Frequenzselektive Aktivfilterung von Stromoberschwingungen mit einer erweiterten modellbasierten Prädiktivregelung
Martin Pieschel
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Martin Pieschel, Frequenzselektive Aktivfilterung von Stromoberschwingungen mit einer erweiterten modellbasierten Prädiktivregelung (2011), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832599089
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Beschreibung / Abstract
Modellprädiktive Regelungen waren bisher aufgrund der erforderlichen hohen Rechenleistung in ihrem Anwendungsbereich auf Regelstrecken mit niedrigen Abtastraten beschränkt. Durch die Verfügbarkeit schneller Rechenhardware wurde bereits ein Verfahren dieser Klasse von Reglern erfolgreich bei der feldorientierten Regelung von Asynchronmaschienen erprobt.
In dieser Arbeit wird der Einsatz einer modellbasierten Prädiktivregelung zur frequenzselektiven Aktivfilterung von Stromoberschwingungen untersucht. Hierzu wird ein Wechsel von der bisher üblichen Regelung von Gleichgrößen zu einer Regelung mehrerer überlagerter Sinusschwingungen durch Hinzufügen von dynamischen Modellen der Führungsgröße zu einer Prädiktivregelung mit einer Zustandsraumdarstellung durchgeführt.
Nach der erfolgreichen simulativen Untersuchung des Kompensationsverhaltens wurde zur Verifikation des Verfahrens im Labormaßstab ein mehrstufiger Umrichter aus einer Reihenschaltung von zehn H-Brücken mit Spannungszwischenkreis als Stellglied für die Regelung aufgebaut. Der Umrichter wurde über einen schwach gedämpften Saugkreis parallel zu verschiedenen Stromoberschwingungsquellen angeschlossen und bewies die Funktionstüchtigkeit der entwicketen Regelung.
In dieser Arbeit wird der Einsatz einer modellbasierten Prädiktivregelung zur frequenzselektiven Aktivfilterung von Stromoberschwingungen untersucht. Hierzu wird ein Wechsel von der bisher üblichen Regelung von Gleichgrößen zu einer Regelung mehrerer überlagerter Sinusschwingungen durch Hinzufügen von dynamischen Modellen der Führungsgröße zu einer Prädiktivregelung mit einer Zustandsraumdarstellung durchgeführt.
Nach der erfolgreichen simulativen Untersuchung des Kompensationsverhaltens wurde zur Verifikation des Verfahrens im Labormaßstab ein mehrstufiger Umrichter aus einer Reihenschaltung von zehn H-Brücken mit Spannungszwischenkreis als Stellglied für die Regelung aufgebaut. Der Umrichter wurde über einen schwach gedämpften Saugkreis parallel zu verschiedenen Stromoberschwingungsquellen angeschlossen und bewies die Funktionstüchtigkeit der entwicketen Regelung.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 1 Einleitung
- 1.1 Einordnung dieser Arbeit
- 1.2 Inhaltsübersicht
- 2 Aktivfilterung von Stromoberschwingungen
- 2.1 Stromoberschwingungen
- 2.2 Modellierung der untersuchten Regelstrecke
- 2.3 Strukturanalyse
- 2.4 Bekannte Kompensationsverfahren
- 2.5 Zusammenfassung
- 3 Modellbasierte Prädiktivregelung
- 3.1 Funktionsprinzip
- 3.2 Regelstreckenmodelle
- 3.3 Kostenfunktion
- 3.4 Lösung der Optimierungsaufgabe
- 3.5 Sollwertfolge und stationäre Verläufe
- 3.6 Totzeiten
- 3.7 Kompensation nicht gemessener Störungen
- 3.8 Zusammenfassung
- 4 Erweiterung von MPC zur Aktivfilterregelung
- 4.1 Hintergrund
- 4.2 Sollwertfolge
- 4.3 Testumgebung zur simulativen Untersuchung
- 4.4 Störkompensation
- 4.5 Auswahl des zu implementierenden Regelgesetzes
- 4.6 Analyse der Aktivfilterstruktur mit Zustandsregler
- 4.7 Reglerauslegung
- 4.8 Behandlung von Messtotzeiten
- 4.9 Stabilitätsbetrachtungen
- 4.10 Zusammenfassung
- 5 Aufbau eines Aktivfilters
- 5.1 Mehrstufiger Umrichter als Stellglied zur Aktivfilterung
- 5.2 Ansteuerung
- 5.3 Umsetzung der Regelungen
- 5.4 Zusammenfassung
- 6 Erprobung an einem Netzmodell
- 6.1 Netzmodell des Lehrstuhls für Regelungssysteme
- 6.2 Untersuchte Oberschwingungsquellen
- 6.3 Messungen mit nichtlinearen Lasten
- 6.4 Diskussion
- 6.5 Zusammenfassung
- 7 Zusammenfassung und Ausblick