用于統一共模電壓注入的系統和方法
【專利說明】用于統一共模電壓注入的系統和方法
【背景技術】
[0001] 本公開內容的實施例一般設及統一共模電壓注入W實現多個功能的系統和方法。
[0002] 功率變換器，特別是多級功率變換器由于高功率質量波形和高電壓能力的優點而 越來越多地用于執行在范圍廣泛的應用中的功率變換。例如，多級功率變換器可用于執行 DC到AC功率變換W供應單相或多相AC電壓到車輛和/或累中的電動機。多級變換器也可 在諸如風力滿輪發電機和太陽能發電機的發電系統中用于執行DC到AC功率變換W供應用 于電網輸電和配電的單相或多相AC電壓。
[0003] 一般情況下，功率變換器設計成調節或控制與功率變換器的操作相關聯的各種特 性參數W滿足某些要求和/或確保可靠操作。例如，控制在DC鏈路上至少兩個DC電容器 之間的中性點電流W最小化在兩個DC電容器之間的電壓差，避免開關裝置的應力和/或形 成不期望的諧波信號。中性點電流平衡通過多個控制策略實現，其中一個策略包括在多級 變換器中注入共模電壓W平衡中性點電流。然而，應用不同控制策略W確定用于不同級變 換器的共模電壓。例如，用于=級變換器的控制策略不同于用于產生不期望的成本和計算 的屯級變換器的控制策略。在一個方案中，可應用統一共模電壓注入技術W控制在n級變 換器中的中性電流。在共模電壓的計算期間，可使用對應于不同級變換器的不同負載最佳 限制W平衡中性點。而且中性點電流的計算方法對于不同級變換器及由于不同開關功能和 不同開關狀態而是不同的。此類方案導致復雜的計算，運是因為在每個變換器包括不同開 關功能和開關狀態時，用于平衡中性點電流的計算方法對于不同級變換器是不同的。
[0004] 因此，需要改進的系統和控制方法W解決上面提及的問題。
【發明內容】
[0005] 根據本公開內容的一方面，提供了一種功率變換系統。功率變換器系統包括至少 一個多級功率變換器和禪合到至少一個多級功率變換器的控制器。控制器包括第一共模電 壓（CMV)注入模塊和第二CMV注入模塊。第一 CMV注入模塊用于生成用于修改至少一個電 壓命令的第一 CMV信號W實現與功率變換系統的操作相關聯的第一功能。第二CMV注入模 塊用于至少部分基于用于修改至少一個電壓命令或用于進一步修改至少一個修改的電壓 命令的=級CMV限制，生成第二CMV信號W實現與功率變換系統的操作相關聯的第二功能。
[0006] 根據本公開內容的另一方面，提供了一種用于操作具有多級變換器和禪合到其的 控制器的功率變換系統的方法。方法包括：生成第一共模電壓（CMV)注入信號；使用第一 CMV W修改至少一個電壓命令W便實現與功率變換系統的操作相關聯的第一功能；至少部 分基于S級CMV限制，生成第二CMV信號；W及使用第二CMV信號W修改至少一個電壓命令 或者進一步修改至少一個修改的電壓命令W便實現與功率變換系統的操作相關聯的第二 控制功能。
[0007] 根據本公開內容的另一方面，提供了另一種功率變換系統。功率變換系統包括直 流值C)鏈路、至少一個多級功率變換器，W及控制器。DC鏈路包括至少第一 DC部分和第 二DC部分，至少第一 DC部分和第二DC部分定義在其之間的中性點。至少一個多級功率變 換器禪合到DC鏈路。控制器禪合到至少一個多級功率變換器，并且包括共模電壓（CMV)注 入模塊，CMV注入模塊配置用于生成CMV信號，W便修改至少一個電壓命令W平衡在第一 DC 部分和第二DC部分的DC電壓。CMV注入模塊提供最大和最小CMV限制信號中的至少一個 W便至少部分基于S級CMV限制來限制CMV信號的幅度。
