms, dessen Eingangssollwerte eine zeitliche Aktualisierungsrate auf-weisen.

Aus der Veröffentlichung "Control of Switching Frequency for Modular Multilevel Converters by a Variable Hysteresis Band Modulation" (Sascha Kubera, Rodrigo Alvarez, Jörg Dorn, 18th European Conference on Power Electronics and Applications

EPE '16 ECCE Europe, 5.-9. September 2016, Karlsruhe, Germany) ist ein Verfahren zum Betreiben eines modularen

Multilevelumrichters , der mindestens ein Konvertermodul mit elektrisch in Reihe geschalteten Submodulen aufweist, be-kannt . Bei dem vorbekannten Verfahren wird die Spannung an dem mindestens einen Konvertermodul unter Bildung von Spannungsistwerten gemessen. Die Spannungsistwerte werden mit Eingangssollwerten in Form von Spannungssollwerten verglichen und die Schalter der Submodule werden ein- oder ausgeschal-tet, wenn die Spannungsistwerte von den Spannungssollwerten über ein durch ein vorgegebenes Hystereseband definiertes Maß voneinander abweichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu-geben, mit dem sich elektrische Einrichtungen, wie beispielsweise Umrichter, insbesondere Multilevelumrichter, besser als mit bisherigen Verfahren ansteuern lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mit dem Eingangsdatenstrom ein verdichteter Ausgangsdatenstrom gebildet wird, dessen zeitliche Aktualisierungsrate an Ausgangssollwerten größer als die zeitliche Aktualisierungsrate des Eingangsda-tenstroms ist, und die Ansteuerung von Komponenten der Einrichtung in Abhängigkeit von den Ausgangssollwerten des Ausgangsdatenstroms erfolgt.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be-steht darin, dass die Ansteuerung der elektrischen Einrichtung auf der Basis von Sollwerten mit frei wählbarer Aktualisierungsrate erfolgen kann, also unabhängig von der Aktualisierungsrate des Eingangsdatenstroms.

Im Rahmen der Bildung des Ausgangsdatenstroms wird zwischen zwei aufeinander folgenden Eingangssollwerten des Eingangsdatenstroms vorzugsweise jeweils mindestens ein Zusatzsollwert eingefügt. Durch das Einfügen von Zusatzsollwerten kann der verdichtete Ausgangsdatenstrom ohne bzw. ohne relevante zeit-liehe Verzögerung der Eingangssollwerte des Eingangsdatenstroms erzeugt werden; dies ist insbesondere im Falle einer Ansteuerung eines Umrichters von großem Vorteil.

Die zeitliche Aktualisierungsrate der Ausgangssollwerte be-trägt vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches der zeitlichen Aktualisierungsrate der Eingangssollwerte.

Die Zusatzwerte werden bevorzugt mit den Eingangssollwerten unter Einbezug eines Extrapolations- und/oder Prädiktionsver-fahrens gebildet.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn als elektrische Einrichtung ein modularer Multilevelumrichter betrieben wird, der mindestens ein Konvertermodul mit elektrisch in Reihe geschalteten Submodulen aufweist, wobei jedes Submodul jeweils mindestens zwei Schalter und einen Energiespeicher umfasst, und die Ansteuerung der Submodule des mindestens ei- nen Konvertermoduls anhand der Ausgangssollwerte des Ausgangsdatenstroms erfolgt.

Im Falle einer Ansteuerung eines Multilevelumrichters ist es vorteilhaft, wenn die Ausgangssollwerte des Ausgangsdatenstroms Spannungssollwerte sind, die Spannung an mindestens einem Konvertermodul unter Bildung von Spannungsistwerten ermittelt wird, die Spannungsistwerte mit den Spannungssollwerten verglichen werden und zumindest einer der Schalter der Submodule umgeschaltet wird, wenn ein in Abhängigkeit von den Differenzwerten zwischen den Spannungsistwerten und den Spannungssollwerten gebildeter Spannungsabweichungswert eine vorgegebene Schwelle erreicht oder überschreitet.

