用于阶梯波功率转换器和感应逆变器拓扑的预测方案制造技术

一种阶梯波功率转换器，其包括多个被配置为将直流电压输入转换为交流电压输出的不同电桥电路。控制器被配置为估计来自多个不同电桥电路的平均电压输出，以控制来自多个不同电桥电路的电流输出。确认提供所估算的平均输出电压所需用的电桥电路数量，并且所确认的电桥电路在下一切换周期被控制，以产生对应于所估算的平均输出电压的组合的逆变器输出电压。在另一实施方案中，一个或多个变压器与不同的电桥电路相关联。在电桥电路和所关联的变压器的一次绕组之间联接电感。所述电感在将来自电桥电路的电流输出馈给变压器之前，对来自电桥电路的电流输出进行滤波。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请总体涉及功率转换。
技术介绍
存在多种用于将直流(DC)电压转换为阶梯波交流(AC)输出的阶梯波功率转换器。针对阶梯波输出的每一阶梯，阶梯波功率转换器使用不同的变压器。多个不同变压器的一次绕组通过多个电桥电路(bridgecircuit)电联接至直流电源。多个电桥电路中的多个门电路(gate)控制流过那些一次绕组的电流，以从二次绕组产生多个交流输出阶梯。 不幸地是，阶梯波功率转换器是体积庞大的，并且针对每一阶梯都需要多个变压器。此外，交流输出中的阶梯总数与用于产生输出的变压器的数量直接对应。为了在三相交流波形输出中取得更优的分辨率，必须在功率转换器中增加更多的变压器，由此使其体积更加庞大。 这类功率转换器的另一缺陷是，阶梯波交流输出通常方波化(blocky)——因为仅通过叠加正和/或负的方波化阶梯来形成交流波形输出。虽然方波化交流波形适合于许多应用，但它们不太适用于许多现代电子设备，所述现代电子设备诸如电脑、电视机等，因为当用严格调制的交流电源对这些设备供电时，这些现代电子设备会运行得更好且运行时间更长。 电流控制对于逆变器电能质量是重要的。用于调节电压源型逆变器(VSI)的电流的三种主要技术是磁滞、斜波比较(ramp comparison)以及预测电流控制(predictivecurrent control)。磁滞电流控制器在将负载电流与参考值相比较中利用了磁滞。斜波比较控制器将误差电流信号与三角载波波形相比较，以产生逆变器门脉冲。预测控制器计算迫使所测电流趋于参考电流所需的逆变器电压。 预测控制器提供的优势是，以最小的失真更精确地控制电流，并且该预测控制器还可以完全实施在数字平台上。但是，预测控制器需要更多的计算资源，且需要更好地知晓系统参数，并且要求能够对负载参数的错误识别敏感。也有一些预测电流控制方案不是为阶梯波逆变器而设计的。附图说明 图1是单相并网的全桥电压源型逆变器的示意图。 图2是示出了切换周期的取样点的图示。 图3是单相并网阶梯波逆变器的示意图。 图4是图3中示出的阶梯波逆变器所产生的电压波形的示意图。 图5A和5B是示出了如何使用图3中示出的阶梯波逆变器进行预测电流控制的流程图。 图6示出了阶梯波转换器中的变压器的一次侧和二次侧的电压波形。 图7示出了阶梯波转换器中的变压器的一次侧和二次侧的一个电压脉冲。 图8是带有一次侧电流滤波电感的单相并网阶梯波逆变器的示意图。 图9示出了一次侧电感与关联的变压器一体化的另一实施方案。 图IO示出了使用单个变压器和多个一次侧电感的阶梯波逆变器的另一实施方案。具体实施例方式肝缠測,制勺申扁先,中德働l (P丽)錄 新颖的电流控制预测方案在多级并网逆变器下运行。所述预测方案可以用于任何 使用H桥(H-bridge)的多级逆变器拓扑，在该H桥处，多个电桥的输出被组合，以获得多级 输出波形。例如，预测方案可以用于级联的多级电压源型逆变器，并且也可以用于其中全桥 的输出(虽然这些全桥的输出被互相隔离)通过变压器被组合的逆变器。特别地，电流控 制预测方案的执行可以使用2001年3月6日授权的第6， 198， 178号美国专利中所描述的 阶梯波功率转换器拓扑(St印Wave PowerConverter topologies)，该文本以引用方式整 体纳入本说明书。 单相全桥电压源型逆变器 图1示出了单相全桥逆变器10。两对晶体管开关S/S2和33/54均串联在直流电 压源V。c两端。二极管Dr^分别联接在其所关联的晶体管开关S「S4两端。晶体管S「&通 过数字信号处理器(DSP)12被控制，并被用于产生全桥逆变器10的输出电压V。p。电感L联 接在晶体管对S3/S4和电压电网(power voltage grid) (Vgrid)的第一极之间。所述电网的 第二极联接在晶体管对S乂^之间。负载电流IlMd穿过电感L从V。p流到V^d。 功率晶体管S「S4通过DSP 12接通或切断，以产生相等于+VDC、0或_VDC的输出电压V。。。例如，接通晶体管S3和S2并切断晶体管S工和S4产生输出电压V。p二+V。c。接通晶体管S工和S4并切断晶体管S2和S3产生输出电压V。p = -VDC。同时接通晶体管S工和S3或同 时接通晶体管S2和S4产生桥输出电压V。p = 0。零输出电压V。p = 0也可被替代地称为将 所述逆变器IO旁通掉。 从图1中示出的简化接线图中可以得出，逆变器的负载电流(IlMd)由以下等式定 义 r。p = +丄( 1 ) 其中，Vgrid是电网电压，V。