Digitale Regelung von PWM-Wechselrichtern mit niedrigen Trägerfrequenzen

Pulsweitenmodulierte Wechselrichter (PWM-Wechselrichter) sind ein wichtiges Hilfsmittel zur Sicherung einer hohen Spannungsqualität in elektrischen Verbundnetzen und zur Verbesserung der Effizienz von elektrischen Anlagen. Bei PWM-Wechselrichtern mit Ausgangsleistungen im oberen kW-Bereich werden in der Regel niedrige Trägerfrequenzen im unteren kHz-Bereich verwendet. Dadurch stellt die aktive Dämpfung von schwingungsfähigen Ausgangsfiltern eine Herausforderung für die Regelung dar. Zu dieser Problematik soll die vorliegende Dissertation einen Beitrag leisten.
Aufbauend auf einer präzisen zeitdiskreten Modellbildung wird in dieser Arbeit eine Servo-Zustandsregelung mit Proportional-Resonanz-Reglern (PR-Reglern) im stationären αβ-Koordinatensystem vorgestellt. Für eine Spannungsregelung mit einem LC-Filter wird gezeigt, wie sich durch eine Kaskade aus (Servo-)Zustandsregelungen eine Strombegrenzung ohne Dynamikverlust integrieren lässt. Um ein "Windup" des integrierend wirkenden PR-Reglers zu verhindern, ist ein neues "Anti-Windup"-Verfahren für PR-Regler entwickelt worden. Anhand einer Stromregelung mit einem LCL-Filter wird demonstriert, wie durch einen reduzierten Störgrößenbeobachter mit impliziter Prädiktion die Totzeit bei der Störgrößenaufschaltung der Netzspannung kompensiert werden kann. Um die vorgestellten Ansätze in der Praxis zu verifizieren, werden Messergebnisse eines dreiphasigen Versuchsumrichters mit einer Nennleistung von 11 kVA und einer Nennspannung von 400 V präsentiert.