Die Zusatzsollwerte werden bevorzugt jeweils in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Anzahl an zeitlich vorherigen Eingangssollwerten des Eingangsdatenstroms gebildet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass aus dem Eingangsdatenstrom die Grundschwingung sowie zumindest eine Oberschwingung ermittelt werden und die Zusatzsollwerte in Abhängigkeit von der Amplitude und Phasenlage der Grundschwingung und der mindestens einen Oberschwingung gebildet werden. Bei dieser Ausgestaltung lässt sich eine hohe Aktualisierungsrate bzw. ein hoher Aktualisierungstakt einstellen, ohne dass dadurch ein unerwünschtes Anheben von Rauschanteilen auftritt.

Die Zusatzsollwerte werden bevorzugt in Abhängigkeit von der Amplitude und der Phasenlage der Grundschwingung und der dritten Harmonischen gebildet.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass aus dem Eingangsdatenstrom Polynomkoeffizienten eines vorgegebenen Polynoms errechnet werden und die Zusatzsollwerte in Abhängigkeit von den Polynomkoeffizienten gebildet werden. Auch bei dieser Ausgestaltung lässt sich eine hohe Aktualisierungsrate bzw. ein hoher Aktualisierungstakt einstellen, ohne dass dadurch ein unerwünschtes Anheben von Rauschanteilen auftritt .

Besonders einfach und vorteilhaft lässt sich der verdichtete Ausgangsdatenstrom bilden, indem anhand des Eingangsdatenstroms von einem vorgegebenen, auf einem oder mehreren Modellparametern basierenden und den Eingangsdatenstrom nachbildenden Signalmodell die Modellparameter quantitativ ermittelt werden, auf der Basis der ermittelten Modellparameter und des Signalmodells ein erstes stufenförmiges Hilfssignal ermittelt wird, dessen Stufenrate der Aktualisierungsrate des Eingangsdatenstroms entspricht, auf der Basis der ermittelten Modellparameter und des Signalmodells ein zweites stufenförmiges Hilfssignal ermittelt wird, dessen Stufenrate der Ak-tualisierungsrate des verdichteten Ausgangsdatenstroms entspricht, und der verdichtete Ausgangsdatenstrom unter Heranziehung des Eingangsdatenstroms sowie des ersten und zweiten Hilfssignals erzeugt wird.

Bei der letztgenannten Variante ist es außerdem vorteilhaft, wenn von den Eingangssollwerten des Eingangsdatenstroms jeweils ein zeitlich korrespondierender Hilfswert des ersten stufenförmigen Hilfssignals unter Bildung eines ersten Restsignals, dessen Restwertrate der Aktualisierungsrate des Ein-gangsdatenstrom entspricht, abgezogen wird, mit dem ersten Restsignal durch Datenratenwandlung ein zweites Restsignal gebildet wird, dessen Restwertrate der Aktualisierungsrate des verdichteten Ausgangsdatenstroms entspricht, zu den Restwerten des zweiten Restsignals jeweils ein zeitlich korres-pondierender Hilfswert des zweiten stufenförmigen Hilfssignals unter Bildung der Ausgangssollwerte des verdichteten Ausgangsdatenstroms addiert wird.

Darüber hinaus ist eine Verfahrensvariante von Vorteil, bei der anhand des Eingangsdatenstroms von einem vorgegebenen, auf einem oder mehreren Modellparametern basierenden ersten Signalmodell die Modellparameter quantitativ ermittelt werden und auf der Basis der ermittelten Modellparameter, eines mo- difizierten zweiten Signalmodells, das der zeitlichen Ableitung des ersten Signalmodells entspricht und die ermittelten Modellparameter des ersten Signalmodells nutzt, der verdichtete Ausgangsdatenstrom gebildet wird.

Bei der letztgenannten Variante ist es von Vorteil, wenn das erste Signalmodell als Modellparameter die Amplitude und Phasenlage der Grundschwingung und mindestens einer Oberschwingung des Eingangsdatenstroms aufweist und ein aus der Grund-Schwingung und der mindestens einen Oberschwingung gebildetes Summensignal beschreibt und das zweite Signalmodell die zeitliche Ableitung des Summensignals beschreibt.

