對于模塊化多級ac/dc轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換器單元的pwm的過調(diào)制型脈沖下降的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及多級轉(zhuǎn)換器。更特定地，本發(fā)明涉及用于控制多級轉(zhuǎn)換器的相腳中的單元的方法和計算機(jī)程序產(chǎn)品、對于多級轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)備和多級轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]關(guān)注多級轉(zhuǎn)換器在許多不同的輸電環(huán)境中使用。它們可例如用作直流輸電系統(tǒng)中的電壓源轉(zhuǎn)換器。它們?nèi)缓笸ǔＳ糜谠谥绷麟?DC)與三相交流電(AC)之間轉(zhuǎn)換。多級轉(zhuǎn)換器然后典型地基于許多轉(zhuǎn)換器單元，其中單元基本上提供電壓貢獻(xiàn)，其是零或基于單元的能量存儲元件的電壓，例如跨單元電容器的電壓。
[0003]單元此外通常置于相腳中，其中每個相存在一個相腳。
[0004]控制相腳的單元的一個方法是對每個相腳的每個單元提供載波，其中相腳的載波具有典型地與鋸齒波形相同的一致形狀，但在時間上彼此以一定時間延遲地移位。每個這樣的載波然后與成型為正弦波的電壓參考比較。如果對應(yīng)的載體越過電壓參考則開關(guān)單元。該類型的控制在WO 2009/097063中示意示出和描述。
[0005]在這樣的控制中，可以出現(xiàn)載波的峰值略微超過電壓參考峰值的情形。如果載波峰值的出現(xiàn)在電壓參考峰值附近的區(qū)間中出現(xiàn)(該區(qū)間可以是在峰值附近的±30度)，則對應(yīng)的單元可接通、之后幾乎立即切斷或反之亦然。該類型的開關(guān)通常不是必需的，但只導(dǎo)致不必要的開關(guān)損耗。因為單元的數(shù)量可是高的，多級轉(zhuǎn)換器中不必要開關(guān)的數(shù)量可是明顯的。
[0006]因此存在限制開關(guān)的需要。
[0007]WO 96/18234描述在峰值處限制開關(guān)所采用的一個方法，其通過所謂的死區(qū)脈寬調(diào)制(DBPWM)。
[0008]在死區(qū)PWM中，開關(guān)模式通過引入共模電壓來實(shí)現(xiàn)，該共模電壓基本上是具有不同頻率的許多零序分量，例如三次、五次、九次等。共模意指全部三個相位具有相同的波形整形器。在DBPWM中，零序從而添加到許多相位所共有的電壓參考。該零序添加使某些區(qū)域中的電壓提升，例如在峰值電壓附近，這可用于避免在峰值水平附近的開關(guān)。
[0009]JP 2000-69760 和 JP 09-149660 似乎也描述 DBPWM 的變化。
[0010]DBPWM 此外由 V.G.Agelidis, P.D.Z1gas、G.Joos 在 Conf.Rec.1EEE PESC1992、頁 427-432 的“Dead-band PWM switching patterns (死區(qū) PWM 開關(guān)模式)”中描述。
[0011]A.M Massoud等人也在2003年6月15-19日第34屆電力電子專家會議、卷1、頁171-176 的 “Control techniques for Multilevel Voltage Source Inverters (對于多級電壓源逆變器的控制技術(shù))”中描述DPBWM。
[0012]然而，這樣引入零序?qū)⒏淖兂逯祬^(qū)域以外的區(qū)域中的共同電壓參考的形狀，例如在電壓參考具有最陡斜坡的區(qū)域。這將導(dǎo)致不必要的開關(guān)，這不是可取的。在多級轉(zhuǎn)換器中，載體的頻率通常比2級轉(zhuǎn)換器的載體頻率低得多。這意指對于多級轉(zhuǎn)換器的載波的較低斜率可導(dǎo)致在該區(qū)域中具有與電壓參考的若干交叉。
[0013]常規(guī)DBPWM在基于單元的轉(zhuǎn)換器中的應(yīng)用可導(dǎo)致許多額外開關(guān)。Massoud還提到另一個調(diào)制方法:修改正弦PWM，其中修改載體。Massoud還提到該類型的調(diào)制導(dǎo)致復(fù)雜的硬件實(shí)現(xiàn)。如果應(yīng)用于具有若干時移載體的情形(如在上文關(guān)于WO 2009/097063描述的)則該硬件實(shí)現(xiàn)將變得甚至更復(fù)雜。
