控制三相电力转换器制造技术

一种用于控制三相电力转换器(12)的方法，包括：基于基准磁通(ψαβ,ref)从预计算优化脉冲型式的表(22)选择三相优化脉冲型式(20)；根据优化脉冲型式(20)确定双分量最佳磁通

Control three phase power converter

A method for controlling a three-phase power converter (12) consists of selecting a three-phase optimized pulse type (20) from a table (22) precalculating the optimized pulse type (22) based on the reference flux (Ref), and determining the best dual component magnetic flux based on the optimized pulse type (20).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制三相电力转换器
本专利技术涉及高功率转换器的控制领域。特别地，本专利技术涉及一种用于控制三相电力转换器的方法和控制器。此外，本专利技术涉及具有这种控制器的转换器系统。
技术介绍
优化脉冲型式(优化脉冲型式)可为电力转换器的输出电压电平的预计算型式，其关于频谱特性被优化。用于计算优化脉冲型式的优化标准可适于具体应用。对于连接机器的转换器，目标典型地是减小电流或磁通的总谐波失真(THD)，这实现马达友好的运行且延长机器的运行寿命。对于连接电网的转换器，输出电流频谱典型地需要确定形状，以便满足电网规定。用于优化脉冲型式的计算方法允许通过对不同的频谱分量采用不同的成本权重或约束来确定频谱形状。对应于不同的调制指数的优化脉冲型式被离线计算且存储在控制器内存中。在转换器的运行期间，即，在线地，它们被选择来基于调制指数基准产生开关命令，调制指数基准可根据转换器的基准磁通、基准电压或基准电流确定。使用优化脉冲型式是用于多电平转换器调制的惯例方法，但是，使用优化脉冲型式的传统控制系统通常在性能和灵活性方面受到限制。典型的控制系统包括慢PI回路，其确定调制指数基准，基于此，从内存读取不同的优化脉冲型式，且将其应用于系统。最近，提出一种用于基于优化脉冲型式进行转换器控制的方法，其基于模型预测控制。例如，EP2469692A1涉及一种用于控制转换器的方法，其中，利用模型预测控制修改优化脉冲型式。方法基于优化脉冲型式的开关时刻的在线调节。开关时刻的调节在模型预测控制的概念之后进行。在EP2469692A1中，在线控制的目标是跟踪设置在αβ坐标中的转换器磁通基准(即，其在二维克拉克变换之后被提供)。外部控制回路确定所需αβ磁通基准，且模型预测控制确保，通过适当地转移开关时刻，跟踪误差被减小。该方法展示非常良好的动态性能且因而使得预计算脉冲型式能够用于在动态方面有挑战性的应用中。在αβ坐标系中跟踪转换器磁通的目标在转换器控制中是典型的。对于连接到感应机器的转换器，转换器磁通对应于机器的定子磁通。通过控制αβ坐标中的定子磁通，可控制机器扭矩和磁化。对于连接电网的转换器，跟踪转换器磁通可实现与电网的有功和无功功率交换的控制。但是，在αβ坐标中控制转换器磁通不是转换器控制的唯一目标。典型地，存在与转换器的能量平衡相关的额外的目标。对于处于三角形构造的模块化多电平转换器(其用于静止同步补偿器(STATCOM)和HVDC应用中)额外的目标通常为转换器分支的能量平衡，这通过控制循环电流实现。对于中性点箝位转换器，典型的目标为平衡DC链路的上和下电容电压，即，控制中性点电位。但是，除了αβ磁通控制，另外的量的控制典型地使用外部回路和后处理进行。例如包括另外的开关脉冲的这种解决方案典型地增大开关频率，这是非常不合需要的。例如，在WO2013053399A1中，循环电流被控制，以对处于三角形连接的模块化多电平转换器进行能量平衡。而且EP2667279A1描述一种控制方法，其用于静止同步补偿器应用中的模块化多电平，其中控制循环电流。KOUROS等人的：“模型预测控制-简单且强大的控制功率转换器的方法”(美国的新泽西州的皮斯卡塔韦的IEEE服务中心的IEEETRANSACTIONSONINDUSTRIALELECTRONICS，2009年6月1日，第56卷，第6号，第1826-1838页)涉及一种PCS-MPC(有限控制集模型预测控制)，其中，确定可能的未来开关状态，且对各个可能的开关状态评价成本函数，以确定具有最小成本函数的开关状态，然后将其用作应用于转换器的下一个状态。这里提到，不同的变量可包括到成本函数中。JOSERODRIGUEZ等人的：“电力电子器件中的有限控制集模型预测控制的现已技术”(美国的纽约州的纽约市的IEEE服务中心的IEEETRANSACTIONSONINDUSTRIALINFORMATICS，2013年5月1日，第9卷，第2号)也涉及PCS-MPC，且还提到成本函数可基于一组不同的目标。FARDRAZIEHNEJATI等人的：“在基于有限控制集策略的预测电流控制下的模块化多电平变极器的分析”(2013年10月2日的IEEE2013年第三次电功率和能量转换系统国际会议，第1-6页)为涉及PCS-MPC的另一个文章，其提出基于转换器系统中的测量和估计电压和电流的成本函数。
技术实现思路
本专利技术的目标是在基于优化脉冲型式的控制方法中包括另一个控制目标，优化脉冲型式以模型预测控制进行在线修改，控制目标以简单且计算量不大的方式包括进来且不产生额外的总谐波失真。这个目标通过独立权利要求的主题实现。另外的示例性实施例根据从属权利要求和以下描述是显而易见的。本专利技术的方面涉及一种用于控制三相电力转换器的方法。根据本专利技术的实施例，方法包括：基于基准磁通(轨迹)从预计算优化脉冲型式的表在线选择三相优化脉冲型式；根据优化脉冲型式和单分量最佳第三变量(轨迹)确定双分量(经克拉克变换的)最佳磁通(轨迹)；根据最佳磁通(轨迹)和基于电力转换器中的测量值估计的估计磁通(轨迹)的差确定双分量磁通误差(轨迹)；根据最佳第三变量(轨迹)和估计第三变量(轨迹)的差确定单分量第三变量误差(轨迹)；通过使优化脉冲型式的开关时刻进行时间移位，使得最大程度地减小取决于进行时间移位的成本函数，而修改优化脉冲型式，其中成本函数包括磁通误差项和第三变量误差项，其中磁通误差项基于磁通误差(轨迹)和基于时间移位提供磁通校正的磁通校正函数的差，且第三变量误差项基于第三变量误差(轨迹)和基于时间移位提供第三变量校正的第三变量校正函数的差。如上面所表明，基准磁通、最佳磁通、估计磁通和磁通误差可为轨迹，即，它们可提供在多个不同的未来时间点且/或时刻的值。而且，最佳第三变量、估计第三变量和第三变量误差可为轨迹。此外，基准磁通、最佳磁通、估计磁通和磁通误差可看作双分量向量。特别地，它们可在αβ坐标系中被提供，即，可通过双分量克拉克变换确定。因而，与磁通相关的变量可看作第一和第二变量。还应当注意，最佳磁通、最佳第三变量以及下面提到的“最佳”量称为“最佳”，不是因为它们对于转换器是最佳。它们以这个方式命名，是因为它们获得自优化脉冲型式。大体上，方法以具有三个自由度的控制目标在线优化离线优化脉冲型式。前两个自由度涉及经克拉克变换的转换器磁通，其例如可通过对转换器电压的各个相积分且对结果应用二维克拉克变换来确定。第三自由度涉及第三变量，其直接或间接可涉及三维克拉克变换的第三分量。当三相平衡时，这个第三分量可为零。否则，它可提供可控制的另一个自由度。可为可行的是，最佳第三变量根据优化脉冲型式而确定，例如作为转换器磁通的第三分量。还可为可行的是，在不使用优化脉冲型式的情况下确定第三变量。例如，其可直接根据外部控制回路提供的基准(诸如电流和/或电压基准)确定。在磁通(或可确定磁通的电压)不平衡的情况下，存在第三自由度，其可由方法用来优化另一个第三变量。这个第三变量可为共模电压、转换器的另一个内部状态变量或涉及共模电压的量，诸如中性点电压。而且循环电流可基于第三变量来控制。通常，当三相系统平衡时，双分量克拉克变换的可用来将现有的自由度投射到双分量变量上，诸如双分量磁通。在不平衡的情况下，克拉克变换可扩展成至三分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制三相电力转换器(12)的方法，所述方法包括：基于基准磁通(ψαβ,ref)，从预计算优化脉冲型式的表(22)选择三相优化脉冲型式(20)；根据所述优化脉冲型式(20)确定双分量最佳磁通

