Abgeschlossene Studienabschlussarbeiten

Nach der Modellierung und Simulation von 4 Schaltung habe ich ein tieferes Verständnis für das von Zustandsgraf erstellte Modell. Durch Simulink-Modell zur Simulation der Schaltung können Sie die verschiedenen Schaltzustände der Schaltung besser verstehen. Bei der Gestaltung diese Arbeit nahm die Schwierigkeit allmählich zu, die Modellierung beginnt mit einem Tiefsetzsteller und einem Hochsetzsteller, um zuerst das Modellierungsprinzip des Simulink-Modells zu verstehen. Für die Modellierung des Simulink-Modells besteht die Grundidee der Modellierung darin, den Schaltungszustand gemäß verschiedenen Schaltzuständen zu bestimmen und dann die Differentialgleichung gemäß der Ersatzschaltung zu berechnen, und das mathematische Modell der Schaltung kann gemäß gebildet werden auf die mathematische Beziehung der Gleichung, dann können gemäß verschiedenen Beurteilungsbedingungen verschiedene Zustände ausgegeben werden, um ein vollständiges Simulink-Modell zu erhalten. Der wichtigste Teil des Simulink-Modells ist das Design von Zustandsgrafen, der zustandsgraf enthält verschiedene Ausgangsschaltungszustände, die Beurteilungsbedingungen des Schaltungszustands, es besteht im Allgemeinen aus Schaltzuständen. Zum Beispiel kann ein Tiefsetzsteller umfasst das Zustandsgraf 3 Schaltzustände, so dass es bis 3 Schaltungszustände entspricht. Bei der Modellierung ein bidirektionales Tief/Hochsetzsteller werden als Schaltelemente IGBTs und antiparallele Dioden verwendet, wenn zwei IGBTs gleichzeitig ausgeschaltet werden, wird die Diode eingeschaltet, so dass die Leitungssituation in einer Periode komplizierter ist, was hier beachtet werden muss, ist die Bestimmung der Beurteilungsbedingungen für jeden Arbeitszustand, um das Simulink-Modell mit dem Modell im SimuPowerSystem konsistenter zu machen. Bei der Modellierung eines Bidirektionalen Dreiphasenstromrichters, die Entwicklung der erläuterten Modelle besteht in Allgemeinen aus zwei Teilen, der Dimensionierung des Stromkreises und dem Entwurf des Regelverfahrens. Während im detaillierten Modell die Brückenschaltung des SRs komponentenweise dargestellt wird, lässt sie sich im Mittelwertmodell durch eine Spannungsquelle ersetzen. Die Regelung der SRs wird aus vier Bestandteilen gebildet. In Bestandteil 1 werden die Zwischenkreisspannung, die Netzspannung und der Netzstrom erfasst. Mithilfe der Phasenregelschleife lässt sich der Netzwinkel ermitteln, womit der Netzstrom in dq-Größen transformiert werden kann. Im Bestandteil 2 werden die kaskadengeordneten Regler ausgeführt. Die daraus ermittelten Regelgrößen in dq0-Koordinaten werden in Bestandteil 3 in natürliche Koordinaten zurücktransformiert. Die so generierten dreiphasigen Größen sind ideal sinusförmig und werden direkt für das Mittelwertmodell eingesetzt. Wenn das SimuPowerSystem-Modell modelliert wird, können zuerst verschiedene Situationen im SimuPowerSystem-Modell simulieren, dann analysieren den Schaltzustand gemäß dem Strom in der Schaltung und die Spannung an den elektronischen Komponenten. Bei der Modellierung des Simulink-Modells wird das Dreiphasenmodell als drei Einphasenmodelle zur Modellierung betrachtet. Und der Hilfszustand wurde wegen der algebraischen Schleife in den Modellierungsprozess eingeführt, daher werden im Modellierungsprozess 6 Zustandsgraf benötigt, gleichzeitig wurde Nullspannung u_(y )für die Modellierung eingeführt und die Nullspannung in verschiedene Schaltzustände berechnet. Obwohl die Einführung des Hilfszustands die algebraische Schleife beseitigt, ergibt sich auch eine Abweichung gegenüber dem richtigen Zustand, die Zeit der Abweichung beträgt etwa einen Schritt, bei einer variablen Schrittweite kann die Abweichung ignoriert werden. Nach mehreren Simulationen erfüllen die Ergebnisse die erwarteten Anforderungen. In Zukunft können diese Modelle verwendet werden, um verschiedene Schaltzustände von Schaltkreisen zu untersuchen, es kann auch zum Einlernen verschiedener Schaltungen verwendet werden. Das Simulink-Modell kann den Schaltzustand der Schaltung unter verschiedenen Leitungsbedingungen besser analysieren. Wenn die Modellierungsmethode in Simulink während der nachfolgenden Recherche ändern können. Natürlich kann diese Methode in Zukunft auch zur Modellierung anderer elektronischer Schaltungen verwendet werden.