Besonders bevorzugt weist das erste Signalmodell als Modell-parameter die Amplitude und Phasenlage der Grundschwingung und der dritten Oberschwingung des Eingangsdatenstroms auf und beschreibt ein aus der Grundschwingung und der dritten Oberschwingung gebildetes Summensignal.

Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Steuereinrichtung zum Steuern einer elektrischen Einrichtung unter Berücksichtigung eines durch Eingangssollwerte gebildeten Eingangsdatenstroms, dessen Eingangssollwerte eine zeitliche Aktualisierungsrate aufweisen.

Erfindungsgemäß ist bezüglich einer solchen Steuereinrichtung vorgesehen, dass diese derart ausgestaltet ist, dass sie mit dem Eingangsdatenstrom einen verdichteten Ausgangsdatenstrom bildet, dessen zeitliche Aktualisierungsrate an Ausgangssoll-werten größer als die zeitliche Aktualisierungsrate des Eingangsdatenstroms ist, und die Ansteuerung von Komponenten der Einrichtung in Abhängigkeit von den Ausgangssollwerten des Ausgangsdatenstroms durchführt.

Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.

Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Anordnung mit einer Steuereinrichtung und einem von der Steuereinrichtung angesteuerten Multilevelumrichter .

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf einen

Multilevelumrichter, der mit einer Steuereinrichtung, wie sie oben beschrieben worden ist, ausgestattet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie-len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße

Steuereinrichtung zum Steuern einer elektrischen Einrichtung, wobei anhand der Steuereinrichtung ge- mäß Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für die

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert wird,

Fig. 2-4 Beispiele für Signalläufe, die während des Betriebs der Steuereinrichtung gemäß Figur 1 auftreten können,

Figur 5 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung zum Steuern einer elektrischen Einrichtung, wobei anhand der Steuereinrichtung gemäß Figur 5 ein zweites Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren erläutert wird,

Figur 6 ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung zum Steuern einer elektrischen Einrichtung, wobei anhand der Steuereinrichtung gemäß Figur 6 ein drittes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren erläu- tert wird und

Figur 7 ein Ausführungsbeispiel für einen

Multilevelumrichter, der mit einer Steuereinrich- tung, beispielsweise einer Steuereinrichtung gemäß den Figuren 1, 5 oder 6, angesteuert wird und/oder ausgestattet ist.

In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet .

Die Figur 1 zeigt eine Anordnung mit einer Steuereinrichtung 10 zum Steuern einer elektrischen Einrichtung 20. Bei der elektrischen Einrichtung 20 kann es sich um einen Umrichter, beispielsweise einen modularen Multilevelumrichter, handeln, wie er weiter unten im Zusammenhang mit der Figur 7 beispielhaft näher erläutert wird.

Die Steuereinrichtung 10 weist einen Eingang E10 auf, an dem ein Eingangsdatenstrom Se in die Steuereinrichtung 10 eingespeist werden kann. Der Eingangsdatenstrom Se besteht aus Eingangssollwerten Ue, die eine vorgegebene zeitliche Aktua-lisierungsrate bzw. einen vorgegebenen Aktualisierungstakt, nachfolgend erster Aktualisierungstakt fl genannt, aufweisen. Mit dem Eingangsdatenstrom Se erzeugt die Steuereinrichtung 10 ausgangsseitig einen verdichteten Ausgangsdatenstrom Sa, der durch Ausgangssollwerte Ua gebildet wird, die eine größe-re zeitliche Aktualisierungsrate als der Eingangsdatenstrom Se bzw. einen Aktualisierungstakt aufweisen, der höher als der erste Aktualisierungstakt fl ist und nachfolgend als zweiter Aktualisierungstakt f2 bezeichnet wird.

Bei den Ausgangssollwerten Ua handelt es sich vorzugsweise um Spannungssollwerte, die an einem Konvertermodul (siehe z. B. Bezugszeichen KM in Figur 7) der elektrischen Einrichtung 20 anliegen sollen. Die Spannungssollwerte können mit Spannungsistwerten, die an dem Konvertermodul tatsächlich anliegen, verglichen werden. Vorzugsweise wird zumindest einer der

Schalter eines Submoduls des Konvertermoduls umgeschaltet, wenn ein in Abhängigkeit von den Differenzwerten zwischen den Spannungsistwerten und den Spannungssollwerten gebildeter Spannungsabweichungswert eine vorgegebene Schwelle erreicht oder überschreitet.

