[發(fā)明專利]控制模塊式轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380056868.7
• 申請(qǐng)日: 2013-09-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104768793B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A.梅斯特;D.杜吉克;T.貝澤爾曼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: ABB技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): B60L9/00
• 分類號(hào): B60L9/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 李強(qiáng),肖日松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及控制模塊式轉(zhuǎn)換器的方法、模塊式轉(zhuǎn)換器的控制器和模塊式轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

電動(dòng)列車或電車可具有模塊式轉(zhuǎn)換器，其包括多個(gè)轉(zhuǎn)換器基元，轉(zhuǎn)換器基元用AC輸入電壓產(chǎn)生供應(yīng)給其余機(jī)載電氣裝置的DC輸出電壓。通常，從架空線路供應(yīng)AC輸入電壓。

模塊式轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器基元可包括諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中在線路側(cè)的DC-AC轉(zhuǎn)換器通過(guò)諧振變壓器與在馬達(dá)側(cè)的AC-DC轉(zhuǎn)換器連接。DC-AC轉(zhuǎn)換器和AC-DC轉(zhuǎn)換器兩者可為主動(dòng)(active)轉(zhuǎn)換器，其具有可控制的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。

模塊式轉(zhuǎn)換器的控制方法基于AC-DC轉(zhuǎn)換器半導(dǎo)體的硬開(kāi)關(guān)和DC-DC轉(zhuǎn)換器半導(dǎo)體的軟開(kāi)關(guān)，在DC-DC轉(zhuǎn)換器半導(dǎo)體的接通期間具有零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)，而在關(guān)斷期間具有低電流開(kāi)關(guān)。

由于開(kāi)關(guān)損耗取決于在開(kāi)關(guān)期間的電壓和電流，所以這個(gè)開(kāi)關(guān)方法可導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗低且因而導(dǎo)致在標(biāo)稱功率額定值下的高效率DC-DC轉(zhuǎn)換。

但是，當(dāng)這個(gè)開(kāi)關(guān)方法在輕負(fù)載或無(wú)負(fù)載狀況下使用時(shí)， DC-DC轉(zhuǎn)換器基元的開(kāi)關(guān)損耗保持大致相同，但是傳遞較少功率，且因而效率降低。極端情況是無(wú)負(fù)載，即不需要轉(zhuǎn)換器基元傳遞功率時(shí)。但是，支持ZVS所需要的循環(huán)電流可導(dǎo)致存在幾乎等量的開(kāi)關(guān)損耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目標(biāo)是增強(qiáng)模塊式轉(zhuǎn)換器在輕負(fù)載或無(wú)負(fù)載狀況下的效率。

該目標(biāo)通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的主題實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步的示例性實(shí)施例根據(jù)從屬權(quán)利要求和以下描述是顯而易見(jiàn)的。

本發(fā)明的一方面涉及一種控制模塊式轉(zhuǎn)換器的方法。模塊式轉(zhuǎn)換器可用于對(duì)列車的電動(dòng)馬達(dá)供應(yīng)功率。

模塊式轉(zhuǎn)換器包括多個(gè)轉(zhuǎn)換器基元，其在第一側(cè)被串聯(lián)連接且在第二側(cè)被彼此連接，例如串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。轉(zhuǎn)換器基元的第一側(cè)可為輸入側(cè)或線路側(cè)。轉(zhuǎn)換器基元的第二側(cè)可為輸出側(cè)或馬達(dá)側(cè)。

各個(gè)轉(zhuǎn)換器基元包括連接到第一側(cè)的AC-DC轉(zhuǎn)換器和連接到第二側(cè)的DC-DC轉(zhuǎn)換器。DC-DC轉(zhuǎn)換器可為諧振轉(zhuǎn)換器，其可包括變壓器作為諧振回路。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括以下步驟：估計(jì)模塊式轉(zhuǎn)換器傳遞的功率；比較傳遞的功率與閾值；當(dāng)傳遞的功率大于閾值時(shí)，在 (第一)正常負(fù)載運(yùn)行模式中運(yùn)行模塊式轉(zhuǎn)換器；以及當(dāng)傳遞的功率小于閾值時(shí)，在(第二)運(yùn)行模式中運(yùn)行模塊式轉(zhuǎn)換器低負(fù)載，其中，轉(zhuǎn)換器基元運(yùn)行成使得開(kāi)關(guān)損耗相對(duì)于正常負(fù)載運(yùn)行模式被減少。

