專利名稱：多級(jí)變流器的相模塊的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)多級(jí)變流器的儲(chǔ)能器充電和/或放電的方法，該多級(jí) 變流器具有至少一個(gè)相模塊支路，該相模塊支路具有由子模塊組成的串聯(lián)電路， 這些子模塊分別具有至少一個(gè)用于接通或斷開與功率半導(dǎo)體電路并聯(lián)的儲(chǔ)能器 的功率半導(dǎo)體電路，和用于采集儲(chǔ)能器實(shí)際值的子模塊傳感器，其中確定相模 塊支路的接通的儲(chǔ)能器可以被充電還是放電，以獲得能量改變狀態(tài)，并且根據(jù) 能量改變狀態(tài)借助預(yù)先給出的邏輯來選擇每個(gè)相模塊支路的下一個(gè)要轉(zhuǎn)換的儲(chǔ) 能器。
背景技術(shù)：
這才羊的裝置和方法例長(zhǎng)口在A. Lesnicar和R. Marquardt的"New Modular Voltage Source Inverter Topology"中已經(jīng)公開。在那里公開了 一種所謂的多級(jí)變 流器和用于其控制的方法。多級(jí)變流器例如可以用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)或者應(yīng)用于能量 分配和傳輸領(lǐng)域中。描述了多級(jí)變流器在高壓直流傳輸中的應(yīng)用，其中至少兩 個(gè)多級(jí)變流器在直流電壓側(cè)互相連接。每個(gè)多級(jí)變流器在交流電壓側(cè)連接到交 流電網(wǎng)，從而可以在交流電網(wǎng)之間進(jìn)行功率傳輸。在此多級(jí)變流器分別具有相 模塊，其數(shù)量相應(yīng)于相關(guān)交流電網(wǎng)的相數(shù)。每個(gè)相模塊具有一個(gè)交流接頭和至 少一個(gè)直流接頭。在交流接頭和每個(gè)直流接頭之間形成相模塊支路，這些相模 塊支路分別由子模塊的串聯(lián)電路組成。每個(gè)子模塊具有一個(gè)功率半導(dǎo)體電路， 該功率半導(dǎo)體電路并聯(lián)于儲(chǔ)能器、例如電容器設(shè)置。根據(jù)功率半導(dǎo)體電路的開 關(guān)位置，在子模塊的二極的接頭上降落的是儲(chǔ)能器電壓或者是零電壓。由此降 落在相模塊支路上的電壓取決于接通的子模塊的數(shù)量。在所謂的"柔性AC傳 輸系統(tǒng)"中也可以考慮前面提到種類的相模塊支路，其中這些相模塊支路用作 與線圈或者電容器例如與柔性無功功率補(bǔ)償串聯(lián)的快速開關(guān)。按照Lesnicar和Marquardt的所述文章，每個(gè)功率半導(dǎo)體電路具有兩個(gè)互 相串聯(lián)連接的可關(guān)斷功率半導(dǎo)體，它們分別反并聯(lián)連接一個(gè)續(xù)流二極管。為了合適地控制這些可關(guān)斷功率半導(dǎo)體設(shè)置控制單元。所述控制的任務(wù)是，使降落 在子模塊的電容器上的電壓保持在大約相同的水平。以這種方式，避免子模塊 的或者還有相模塊支路的不相同的電壓負(fù)載。為了對(duì)稱化電壓分布，以千兆赫 茲時(shí)鐘采集降落在相模塊支路的電容器上的電壓以獲得儲(chǔ)能器實(shí)際值。然后將 儲(chǔ)能器實(shí)際值按照其大小分類。如果正的電流流過相it塊支路，則可以對(duì)儲(chǔ)能 器充電。在這種情況下，對(duì)應(yīng)于最小的儲(chǔ)能器實(shí)際值的儲(chǔ)能器被接通并且由此 被充電。但是如果在相關(guān)相模塊支路中流過的電流是負(fù)的，則接通儲(chǔ)能器實(shí)際 值為最大的那個(gè)儲(chǔ)能器，從而在接通之后可以對(duì)其放電。首先選擇要接通的和 要斷開的電容器。然后所謂的脈寬調(diào)制接管所選擇的儲(chǔ)能器的實(shí)際的接通和斷 開。