Der Verlauf der Eingangssollwerte Ue bzw. der Verlauf des Eingangsdatenstroms Se ist in der Figur 2 beispielhaft gezeigt. Es lässt sich erkennen, dass die Eingangssollwerte Ue jeweils zu den Zeitpunkten tlO, t20, t30, t40, t50, t60 und t70 aktualisiert werden, die durch den ersten Aktualisierungstakt fl vorgegeben werden.

Die am Eingang E10 der Steuereinrichtung 10 eingespeisten Eingangssollwerte Ue gelangen zu einer Analyseeinrichtung 110, in der ein Signalmodell für den Eingangsdatenstrom Se hinterlegt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 lautet das Signalmodell wie folgt:

Um(t) = AI sin (co t + φΐ) + A3 sin(3co t + φ3)

wobei

Um(t) das Signalmodell, co die Grundschwingung der Eingangssollwerte Ue und die der Ausgangssollwerte Ua, AI die Amplitude der Grundschwingung des Eingangsdatenstroms Se, cpl die Phasenlage der Grundschwingung des Eingangsdatenstroms Se, A3 die Amplitude der dritten Oberschwingung des Eingangsdaten-Stroms Se und φ3 die Phasenlage der dritten Oberschwingung des Eingangsdatenstroms Se bezeichnet. AI, A3, cpl und φ3 bilden die Modellparameter des hinterlegten Signalmodells Um(t).

Das Signalmodell Um(t) basiert auf der Annahme bzw. dem An-satz, dass die Eingangssollwerte Ue von der Grundschwingung und der dritten Oberschwingung dominiert bzw. im Wesentlichen durch diese charakterisiert werden.

Zur Ermittlung der Modellparameter AI und cpl weist die Analy-seeinrichtung 110 ein Grundschwingungsbestimmungsmodul 111 auf, das anhand der eingangsseitig eintreffenden Eingangssollwerte Ue des Eingangsdatenstroms Se die Amplitude AI und Phasenlage cpl der Grundschwingung bestimmt.

Zur Ermittlung der Modellparameter A3 und φ3 weist die Analyseeinrichtung 110 ein Oberschwingungsbestimmungsmodul 112 auf .

Die Modellparameter AI, A3, cpl und φ3 können beispielsweise durch oder im Rahmen einer Fouriertransformation bestimmt werden .

Die optimalen Modellparameter AI, A3, cpl und cp3, die den Eingangssollwerten Ue des Eingangsdatenstroms Se bestmöglich entsprechen, können von der Analyseeinrichtung 110 beispielsweise im Rahmen eines Minimierungsverfahren ermittelt werden, insbesondere derart, dass die Abweichung zwischen den ein-treffenden Eingangssollwerten Ue und den zeitlich korrespondierenden Werten des Signalmodells Um möglichst klein wird:

|Ue(t) - Um (AI, A3, cpl,cp3, t) | -> Minimum

Die Modellparameter AI, cpl, A3 und cp3 gelangen zu einem nachgeordneten ersten Signalgenerator 120, der auf der Grundlage der Modellparameter und dem Aktualisierungstakt fl des Eingangsdatenstroms Se ein erstes Hilfssignal Hl (t) erzeugt. Das erste Hilfssignal Hl (t) gibt - mit der Aktualisierungsrate des Aktualisierungstakts fl - jeweils den Spannungswert gemäß dem Signalmodell Um(t) aus:

Hl (t) = AI sin (co t + φΐ) + A3 sin(3co t + φ3)

Das erste stufenförmige Hilfssignal Hl (t) des Signalgenerators 120 sowie die Eingangssollwerte Ue des Eingangsdatenstroms Se gelangen zu einem Subtrahierer 130, der die beiden Signale voneinander subtrahiert und ein erstes Restsignal Rl (t) erzeugt. Das erste Restsignal Rl (t) basiert auf der zeitlichen Aktualisierungsrate bzw. dem zeitlichen Aktualisierungstakt fl des Eingangsdatenstroms Se. Das erste Restsignal Rl (t) beschreibt anschaulich die Signalanteile im Eingangsdatenstrom Se, die nicht der Grundschwingung und nicht der dritten Oberschwingung im Eingangsdatenstrom Se entsprechen .

