用于操作具有浮置单元的功率电子转换器设备的方法技术

一种用于电功率转换系统的功率电子转换器设备(36)包括转换器电路(10)，该转换器电路(10)包括具有输入端子(14)的输入侧(12)、具有至少一个AC输出端子(18)的输出侧(16)、具有连接到输入端子(14)的半导体器件(26)的第一转换器(20)、以及连接在第一转换器(20)的AC输出与AC输出端子之间的至少一个第二转换器(22)，所述第二转换器(22)包括具有DC中间电路(32)和半导体器件(30)的至少一个浮置单元(28)。一种用于操作功率电子转换器设备(36)的方法包括：在利用优化的脉冲模式或基于载波的脉冲宽度调制而确定的切换时刻切换浮置单元(28)的半导体器件(30)；确定浮置单元的基波电压分量，该基波电压分量取决于浮置单元的DC中间电路的实际电压V

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操作具有浮置单元的功率电子转换器设备的方法


[0001]本专利技术涉及用于操作功率电子转换器设备的方法、计算机程序和计算机可读介质。此外，本专利技术涉及一种功率电子转换器设备。

技术介绍

[0002]文献EP 1 253 706 B1示出了一种具有功率电子转换器设备的电功率转换系统，该功率电子转换器设备包括：(i)转换器电路，该转换器电路包括具有输入端子的输入侧、具有输出端子的三相输出侧、第一转换器和三个第二转换器，每个第二转换器相对于相应相与第一转换器串联连接，所述第二转换器中的每个第二转换器包括具有在DC中间电路中的电容元件和半导体器件的浮置单元，以及(ii)控制设备，该控制设备用于经由脉冲状信号驱动转换器中的至少一个转换器的半导体器件。详细地，转换器电路由作为主转换器的第一转换器和3个辅助浮置单元组成，每一相有一个辅助浮置单元。在这样的转换器电路中，每一相的浮置单元的数目不是固定的，并且更多浮置单元可以被容纳。因此，完整的DC到AC转换电路采用由第一转换器提供的主功率转换器、第二转换器的辅助切换单元、和无源滤波电路的形式。主转换器被示出为使用IGCT的3电平中性点钳位转换器，但其他拓扑和半导体类型也是可能的。通过浮置单元，可以在半导体器件的帮助下将DC电压与第一转换器的DC电压相加或相减。
[0003]文献RU 2 269 196 C1和US 7 825 540 B2中的每个描述了具有功率电子转换器设备的非常相似的电功率转换系统。
[0004]US 6 009 002 A描述了具有NPC转换器和连接到NPC转换器的AC输出的浮置单元的功率电子电路。三次谐波与功率电子电路的参考振荡混频。可以避免来自浮置单元的能量反馈，并且整个系统的效率可以提高。因此切换损耗可以保持在极低水平。存在经由二极管整流器向单元提供能量的电压源。不需要特殊控制来保持单元电压恒定。由于二极管整流器，唯一的限制是保持能量流为正。
[0005]Dierk等人的在2019年1月31日的Springer的第604
‑
724页的“Selbstgef
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hrte Wechselrichter mitSpannung”中的“Leistungselektronische Schaltungen ADD.Funktion,Auslegung und Anwendung”描述了转换器的控制，其中提到了若干控制方案，诸如优化的脉冲模式和脉冲宽度调制。
[0006]EP 3 142 236 A1涉及具有优化的脉冲模式的转换器控制，其中优化的脉冲模式适用于使转换器通量参考与转换器通量估计之间的差异最小化。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一个目的是提供一种用于使得功率电子转换器设备能够稳定操作的部件。
[0008]该目的通过独立权利要求的主题来实现。有利的实施例在从属权利要求、在进一步描述中以及在附图中给出，其中所描述的实施例可以单独或以相应实施例的任何组合提
供本专利技术的特征，除非没有明确排除。
[0009]本专利技术的一个方面涉及一种用于操作用于电功率转换系统的功率电子转换器设备的方法。
[0010]功率电子转换器设备包括转换器电路，该转换器电路包括具有输入端子(其可以是DC端子)的输入侧、以及具有至少一个AC输出端子(诸如三个AC输出端子)的输出侧。转换器电路包括具有半导体器件的第一和/或主转换器，第一转换器连接到输入端子并且提供至少一个AC输出(诸如三个AC输出)。转换器电路还包括连接在第一转换器的AC输出与相应AC输出端子之间的至少一个第二转换器。转换器电路可以包括用于每个输出相的第二转换器。上述第二转换器或每个第二转换器包括至少一个浮置单元或浮置单元的串联连接，其中上述浮置单元或每个浮置单元包括DC中间电路和半导体器件。DC中间电路也可以称为DC链路和/或可以包括至少一个电容器。
[0011]功率电子转换器设备还可以包括控制器，该控制器被配置用于执行该方法。
[0012]根据本专利技术的一个实施例，该方法包括：在切换时刻切换浮置单元的半导体器件，该切换时刻利用优化的脉冲模式或基于载波的脉冲宽度调制而被确定。也可以以这种方式切换第一转换器的半导体器件。必须注意，关于具有一个浮置单元的第二转换器而描述的所有内容也可以指代具有浮置单元的串联连接的第二转换器。
[0013]根据本专利技术的一个实施例，该方法还包括：确定浮置单元的(期望的)基波电压分量，该基波电压分量取决于浮置单元的DC中间电路的实际电压V