[0014]因此在電壓源轉(zhuǎn)換器中的單元控制領(lǐng)域中仍然存在改進(jìn)尤其以便減少開關(guān)損耗的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明針對使在多級轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行的開關(guān)的量減少。
[0016]該目標(biāo)根據(jù)本發(fā)明的第一方面通過控制多級轉(zhuǎn)換器(其操作成在交流電與直流電之間轉(zhuǎn)換)的相腳中的單元的方法來實(shí)現(xiàn)，該方法由轉(zhuǎn)換器的單元控制部件執(zhí)行并且包括:使用抽頭變換器控制來將轉(zhuǎn)換器的調(diào)制指數(shù)調(diào)節(jié)到0.8以上，
對相腳提供載波組，其中相腳的載波一致但在時間上彼此以一定時間延遲地移位， 對相腳提供電壓參考，其與為轉(zhuǎn)換器的其他相腳提供的電壓參考分開，
在輸電轉(zhuǎn)換器波形的波形值檢測為在輸電轉(zhuǎn)換器波形的峰值附近的選擇區(qū)間中時停止單元的開關(guān)，以及
在輸電轉(zhuǎn)換器波形的波形值檢測為在所述選擇區(qū)間外時基于相應(yīng)載波與電壓參考的比較來控制部件的開關(guān)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第二方面該目標(biāo)通過對于操作成在交流電與直流電之間轉(zhuǎn)換的多級轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)，該轉(zhuǎn)換器連接到可經(jīng)由抽頭變換器控制的變壓器并且包括具有單元的三個相腳，該控制設(shè)備包括:
中央控制元件，其配置成
使用抽頭變換器控制來將轉(zhuǎn)換器的調(diào)制指數(shù)調(diào)節(jié)到0.8以上，以及對相腳提供電壓參考，其與為其他相腳提供的電壓參考分開，
載體提供塊，其配置成對相腳提供載波組，其中相腳的載波一致但在時間上彼此以一定時間延遲地移位，
單元控制塊組，其中每個單元控制塊配置成將對應(yīng)的載波與電壓參考比較并且基于比較來控制對應(yīng)的單元，以及開關(guān)控制塊(34 )，其配置成
在輸電轉(zhuǎn)換器波形的波形值檢測為在輸電轉(zhuǎn)換器波形的峰值附近的選擇區(qū)間中時使單元控制塊停止開關(guān)單元，以及
在輸電轉(zhuǎn)換器波形的波形值檢測為在所述選擇區(qū)間外時允許單元控制塊控制部件的開關(guān)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的第三方面目標(biāo)此外通過操作成在交流電與直流電之間轉(zhuǎn)換的多級轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，該轉(zhuǎn)換器連接到可經(jīng)由抽頭變換器控制的變壓器并且包括
具有單元的三個相腳，以及
控制部件，其包括根據(jù)第二方面的中央控制元件、單元控制塊組和開關(guān)控制塊。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的第四方面目標(biāo)也通過用于控制多級轉(zhuǎn)換器(其操作成在交流電與直流電之間轉(zhuǎn)換)的相腳中的單元的計算機(jī)程序產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)，
該計算機(jī)程序產(chǎn)品作為數(shù)據(jù)載體而提供，該數(shù)據(jù)載體包括計算機(jī)程序代碼，其配置成在所述計算機(jī)程序代碼加載到控制設(shè)備時促使該控制設(shè)備使用抽頭變換器控制來將轉(zhuǎn)換器的調(diào)制指數(shù)調(diào)節(jié)到0.8以上，
對相腳提供載波組，其中相腳的載波一致但在時間上彼此以一定時間延遲地移位， 對相腳提供電壓參考，其與為轉(zhuǎn)換器的其他相腳提供的電壓參考分開，
在輸電轉(zhuǎn)換器波形的波形值檢測為在輸電轉(zhuǎn)換器波形的峰值附近的選擇區(qū)間中時停止單元的開關(guān)，以及