Die Figur 3 zeigt den Verlauf des ersten stufenförmigen

Hilfssignals Hl (t) des Signalgenerators 120 sowie den zeitlichen Verlauf des ersten Restsignals Rl (t) über der Zeit t; es lässt sich erkennen, dass das erste stufenförmige Hilfssignal Hl (t) und das erste Restsignal Rl (t) jeweils zu den Zeitpunkten tlO, t20, t30,... aktualisiert werden.

Das erste Restsignal Rl (t) gelangt zu einem Aktualisierungs-ratenwandelelement 140, das mit einem zweiten Aktualisierungstakt f2 arbeitet und mit dem ersten Restsignal Rl (t) ein zweites Restsignal R2 (t) erzeugt. Das zweite Restsignal R2 (t) entspricht dem ersten Restsignal Rl (t) mit dem Unterschied, dass das zweite Restsignal R2 (t) eine höhere Aktualisierungsrate als der Eingangsdatenstrom Se aufweist, nämlich gemäß dem zweiten Aktualisierungstakt f2.

Den zeitlichen Verlauf des zweiten Restsignals R2 (t) zeigt die Figur 4. Es lässt sich erkennen, dass der zeitliche Verlauf des zweiten Restsignals R2 (t) gemäß Figur 4 dem zeitlichen Verlauf des ersten Restsignals Rl (t) gemäß Figur 3 entspricht mit dem Unterschied, dass das zweite Restsignal R2 (t) eine höhere Aktualisierungsrate und somit eine höhere Anzahl an Datenwerten aufweist; der Verlauf als solcher ist jedoch unverändert .

Das zweite Restsignal R2 (t) gelangt zu einem Addierer 150, der das zweite Restsignal R2 (t) mit einem zweiten stufenförmigen Hilfssignal H2 (t) addiert.

Das zweite stufenförmige Hilfssignal H2 wird von einem zweiten Signalgenerator 160 erzeugt, der mit dem zweiten Aktuali-sierungstakt f2, mit dem auch das Aktualisierungsratenwandel-element 140 arbeitet, beaufschlagt ist. Der zweite Signalgenerator 160 erzeugt auf der Basis des Aktualisierungstakts f2 und der Modellparameter AI, A3, cpl und φ3 als zweites stufen- förmiges Hilfssignal ein Summensignal, das aus der von der Analyseeinrichtung 110 ermittelten Grundschwingung und der dritten Oberschwingung zusammengesetzt ist gemäß:

H2 (t) = AI sin ( co t + φΐ) + A3 sin( 3co t + φ3)

wobei die Aktualisierungszeitpunkte beim zweiten stufenförmigen Hilfssignal R2 (t) dem zweiten Aktualisierungstakt f2 entsprechen. Der Verlauf des zweiten Hilfssignals H2 ist eben-falls in der Figur 4 dargestellt. Es lässt sich erkennen, dass das zweite stufenförmige Hilfssignal H2 (t) zu den Zeitpunkten tlO, tll, tl2, tl3, tl4, t20 usw. aktualisiert wird und somit feinstufiger ausgestaltet ist als das erste stufenförmige Hilfssignal Hl (t) des ersten Signalgenerators 120.

Das Ausgangssignal des Addierers 150 bildet den verdichteten Ausgangsdatenstrom Sa, der ausgangsseitig am Ausgang A10 der Steuereinrichtung 10 ausgegeben wird und zur Ansteuerung der elektrischen Einrichtung 20 dient.

