變換器控制器,電能變換系統(tǒng)以及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開的實(shí)施方式涉及電能變換系統(tǒng)，特別涉及用于電能變換系統(tǒng)的改進(jìn)的 調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 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(zhì)以及 較高的耐壓能力，在很多工業(yè)領(lǐng)域取得逐漸廣泛的應(yīng)用。例如，多電平變換器可以被用來執(zhí) 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(shè)備中使用的 電機(jī)裝置，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，多電平變換器還被用在發(fā)電系統(tǒng)中，例如，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備 以及光伏或者太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備中，以執(zhí)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(wǎng)，以供電網(wǎng)進(jìn)行傳輸和分配。
[0003] 通常，該多電平變換器包括多個(gè)開關(guān)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(guān)元件或者器件在提供的具有特定開關(guān)樣式的開關(guān)信號(hào)的 作用下，執(zhí)行開通和關(guān)斷動(dòng)作，以進(jìn)行電能變換。該開關(guān)信號(hào)的開關(guān)樣式可以執(zhí)行一個(gè)或者 多個(gè)調(diào)制方法進(jìn)行改變。
[0004] 仍然有必要提供改進(jìn)的調(diào)制方法以供電能變換系統(tǒng)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于上文提及之技術(shù)問題或者技術(shù)需求，本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種電能 變換系統(tǒng)。該電能變換系統(tǒng)包括至少一個(gè)變換器裝置以及與該至少一個(gè)變換器裝置連接的 控制器。該至少一個(gè)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(diǎn)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，該第一和第二變換器模塊 每一者包括多個(gè)開關(guān)單元。該控制器包括高階調(diào)制單元和脈沖樣式分配單元，該高階調(diào)制 單元被配置成執(zhí)行調(diào)制方法以產(chǎn)生多電平脈沖信號(hào)，該多電平脈沖信號(hào)具有與該變換器期 望獲得的輸出相對(duì)應(yīng)的波形。該脈沖樣式分配單元被配置成至少根據(jù)該多電平脈沖信號(hào)以 及至少一個(gè)獲得的與該變換器運(yùn)作相關(guān)的系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)，并使用該等多個(gè)開關(guān)單元存在的 冗余開關(guān)狀態(tài)，來主動(dòng)產(chǎn)生提供給該多個(gè)開關(guān)單元的開關(guān)信號(hào)。
[0006] 在一些實(shí)施方式中，在提供的電能變換系統(tǒng)中，該高階調(diào)制單元被配置成使用至 少一個(gè)指令信號(hào)對(duì)多載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以產(chǎn)生多電平脈沖信號(hào)。
[0007] 在一些實(shí)施方式中，在提供的電能變換系統(tǒng)中，該電能變換系統(tǒng)包括至少一個(gè)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(jù)一個(gè)或 者多個(gè)獲得的與該變換器運(yùn)作相關(guān)的飛跨電容電壓產(chǎn)生提供給該多個(gè)開關(guān)單元的開關(guān)信 號(hào)，以在一個(gè)或者多個(gè)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。
[0008] 在一些實(shí)施方式中，在提供的電能變換系統(tǒng)中，該電能變換系統(tǒng)包括至少一個(gè)電 壓傳感器，該至少一個(gè)電壓傳感器用于測(cè)量該一個(gè)或者多個(gè)飛跨電容電壓。
[0009] 在一些實(shí)施方式中，在提供的電能變換系統(tǒng)中，該一個(gè)或者多個(gè)飛跨電容電壓根 據(jù)與該第一、第二飛跨電容器相關(guān)的其他信號(hào)，并根據(jù)物理模型預(yù)測(cè)得到。
[0010] 在一些實(shí)施方式中，在提供的電能變換系統(tǒng)中，該脈沖樣式分配單元被配置成至 少根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)獲得的與該變換器運(yùn)作相關(guān)的熱狀態(tài)信號(hào)產(chǎn)生提供給該多個(gè)開關(guān)單 元的開關(guān)信號(hào)，以在一個(gè)或者多個(gè)控制周期降低該多個(gè)開關(guān)單元中的一者或者多者的熱損 耗。
[0011] 在一些實(shí)施方式中，在提供的電能變換系統(tǒng)中，該電能變換系統(tǒng)包括一個(gè)或者多 個(gè)熱傳感器，該一個(gè)或者多個(gè)熱傳感器用于測(cè)量該一個(gè)或者多個(gè)熱狀態(tài)信號(hào)。
[0012] 在一些實(shí)施方式中，在提供的電能變換系統(tǒng)中，該一個(gè)或者多個(gè)熱狀態(tài)信號(hào)基于 熱方程預(yù)測(cè)得到。
[0013] 在一些實(shí)施方式中，在提供的電能變換系統(tǒng)中，該高階調(diào)制單元被配置成在不同 的調(diào)制指數(shù)下產(chǎn)生該多電平脈沖信號(hào)。
[0014] 在一些實(shí)施方式中，在提供的電能變換系統(tǒng)中，該高階調(diào)制單元被配置成在不同 的載波比下產(chǎn)生該多電平脈沖信號(hào)。
[0015] 本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種方法，該方法用于控制電能變換系統(tǒng)中變換器 的運(yùn)行。該方法至少包括如下步驟：通過調(diào)制方法產(chǎn)生多電平脈沖信號(hào)，該多電平脈沖信號(hào) 的波形與該變換器期望獲得的輸出的波形相對(duì)應(yīng)；以及至少根據(jù)該多電平脈沖信號(hào)一個(gè)或 者多個(gè)獲得的與該變換器相關(guān)的系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)主動(dòng)調(diào)整提供給該變化器中多個(gè)開關(guān)單元 的開關(guān)信號(hào)。