在輸電轉(zhuǎn)換器波形的波形值檢測為在所述選擇區(qū)間外時基于相應(yīng)載波與電壓參考的比較來控制部件的開關(guān)。
[0020]本發(fā)明具有許多優(yōu)勢。開關(guān)頻率減少并且由此開關(guān)損耗也減少。單元電壓紋波和循環(huán)電流不受影響。此外轉(zhuǎn)換器的AC電壓能力增加。
【附圖說明】
本發(fā)明將在下面參考附圖描述，其中
圖1示意地示出在兩個交流電力線之間連接的直流輸電系統(tǒng)，
圖2示意地示出在兩個極之間連接的基于單元的電壓源轉(zhuǎn)換器，
圖3示出電壓源轉(zhuǎn)換器的單元控制元件的硬件實(shí)現(xiàn)，
圖4示意地示出電壓源轉(zhuǎn)換器的中央控制元件的參考調(diào)整塊，
圖5示意地示出第一類型的電壓源轉(zhuǎn)換器單元的結(jié)構(gòu)，
圖6示意地示出第二類型的電壓源轉(zhuǎn)換器單元的結(jié)構(gòu)，
圖7示意地示出第三類型的電壓源轉(zhuǎn)換器單元的結(jié)構(gòu)，
圖8示意地示出電壓參考連同用于控制相腳單元的許多載波，
圖9示意地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例控制相腳中的單元的方法的流程圖，以及圖10示意地示出計算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的計算機(jī)程序代碼。
【具體實(shí)施方式】
[0021]在下面，將給出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述。
[0022]在圖1中，示意地示出有高壓輸電系統(tǒng)10，其中本發(fā)明的原理可適用。電力供應(yīng)傳輸系統(tǒng)10在本發(fā)明中是直流輸電系統(tǒng)10，并且接著例如是HVDC (高壓直流)輸電系統(tǒng)。應(yīng)意識到本發(fā)明不限于這樣的系統(tǒng)，而可在其他類型的DC輸電系統(tǒng)中使用。
[0023]在圖中存在第一交流(AC)電力線12，其通向第一變壓器14。該第一變壓器14連接到第一轉(zhuǎn)換器16，其在AC與DC之間轉(zhuǎn)換。該第一轉(zhuǎn)換器16進(jìn)而連接到DC輸電鏈路20。DC傳輸鏈路20可作為電纜或架空線而提供并且通向第二轉(zhuǎn)換器18，其可以是也在AC與DC之間轉(zhuǎn)換的逆變器。第二轉(zhuǎn)換器18此外連接到第二變壓器22。該第二變壓器22進(jìn)而連接到第二 AC電力線24。還存在在第一變壓器14與第一轉(zhuǎn)換器16之間連接的抽頭變換器25。該抽頭變換器25可連接到第一變壓器14的兩側(cè)中的任一個。它可例如連接到第一變壓器14的二次繞組或它可連接到第一變壓器14的一次繞組。抽頭變換器是可以控制成通過影響變壓器的匝數(shù)比來改變轉(zhuǎn)換器的調(diào)制級的元件。應(yīng)認(rèn)識到抽頭變換器也在第二轉(zhuǎn)換器與第二變壓器之間連接是可能的。
[0024]在圖1中不出的系統(tǒng)是所謂的不對稱單極系統(tǒng)。應(yīng)認(rèn)識到系統(tǒng)10可最好是對稱單極或雙極系統(tǒng)。
[0025]圖2示出第一轉(zhuǎn)換器16的一個變化，其是采用基于單元的電壓源轉(zhuǎn)換器形式的多級轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器16包括三相橋，其由許多相腳組成。在該情況下存在三個相腳。從而存在第一相腳PLl、第二相腳PL2和第三相腳PL3。相腳更特定地在兩個DC極Pl和P2之間連接并且相腳的中點(diǎn)連接到對應(yīng)的交流端子AC1、AC2、AC3。相腳的中點(diǎn)在這里經(jīng)由電抗器LACULAC2和LAC3連接到對應(yīng)的AC端子。相腳由此分成兩半，上半和下半，其中這樣的半個也叫作相臂。
[0026]每個相腳PL1、PL2、PL3具有第二和第二端點(diǎn)。在圖1中描述的那類轉(zhuǎn)換器中，全部相腳PLl、PL2、PL3的第一端點(diǎn)連接到第一 DC端子DC+，而第二端點(diǎn)連接到第二 DC端子DC-，其中該第一 DC端子DC+形成第一極Pl并且第二 DC端子形成第二極P2。在圖1中的示例中，第一極可使用DC電力線提供，而第二極連接到地面。
[0027]在圖1中的第一示例中的電壓源轉(zhuǎn)換器16的