[發明專利]控制器、電能變換系統和方法

有效

• 申請號: 201410156304.7
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN105099241B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 瞿博;張穎奇;沈捷;陳昆侖;張穎
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/537
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖

本發明揭示了控制器、電能變換系統和方法，其中揭示的一種方法，用于控制變換器裝置的運作，使其可以提供多電平輸出電壓給負載。該方法至少包括如下步驟：判定由該變換器提供電能的負載是否工作在第一狀況還是第二狀況；在判定出該負載工作在第一狀況時產生第一脈沖信號，以在至少三個不同的電流路徑中選擇至少一者，使得該變換器在選擇任一電流路徑時可以提供相同電平的輸出電壓；以及在判定出該負載工作在第二狀況時產生第二脈沖信號，使得變流器執行正常的電能變換操作。本發明還揭示電能變換系統以及控制器等。

技術領域

本發明公開的實施方式涉及電能變換系統，特別涉及一種在電能變換系統或者控制器中運行的新的調制方法。

背景技術

變換器（Converter）一般被用作能量變換裝置，以將一種形式的能量變換成另一種形式的能量，例如，將直流電能轉換成交流電能。特別地，多電平變換器，例如，三電平、五電平以及更高電平等級的變換器等，由于其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，以給特定的負載（例如，交流電機等）提供交流輸出電壓或者交流輸出電流。

現有的多電平變換器，例如通過兩個或者兩個以上模塊單元嵌套在一起形成的具有中點導向（Neutral Point Piloted，NPP）拓撲架構的多電平變換器（例如，五電平變換器）存在的一個技術問題是：在負載（例如，交流電機）的啟動階段，由于調制指數（modulation index）比較低，該多電平變換器中部分開關器件（包括二極管和開關管等）相對其他開關器件存在較大的損耗（例如，導通損耗）或者多個開關器件之間的熱狀況不平衡，從而導致部分開關器件承受較大的熱應力（thermal stress）。為了避免該部分開關器件因為局部承受過大的熱應力而被損壞，現有的一種解決方案是在啟動階段使電流降額（de-rated）輸出，但該方案不適用于需要提供滿載轉矩（full torque）輸出的場合，包括但不限于升降電梯等，從而無法最大化利用該多電平變換器的輸出能力。因此，有必要設計一種新的解決方案，在低調制指數時不使電流降額輸出或者盡可能少的使電流降額輸出，以解決現有技術所存在的問題。

發明內容

有鑒于上文提及之技術問題，本專利之發明人匠心獨運，發明了一種可以執行新的調制方法的電能變換系統。該電能變換系統包括：控制器和具有多個開關器件的多電平變換器。該多電平變換器工作時可以提供多電平輸出電壓，該多電平輸出電壓包括至少一個正電平電壓，至少一個零電平電壓以及至少一個負電平電壓。該控制器與該多電平變換器通信，該控制器被設置成至少根據該多電平輸出電壓的幅值而工作在至少一個正常的調制模式和一個熱平衡調制模式。在該熱平衡調制模式下，該控制器被配置成發送控制信號給該多電平變換器，在至少三個電流路徑中選擇其中至少一者，使得該多電平變換器在選擇該三個電流路徑中任一者時均提供該零電平電壓，以降低該多電平變換器中至少部分開關器件的熱應力。

本發明的另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多電平變換器和控制器。該多電平變換器包括多個開關器件，該多個開關器件被配置成將直流環節處的直流電壓轉換成多電平交流電壓，以供電機使用。該控制器與該多電平變換器通信，該控制器包括調制模式選擇單元，第一脈沖樣式分配單元以及第二脈沖樣式分配單元。該調制模式選擇單元用于在確定出該電機工作在第一狀況時產生第一調制模式信號，并在確定出該電機工作在第二狀況時產生第二調制模式信號。該第一脈沖樣式分配單元與該調制模式選擇單元連接，該第一脈沖樣式分配單元被配置成根據該第一調制模式信號產生第一脈沖信號，該第一脈沖信號用于控制該多個開關器件以平衡該多個開關器件的熱狀況。該第二脈沖樣式分配單元與該調制模式選擇單元連接，該第二脈沖樣式分配單元被配置成根據該第二調制模式信號產生第二脈沖信號，該第二脈沖信號用于控制該多個開關器件進行正常的電能變換操作。