以千兆赫茲時(shí)鐘接通和斷開儲(chǔ)能器，使得降落在接通的子模塊的總和之上的電壓在時(shí)間上的平均相應(yīng)于預(yù)先給出的額定值。^^知的方法具有如下缺陷 以高的時(shí)鐘頻率轉(zhuǎn)換所選擇的電容器的功率半導(dǎo)體。這導(dǎo)致功率半導(dǎo)體電路的 高負(fù)載，結(jié)果是頻繁的故障和高開銷的維護(hù)工作。發(fā)明內(nèi)容由此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種本文開頭部分提到種類的方 法，該方法使存儲(chǔ)在子模塊的儲(chǔ)能器中的能量保持在大約相同的水平，同時(shí)避 免在接通和斷開所選擇的儲(chǔ)能器時(shí)的高的時(shí)鐘頻率。本發(fā)明通過如下解決上述技術(shù)問題形成相模塊支路的所有接通的儲(chǔ)能器 實(shí)際值之和以獲得儲(chǔ)能器和實(shí)際值，確定在預(yù)先給出的相模塊支路能量額定值 和儲(chǔ)能器和實(shí)際值之間的差以獲得能量差值，并且當(dāng)能量差值的絕對(duì)值或者由 能量差值導(dǎo)出的參數(shù)的絕對(duì)值超過轉(zhuǎn)換閾值的絕對(duì)值時(shí)，確定轉(zhuǎn)換時(shí)刻 (Schaltzeitpunkt),在該轉(zhuǎn)換時(shí)刻轉(zhuǎn)換所選擇的儲(chǔ)能器。按照本發(fā)明，根據(jù)第二邏輯來確定所選擇的儲(chǔ)能器的轉(zhuǎn)換時(shí)刻。該第二邏 輯基于由控制或控制單元預(yù)先給出的相模塊支路能量額定值與儲(chǔ)能器和實(shí)際值 的比較，其中儲(chǔ)能器和實(shí)際值是接通的子模塊的儲(chǔ)能器實(shí)際值之和。在此從如 下出發(fā)即只有接通的子模塊可以對(duì)于例如總共降落在相模塊支路上的電壓作 出貢獻(xiàn)。相反斷開的子模塊對(duì)所說的電壓不提供份額。按照本發(fā)明，子模塊的 轉(zhuǎn)換還取決于能量改變狀態(tài)。能量改變狀態(tài)例如通過采集流過相^^莫塊支路的電 流來確定。如果釆集的電流是正的，則可以使接通的儲(chǔ)能器充電。相反斷開的 儲(chǔ)能器的儲(chǔ)能器實(shí)際值不變。在流過相模塊支路的電流(也稱為支路電流)是5負(fù)的情況下，相反可以使接通的儲(chǔ)能器放電。與剛才示出的支路電流采集不同 的是，還可以通過在兩個(gè)不同的時(shí)刻互相比較接通的儲(chǔ)能器的儲(chǔ)能器實(shí)際值來 確定能量改變狀態(tài)。如果時(shí)間上后測(cè)量的儲(chǔ)能器實(shí)際值大于先測(cè)量的儲(chǔ)能器實(shí) 際值，則可以使相模塊支路的儲(chǔ)能器充電。在相反情況下，只能使接通的儲(chǔ)能 器放電。能量改變狀態(tài)的確定按照本發(fā)明是任意的。通過借助分立的邏輯來確定時(shí)刻避免了如在脈寬調(diào)制情況下那樣的頻繁 地接通和斷開所選擇的儲(chǔ)能器。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，僅選擇下一個(gè)要轉(zhuǎn)換的儲(chǔ) 能器并且在確定的轉(zhuǎn)換時(shí)刻進(jìn)行轉(zhuǎn)換。按照本發(fā)明，為保持合適的時(shí)間上的平 均值而頻繁地接通和斷開是多余的。由此按照本發(fā)明的方法使得可關(guān)斷功率半 導(dǎo)體的負(fù)載更小。下一個(gè)要轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能器優(yōu)選是這樣的儲(chǔ)能器，其儲(chǔ)能器實(shí)際值按照能量改 變狀態(tài)的不同在相同相模塊的所有儲(chǔ)能器實(shí)際值中是最小的或者最大的。