C AF
与DC中间电路的电压的参考值V
C AF*
之间的差异。期望的电压分量用于平衡浮置单元、其DC中间电路、特别是那里的电容器。(期望的)基波电压分量可以是在控制器中生成的信号，该信号例如是由PI控制器或滞后控制器生成的，如下文所述。从这个(期望的)基波电压分量，修改后的切换时刻被确定，当被应用于浮置单元的半导体器件时，该修改后的切换时刻在由浮置单元生成的实际电压中产生(真实的)基波电压分量。
[0014]根据本专利技术的一个实施例，该方法还包括：通过修改切换时刻来在浮置单元的DC中间电路的实际电压中生成基波电压分量，使得DC中间电路的电压V
C AF
位于给定参考电压范围内，特别地，以用于平衡浮置单元的DC中间电路。(期望的)基波电压分量被输入到另外的控制器部分，该部分修改利用优化的脉冲模式和/或基于载波的脉冲宽度调制而确定的切换时刻。
[0015]根据本专利技术的一个实施例，基波电压分量是在浮置单元的实际电压中生成的，使得DC中间电路的相应电压V
C AF
保持在参考值V
C AF*
。特别地，当浮置单元的DC中间电路、特别是电容器平衡和/或处于其参考值时，基波电压分量为零。
[0016]根据本专利技术的一个实施例，基波电压分量由PI控制器生成，该PI控制器的输入是对应DC中间电路的实际电压V
C AF
与其参考值V
C AF*
之间的差异。以这种方式使用滞后控制器也是可能的。
[0017]根据本专利技术的一个实施例，PI控制器的可变增益根据流过浮置单元的相电流的基波分量进行调节。PI控制器的比例可变增益可以与基波负载电流的幅值的倒数相乘。
[0018]根据本专利技术的一个实施例，具体地，当期望对单元充电时，基波电压分量相对于流过浮置单元的相电流的基波分量的相角在
‑
85
°……
+85
°
范围内。当期望放电时，该角度为95度至265度。
[0019]根据本专利技术的一个实施例，具体地，当期望对单元充电时，基波电压分量与相电流的上述基波分量同相。当期望放电时，该角度为180度。
[0020]根据本专利技术的一个实施例，该方法还包括：在利用优化的脉冲模式或基于载波的脉宽调制而确定的切换时刻切换第一转换器的半导体器件；通过修改应用于第一转换器的切换时刻在由第一转换器输出的电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于操作用于电功率转换系统的功率电子转换器设备(36)的方法，所述功率电子转换器设备(36)包括转换器电路(10)，所述转换器电路(10)包括：具有输入端子(14)的输入侧(12)、具有至少一个AC输出端子(18)的输出侧(16)、具有连接到所述输入端子(14)的半导体器件(26)的第一转换器(20)、以及连接在所述第一转换器(20)的AC输出与所述AC输出端子之间的至少一个第二转换器(22)，所述第二转换器(22)包括至少一个浮置单元(28)，所述至少一个浮置单元(28)具有DC中间电路(32)和半导体器件(30)；所述方法包括：在切换时刻切换所述浮置单元(28)的所述半导体器件(30)，所述切换时刻用优化的脉冲模式或基于载波的脉冲宽度调制而被确定；确定所述浮置单元的基波电压分量，所述基波电压分量取决于所述浮置单元的所述DC中间电路的实际电压V
CAF
与所述DC中间电路的电压的参考值V
CAF*
之间的差；通过修改所述切换时刻，在所述浮置单元的所述实际电压中生成所述基波电压分量，使得所述DC中间电路(32)的电压V
CAF
位于给定参考电压范围内。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述基波电压分量在所述浮置单元的所述实际电压中被生成，使得相应的所述DC中间电路(32)的所述电压V
CAF
被保持在参考值V
CAF*
。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中当所述浮置单元(28)的所述DC中间电路处于其参考值时，所述基波电压分量为零。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述基波电压分量由PI控制器(48)生成，所述PI控制器(48)的输入是对应的所述DC中间电路(32)的所述实际电压V
CAF
与其参考值V
CAF*
之间的差。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述PI控制器的可变增益根据流过所述浮置单元的相电流的基波分量被调节，所述PI控制器单元(48)的比例增益能够与基波负载电流的幅值的倒数相乘。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当对所述浮置单元(28)充电时，所述基波电压分量相对于流过所述浮置单元(28)的相电流的基波分量的相角在
‑
85
°
至+85
°
范围内，当对所述浮置单元(28)放电时，所述基波电压分量相对于流过所述浮置单元(28)的相电流的基波分量的相角在95
°
至265
°
范围内。7.根据权利要求6所述的方法，其中当对所述浮置单元充电时，所述基波电压分量与所述相电流的所述基波分量同相；其中当对所述浮置单元放电时，所述基波电压分量与所述相电流的所述基波分量具有180
°...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬尼斯，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：