本發(fā)明涉及用于閉環(huán)應(yīng)用的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，用于中壓(mediumvoltage，mv)功率轉(zhuǎn)換器(>1000v)的可用硬件技術(shù)與低電壓(lowvoltage，lv)電平相比嚴(yán)重地限制了轉(zhuǎn)換頻率，從而降低電力質(zhì)量。

為了以最小的轉(zhuǎn)換頻率優(yōu)化電力質(zhì)量并且滿足mv功率轉(zhuǎn)換器的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有技術(shù)建議將高階濾波器、多電平轉(zhuǎn)換器技術(shù)和特定諧波消除脈寬調(diào)制(selectiveharmonicelimination-pulsewidthmodulation，she-pwm)組合起來(lái)。

特別地，三電平中性點(diǎn)鉗位(threelevelneutral-point-clamped，3l-npc)轉(zhuǎn)換器被認(rèn)為是用于mv功率轉(zhuǎn)換器的合適拓?fù)洌渲腥齻€(gè)電壓電平通過(guò)被分成兩個(gè)串聯(lián)連接的電容器的dc總線實(shí)現(xiàn)。

雖然用于開環(huán)應(yīng)用的mv功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是已知的，但是電氣工業(yè)越來(lái)越需要用于閉環(huán)應(yīng)用的mv功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

本發(fā)明致力于滿足該需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種三相中壓功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括用于在閉環(huán)模式中將功率消耗裝置耦接到電源的3l-npc轉(zhuǎn)換器。

3l-npc轉(zhuǎn)換器的開關(guān)系統(tǒng)(switchingsystem)基于she-pwm模式(patron)，用于以最小開關(guān)頻率優(yōu)化電力質(zhì)量。

3l-npc轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括控制器和在控制器與開關(guān)系統(tǒng)之間的接口模塊，該接口模塊配置為以比由控制器管理的電壓參考樣本的速率快l倍的速率向開關(guān)系統(tǒng)提供電壓參考樣本。

控制器相應(yīng)地配置為具有she-pwm模式的3l-npc轉(zhuǎn)換器的新型均衡模型(equalizationmodel，em)。

從隨后的本發(fā)明的詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求書中并結(jié)合附圖，本發(fā)明的其它期望的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于在閉環(huán)模式中將電力消耗裝置耦接到電源的mv三相功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的框圖。

圖2示出了本發(fā)明的接口模塊的工作原理。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的三相中壓功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)13包括：

-功率消耗裝置15(例如公用電網(wǎng)或電動(dòng)機(jī))；

-電源11(例如風(fēng)力渦輪機(jī)或公用電網(wǎng))；

-具有調(diào)節(jié)系統(tǒng)25的3l-npc轉(zhuǎn)換器23，包括控制器21和接口模塊29、以及開關(guān)系統(tǒng)27。

開關(guān)系統(tǒng)27基于she-pwm模式以最小開關(guān)頻率優(yōu)化電力質(zhì)量。

在閉環(huán)應(yīng)用中，she-pwm解決了開環(huán)應(yīng)用中不存在的一些技術(shù)困難。

首先，諧波消除能力取決于開關(guān)的精度，并且這受控于控制器21的致動(dòng)速率。增加閉環(huán)系統(tǒng)中的致動(dòng)速率(actuationrate)導(dǎo)致更高的模數(shù)轉(zhuǎn)換和執(zhí)行速率。通常，數(shù)字控制平臺(tái)中的可用資源不允許存在這種額外的計(jì)算負(fù)擔(dān)。在開環(huán)應(yīng)用的情況下，直接獲得電壓參考，并且不需要控制器，因此不存在計(jì)算負(fù)載。

其次，3l-npc轉(zhuǎn)換器23的兩個(gè)直流電容器應(yīng)以類似的電壓充電，否則預(yù)期開關(guān)裝置會(huì)過(guò)早失效、設(shè)備跳閘并且降低電力質(zhì)量。she-pwm的非線性性質(zhì)不允許應(yīng)用常規(guī)均衡技術(shù)。

為了打破諧波消除和高計(jì)算權(quán)重之間的權(quán)衡，功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)13包括在開關(guān)系統(tǒng)27和控制器21之間的接口模塊29，其預(yù)測(cè)從控制器21接收的每個(gè)樣本的電壓參考的l-1個(gè)樣本，這樣，開關(guān)系統(tǒng)27提供l倍快的采樣速率，而控制器21只被執(zhí)行一次。從而執(zhí)行負(fù)載減輕l倍，并且諧波消除性能不僅不降低還得到提高。

圖2示出了接口模塊29的工作原理，其執(zhí)行基于歷史信息的預(yù)測(cè)算法，其中通過(guò)對(duì)控制器21提供的給定數(shù)量m個(gè)先前樣本進(jìn)行外插(extrapolation)來(lái)計(jì)算電壓參考的額外l-1個(gè)樣本，l和m是自然數(shù)。l的值由預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度(predictionaccuracy)限制上限，這與諧波消除直接相關(guān)。m的值由系統(tǒng)動(dòng)力性能(systemdynamics)限制上限。

在圖2的左側(cè)示出了由控制器21在時(shí)間(k-m+1)×ts，...，(k-2)×ts，(k-1)×ts，k×ts處向接口模塊29提供的m個(gè)樣本的電壓參考值，k是時(shí)間測(cè)量，ts是控制器21的采樣間隔。

在圖2的右側(cè)示出了針對(duì)從時(shí)間(k-1)×ts和k×ts(當(dāng)前時(shí)刻)開始的時(shí)間間隔的由接口模塊29預(yù)測(cè)的l-1個(gè)樣本的電壓參考值，對(duì)于每個(gè)時(shí)間間隔，考慮先前m個(gè)樣本的電壓參考值的演變。

l-1個(gè)樣本沿控制器的采樣間隔ts均勻分布。

接口模塊29還處理在過(guò)采樣過(guò)程中常見的不期望的成像現(xiàn)象，并且將其對(duì)調(diào)節(jié)的影響完全建模以便保證正確的性能。

接口模塊29允許幾乎以開關(guān)系統(tǒng)27中的模擬采樣速率工作，同時(shí)以公共的共同速率在控制器21中執(zhí)行控制例程，因此典型的數(shù)字控制板就足夠了。這樣，諧波消除能力達(dá)到由3l-npc轉(zhuǎn)換器23施加的最大值，并且實(shí)際上以低開關(guān)頻率優(yōu)化電力質(zhì)量。

關(guān)于具有基于she-pwm模式的開關(guān)系統(tǒng)27的3l-npc轉(zhuǎn)換器23的dc電容器電壓的均衡，控制器21根據(jù)均衡模型(em)方法來(lái)配置。通過(guò)研究二階負(fù)序(secondordernegativesequence，sons)的注入和反饋來(lái)構(gòu)造em。每次發(fā)生電壓不平衡時(shí)，通過(guò)3l-npc轉(zhuǎn)換器23自身注入sons電流。控制器21檢測(cè)它并插入sons電壓以修改先前電流。具有she-pwm開關(guān)模式的sons電流的迭代對(duì)dc電容器之間的電壓差具有直接影響。在em的幫助下，可以配置控制器21以確保穩(wěn)定的均衡、增加過(guò)程動(dòng)態(tài)并控制額外序列的瞬時(shí)注入。

本發(fā)明的應(yīng)用覆蓋基于分布式發(fā)電系統(tǒng)和其它領(lǐng)域的mv，例如采礦、電泵或mv驅(qū)動(dòng)。

本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是，不僅可以使得在閉環(huán)應(yīng)用中使用基于具有3l-npc轉(zhuǎn)換器23的she-pwm模式的開關(guān)系統(tǒng)27可行，而且可以使性能達(dá)到最佳極限。因此，所提出的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)13在成本和效率方面具有高度競(jìng)爭(zhēng)力。

雖然已經(jīng)結(jié)合各種實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是從說(shuō)明書將理解，可以進(jìn)行元件的各種組合、變化或改進(jìn)，并且這些組合在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種用于閉環(huán)應(yīng)用的三相中壓功率變換系統(tǒng)(13)，包括3L?NPC變換器(23)。3L?NPC轉(zhuǎn)換器(23)的開關(guān)系統(tǒng)(27)基于SHE?PWM模式。3L?NPC轉(zhuǎn)換器(23)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)(25)包括控制器(21)和在控制器(21)和開關(guān)系統(tǒng)(27)之間的接口模塊(29)，其配置為以比由控制器(21)管理的電壓參考樣本的速率快L倍的速率向開關(guān)系統(tǒng)(27)提供電壓參考樣本。

技術(shù)研發(fā)人員：阿爾瓦·岡薩洛·梅爾·米蓋爾;馬里奧·里索·莫雷德;安德烈斯·阿古多·阿拉克
受保護(hù)的技術(shù)使用者：歌美颯創(chuàng)新技術(shù)公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.14
技術(shù)公布日：2017.09.22