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.21 EP 15177656.41.一种用于控制三相电力转换器(12)的方法，所述方法包括：基于基准磁通(ψαβ,ref)，从预计算优化脉冲型式的表(22)选择三相优化脉冲型式(20)；根据所述优化脉冲型式(20)确定双分量最佳磁通且确定单分量最佳第三变量(ζ*)；根据所述最佳磁通和基于所述电力转换器中的测量值估计的估计磁通(ψαβ)的差，确定双分量磁通误差；根据所述最佳第三变量(ζ*)和估计第三变量(ζ)的差，确定单分量第三变量误差；通过使所述优化脉冲型式(20)的开关时刻(28)进行时间移位，使得最大程度地减小取决于所述时间移位的成本函数，而修改所述优化脉冲型式(20)，其中所述成本函数包括磁通误差项和第三变量误差项，其中所述磁通误差项基于所述磁通误差和基于所述时间移位提供磁通校正的磁通校正函数的差，且所述第三变量误差项基于所述第三变量误差和基于所述时间移位提供第三变量校正的第三变量校正函数的差；对所述电力转换器(12)应用经修改的优化脉冲型式(26)。2.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，其中所述成本函数包括第三项，其为所述时间移位的二次项；且/或其中在预先限定预测范围(30)上计算所述最佳磁通、所述估计磁通、所述磁通误差、所述最佳第三变量、所述估计第三变量和/或所述第三变量误差；且/或其中所述预先限定预测范围(30)长于两个或更多个未来时间步长，且在下一个时间步长期间仅经修改的优化脉冲型式(26)的开关时刻被应用于所述电力转换器(12)；且/或其中所述优化脉冲型式(20)的所述开关时刻(28)在所述预测范围(30)内进行时间移位；且/或其中每个相中的仅下一个未来开关时刻进行时间移位。3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，其中所述磁通校正函数和/或所述第三变量校正函数是所述进行时间移位的线性函数且/或其中通过在线求解二次规划而最大程度地减小所述成本函数。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，其中所述第三变量基于中性点箝位转换器(12a)的DC链路(32)的中性点电位。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：V斯普迪，E罗尔，T格耶，P阿霍卡耶姆，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH