基于脉宽调制开关模式的转换器的模型预测控制制造技术

一种用于控制电转换器(12)的方法，所述电转换器(12)适于将DC电压(v

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于脉宽调制开关模式的转换器的模型预测控制
本专利技术涉及用于控制电转换器的方法、计算机程序、计算机可读介质和控制器。此外，本专利技术涉及一种电转换器。
技术介绍
对于电转换器，模型预测控制用于经由基于转换器和所连接的组件(例如电马达、发电机、电力网等)的模型确定电转换器的将来状态来确定转换器电路的开关状态。在WO2015078656A1中，预先计算的优化脉冲模式利用通过操纵其开关瞬间的模型预测控制进一步优化。按照这种方式，所产生的电流的谐波含量可被减少。优化脉冲模式相对于其它调制方法的谐波有益效果在低脉冲数(即，开关频率与基频之间的比率)下特别高。但是在很高脉冲数和低基频下，优化脉冲模式可能难以计算，并且可使用许多控制器存储器。基于优化脉冲模式的控制方法通常通过切换到其它控制方法来解决这个问题。在EP2469692A1中，按照这样的方式来控制电力系统，使得在第二步骤中修改针对某个第一优化目标已经确定的用于转换器的具有开关时刻的开关序列。确定所产生通量误差。修改开关时刻，以降低通量误差。在JAMESSCOLTOCK等人的论文：“AComparisonofModelPredictiveControlSchemesforMVInductionMotorDrives”(IEEETRANSACTIONSONINDUSTRIALINFORMATICS，IEEESERVICECENTER，NEWYORK，NY，US，vol.9，no.2，2012年10月10日(2012-10-10)，第909-919页)中，若干模型预测控制方案与脉宽调制和优化脉冲模式进行比较。提及的是，共模分量能够被加到参考电压。在NIKOLAOSOIKONOMOU等人的论文：“ModelPredictivePulsePatternControlfortheFive-LevelActiveNeutral-Point-ClampedInverter”(IEEETRANSACTIONSONINDUSTRYAPPLICATIONS.，vol.49，no.6，2013年5月15日(2013-05-15)，第2583-2592页)中，描述的是，能够如何根据基频来选择优化脉冲模式以及参考通量值能够连同优化脉冲模式一起被存储。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种电转换器，所述电转换器适于在低基频下产生具有低谐波失真的输出电流。本专利技术的另外的目的是要提供一种简单且计算要求不太高的模型预测控制方案，所述模型预测控制方案还可在高脉冲数下使用。这些目的通过独立权利要求的主题来实现。根据从属权利要求和以下描述，另外的示范实施例是显而易见的。本专利技术的第一方面涉及一种用于控制电转换器的方法。电转换器适于将DC电压转换为具有至少两个电压电平的多相电压。电转换器可包括具有半导体开关的转换器电路，所述半导体开关可布置在至少两个(例如三个)相分支中。相分支可并联连接到DC链路，和/或可适于将DC链路电压或者更一般来说将DC电压转换为AC相电压。每个相分支可适于生成至少两个电压电平。例如，相分支可适于生成三个电压电平，例如正DC链路电压、负DC链路电压和中性点电压。中性点电压可通过拆分DC链路来提供。电转换器可以是中性点钳位转换器。但是一般来说，还可利用其它类型的转换器来执行该方法。电转换器可以利用其AC侧连接到电机(例如发电机或马达)，和/或可为这个电机供应电功率。以下所提及的定子和/或转子通量可表示这个电机的定子和/或转子中的磁通量。情况也可以是，电转换器利用其AC侧连接到电力网。在这种情况下，还可对电力网定义虚拟定子和/或虚拟转子通量。电转换器可以是功率转换器。其半导体开关可适于开关超过10A的电流和/或超过1000V的电压。电转换器可包括控制器，该控制器执行该方法。例如，该方法可在每个取样时刻来执行。按照本专利技术的实施例，该方法包括：从定子通量参考向量来确定调制信号向量。定子通量参考向量可通过外控制环来提供，该外控制环基于测量并且基于参考速度和/或参考频率来确定定子通量参考向量。调制信号向量是指示将要由转换器所生成的输出电压的信号。例如，调制信号向量可以是通过对定子通量参考向量求微分所确定的归一化电压向量。本专利技术还可适用于电网侧转换器，即，定子通量向量可以是虚拟定子通量向量。而且，转子通量向量可以是虚拟转子通量向量。例如，在转换器为电力网供电的情况下，定子通量向量可以是虚拟转换器通量向量，以及转子通量向量可以是可在公共耦合点(PCC)处所定义的电网通量向量。必须注意，在这里以及在下文中，向量可以是具有两个或三个分量的量。按照本专利技术的实施例，该方法还包括：经由脉宽调制从调制信号向量来确定开关模式，开关模式包括开关转变序列，其中开关转变定义开关位置和转变时刻，在所述开关位置处将转换器的相从一个电压电平切换到另一个电压电平，以及在所述转变时刻，切换转换器的所述相。调制信号向量可指示将要生成的实际输出电压。连同实际频率和/或实际速度一起，调制信号向量的移动可被外推为将来，并且从其中可确定将来开关序列的序列。例如，外推的调制信号向量的分量的轨迹可与一个或多个载波信号(所述载波信号可以是具有载波频率的三角信号)进行比较。可利用脉宽调制从轨迹和(一个或多个)载波信号来确定开关转变。例如，轨迹与载波信号的交叉点可确定开关时刻，和/或交叉的方向可确定在开关时刻是升高还是降低电压电平。必须注意，这些计算全部可在取样时间间隔(即，两个取样时刻之间的时间)期间联机执行，和/或可按数字方式执行。按照本专利技术的实施例，该方法还包括：通过从定子通量参考向量中减去估计的定子通量向量(所述估计的定子通量向量从电转换器中的测量来估计)来确定定子通量误差。估计的定子通量向量可通过外控制环来提供。定子通量参考向量与估计的定子通量向量的差或者差的幅值可被看作是误差，所述误差可通过该方法的下列步骤和/或利用模型预测控制来最小化。按照本专利技术的实施例，该方法还包括：通过移动开关模式的开关转变的转变时刻来修改开关模式，使得定子通量误差被最小化。转变时刻可在时间上向前和向后移动，使得修改开关模式，所述开关模式通过脉宽调制来生成。可移动转变时刻，使得修改的开关模式产生定子通量，所述定子通量更接近定子通量参考。按照这种方式，与未修改的开关模式相比，修改的开关模式可引起针对高阶谐波的更低幅度。情况可能是，对开关时刻的移动存在约束。例如，一相或全部相中的开关转变的顺序可能不被改变。此外，情况可能是，未修改的开关模式(所述未修改的开关模式例如将会产生零长度的脉冲)中包括附加开关时刻。在优化之后，这些脉冲可具有非零长度，并且可促成定子通量误差的补偿。可通过求解二次规划、通过使服从约束的目标函数最小化等来联机执行开关模式的优化。按照本专利技术的实施例，该方法还包括：将修改的开关模式的至少一部分应用于电转换器。开关转变可被转化为电转换器的半导体开关的开关时间和开关状态。可生成用于半导体开关的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制电转换器(12)的方法，所述电转换器(12)适于将DC电压(v

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180111 EP 18151248.41.一种用于控制电转换器(12)的方法，所述电转换器(12)适于将DC电压(vdc)转换为具有至少两个电压电平的多相电压；
所述方法包括：
从定子通量参考向量来确定调制信号向量
经由脉宽调制从所述调制信号向量来确定开关模式(54)，所述开关模式(54)包括开关转变序列，其中开关转变定义开关位置和转变时刻，在所述开关位置处将所述转换器的相从一个电压电平切换到另一个电压电平，以及在所述转变时刻，切换所述转换器的所述相；其中在预测时域内在每个取样时刻定期确定所述开关模式(54)；
通过从估计的定子通量向量(ψs，αβ)中减去所述定子通量参考向量来确定定子通量误差(ψs，err，αβ)，所述估计的定子通量向量(ψs，αβ)从所述电转换器(12)中的测量来估计；
通过移动所述开关模式(54)的开关转变的转变时刻来修改所述开关模式(54)，使得所述定子通量误差(ψs，err，αβ)被最小化；
将修改的开关模式的一部分应用于所述电转换器(12)。


2.如权利要求1所述的方法，
其中通过电压电平差和时间差的乘积的总和来定义定子通量校正，开关转变的所述电压电平差是所述开关转变之前和之后的所述电压电平的差，以及所述时间差是被移动与未修改的转变时刻之间的差；
其中通过移动所述转变时刻来优化所述定子通量校正，使得所述定子通量校正等于所述定子通量误差(ψs，err，αβ)。


3.如权利要求1和2所述的方法，
其中只有等于连续取样时刻之间的差的所述修改的开关模式的所述一部分被应用于所述电转换器(12)。


4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，
其中通过下列在预测时域内确定所述开关模式(54)的所述开关转变：
通过以实际角频率将αβ0坐标系中的所述调制信号向量旋转到将来样本的时刻而在所述预测时域内确定所述调制信号向量的相应将来样本；
当载波信号在所述将来样本的时间间隔期间越过所述将来样本的值时，生成开关转变。


5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，
其中所述定子通量参考向量是所述αβ0坐标系中的三分量向量...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·格耶，V·施普迪克，C·古特舍尔，A·吕奇，
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