Die Figur 2 zeigt das Ausgangssignal des Addierers 150 bzw. den Ausgangsdatenstrom Sa mit den verdichteten Ausgangssollwerten Ua näher im Detail. Es lässt sich erkennen, dass der Ausgangsdatenstrom Sa mehrstufiger bzw. vielstufiger ist als der Eingangsdatenstrom Se und somit eine zeitlich höher aufgelöste Ansteuerung der elektrischen Einrichtung 20 ermöglicht als der Eingangsdatenstrom Se. Die "hinzugefügten" Ausgangssollwerte basieren anschaulich beschrieben auf der Annahme, dass der Verlauf der Eingangssollwerte Ue weitgehend einem Summensignal aus Grundschwingung und der dritten Oberschwingung entspricht.

Der zweite Aktualisierungstakt f2 ist vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches des ersten Aktualisierungstakts fl; in diesem Falle wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass im Rahmen der Bildung des Ausgangsdatenstroms Sa zwischen zwei aufeinander folgenden Eingangssollwerten Ue des Eingangsdatenstroms Se jeweils mindestens ein Zusatzsollwert eingefügt wird (siehe z. B. zwischen Ue(tlO) und Ue(t20) vier Zusatzsollwerte Ua(tll), Ua(tl2), Ua(tl3), Ua(tl4) in der Figur 2).

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 sind die Steuerein-richtung 10 und die anzusteuernde elektrische Einheit 20 separate Komponenten; alternativ kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 10 einen Bestandteil der anzusteuernden elektrischen Einrichtung bildet.

Die Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Steuereinrichtung 10, die zur Ansteuerung einer elektrischen Einrichtung 20 geeignet ist. Die Steuereinrichtung 10 gemäß Figur 5 entspricht von ihrem prinzipiellen Aufbau her der Steuereinrichtung 10 gemäß Figur 1. So weist auch die Steuereinrichtung 10 gemäß Figur 5 einen ersten Signalgenerator 120, einen Subtrahierer 130, ein Aktualisierungsratenwandel-element 140, einen Addierer 150 sowie einen zweiten Signalgenerator 160 auf. Der Unterschied zwischen der Steuereinrich-tung 10 gemäß Figur 1 und der Steuereinrichtung 10 gemäß Figur 5 besteht in der konkreten Ausgestaltung der Analyseeinrichtung 110 und in dem Signalmodell, das die beiden Signalgeneratoren 120 und 160 nutzen.

Bei der Ausführungsvariante gemäß Figur 5 basiert die Analyseeinrichtung 110 auf einem anderen Signalmodell, nämlich einem Signalmodell auf der Basis von Polynomkoeffizienten. Das Signalmodell Um lautet bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 wie folgt:

Um(t) = aO + al t + a2 t2

wobei aO, al und a2 die Modellparameter des Signalmodells Um(t) bezeichnen. Die Variable t bezeichnet die Zeit bzw. den jeweiligen Auswertungszeitpunkt der Analyseeinrichtung 110.

Das Signalmodell Um(t) ist in einem Polynomkoeffizientenmodul 114 integriert.

Die Steuereinrichtung 10 gemäß Figur 5 arbeitet im Wesentlichen genauso wie die Steuereinrichtung 10 gemäß Figur 1, so dass auf die obigen Erläuterungen im Zusammenhang mit der Figur 1 bis 4 Bezug genommen werden kann. Die von der Analyse-einrichtung 110 ausgangsseitig ausgegebenen Modellparameter aO, al und a2 gelangen zu dem ersten Signalgenerator 120, der auf der Basis der Modellparameter, dem Signalmodell Um(t) sowie dem ersten Aktualisierungstakt fl das erste stufenförmige Hilfssignal Hl (t) erzeugt.

Das erste stufenförmige Hilfssignal Hl (t) und die Eingangssollwerte Ue werden mittels des Subtrahierers 130 voneinander subtrahiert, wodurch ausgangsseitig das erste Restsignal Rl (t) erzeugt wird.

Mit dem ersten Restsignal Rl (t) erzeugt das Aktualisierungs-ratenwandelelement 140 das zweite Restsignal R2 (t) , dessen Ausgangssignal mittels des Addierers 150 mit dem zweiten stufenförmigen Hilfssignal H2 (t) des zweiten Signalgenerators 160 addiert wird.

Das zweite stufenförmige Hilfssignal H2 (t) wird von dem zweiten Signalgenerator 160 auf der Basis der Modellparameter aO, al und a2, dem Signalmodell Um(t) sowie dem zweiten Aktuali-sierungstakt f2 erzeugt.