[0008] 本發明提供W下技術方案： 1. 一種功率變換系統，包括： 至少一個多級功率變換器；W及 禪合到所述至少一個多級功率變換器的控制器，所述控制器包括： 第一共模電壓（CMV)注入模塊，用于生成用于修改至少一個電壓命令的第一 CMV信號 W實現與所述功率變換系統的操作相關聯的第一功能； 第二CMV注入模塊，用于至少部分基于用于修改所述至少一個電壓命令或用于進一步 修改所述至少一個修改的電壓命令的=級CMV限制，生成第二CMV信號W實現與所述功率 變換系統的操作相關聯的第二功能。
[0009] 2.如技術方案1所述的功率變換系統，其中至少部分基于從多個電壓命令識別 的瞬時最大電壓和瞬時最小電壓生成所述第一 CMV信號。
[0010] 3.如技術方案1所述的功率變換系統，還包括禪合到所述至少一個多級變換器 的直流值C)鏈路，所述DC鏈路包括至少兩個DC電容器，所述至少兩個DC電容器定義在其 之間的至少一個DC中性點，其中所述第二CMV信號用于修改所述至少一個電壓命令W調節 從所述DC鏈路的所述DC中性點流出或流向其的DC電流分量，W便將兩個所述DC電容器 之間的電壓差基本上降低到零。
[0011] 4.如技術方案3所述的功率變換系統，其中所述第二CMV信號還用于修改所述至 少一個電壓命令W調節從所述DC鏈路的所述DC中性點流出或流向其的AC電流分量，W便 將所述兩個電容器之間的電壓差基本上降低到零。
[0012] 5.如技術方案1所述的功率變換系統，其中所述第二CMV注入模塊包括用于從S 相AC電壓命令信號確定瞬時最大和瞬時最小電壓的最小-最大分類器。
[0013] 6.如技術方案1所述的功率變換系統，其中所述第二CMV注入模塊包括用于至少 部分基于所述S級CMV限制，計算最大CMV限制和最小CMV限制的CMV限制計算器。
[0014] 7.如技術方案6所述的功率變換系統，其中所述CMV限制計算器至少部分基于脈 沖寬度調制器（PWM)的最小脈沖寬度要求，計算所述最大CMV限制和所述最小CMV限制。
[0015] 8.如技術方案1所述的功率變換系統，其中所述第二CMV注入模塊還包括用于至 少部分基于最大CMV限制、最小CMV限制和S相AC電流命令，計算最大中性點電流、最小中 性點電流、對應于所述最大中性點電流的第一 CMV W及對應于所述最小中性點電流的第二 CMVo
[0016] 9.如技術方案1所述的功率變換系統，其中所述第二CMV注入模塊還包括參考 NP電流計算器，所述參考NP電流計算器用于至少部分基于最大中性點電流、最小中性點電 流、具有來自所述第二CMV信號的零CMV注入的預計算的中性點電流W及從在所述DC鏈路 的DC電壓差的調節生成的增益信號來計算中性點參考電流。
[0017] 10.如技術方案1所述的功率變換系統，其中所述第二CMV注入模塊還包括用于 至少部分基于最大中性點電流、最小中性點電流、對應于所述最大中性點電流的所述第一 CMV、對應于所述最小中性點電流的所述第二CMV W及中性點參考電流來計算所述第二CMV 信號的反函數計算器。
[0018] 11.如技術方案1所述的功率變換系統，其中所述第二CMV注入模塊還包括用于 至少部分基于在所述DC鏈路的DC電壓差信號生成增益信號的DC電壓平衡調節器。
[0019] 12.如技術方案1所述的功率變換系統，其中所述第二CMV注入模塊還包括至少 部分基于瞬時最大、中等和最小電壓信號、對應于所述最大、中等和最小電壓信號的瞬時電 流信號，計算從所述DC中性點流出或流向其的原始中性點電流的NP電流預計算器，并且其 中所述原始中性點電流用于生成中性點參考電流。
[0020] 13. -種用于操作具有多級變換器和禪合到其的控制器的功率變換系統的方法， 所述方法包括： 生成第一共模電壓（CMV)注入信號； 使用所述第一 CMV注入信號W修改至少一個電壓命令W便實現與所述功率變換系統 的操作相關聯的第一功能；W及 至少部分基于S級CMV限制，生成第二CMV信號； 使用所述第二CMV信號W修改所述至少一個電壓命令信號或者進一步修改所述至少 一個修改的電壓命令，W便實現與所述功率變換系統的操作相關聯的第二控制功能。