基于傳遞的功率，可以不同的運(yùn)行模式運(yùn)行/控制模塊式轉(zhuǎn)換器。這些模式可確定可啟用模塊式轉(zhuǎn)換器的哪部分，以及/或者這些模式的范圍可為在正常負(fù)載狀況下開(kāi)關(guān)整個(gè)模塊式轉(zhuǎn)換器到在無(wú)負(fù)載狀況下不開(kāi)關(guān)模塊式轉(zhuǎn)換器。照這樣，在輕負(fù)載或無(wú)負(fù)載狀況下，開(kāi)關(guān)損耗可顯著減少且可改進(jìn)模塊式轉(zhuǎn)換器的整體效率。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，方法進(jìn)一步包括以下步驟：測(cè)量模塊式轉(zhuǎn)換器的輸出DC電壓和輸出DC電流；以及基于測(cè)量的輸出電壓和測(cè)量的輸出電流而估計(jì)傳遞的功率。可根據(jù)輸出電壓和輸出電流的乘積來(lái)計(jì)算傳遞的功率。類似地，可根據(jù)輸入電壓和輸入電流，或根據(jù)其它信號(hào)來(lái)計(jì)算傳遞的功率。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，方法此外包括以下步驟：比較傳遞的功率與第一閾值和第二閾值；當(dāng)傳遞的功率小于第一閾值時(shí)，在第一低負(fù)載運(yùn)行模式中運(yùn)行模塊式轉(zhuǎn)換器；以及當(dāng)傳遞的功率小于第二閾值時(shí)，在第二低負(fù)載運(yùn)行模式中運(yùn)行模塊式轉(zhuǎn)換器。可在不同的低負(fù)載運(yùn)行模式中運(yùn)行模塊式轉(zhuǎn)換器。模塊式轉(zhuǎn)換器啟用相應(yīng)的低負(fù)載運(yùn)行模式所處的閾值可彼此不同。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，方法進(jìn)一步包括以下步驟：當(dāng)傳遞的功率小于第一閾值和第二閾值時(shí)，在第一低負(fù)載運(yùn)行模式和第二低負(fù)載運(yùn)行模式中運(yùn)行模塊式轉(zhuǎn)換器。另外，模塊式轉(zhuǎn)換器可在不同的低負(fù)載運(yùn)行模式下同時(shí)運(yùn)行。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在低負(fù)載運(yùn)行模式中，轉(zhuǎn)換器基元的至少一些AC-DC轉(zhuǎn)換器和/或轉(zhuǎn)換器基元的至少一些DC-DC轉(zhuǎn)換器不被開(kāi)關(guān)或啟用。低負(fù)載運(yùn)行模式可基于開(kāi)關(guān)策略，其中，與正常負(fù)載運(yùn)行模式中相比，進(jìn)行較少開(kāi)關(guān)操作。例如，模塊式轉(zhuǎn)換器的整個(gè)部分的開(kāi)關(guān)可停用或關(guān)斷。

在以下實(shí)施例中，將描述三個(gè)不同的低負(fù)載運(yùn)行模式：

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一低負(fù)載運(yùn)行模式包括以下步驟：基于傳遞的功率和轉(zhuǎn)換器基元可傳遞的最大功率而確定待停用的DC-DC轉(zhuǎn)換器的數(shù)量；以及停用所述數(shù)量的DC-DC轉(zhuǎn)換器。其它DC-DC轉(zhuǎn)換器可被啟用。在第一低負(fù)載運(yùn)行模式中，停用的DC-DC轉(zhuǎn)換器不傳遞功率。需要傳遞的功率由其它DC-DC轉(zhuǎn)換器傳遞。