[发明专利]用于为多电平转换器预选开关状态的方法和系统

说明书

公开一种用于对多电平转换器进行开关控制的方法，该多电平转换器具有多个模块，借由该开关控制而由该多个模块的各个模块开关状态形成总开关状态，向该开关控制连续地提供该多电平转换器的所有储能器的当前电量，将该开关控制分为离线部分和在线部分，在该离线部分中，优化器连续依次地计算多个离线开关表，并计算多个离线开关表中的相应离线开关表在该在线部分中，连续依次地根据指定的在线选择判据从该多个离线开关表中选择在线开关表；针对每个时间步幅，调制器实时为相应的电压请求分配相应的电压电平；针对该相应的电压电平，调度器基于所选的在线开关表获取相应的总开关状态并将其转发给所有模块。还公开一种用于实现这种开关控制的系统。

技术领域

本发明涉及一种用于对多电平转换器进行开关控制的方法，尤其是对多电平转换器进行实时控制的方法。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预定频率的交流电压，输入电压和输出电压在常规功率电子器件中借助少数功率开关在少数(大部分情况下两个或三个)级别之间进行切换，以便在平均值上获得所希望的大小。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器件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平来形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。

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献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。

美国文献US 2017/0123014 A1公开了各个电池组件连通性的动态改变。由此使多个储能器彼此连接。

中国文献CN 105429495 A描述了模块化多电平转换器的相邻模块实时串联或并联间的变换。在此，开关损耗可被大大降低。

文献US 2014/0028266 A1公开了一种模块化多电平转换器的装置，该装置包括用于电池模块的控制块。根据所请求的功率来选择电池模块的互连。

模块化多电平转换器的控制的基本问题是高数量的自由度，也就是说首先形成相同电压的大量不同的开关状态或模块状态。这些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，电路控制的控制装置(即所谓的调度器)必须在每一时间点确定并且主动地控制所有模块的状态。对所有模块的所有开关的这样的状态获取和分配以介于1kHz与1MHz之间的采样频率进行，对应于每秒1000次至1百万次。

在此，一种实时优化方法可能是有利的，该方法根据多电平转换器的所有储能器的当前状态和/或其他可设想的辅助条件(例如储能器的均匀负载)来获得数学上的优化。为了真正在数学上得到优化，理论上必须计算所有可能的开关状态并且相对彼此进行权衡，例如在每个模块具有至少五个开关状态的10个MMSPC型模块的情况下，每个时间步幅有总计5^10个并且因此接近10^7(等于1千万)个可能的开关状态。然后必须计算未来的一定数量的时间步幅，以便找到与之相关的最佳解。在M个时间步幅的情况下，可能存在(5^10)^M种可能性。单是两个时间步幅的计算就已经有约10^21种可能性，远超出高性能计算机的范围(每秒进行10^15次运算)。因此，迄今已有方法中没有一种能够处理这种巨大的计算工作量。相比之下，虽然启发式方法可以(视复杂性)在线求解，但是这些解总是与最优的总开关状态还有一定距离。

发明内容

在此背景下，本发明的目的在于提供一种用于控制多电平转换器的所有开关的开关状态的方法，该方法在线地(也就是说在多电平转换器运行时实时地)针对相应的电压请求来根据指定的辅助条件计算多电平转换器的相应的最优总开关状态并且提供对多电平转换器的控制。此外，还将介绍相关的系统。