按照 本發(fā)明的該優(yōu)選實(shí)施方式，在其中可以對(duì)相模塊支路的儲(chǔ)能器充電的能量改變 狀態(tài)中，選擇其儲(chǔ)能器實(shí)際值為最小的那個(gè)斷開的儲(chǔ)能器用于接通。按照本發(fā) 明儲(chǔ)能器實(shí)際值例如相應(yīng)于降落在儲(chǔ)能器上的電壓或者該電壓的平方。在本發(fā) 明的范圍內(nèi)儲(chǔ)能器實(shí)際值最終用作在各個(gè)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能器中存儲(chǔ)的能量的度量。 如果選擇在斷開的儲(chǔ)能器中具有最小的儲(chǔ)能器實(shí)際值的儲(chǔ)能器，這意味著，選 擇在其中存儲(chǔ)了最少能量的那個(gè)儲(chǔ)能器。在選擇儲(chǔ)能器之后，在轉(zhuǎn)換時(shí)刻將其接通并且由此充電。在其中相模塊支 路的接通的儲(chǔ)能器可以被放電的能量改變狀態(tài)中，選擇在斷開的儲(chǔ)能器中具有 最大的儲(chǔ)能器實(shí)際值的儲(chǔ)能器來接通。只要在轉(zhuǎn)換時(shí)刻接通該儲(chǔ)能器，則其被 放電，從而該儲(chǔ)能器實(shí)際值和由此存儲(chǔ)在該儲(chǔ)能器中的能量減小。在斷開時(shí)在 正的支路電流情況下選擇在接通的儲(chǔ)能器中具有最大儲(chǔ)能器實(shí)際值的儲(chǔ)能器。 在負(fù)的支路電流情況下選擇具有最小儲(chǔ)能器實(shí)際值的儲(chǔ)能器用以斷開。按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，通過將下一個(gè)要轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能器的儲(chǔ)能器實(shí)際值Uc乘以預(yù)先給出的系數(shù)來確定轉(zhuǎn)換閾值，其中當(dāng)能量差值的絕對(duì)值大于轉(zhuǎn)換閾值的絕對(duì)值時(shí)確定轉(zhuǎn)換時(shí)刻。按照該優(yōu)選擴(kuò)展，將能量差值與下一個(gè) 待轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能器的儲(chǔ)能器實(shí)際值比較。能量差值可以是正的或負(fù)的。如果儲(chǔ)能 器實(shí)際值例如超過所說的儲(chǔ)能器實(shí)際值的一半時(shí)，將所說的儲(chǔ)能器通過合適的 控制信號(hào)與功率半導(dǎo)體電路的可關(guān)斷功率半導(dǎo)體接通或斷開。如果能量差值是 負(fù)的，則作為下一個(gè)要斷開的儲(chǔ)能器在轉(zhuǎn)換時(shí)刻被斷開。如果儲(chǔ)能器差值是正的，則下一個(gè)要接通的儲(chǔ)能器在轉(zhuǎn)換時(shí)刻被接通。在接通或斷開之后選擇下一 個(gè)要轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能器。
優(yōu)選對(duì)能量差值在時(shí)間上積分以獲得能量差積分值，其中將轉(zhuǎn)換時(shí)刻確定
為這樣的時(shí)刻在該時(shí)刻能量差積分值的絕對(duì)值超過轉(zhuǎn)換閾值的絕對(duì)值。按照 該優(yōu)選擴(kuò)展通過積分確定轉(zhuǎn)換閾值。這雖然要求較高的計(jì)算開銷，然而提供使 得在儲(chǔ)能器和實(shí)際值與半導(dǎo)體整流器能量額定值之間的差較小的轉(zhuǎn)換時(shí)刻。
