"Multi-objective control of power converters, including active lifetime extension"

Elektronische Ventile (IGBT, IGCT, usw.) eines Drei-Punkt-Wechselrichters (3L-NPC-VSI) für Mittelspannungsanwendungen werden üblicherweise auf separaten Kühlkörpern montiert, als Folge entsteht eine schwache thermische kopplung zwischen den Ventilen. Wie aus der Literatur bekannt ist, kann im normalen Betrieb des Wechselrichters die Wärmeverteilung zwischen den Schaltern mit Hilfe verschiedener Verfahren verbessert werden. Trotzdem ist die Entstehung von lokalen Hotspots unter bestimmten Fehlersituationen wie: Störung im Kühlsystem, schlechter Platzierung der Ventile, Fehler in der Elektronik usw. unvermeidbar. Die lokale thermische Überlastung erhöht das Ausfallrisiko der betroffenen Ventile und reduziert die Lebensdauer des gesamten Systems.

In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiger fehlertoleranter Regelungsansatz entwicklet, um das Problem anzughen. Im Falle der lokalen thermischen Überlastung wird die Pulsweitenmodulation bzw. werden die Schaltmuster so adaptiert, dass die thermisch belasteten Ventile geschont werden und ein Teil der Wärme auf andere, nicht überlastete Schalter verlagert wird. Dabei werden redundante Zusatände des 3L-NPC-VSI ausgenutzt, welche dieselbe Ausgangsspannung haben, aber unterschiedlichen Einfluss auf die Verlustverteilung des wechselrichters nehmen. Dank der aktiven Verlustverteilung zwischen den Ventilen bewegt sich der Temperaturwert der überlasteten Ventile im erlaubten Bereich und das System kann im Bertieb bleiben. Darüber hinaus wird die Lebensdauer des Wechselrichters selbst im Fehlerzustand maximiert. 

Der vorgeschlagene Ansatz wird in zwei verschiedenen Varianten untersucht. Die erste betrachtet den 3L-NPC-VSI als Stellglied einer feldorientiert geregelten Asynchronmaschine und modifiziert die Pulsweitenmodulation entsprechend. Im zweiten Fall wird die Direkte Drehmomentregelung (DTC) betrachtet und die Schalttabelle modifiziert. Die vorgeschlagene fehlertolerante Prozedur minimiert auch ihre Auswirkungen auf die Mittelpunktspannung des Zwischenkreises, ohne dass zusätzliche Hardware notwendig ist. Das Verfahren wird mittels Simulation und zahlreicher Messungen an einem Laborprüfstand validiert.

2015 

"Active thermal protection and lifetime extension in 3L-NPS-Inverter in the low modulation range", Applied Power Electronics Conference and  Exposition (APEC), 2015 IEEE, Charlotte - USA

 "Active Lifetime Extension for a 3L-NPC-Inverter with Direct Torque Control" 2015 Intl Aegean Conference on Electrical Machines & Power  Electronics (ACEMP), 2015 Intl Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM) & 2015 Intl Symposium on  Advanced Electromechanical Motion Systems (ELECTROMOTION), Side, 2015, pp. 468-475.