[發明專利]控制兩級的模塊化轉換器

有效

• 申請號: 201380045206.X
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN104584414B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: T.格耶
• 申請（專利權）人: ABB技術有限公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 葉曉勇;姜甜

技術領域

本發明涉及用于控制模塊化轉換器的方法、用于控制模塊化轉換器的控制器以及具有這種控制器的模塊化轉換器。

背景技術

模塊化轉換器并且特別是模塊化多級轉換器(M2LC)用于合成要提供給負載(例如電機或電力網)的電壓。模塊化轉換器的模塊化結構提供多個優點，例如模塊性、可縮放性、高輸出電壓和低輸出電流失真。

實現模塊化轉換器的閉環控制的一種標準方式是將控制問題分為兩個分級的上和下級或層。上第一級可基于采用調制器的向量控制。向量控制方案可工作在dq參考幀。通過操縱電壓參考(其被輸入到調制器)，可實現負載電流的閉環控制。例如，基于載波的脈寬調制(PWM)或空間向量調制(SVM)可用于調制器中。轉換器支路中的循環電流和/或能量平衡可通過添加附加控制回路來解決。

下控制級利用轉換器級中的冗余度(即，產生相同線間電壓的開關狀態的編組)，以便平衡電容器電壓。電容器電壓可按照其電壓值的升序/降序來分類。對于充電電流，可首先選擇最有最低電壓的電容器，以及相反地，對放電電流可優先考慮具有最高電壓的電容器。

發明內容

本發明的目的可以是簡化模塊化轉換器的控制器的形成，以便提供模塊化轉換器的控制目標中的更大靈活性，使模塊化轉換器的開關損耗為最小，和/或使模塊化轉換器的控制器的響應時間為最小。

這些目的通過獨立權利要求的主題來實現。通過從屬權利要求和以下描述，其他示范實施例是顯而易見的。

本發明的一個方面涉及一種用于控制模塊化轉換器的方法。

模塊化轉換器包括多個轉換器模塊，其可包括半導體開關和至少一個電容器。模塊化轉換器適合于將至少一個輸入電壓轉換為要提供給負載的至少一個輸出電壓。例如，模塊化轉換器可將電網與旋轉電機、例如電動機或發電機連接，或者可互連兩個電力網。模塊化轉換器可以是模塊化多級轉換器。模塊化轉換器可以是AC-DC轉換器、DC-AC轉換器或者AC-AC轉換器。

按照本發明的一實施例，用于控制轉換器的方法包括下列步驟：接收控制輸入參考向量、控制輸入向量和控制輸入參數向量；在第一控制級(或層)中從控制輸入參考向量、控制輸入向量和控制輸入參數向量來確定控制輸出參考向量；以及在另外的控制級或控制層中通過從控制輸出向量生成開關信號來控制轉換器模塊。不同控制級或控制層可在不同控制器中實現。

該控制方法可取代如上所述的向量控制方案。控制輸入參考向量(即，輸入到第一控制級的參考向量)可以是電流參考向量，以及控制輸入向量可以是實際電流向量，其可能從模塊化轉換器中的實際電流和/或電壓已經估計或測量。

必須注意，向量可以僅包含一個條目，即，向量可以僅包括某個值。但是，向量可包含至少兩個條目。

控制輸出參考向量(即，從第一控制級所輸出的參考向量)可以是電壓參考向量，其被輸入到下一控制級(其可以是調制器)。換言之，由第一控制級所操縱的變量可以是調制器的實值(電壓)參考。

按照本發明的一實施例，控制輸出參考向量通過下列步驟來確定：采用轉換器的預測模型來預測模塊化轉換器的至少一個將來狀態；相對目標函數來優化至少一個將來狀態；以及從將來狀態來確定控制輸出參考向量。

概括來說，第一控制級適合于預測模塊化轉換器(和可選的負載)的內部狀態向量以及控制輸出參考向量的演進，并且適合于優化控制輸出參考向量，使得將來狀態或者其子集接近控制輸入參考，并且實現其他控制目標、例如最小開關工作量或者將某些變量保持在某些限制之內。這樣，可確定下一個控制輸出參考向量，從其中能夠得出下一個開關狀態。

預測模型可以是模塊化轉換器和可選的負載的數學模型，其在第一控制級中實現。預測模型可適合于基于轉換器的實際狀態來計算轉換器的將來狀態。模塊化轉換器的(實際和/或將來)狀態可包括模塊化轉換器的電流值和/或電壓值。實際狀態可包括控制輸入向量和控制輸入參數向量。將來狀態可包括控制輸入向量和控制輸入參數向量的演進。

必須注意，預測模型的預測時域（prediction?horizon）無需是一個時間步，而可具有任何長度。預測模型可允許第一級使用任何長度的預測時域來預測控制動作的系統響應。該模型可采取狀態-空間形式來給出。