Die am Ausgang des Addierers 150 und damit am Ausgang A10 der Steuereinrichtung 10 ausgegebenen Ausgangssollwerte Ua gelangen zur elektrischen Einrichtung 20.

Zusammengefasst entspricht die Steuereinrichtung 10 gemäß Figur 5 der Steuereinrichtung 10 gemäß den Figuren 1 bis 4 mit dem Unterschied, dass die Analyseeinrichtung 110 sowie die Signalgeneratoren 120 und 160 ein anderes Signalmodell und damit andere Modellparameter heranziehen; im Übrigen entsprechen sich die Steuereinrichtungen 10 gemäß Figur 1 und 5.

Die Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Steuereinrichtung 10, die zur Ansteuerung einer elektrischen Einrichtung 20 geeignet ist.

Die Steuereinrichtung 10 gemäß Figur 6 weist eine Analyseeinrichtung 110 auf, die auf einem vorgegebenen ersten Signalmodell Uml (t) basiert. Das erste Signalmodell Uml (t) ist vorzugsweise mit dem Signalmodell gemäß den Figuren 1 bis 4 identisch und erzeugt ausgangsseitig die bereits oben erläu-terten Modellparameter AI, cpl, A3 und φ3:

Uml (t) = AI sin (co t + φΐ) + A3 sin(3co t + φ3)

Die Modellparameter werden mit einem ersten Aktualisierungs-takt fl, der dem Aktualisierungstakt der Eingangssollwerte Ue entspricht, erzeugt und gelangen zu einem Signalgenerator 200, der auf der Basis der Modellparameter des ersten Signalmodells Uml (t) , auf der Basis eines zweiten Signalmodells Um2 (t) und einem zweiten Aktualisierungstakt f2, der höher als der erste Aktualisierungstakt fl ist, die Ausgangssollwerte Ua bzw. den Ausgangsdatenstrom Sa bildet. Das zweite Signalmodell Um2 (t) lautet vorzugsweise wie folgt:

Um2 (t) = dUml(t)/dt = AI co cos (co t + φΐ) + 3co A3 cos (3co t + <p3)

Das zweite Signalmodell Um2 (t) beschreibt somit die zeitliche Ableitung des Signalmodells Uml (t) der Analyseeinrichtung 110.

Der zweite Signalgenerator 200 erzeugt ausgangsseitig die Ausgangssollwerte Ua gemäß dem zweiten Aktualisierungstakt f2 und damit wie folgt:

Ua = AI co cos (co t + φΐ) + 3co A3 cos (3co t + φ3)

Die Ausgangssollwerte Ua entsprechen somit der zeitlichen Ableitung der Eingangssollwerte Ue nach der Zeit t, wobei die Aktualisierungsrate vergrößert ist, weil der zweite Aktualisierungstakt f2 größer als der erste Aktualisierungstakt fl ist .

Die im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 6 beschriebenen Datenverdichtungsverfahren weisen den Vorteil auf, dass sich der verdichtete Ausgangsdatenstrom Sa ohne bzw. ohne relevante zeitliche Verzögerung des Eingangsdatenstroms Se bzw. der Eingangssollwerte Ue erzeugen lässt. Auch lässt sich eine ho-he Aktualisierungsrate bzw. ein hoher Aktualisierungstakt f2 einstellen, ohne dass dadurch ein unerwünschtes Anheben von Rauschanteilen auftritt.

Die Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine elektri-sehe Einrichtung 20, die von den Steuereinrichtungen 10 gemäß den Figuren 1 bis 6 angesteuert werden kann. Bei der elektrischen Einrichtung 20 handelt es sich um einen dreiphasigen modularen Multilevelumrichter . Dieser umfasst Wechselspannungsanschlüsse W10 zum Einspeisen oder zur Entnahme von Wechselstrom. Darüber hinaus ist er mit einer Gleichspannungsseite G10 ausgestattet, die zwei Gleichspannungsanschlüsse GlOa und GlOb umfasst, über die Gleichstrom eingespeist oder entnommen werden kann.