[0016] 在一些實(shí)施方式中，在提供的方法中，還包括如下步驟：將該多個(gè)開關(guān)信號(hào)作用到 該第一變換器模塊和第二變換器模塊的多個(gè)開關(guān)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(diǎn)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。
[0017] 在一些實(shí)施方式中，在提供的方法中，其中主動(dòng)調(diào)整提供給該變化器中多個(gè)開關(guān) 單元的開關(guān)信號(hào)的步驟包括至少根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)獲得的與該變換器運(yùn)作相關(guān)的飛跨電 容電壓來主動(dòng)調(diào)整給作用到該多個(gè)開關(guān)單元的開關(guān)信號(hào)。
[0018] 在一些實(shí)施方式中，在提供的方法中，其中主動(dòng)調(diào)整提供給該變化器中多個(gè)開關(guān) 單元的開關(guān)信號(hào)的步驟包括至少根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)獲得的與該變換器運(yùn)作相關(guān)的熱狀態(tài) 信號(hào)來主動(dòng)調(diào)整給作用到該多個(gè)開關(guān)單元的開關(guān)信號(hào)，以降低該多個(gè)開關(guān)單元中一者或者 多者的熱損耗。
[0019] 本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種電能變換系統(tǒng)。該電能變換系統(tǒng)包括至少一個(gè) 變換器裝置以及與該至少一個(gè)變換器裝置連接的控制器。該至少一個(gè)變換器裝置包括第一 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(diǎn)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，該第一和第二變換器模塊每一者包括多個(gè)開關(guān)單元。該控制器被配置成 至少根據(jù)具有第一數(shù)值的第一種系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)發(fā)送第一組具有第一組合開關(guān)狀態(tài)的開關(guān) 信號(hào)給該第一和第二變換器模塊中的多個(gè)開關(guān)單元，使得該變換器提供具有指令電平等級(jí) 的輸出。該控制器還被配置成至少根據(jù)具有第二數(shù)值的第一種系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)發(fā)送第二組具 有第二組合開關(guān)狀態(tài)的開關(guān)信號(hào)給該第一和第二變換器模塊中的多個(gè)開關(guān)單元，使得該變 換器裝置提供具有該相同指令電平等級(jí)的輸出，該第二組合開關(guān)狀態(tài)與該第一組合開關(guān)狀 態(tài)不相同。
[0020] 在一些實(shí)施方式中，在提供的電能變換系統(tǒng)中，該控制器被配置成至少根據(jù)具有 第一數(shù)值的第二種系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)發(fā)送第一組具有第一組合開關(guān)狀態(tài)的開關(guān)信號(hào)給該第一 和第二變換器模塊中的多個(gè)開關(guān)單元，使得該變換器提供具有指令電平等級(jí)的輸出；該控 制器還被配置成至少根據(jù)具有第二數(shù)值的第二種系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)發(fā)送第二組具有第二組合 開關(guān)狀態(tài)的開關(guān)信號(hào)給該第一和第二變換器模塊中的多個(gè)開關(guān)單元，使得該變換器裝置提 供具有該相同指令電平等級(jí)的輸出，該第二組合開關(guān)狀態(tài)與該第一組合開關(guān)狀態(tài)不相同。
[0021] 在一些實(shí)施方式中，在提供的電能變換系統(tǒng)中，該第一種系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)和該第二 種系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)被設(shè)置成按照不同的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行優(yōu)化。
[0022] 本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種電能變換系統(tǒng)。該電能變換系統(tǒng)包括至少一個(gè) 變換器裝置以及與該至少一個(gè)變換器裝置連接的控制器。該至少一個(gè)變換器裝置包括第一 變換器模塊，第二變換器模塊，第一飛跨電容器和第二飛跨電容器，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(diǎn)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，第一飛跨電容器和第二飛跨電容器與 該第一變換器模塊和第二變換器模塊連接，該第一和第二變換器模塊每一者包括多個(gè)開關(guān) 單元。該控制器包括高階調(diào)制單元和脈沖樣式分配單元，該高階調(diào)制單元被配置成使用至 少一個(gè)電壓指令信號(hào)對(duì)多載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制以產(chǎn)生多電平脈沖信號(hào)，該多電平脈沖信號(hào)具 有與該變換器期望獲得的輸出相對(duì)應(yīng)的波形。該脈沖樣式分配單元被配置成至少根據(jù)該多 電平脈沖信號(hào)以及至少一個(gè)測(cè)量獲得的代表該第一飛跨電容器和第二飛跨電容器在之前 一個(gè)或者多個(gè)周期內(nèi)的飛跨電容電壓狀態(tài)信號(hào)，并使用該等多個(gè)開關(guān)單元存在的冗余開關(guān) 狀態(tài)，來產(chǎn)生提供給該多個(gè)開關(guān)單元的開關(guān)信號(hào)。
[0023] 本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種電能變換系統(tǒng)。該電能變換系統(tǒng)包括至少一個(gè) 變換器裝置以及與該至少一個(gè)變換器裝置連接的控制器。該至少一個(gè)變換器裝置包括第一 變換器模塊，第二變換器模塊，第一飛跨電容器和第二飛跨電容器，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(diǎn)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，第一飛跨電容器和第二飛跨電容器與 該第一變換器模塊和