優(yōu)選確定相模塊支路的具有最大儲(chǔ)能器值的儲(chǔ)能器以獲得最大能量實(shí)際 值，以及確定相模塊支路的具有最小儲(chǔ)能器實(shí)際值的儲(chǔ)能器以獲得最小實(shí)際值， 形成在最大能量實(shí)際值和最小能量實(shí)際值之間的差以獲得最大能量偏差實(shí)際 值，將最大能量偏差實(shí)際值與最大能量偏差閾值進(jìn)行比較，并且當(dāng)最大能量偏 差實(shí)際值超過最大能量偏差閾值時(shí)，確定附加轉(zhuǎn)換時(shí)刻，其中在附加轉(zhuǎn)換時(shí)刻 根據(jù)能量改變狀態(tài)斷開一個(gè)儲(chǔ)能器并且接通另一個(gè)儲(chǔ)能器。以這種方式保證， 在相模塊支路內(nèi)在極限儲(chǔ)能器實(shí)際值之間的差可以始終僅取預(yù)先給出的值。在 此不再一定需要提高轉(zhuǎn)換時(shí)鐘或者轉(zhuǎn)換頻率。
在與此相關(guān)的擴(kuò)展中，在其中可以對(duì)相模塊支路的儲(chǔ)能器充電的能量改變 狀態(tài)中，在附加轉(zhuǎn)換時(shí)刻斷開在相模塊支路的儲(chǔ)能器中具有最大儲(chǔ)能器實(shí)際值 的儲(chǔ)能器，其中同時(shí)接通在相同的相模塊支路的儲(chǔ)能器中具有最小儲(chǔ)能器實(shí)際 值的儲(chǔ)能器。
按照另一個(gè)合適的擴(kuò)展，在其中相模塊支路的儲(chǔ)能器可以被放電的能量改 變狀態(tài)中，在附加轉(zhuǎn)換時(shí)刻斷開在相模塊支路的儲(chǔ)能器中具有最小儲(chǔ)能器實(shí)際 值的儲(chǔ)能器，其中同時(shí)接通在相同的相模塊支路的儲(chǔ)能器中具有最大儲(chǔ)能器實(shí) 際值的儲(chǔ)能器。
本發(fā)明的其它合適的實(shí)施方式和優(yōu)點(diǎn)是以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例 的描述的內(nèi)容，其中對(duì)起相同作用的組件使用相同的附圖標(biāo)記并且其中
圖1以示意圖示出了用于實(shí)施按照本發(fā)明的方法的多級(jí)變流器的實(shí)施例， 圖2示出了按照?qǐng)D1的多級(jí)變流器的子模塊和相模塊支路的等效電路圖，
以及
圖3示出了用于解釋按照本發(fā)明的方法的實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1舉例示出了由三個(gè)相^^莫塊2a、 2b和2c組成的多級(jí)變流器1。每個(gè)相 模塊2a、 2b和2c與正的直流電壓導(dǎo)線p以及與負(fù)的直流電壓導(dǎo)線n相連，從 而每個(gè)相模塊2a、 2b和2c具有兩個(gè)直流電壓接頭。此外對(duì)于每個(gè)相才莫塊2a、 2b和2c分別設(shè)置了一個(gè)交流電壓接頭3!、 32和33。交流電壓接頭3！、 32和33 經(jīng)過變壓器4與三相交流電網(wǎng)5相連。相電壓Ul、 U2和U3分別降落在交流 電網(wǎng)5的各相上，在此流過電網(wǎng)電流Inl、 In2和In3。每個(gè)相模塊的交流電壓 側(cè)的相電流用II、 12和13表示。直流電流是Id。在每個(gè)交流電壓接頭3,、 32 和33和正的直流電壓導(dǎo)線p之間形成相才莫塊支路6pl 、 6p2和6p3。在每個(gè)交流 電壓接頭3！、 32和33和負(fù)的直流電壓導(dǎo)線n之間形成相模塊支路6nl、 6n2和 6n3。每個(gè)相才莫塊支^各6pl、 6p2、 6p3、 6nl、 6n2和6n3由在圖1中未詳細(xì)示出 的子模塊的串聯(lián)電路和在圖1中用LKr表示的電感組成。