Der Multilevelumrichter weist drei parallel geschaltete Reihenschaltungen Rl, R2 und R3 auf, deren äußere Anschlüsse RH, R21 und R31 mit dem Gleichspannungsanschluss GlOa in Verbindung stehen. Die äußeren Anschlüsse R12, R22 und R32 stehen mit dem Gleichspannungsanschluss GlOb der Gleichspan-nungsseite G10 in Verbindung. Die äußeren Anschlüsse der drei Reihenschaltungen Rl, R2 und R3 bilden die Gleichspannungsseite G10 des Multilevelumrichters 10.

Jede der drei Reihenschaltungen Rl, R2 und R3 umfasst zwei Konvertermodule KM mit beispielsweise drei oder mehr in Reihe geschalteten Submodulen SM sowie einer Induktivität L. Jeweils zwischen zwei Induktivitäten L befindet sich ein Zwi- schenanschluss Z, der einen der drei Wechselspannungsanschlüsse W10 des Multilevelumrichters bildet.

Die Submodule SM weisen jeweils mindestens zwei Schalter und einen Energiespeicher auf. Die Ansteuerung der Submodule SM der Konvertermodule KM erfolgt konverterindividuell jeweils anhand der Ausgangssollwerte Ua eines konverterindividuell zugeordneten Ausgangsdatenstroms Sa, dessen Bildung oben beispielhaft im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 6 erläutert wurde.

Vorzugsweise wird bei jedem der Konvertermodule KM jeweils die Spannung am Konvertermodul unter Bildung von Spannungsistwerten ermittelt. Die Spannungsistwerte werden mit den je-weiligen Spannungssollwerten, die durch die Ausgangssollwerte Ua des zugeordneten Ausgangsdatenstroms Sa

konverterindividuell vorgegeben werden, verglichen. Wenn ein in Abhängigkeit von den Differenzwerten zwischen den Spannungsistwerten und den Spannungssollwerten gebildeter Span-nungsabweichungswert einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht oder überschreitet, werden ein oder mehrere der Schalter der Submodule SM des jeweiligen Konvertermoduls KM umgeschaltet, um zu erreichen, dass die Spannungsistwerte den Spannungssollwerten bestmöglich entsprechen.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Bezugs zeichenliste

1 Steuereinrichtung

10 Steuereinrichtung

20 elektrische Einrichtung

110 Analyseeinrichtung

111 GrundschwingungsbeStimmungsmodul

112 OberschwingungsbeStimmungsmodul 114 Polynomkoeffizientenmodul

120 Signalgenerator

130 Subtrahierer

140 Aktualisierungsratenwandelelement

150 Addierer

160 Signalgenerator

200 Signalgenerator

aO Modellparameter

al Modellparameter

a2 Modellparameter

AI Amplitude

A3 Amplitude

A10 Ausgang

E10 Eingang

fl Aktualisierungstakt

f2 Aktualisierungstakt

Hl Hilfssignal

H2 Hilfssignal

Rl Restsignal

R2 Restsignal

Sa Ausgangsdatenstrom

Se Eingangsdatenstrom

t Variable / Zeit

tlO Zeitpunkt

tll Zeitpunkt

tl2 Zeitpunkt

tl3 Zeitpunkt

tl4 Zeitpunkt

t20 Zeitpunkt

-

t30 Zeitpunkt

t40 Zeitpunkt

t50 Zeitpunkt

t60 Zeitpunkt

t70 Zeitpunkt

Ua Ausgangssollwert

Ue Eingangssollwert

Um(t) Signalmodell

Um(tl) Signalmodell

Um(t2) Signalmodul

φΐ Phasenlage

φ3 Phasenlage

G10 Gleichspannungsseite

GlOa Gleichspannungsanschluss

GlOb Gleichspannungsanschluss

K Konvertermodul

L Induktivität

Rl Reihenschaltung

R2 Reihenschaltung

R3 Reihenschaltung

RH äußerer Anschluss

R12 äußerer Anschluss

R21 äußerer Anschluss

R22 äußerer Anschluss

R31 äußerer Anschluss

R32 äußerer Anschluss

SM Submodul

W10 Wechselspannungsanschluss

Z Zwischenanschluss