Die vorliegende Masterarbeit analysiert die nichtlineare Regelungsmethode Passivity-Based Control (PBC) mit dem Fokus auf die so genannte IDA-PBC (Interconnection and Damping Assignment Passivity-Based Control) für ein dreiphasiges Stromrichtermodell am AC-Netz mit LCL-Filter. Die Ziele dieser Arbeit sind zunächst die Untersuchung, Modellierung und Simulation einer in der Literatur ([5]) angegebenen Variante. Danach werden Erweiterungen des untersuchten Modells unter Verwendung eines Totzeitgliedes, approximiert durch ein PT1-Glied und einem Padé-Glied 2. Ordnung, eines Winkelbildners der Filterkapazitätsspannung, eines Phasenregelkreises (PLL) und/oder eines Spannungsregelkreises für die Zwischenkreisspannung vorgenommen. Des Weiteren werden die erweiterten Modelle untersucht, inwieweit diese sich auch passiv verhalten. Das gesamte System ([5]) wird in Port-Hamiltonscher Darstellung und im dq-Koordinatensystem des Netzes beschrieben. Die Netzspannung im dq-Koordinatensystem ist als eine konstante Eingangsgröße angenommen worden. Für die Modellierung und Simulationsuntersuchungen wird MATLAB/Simulink genutzt. Die Stabilitätsuntersuchungen werden mit Polstellen-Diagrammen des linearisierten Modells durchgeführt. Die Passivität der Systeme wird mit Hilfe einer kontinuierlichen Übertragungsfunktionsmatrix sowie ihrem Frequenzbereich untersucht.

In der gegenwärtigen Zeit sind leistungselektronische Systeme für die Integration erneuerbarer Energiequellen in existierende Elektroenergiesysteme von elementarer Bedeutung. Auch im Kleinspannungsumfeld enthält jedes Schaltnetzteil leistungselektronische Komponenten zur Energiewandlung. Somit sind auf dem Weg vom Erzeuger bis zum Verbraucher kaskadiert mehrere Ebenen der Leistungselektronik vorzufinden, welche jeweils mit ihren Verlusten die tatsächlich an den Verbraucher übertragene Leistung vermindern. Könnte man der Wirkungsgrad der leistungselektronischen Komponenten erhöhen, so gäbe es massive Energieeinsparungen innerhalb der Übertragungsstrecken. Bei einer weltweiten Stromerzeugung von 21.963 Terawattstunden (TWh) im Jahre 2014 könnte eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades um bereits 0,1 % eine Energieersparnis von rund 22 TWh bedeuten, was dem Energiebedarf einer Metropole gleichkäme. Neben dem Wirkungsgrad spielt auch gerade in der heutigen Zeit die Integrationsdichte eine immer größere Rolle, der Willen zur Verkleinerung von Baugruppen bei gleichbleibendem Systemverhalten ist ein starker Trend in der Energietechnik. Somit hat diese Arbeit als Thema, fähige Regelungsstrukturen für Netzwechselrichterstrukturen aufzubauen und diese auf Störfestigkeit und Führungsverhalten zu prüfen, sodass ein stabiles Systemverhalten auch für räumlich kleiner bemessene Bauelemente gewährleistet werden kann.

Das Ziel der Softwareentwicklung für eingebettete Systeme ist ein robustes und fehlerfreies Systemverhalten unter realen Umgebungsbedingungen. Diese Masterarbeit ist Teil eines Gesamtprojekts mit dem Ziel der Entwicklung eines Echtzeitdiagnosesystems für leistungselektronische Systeme. In dieser Arbeit werden die Grundlagen der Datenkommunikation zwischen einem PC und mehreren eingebetteten Systemen über Ethernet erarbeitet. Anschließend wird das Adressbasierte Dynamische Daten-Protokoll (ADDP) entworfen und auf einem TMS320F28379D Mikrocontroller von Texas Instruments mit externem Ethernet-Controller implementiert. Die Grundidee ist die Nutzung von freier Rechenzeit zur Kommunikation mit einem PC. Das jeweilige eingebettete System kann so unter realen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden und wird dabei nicht durch die Kommunikation beeinträchtigt. Mit den gewonnenen Daten kann der Ablauf der Software nachvollzogen werden. Zusätzlich werden Anforderungen an die Diagnosesoftware "moni2" des Fachgebiets Leistungselektronik und Steuerungen in der Elektroenergietechnik definiert. Das Ergebnis wird vorgestellt. Das ADDP bietet Einsatzmöglichkeiten in den Bereichen Softwaretest, Diagnose, oder Sollwertvorgabe und Monitoring in verteilten Systemen.

Diese Arbeit demonstriert an einem praktischen Beispiel, wie die Simulink-Toolbox "HDL Coder" für die Umsetzung von Regelungsstrukturen in der Leistungselektronik genutzt werden kann. Dabei soll untersucht werden, inwiefern dieses Verfahren das herkömmliche zeitaufwändige Programmieren ersetzen kann. Die benötigten Strukturen werden in Simulink als Blockstruktur modelliert und mit dem HDL Coder in eine Hardwarebeschreibungssprache übersetzt. Auf einer ausgewählten Field Programmable Gate Array (FPGA)-Entwicklungsplattform wird das Ergebnis getestet. Vorangeht ein kurzer Abriss über die Konfiguration und Nutzung des Programms.