在圖2中通過等效電路圖詳細(xì)示出了子模塊7的串聯(lián)電路和特別是子模塊 的結(jié)構(gòu)，在圖2中僅示出相模塊支路6pl。但是其余的相模塊支路是相同構(gòu)建 的。可以看出，每個(gè)子模塊7具有兩個(gè)串聯(lián)連接的可關(guān)斷功率半導(dǎo)體T1和T2。 可關(guān)斷功率半導(dǎo)體例如是所謂的IGBT、 GTO、 IGCT等。它們對(duì)于專業(yè)人員來 說本身是公知的，從而對(duì)此不需詳細(xì)示出。續(xù)流二極管D1、 D2分別與每個(gè)可 關(guān)斷功率半導(dǎo)體T1、 T2反并聯(lián)連接。與可關(guān)斷功率半導(dǎo)體T1、 T2以及續(xù)流二 極管Dl和D2的串聯(lián)電路并聯(lián)連接了 一個(gè)作為儲(chǔ)能器的電容器8。每個(gè)電容器 8單向地充電。在每個(gè)子模塊7的二極的接線柱X1和X2上此時(shí)可以產(chǎn)生兩個(gè) 電壓狀態(tài)。如果控制單元9例如產(chǎn)生用來將可關(guān)斷功率半導(dǎo)體T2轉(zhuǎn)換到其導(dǎo) 通狀態(tài)的控制信號(hào)，在該導(dǎo)通狀態(tài)下電流可以經(jīng)過功率半導(dǎo)體T2流過，則在 子模塊7的接線柱XI 、 X2上降落零電壓。在此可關(guān)斷功率半導(dǎo)體Tl處于其截 止?fàn)顟B(tài)，在該截止?fàn)顟B(tài)中經(jīng)過可關(guān)斷功率半導(dǎo)體Tl的電流中斷。這防止了電 容器8的放電。如果相反可關(guān)斷功率半導(dǎo)體Tl被轉(zhuǎn)換到其導(dǎo)通狀態(tài)，而可關(guān) 斷功率半導(dǎo)體T2被轉(zhuǎn)換到其截止?fàn)顟B(tài)，則在子模塊7的接線柱XI、 X2上施加 全電容器電壓Uc。此外電容器8可以根據(jù)支路電流的方向也就是根據(jù)能量改變 狀態(tài)來充電或i文電。
此外每個(gè)子模塊還具有未圖形示出的、用于采集降落在各個(gè)電容器8上的 電容器電壓Uc的子模塊傳感器，在此，將相應(yīng)于電容器電壓Uc的電容器電壓 值作為儲(chǔ)能器實(shí)際值提供給設(shè)置在上級(jí)的任意調(diào)節(jié)單元9。調(diào)節(jié)單元9提供對(duì)
8于功率半導(dǎo)體TI和T2的轉(zhuǎn)換所必須的控制信號(hào)，在此應(yīng)用后面將詳細(xì)解釋的 按照本發(fā)明的方法的實(shí)施例。
根據(jù)圖l和2的多級(jí)變流器例如適合于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，例如馬達(dá)等。此外這樣 的多級(jí)變流器還適用于在能量分配和傳輸領(lǐng)域中的應(yīng)用。多級(jí)變流器例如用作 由兩個(gè)直流電壓側(cè)互相連接的多級(jí)變流器組成的近耦合的組成部分，在此這些 多級(jí)變流器如圖1中所示分別與交流電網(wǎng)相連。這樣的近耦合被應(yīng)用于在兩個(gè) 能量分配網(wǎng)之間的能量交換，其中能量分配網(wǎng)例如具有不同的頻率、相位、中 性點(diǎn)處理方式等等。此外考慮在無功功率補(bǔ)償、也就是所謂的FACT( Flexible AC Transmission System，柔性交流傳輸系統(tǒng))領(lǐng)域中的應(yīng)用。也可以考慮用這樣的 多級(jí)變流器進(jìn)行經(jīng)過長(zhǎng)距離的高壓直流傳輸。根據(jù)不同的應(yīng)用可能性的滿足， 產(chǎn)生許多不同的運(yùn)行電壓，按照本發(fā)明的裝置可分別與這些運(yùn)行電壓匹配。由 于這個(gè)原因，子模塊的數(shù)量可以從幾個(gè)直到數(shù)百個(gè)子模塊7不等。
圖3借助線圖解釋了按照本發(fā)明的方法的實(shí)施例，其中所說的方法例如由 按照?qǐng)D1和2的多級(jí)變流器1實(shí)施。在圖3中示出的線圖中橫坐標(biāo)標(biāo)出時(shí)間， 而在縱坐標(biāo)的下面區(qū)域用1、 2、 3、 4標(biāo)出總共四個(gè)要計(jì)數(shù)的儲(chǔ)能器的數(shù)目。要 指出的是，每個(gè)子模塊7具有一個(gè)儲(chǔ)能器，此處是電容器，在此一般地用附圖 標(biāo)記8表示這些電容器。由此下面的曲線IO表示根據(jù)時(shí)間接通的電容器8的數(shù) 目p。
