[發(fā)明專利]確定多單元功率變換器的單元的單元電容器電壓的方法和設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980159131.1
• 申請(qǐng)日: 2009-05-07
• 公開（公告）號(hào): CN102414976A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: F·奇門托;F·迪杰克修曾;J-P·哈舍;F·霍西尼;T·強(qiáng)森;P·倫德伯格;M·蒙吉;S·諾加;J·斯文森;F·汀勞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: ABB技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H02M7/49
• 分類號(hào): H02M7/49
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華;王小衡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種確定多單元(cell)功率變換器的單元的單元電壓的方法和設(shè)備，其中，該設(shè)備包括單元和控制單元，其中，單元包括被互連為具有第一和第二相腿的全橋變換器的四個(gè)功率電子閥，每個(gè)相腿包括四個(gè)功率電子閥中的兩個(gè)的串聯(lián)連接，并且每個(gè)相腿的兩個(gè)功率電子閥之間的連接點(diǎn)是可外部連接的；被并聯(lián)地連接至第一和第二相腿的單元電容器，和四個(gè)柵極單元，每個(gè)柵極單元被連接至功率電子閥中的相應(yīng)的一個(gè)以及控制單元。

背景技術(shù)

多單元功率變換器在這里應(yīng)理解為包括至少兩個(gè)相同子單元(稱為單元)的串聯(lián)連接的功率變換器，其中，每個(gè)子單元或單元包括至少四個(gè)功率電子閥和儲(chǔ)能單元(諸如電容器)。所述至少兩個(gè)單元的串聯(lián)連接能夠連接在兩個(gè)AC相之間或AC相與零線之間或第一和第二DC極之間，這取決于功率變換器的性質(zhì)，即取決于其是AC/AC還是AC/DC變換器，取決于其擁有多少相和該相被如何相互連接。

本發(fā)明所涉及的多單元功率變換器中的每個(gè)單元包括被互連為具有被并聯(lián)地連接至兩個(gè)相同相腿的單元電容器的全橋變換器或子變換器，每個(gè)相腿包括功率電子閥中的兩個(gè)的串聯(lián)連接。例如從F.Z.Peng等人在IEEE?Transactions?on?Industry?Applications，Vol.32，No.5，Sept/Oct?1996，pp.1130-1138中的“A?multilevel?voltage-source?inverter?with?separate?DC?sources?for?Static?Var?generation”已知被用于AC/AC變換器的此類單元結(jié)構(gòu)。兩個(gè)相腿中的每一個(gè)的兩個(gè)功率電子閥之間的連接點(diǎn)被連接至輸出端子，即單元可經(jīng)由這兩個(gè)輸出端子連接至另一相鄰單元或任何其它外部設(shè)備或連接。

本發(fā)明所涉及的變換器的功率電子閥每個(gè)包括關(guān)斷型的功率半導(dǎo)體開關(guān)和與之反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管，關(guān)斷型的功率半導(dǎo)體開關(guān)諸如IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、IGCT(集成門極換向晶閘管)或GTO(柵極可關(guān)斷晶閘管)。功率半導(dǎo)體開關(guān)和續(xù)流二極管可以是單個(gè)器件或多個(gè)此類器件的串聯(lián)連接，這取決于其意圖被用于的電壓水平。對(duì)于單元電容器而言同樣如此。

為了產(chǎn)生導(dǎo)通和關(guān)斷每個(gè)功率半導(dǎo)體所需的電子信號(hào)，將所謂的柵極驅(qū)動(dòng)單元或柵極單元連接至每個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)的柵極。從EP0868014B1已知用于此類柵極單元的示例的結(jié)構(gòu)和功能，其中，柵極單元經(jīng)由光纖通信線路從控制設(shè)備接收控制信號(hào)。控制信號(hào)是導(dǎo)通相應(yīng)功率半導(dǎo)體開關(guān)的邏輯一或?qū)⑵潢P(guān)斷的邏輯零。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，以這樣的方式來(lái)控制如上所述的多單元功率變換器的每個(gè)單元的功率電子閥中的四個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)，即在相應(yīng)單元的輸出端子兩端產(chǎn)生三個(gè)不同的可能電壓水平中的一個(gè)，其中，所述電壓水平是加或減單元電容器兩端的電壓或零電壓。在下文中將單元電容器兩端的電壓稱為單元電容器電壓，并將單元電容器電壓的數(shù)值表示稱為單元電容器電壓值。通過(guò)適當(dāng)?shù)貙?duì)功率半導(dǎo)體開關(guān)的開關(guān)進(jìn)行定時(shí)，另外保證了至少不時(shí)地對(duì)單元電容器再充電以便補(bǔ)償各單元中的任何損耗。此外，單元電容器被再充電或充電以將單元電容器電壓保持在期望的電容器電壓水平，所述期望的電容器電壓水平優(yōu)選地對(duì)于所有串聯(lián)連接的單元而言都是相等的，以便保持單元上的分壓平衡。然后通過(guò)以期望的方式調(diào)整所有串聯(lián)連接的單元的輸出電壓的和來(lái)控制多單元功率變換器的總電壓。

對(duì)于單元和變換器的此控制而言，分別地，需要已知單獨(dú)的單元電容器電壓值。獲得單元電容器電壓值的直接解決方案是與單元電容器并聯(lián)連接地布置第一電壓測(cè)量單元。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種改進(jìn)的方法和設(shè)備以確定上述多單元功率變換器的單元的單元電容器值。

由根據(jù)權(quán)利要求1的方法和根據(jù)權(quán)利要求12的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的。

本發(fā)明基于這樣的事實(shí)的認(rèn)識(shí)，即在多單元變換器的單元的正常操作期間，每個(gè)單元的四個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)的開關(guān)模式使得除換向及其它短暫時(shí)間之外，每個(gè)相腿的僅一個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)被導(dǎo)通，同時(shí)另一個(gè)被關(guān)斷，其中，被導(dǎo)通意味著開關(guān)處于閉合狀態(tài)且被關(guān)斷意味著開關(guān)處于打開狀態(tài)。進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到根據(jù)處于導(dǎo)通狀態(tài)的功率半導(dǎo)體開關(guān)的電阻，向被關(guān)斷的功率半導(dǎo)體開關(guān)施加單元電容器電壓的全部或至少最大部分。因此將可以通過(guò)測(cè)量當(dāng)前被關(guān)斷的每個(gè)單元的兩個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)中的一個(gè)兩端的電壓并通過(guò)(如果有必要)用處于導(dǎo)通狀態(tài)的各功率半導(dǎo)體開關(guān)兩端的電壓降修正此值來(lái)確定單元電容器電壓值。