[0021] 14.如技術方案13所述的方法，其中生成所述第二CMV信號包括： 至少部分基于多個電壓命令信號，確定瞬時最大電壓、瞬時中等電壓和瞬時最小電 壓； 至少部分基于所述S級CMV限制，計算最大CMV限制和最小CMV限制； 至少部分基于所述最大CMV限制、所述最小CMV限制、多個瞬時電流命令信號，計算中 性點最大電流、中性點最小電流、對應于所述中性點最大電流的第一 CMV W及對應于所述 中性點最小電流的第二CMV ; W及 至少部分基于所述中性點最大電流、所述中性點最小電流、對應于所述中性點最大電 流的所述第一 CMV、對應于所述中性點最小電流的所述第二CMV W及中性點參考電流來計 算所述第二CMV信號。
[0022] 15.如技術方案13所述的方法，還包括： 至少部分基于在DC鏈路的DC電壓差信號，生成增益信號；W及 至少部分基于所述最大中性點電流、最小中性點電流、所述原始中性點電流和所述增 益信號來計算所述中性點參考電流。
[0023] 16.如技術方案13所述的方法，還包括： 至少部分基于瞬時最大、中等和最小電壓信號、對應于所述最大、中等和最小電壓信號 的瞬時電流信號，計算從DC中性點流出或流向其的原始中性點電流；W及 通過根據在所述DC鏈路的所述中性點存在的至少一個期望電流模式選擇性使用所述 原始中性點電流來生成所述中性點參考電流。
[0024] 17. -種功率變換系統，包括： 包括至少第一 DC部分和第二DC部分的直流值C)鏈路； 禪合到所述DC鏈路的至少一個多級功率變換器；W及 禪合到所述至少一個多級功率變換器的控制器，所述控制器包括共模電壓（CMV)注入 模塊，所述CMV注入模塊配置用于生成CMV信號W便修改至少一個電壓命令W平衡在所述 第一 DC部分和所述第二DC部分的DC電壓； 其中所述CMV注入模塊提供最大和最小CMV限制信號中的至少一個，W便至少部分基 于S級CMV限制來限制所述CMV信號的幅度。
[00巧]18.如技術方案17所述的功率變換系統，其中至少部分基于=級載波頻帶電壓 來計算所述S級CMV限制。
[0026] 19.如技術方案17所述的功率變換系統，其中所述至少一個多級變換器包括= 級變換器、五級變換器、屯級變換器、n級變換器或其組合。
[0027] 20.如技術方案19所述的功率變換系統，其中基于所述立級CMV限制，計算用于 所述=級變換器、所述五級變換器、所述屯級變換器及所述n級變換器的CMV限制。
【附圖說明】
[0028] 當參照附圖閱讀W下詳細說明時，將更好地理解本公開內容的運些和其它特征、 方面和優點，附圖中類似的字符在所有附圖中表示類似的部分，其中： 圖1是根據本公開內容的示范實施例，配置成實施統一共模電壓注入算法/方法的功 率變換系統的框圖； 圖2是根據本公開內容的示范實施例，具有可在圖1中所示功率變換系統中使用的嵌 套中性點導引配置的變換器的詳細電路圖； 圖3是根據本公開內容的另一示范實施例，具有可在圖1中所示功率變換系統中使用 的另一嵌套中性點導引配置的變換器的詳細電路圖； 圖4是根據本公開內容的一個示范實施例，具有可在=相功率變換器中使用的屯級嵌 套NPP相腳（phase leg)的詳細電路圖； 圖5是根據本公開內容的另一示范實施例，具有可在圖1中所示功率變換系統中使用 的另一嵌套中性點導引配置的=相變換器的屯級相腳的詳細電路圖； 圖6是根據本公開內容的另一示范實施例，具有可在圖1中所示功率變換系統中使用 的另一嵌套中性點導引配置的變換器的詳細電路圖； 圖7是根據本公開內容的另一示范實施例，具有可在圖1中所示功率變換系統中使用 的另一嵌套中性點導引配置的變換器的詳細電路圖； 圖8是根據本公開內容的另一示范實施例的統一共模電壓注入模塊的框圖； 圖9是示出根據本公開內容的一個