在曲線10的上方繪出了作為時(shí)間函數(shù)的、分別降落在四個(gè)電容器8上的 電壓Uc。直到用tw表示的時(shí)刻，流過相模塊支路的電流Izwgpl大于零。這意 味著，直到時(shí)刻tw子模塊7的電容器8可以分別充電。而當(dāng)各個(gè)電容器8借助 與其并聯(lián)連接的功率半導(dǎo)體電路被接通時(shí)，在緊接著時(shí)刻tw的時(shí)間段中則相 反，這些電容器8僅放電。
在圖3中示例性地標(biāo)出相模塊支路6pl的四個(gè)電容器11、 12、 13和14的 電容器電壓Uc與時(shí)間t的關(guān)系。在時(shí)刻tw按照曲線IO接通兩個(gè)電容器，即電 容器11和12。因?yàn)榱鬟^相模塊支路6pl的電流I大于零，所以降落在它上面的 電壓Uc以及由此的由子模塊傳感器采集的儲(chǔ)能器實(shí)際值線性上升。作為下一 個(gè)要斷開的電容器選擇電容器12,因?yàn)榻德湓谒厦娴碾妷捍笥诮德湓陔娙萜?11上的電壓。電容器13和14已經(jīng)斷開并且由此可以不作為下一個(gè)要斷開的電 容器被選擇。調(diào)節(jié)單元9具有相模塊支路能量額定值，該相模塊支路能量額定 值隨時(shí)間改變。在t0和tl之間的時(shí)間間隔中相模塊支路能量額定值持續(xù)變小。
9在時(shí)刻tl相模塊支路能量額定值和由電容器11和12的電容器電壓Uc的和形 成的儲(chǔ)能器和實(shí)際值之間的差的絕對(duì)值小于下一個(gè)要斷開的電容器12的電容 器電壓的一半，從而確定轉(zhuǎn)換時(shí)刻，在該轉(zhuǎn)換時(shí)刻斷開電容器12?，F(xiàn)在，只有 電容器ll接通。電容器12、 13和14的電壓變化具有零上升。電容器12、 13 和14不再一皮充電。
相模塊支路額定值的時(shí)間上的變化是正弦形的。在tl和t2之間的時(shí)間間 隔中半導(dǎo)體能量額定值達(dá)到其最小值并且然后又上升。為了遵循該預(yù)先給出的
曲線變化，必須由調(diào)節(jié)單元接通到目前為止斷開的電容器。支路電流Izwgl是 正的。由此作為下一個(gè)要接通的電容器選擇降落在其上的電壓最小的電容器 13，從而可以使該電容器充電并達(dá)到其它電容器的電壓水平。在轉(zhuǎn)換時(shí)刻t2相 模塊支路能量額定值與在這種情況下等于唯一接通的電容器11的電容器電壓 Uc的儲(chǔ)能器和實(shí)際值之間的差的絕對(duì)值大于轉(zhuǎn)換闞值的絕對(duì)值，該轉(zhuǎn)換閾值又 是由待轉(zhuǎn)換的電容器、此處是電容器13的電容器電壓與系數(shù)l/2的乘積形成的。 此時(shí)對(duì)電容器11和13充電。
最后電容器13的電容器電壓超過電容器12的電容器電壓，從而選擇電容 器12作為下一個(gè)要接通的電容器。此時(shí)電容器11和13的電容器電壓的和就是 儲(chǔ)能器和實(shí)際值。在轉(zhuǎn)換時(shí)刻t3,相模塊支路能量額定值與儲(chǔ)能器和實(shí)際值、 也就是電容器11和13的電容器電壓的和之間的差的絕對(duì)值大于降落在電容器 12上的電容器電壓的一半，從而此時(shí)也接通電容器12。
在附加轉(zhuǎn)換時(shí)刻tz在最小的電容器電壓、即降落在電容器14上的電壓和 最大的電容器電壓、即降落在電容器11上的電壓之間的電壓差A(yù)U大于由控制 單元預(yù)先給出的最大能量偏差閾值。由于這個(gè)原因調(diào)節(jié)單元9將在其上降落最 大電容器電壓Uc的電容器11斷開，并且在相同的時(shí)刻將在其上在時(shí)刻tz降落 最小電容器電壓的電容器14接通。通過該措施確保，相模塊支路的電容器的電 容器電壓Uc不會(huì)取非常不同的值。非常不同的值會(huì)產(chǎn)生不均衡的電壓負(fù)載并 且由此會(huì)損壞子模塊7。
