Abbildung 2-14 zeigt einen generischen Spannungsregler und ein gleichwertiges Modell des Antriebsstrangs.

Abbildung 2-14 Vereinfachter DC-Bus-Spannungsregelkreis mit Antriebsstrangmodell

Wie in Abbildung 2-14 zu sehen ist, wurde der vor (Gleichung 8) analytisch abgeleitete Begriff als Störung in den Regelkreis eingeführt, um die Leistung der Spannungsregelung zu überprüfen. Durch Beobachten der Regelkreis-Topologie lässt sich zeigen, dass der durch die DC-Störung verursachte stationäre Zustandsfehler dank eines integrierten Teils eines PI-Reglers Gleichung 8 vollständig zurückgewiesen wird. Umgekehrt kann der AC-Anteil der Störspannung nicht vollständig unterdrücken werden, was zu einer Spannungswelligkeit führt.

Um den maximal zulässigen Verstärkungsfehler eines auf AC-Seite verwendeten Stromsensors zu berechnen, wurden Simulationen unter Anwendung der folgenden Hypothese durchgeführt:

• DC-Bus-Spannung, die mit der minimalen Nennspannung arbeitet, um die Welligkeit der Spannung (650 V) zu maximieren
• Maximaler Leistungsaustausch zwischen AC- und DC-Seite, wodurch die Leistungsstörung erhöht wird (11 kW)
• Verstärkungsfehler für die drei Phasen, die zum Erreichen des Worst-Case-Szenarios angewendet werden, wie folgt:
  ε₁ = –ε₂ = –ε_3;
• Bandbreite des Stromregelkreises in allen Simulationen konstant gehalten (3 kHz)
• Der AC-Filter ist so konzipiert, dass er bei Nennausgangsleistung bei Verwendung der primären Strommessung die harmonische Gesamtverzerrung (THD) unter 3 % hält
• Die Netzfrequenz beträgt 50 Hz

Abbildung 2-15 zeigt die Simulationsergebnisse eines AC/DC-Wandlers, der mit Sensoren mit unterschiedlichen Verstärkungsfehlern arbeitet.

Abbildung 2-15 DC-Link-Spannungswelligkeit über die Zeit mit DC-Link-Bandbreite und Verstärkungsfehler als Parameter

Folgende Ergebnisse sind in Abbildung 2-15 vorhanden:

1. Eine 100 Hz-Welligkeitsspannung am DC-Link. Dies wird durch die durch den Verstärkungsfehler einer Strommessstufe eingespeiste Welligkeit verursacht.
2. Der Mittelwert der Spannung ist in allen Fällen immer noch gleich, wenn dank des integrativen Teils der PI-Steuerung ein stabiler Zustand erreicht wird, wie die Theorie bestätigt.
3. Die Welligkeit der DC-Link-Spannung ist mit der Bandbreite des DC-Link-Spannungsregelkreises korreliert. Wenn die Bandbreite des Spannungsregelkreises hoch genug ist, versucht der Regler, die Welligkeit der Spannung zu beseitigen, indem er die Stromschleifen sehr schnell zu Lasten des THD des Stromnetzes steuert.

In diesem Beispiel führt eine 400 Hz-Bandbreite des Spannungsregelkreises in Verbindung mit einem Verstärkungsfehler von 3,7 % des Stromsensors zu einem THD von 3,3 % im Vergleich zu einem THD von 3 % mit einem idealen Stromsensor ohne Verstärkungsfehler. Alternativ führt eine geringe Bandbreite des Spannungsregelkreises zu einem niedrigen THD auf der Netzseite, aber die Rippelspannung an der Gleichstromverbindung kann auf ein nicht akzeptables Niveau ansteigen. Eine Spannungswelligkeit in der DC-Verbindung kann zu einer Stromwelligkeit der Batterie führen, die nicht toleriert werden kann. Darüber hinaus führt eine niedrige Bandbreite des Regelkreises zu einem schlechten Lastschrittverhalten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein Stromsensor im Schaltknotenpunkt mit einem Verstärkungsfehler von 3,7 % zu einer Erhöhung des Netzstrom-THD von mehr als 10 % führen kann. Um diesen Anstieg zu kompensieren, muss der Eingangsfilter um mehr als 4 % in Volumen wachsen, um das Designziel von < 3 % THD auf der Netzseite des Wandlers zu erreichen.