[發明專利]變換器控制器，電能變換系統以及控制方法

在審

• 申請號: 201310530478.0
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN104601000A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 沈捷;苑志輝;韓承慧;S·施勒德;陳昆侖;楊水濤;瞿博
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02M5/42
• 分類號: H02M5/42
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖

技術領域

本發明公開的實施方式涉及電能變換系統，特別涉及用于電能變換系統的改進的調制方法。

背景技術

變換器（Converter），尤其是多電平變換器，由于其具有較好的輸出波形品質以及較高的耐壓能力，在很多工業領域取得逐漸廣泛的應用。例如，多電平變換器可以被用來執行直流至交流的電能變換操作，以提供單相或者多相交流電壓給泵或者車輛設備中使用的電機裝置，以驅動電機運轉。另外，多電平變換器還被用在發電系統中，例如，風力發電設備以及光伏或者太陽能發電設備中，以執行直流至交流的電能變換操作，以提供單相或者多相的交流電壓給電網，以供電網進行傳輸和分配。

通常，該多電平變換器包括多個開關元件或者器件，例如，絕緣柵雙極型晶體管和集成門極換流晶閘管等，這些開關元件或者器件在提供的具有特定開關樣式的開關信號的作用下，執行開通和關斷動作，以進行電能變換。該開關信號的開關樣式可以執行一個或者多個調制方法進行改變。

仍然有必要提供改進的調制方法以供電能變換系統使用。

發明內容

有鑒于上文提及之技術問題或者技術需求，本發明的一個方面在于提供一種電能變換系統。該電能變換系統包括至少一個變換器裝置以及與該至少一個變換器裝置連接的控制器。該至少一個變換器裝置包括至少第一變換器模塊和第二變換器模塊，該第一變換器模塊和該第二變換器模塊相互連接形成嵌套式中點導向結構，該第一和第二變換器模塊每一者包括多個開關單元。該控制器包括高階調制單元和脈沖樣式分配單元，該高階調制單元被配置成執行調制方法以產生多電平脈沖信號，該多電平脈沖信號具有與該變換器期望獲得的輸出相對應的波形。該脈沖樣式分配單元被配置成至少根據該多電平脈沖信號以及至少一個獲得的與該變換器運作相關的系統狀態信號，并使用該等多個開關單元存在的冗余開關狀態，來主動產生提供給該多個開關單元的開關信號。

在一些實施方式中，在提供的電能變換系統中，該高階調制單元被配置成使用至少一個指令信號對多載波信號進行調制，以產生多電平脈沖信號。

在一些實施方式中，在提供的電能變換系統中，該電能變換系統包括至少一個第一飛跨電容器和第二飛跨電容器，該第一飛跨電容器和該第二飛跨電容器連接在該第一變換器模塊和該第二變換器模塊之間。其中，該脈沖樣式分配單元被配置成至少根據一個或者多個獲得的與該變換器運作相關的飛跨電容電壓產生提供給該多個開關單元的開關信號，以在一個或者多個控制周期平衡該第一飛跨電容器和該第二飛跨電容器的電壓。

在一些實施方式中，在提供的電能變換系統中，該電能變換系統包括至少一個電壓傳感器，該至少一個電壓傳感器用于測量該一個或者多個飛跨電容電壓。

在一些實施方式中，在提供的電能變換系統中，該一個或者多個飛跨電容電壓根據與該第一、第二飛跨電容器相關的其他信號，并根據物理模型預測得到。

在一些實施方式中，在提供的電能變換系統中，該脈沖樣式分配單元被配置成至少根據一個或者多個獲得的與該變換器運作相關的熱狀態信號產生提供給該多個開關單元的開關信號，以在一個或者多個控制周期降低該多個開關單元中的一者或者多者的熱損耗。

在一些實施方式中，在提供的電能變換系統中，該電能變換系統包括一個或者多個熱傳感器，該一個或者多個熱傳感器用于測量該一個或者多個熱狀態信號。

在一些實施方式中，在提供的電能變換系統中，該一個或者多個熱狀態信號基于熱方程預測得到。

在一些實施方式中，在提供的電能變換系統中，該高階調制單元被配置成在不同的調制指數下產生該多電平脈沖信號。

在一些實施方式中，在提供的電能變換系統中，該高階調制單元被配置成在不同的載波比下產生該多電平脈沖信號。

本發明的另一個方面在于提供一種方法，該方法用于控制電能變換系統中變換器的運行。該方法至少包括如下步驟：通過調制方法產生多電平脈沖信號，該多電平脈沖信號的波形與該變換器期望獲得的輸出的波形相對應；以及至少根據該多電平脈沖信號一個或者多個獲得的與該變換器相關的系統狀態信號主動調整提供給該變化器中多個開關單元的開關信號。

在一些實施方式中，在提供的方法中，還包括如下步驟：將該多個開關信號作用到該第一變換器模塊和第二變換器模塊的多個開關單元，其中，該第一變換器模塊和該第二變換器模塊相互連接形成嵌套式中點導向結構。