在時(shí)刻tw在圖3中由于清楚性原因僅用I表示的流過相模塊支路的支路電 流是負(fù)的。接通的電容器12、 13和14由此被放電。作為下一個(gè)要接通的電容 器只能選擇唯一的斷開了的電容器11。在時(shí)刻t4在半導(dǎo)體能量額定值與由降落 在電容器12、 13和14上的電容器電壓的和形成的儲(chǔ)能器和實(shí)際值之間的差大 于電容器11的電容器電壓Uc的一半，從而接通電容器ll。此時(shí)所有的電容器被放電。
在t4和t5之間的時(shí)間間隔中預(yù)先給出的相模塊支路能量額定值達(dá)到最大
值并且然后又變小，從而必須斷開來自相模塊支路6pl的子模塊7的串聯(lián)電路 的電容器8。選擇電容器14作為下一個(gè)要斷開的電容器，因?yàn)樵谠撾娙萜魃辖?落最小的電壓并且由此在其中存儲(chǔ)了最少的能量。此時(shí)控制使得半導(dǎo)體能量額 定值減小。在時(shí)刻t5在半導(dǎo)體能量額定值與儲(chǔ)能器和值之間的差是負(fù)的并且小 于負(fù)的能量差值。斷開電容器14。對(duì)轉(zhuǎn)換時(shí)刻t6和t7也相應(yīng)地進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)多級(jí)變流器的儲(chǔ)能器充電和/或放電的方法，該多級(jí)變流器具有至少一個(gè)相模塊支路，該相模塊支路具有由子模塊組成的串聯(lián)電路，這些子模塊分別具有至少一個(gè)用于接通或斷開與功率半導(dǎo)體電路并聯(lián)的儲(chǔ)能器的功率半導(dǎo)體電路，和用于采集儲(chǔ)能器實(shí)際值Uc的子模塊傳感器，其中確定是否可以對(duì)相模塊支路的接通的儲(chǔ)能器充電或放電，以獲得能量改變狀態(tài)，并且借助預(yù)先給出的邏輯根據(jù)所述能量改變狀態(tài)選擇每個(gè)相模塊支路的下一個(gè)要轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能器，其特征在于，形成所有接通的儲(chǔ)能器實(shí)際值之和以獲得儲(chǔ)能器和實(shí)際值，確定預(yù)先給出的相模塊支路能量額定值和該儲(chǔ)能器和實(shí)際值之間的差以獲得能量差值，并且當(dāng)該能量差值的絕對(duì)值或者由該能量差值導(dǎo)出的參數(shù)的絕對(duì)值超過轉(zhuǎn)換閾值的絕對(duì)值時(shí)，確定轉(zhuǎn)換所選擇的儲(chǔ)能器的轉(zhuǎn)換時(shí)刻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，下一個(gè)要轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能器是這 樣的儲(chǔ)能器，其儲(chǔ)能器實(shí)際值根據(jù)所述能量改變狀態(tài)的不同，在同一相模塊支 路的所有儲(chǔ)能器實(shí)際值中是最小的或者最大的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換閾值通過將下 一個(gè)要轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能器的儲(chǔ)能器實(shí)際值Uc乘以預(yù)先給出的系數(shù)來確定，其中， 當(dāng)能量差值的絕對(duì)值大于該轉(zhuǎn)換閾值的絕對(duì)值時(shí)，確定轉(zhuǎn)換時(shí)刻。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，對(duì)所述能量差值在時(shí)間 上積分以獲得能量差積分值，其中將所述轉(zhuǎn)換時(shí)刻確定為這樣的時(shí)刻在該時(shí) 刻所述能量差積分值根據(jù)能量改變狀態(tài)的不同超過正的轉(zhuǎn)換閾值D或者負(fù)的轉(zhuǎn) 換閾值-D。
5. 根據(jù)所上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，確定相模塊支 路的具有最大儲(chǔ)能器實(shí)際值的儲(chǔ)能器以獲得最大能量實(shí)際值，確定相模塊支路 的具有最小儲(chǔ)能器實(shí)際值的儲(chǔ)能器以獲得最小能量實(shí)際值，形成該最大能量實(shí) 際值和該最小能量實(shí)際值之間的差以獲得最大能量偏差實(shí)際值，將該最大能量 偏差實(shí)際值與最大能量偏差闞值相比較，當(dāng)最大能量偏差實(shí)際值超過該最大能量偏差閾值時(shí)，確定附加轉(zhuǎn)換時(shí)刻，在該附加轉(zhuǎn)換時(shí)刻根據(jù)能量改變狀態(tài)斷開 一個(gè)儲(chǔ)能器并接通另 一個(gè)儲(chǔ)能器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在其中可以對(duì)相模塊支路的 儲(chǔ)能器充電的能量改變狀態(tài)中，在附加轉(zhuǎn)換時(shí)刻斷開在相模塊支路的儲(chǔ)能器中 具有最大儲(chǔ)能器實(shí)際值的儲(chǔ)能器，同時(shí)接通在同 一相模塊支路的儲(chǔ)能器中具有 最小儲(chǔ)能器實(shí)際值的儲(chǔ)能器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在其中可以對(duì)相模塊支路的 儲(chǔ)能器放電的能量改變狀態(tài)中，在附加轉(zhuǎn)換時(shí)刻斷開在相模塊支路的儲(chǔ)能器中 具有最小儲(chǔ)能器實(shí)際值的儲(chǔ)能器，同時(shí)接通在同一相模塊支路的儲(chǔ)能器中具有 最大儲(chǔ)能器實(shí)際值的儲(chǔ)能器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)多級(jí)變流器的儲(chǔ)能器充電和/或放電的方法，該多級(jí)變流器具有至少一個(gè)相模塊支路(6p1，6p2，6p3，6n1，6n2，6n3)，該相模塊支路具有子模塊(7)組成的串聯(lián)電路，這些子模塊各具有至少一個(gè)用于接通或斷開與功率半導(dǎo)體電路并聯(lián)的儲(chǔ)能器(8)的功率半導(dǎo)體電路(T1、T2)，和用于采集儲(chǔ)能器實(shí)際值Uc的子模塊傳感器，其中確定是否可以對(duì)相模塊支路的接通的儲(chǔ)能器充電或放電，以獲得能量改變狀態(tài)，并且借助預(yù)先給出的邏輯根據(jù)所述能量改變狀態(tài)選擇每個(gè)相模塊支路的下一個(gè)要轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能器，用該方法使存儲(chǔ)在子模塊的儲(chǔ)能器中的能量保持在大約相同的水平，同時(shí)避免在接通和斷開所選擇的儲(chǔ)能器時(shí)的高的時(shí)鐘頻率。
文檔編號(hào)H02M7/483GK101584109SQ200780050069
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2007年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月17日
發(fā)明者喬格·蘭, 喬格·多恩, 克勞斯·沃夫林格, 夸克-布·圖, 英戈·尤勒, 邁克·多瑪希克 申請(qǐng)人:西門子公司