p是逆变器输出电压，L是滤波电感。假设图1中的逆变 器10以恒定的切换频率运行，切换周期是一恒定值，TpCTi。d。在切换周期[n， n+1]内，等式 (1)可写为以下离散形式<formula>formula see original document page 7</formula>其中，V。D av[n]和Vgrid av[n]分别是切换周期[n，n+l]中的逆变器平均输出电压和电网平均电压，并且I^d[n+l]、I^d[n]分别是取样点[n+1]和[n]处所测量的负载电流。 图2中阐释了改进的预测控制方法的控制原理。取样点(点A)就设置在控制点 (点B)之前，其间间隔一控制延迟的时间。取样点和控制点之间的延迟很小，因此可以假定 在取样点[n](点A)取样的电网电压和逆变器电流等于控制点[n](点B)处的电网电压和 逆变器电流的值。因此，所测量的电流值Iw[n]和电网电压值V^d—av[n]可被提供给控制 器以预测所需的逆变器输出电压。所述预测控制算法产生了以下对应于切换周期[n，n+l] 内的预测平均输出电压的公式 <formula>formula see original document page 7</formula> 如上所述，等式1中描述的预测控制的一个目标是计算用于迫使所测量的电流 1^d趋于参考电流I^所需的逆变器电压。换言之，DSP 12使用[n-1]和[n]时刻的取样 值，并试图使得负载电流I^d[n+l]在切换周期[n，n+l]结束时等于参考电流IMf[n+l]。 电桥的占空比D[n]根据下式计算<formula>formula see original document page 7</formula> 变器201带有多桥逆变器运行的阶梯波功率转换器图3示出了包括用于单相输出电压22的N个全桥15 (桥#1-桥#N)的阶梯波逆 每一个全桥15通过直流电源14来馈给。每一个桥15的切换通过DSP 12独立于 其他桥而被控制，且每一个桥#1-桥柳的输出分别馈给至所关联的变压器T「TN。每一变 压器16具有输出电压比1 : R。转换器20的组合输出电压22通过电感滤波器82馈给至 负载84。电容滤波器80连接在负载84两端。 参考图3和4，变压器1\-TN的二次绕组16A串联连接以产生多级输出电压22。对 于带有N个桥15的逆变器20，在输出电压22上可以获得(2N+1)个输出级。图3中的每 一个变压器16的二次绕组16A上的输出电压22的大小给出为(R*V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阶梯波功率转换器，包括：多个不同的电桥电路，其被配置为将直流电压输入转换为交流电压输出；以及处理器，其被配置为：估算来自多个不同电桥电路的平均电压输出，以用于控制来自多个不同电桥电路的电流输出；确认为提供所估算的平均输出电压所需的电桥电路数量；以及在下一切换周期内控制所确认的电桥电路，以产生对应于所估算的平均输出电压的逆变器组合输出电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-6-4 60/941,939;US 2007-6-13 60/943,818一种阶梯波功率转换器，包括多个不同的电桥电路，其被配置为将直流电压输入转换为交流电压输出；以及处理器，其被配置为估算来自多个不同电桥电路的平均电压输出，以用于控制来自多个不同电桥电路的电流输出；确认为提供所估算的平均输出电压所需的电桥电路数量；以及在下一切换周期内控制所确认的电桥电路，以产生对应于所估算的平均输出电压的逆变器组合输出电压。2. 根据权利要求1所述的阶梯波功率转换器，其中所述平均输出电压根据下式被估算^[〗-0.5 ^[-1〗.7 + 1]-其中;一是切换周期[n，n+l]，V。p—av[n]是切换周期[n，n+l]内的平均逆变器输出电压，Vgrid—av[n]是切换周期[n，n+l]内的平均电网电压，I^dW是取样点[n]处所测量的负载电流。流Iref[n+1]是取样点[n+1]处的参考电流，以及L是滤波电感。3. 根据权利要求1所述的阶梯波功率转换器，其中所述处理器还被配置为为电桥电路确认等于或刚刚超过所估算的输出电压的组合输出电压；确定下一切换周期的占空比，所述占空比与组合输出电压超出所估算的平均输出电压的量成比例——如果有超出的话；在整个下一切换周期中接通所确认的电桥电路中除一个电桥电路以外的所有电桥电路，并在所述下一切换周期中根据所确认的占空比，接通所确认的电桥电路中的余下的一个电桥电路。4. 根据权利要求3所述的阶梯波功率转换器，其中在所述的下一切换周期中根据所确认的占空比对所述余下的一个电桥电路进行脉冲宽度调制。5. 根据权利要求1所述的阶梯波功率转换器，其中所述处理器还被配置为在所述的下一切换周期中将任何其余未确认的电桥电路旁通掉。6. 根据权利要求1所述的阶梯波功率转换器，其中还包括联接在多个不同电桥电路和电网电压之间的一个或多个变压器。7. 根据权利要求6所述的阶梯波功率转换器，其中还包括联接在电桥电路和其所关联的所述一个或多个变压器的一次绕组之间的电流滤波电感。8. 根据权利要求1所述的阶梯波功率转换器，其中所估算的平均输出电压被计算以使右所测量的负载电流趋于参考电流9.根据权利要求1所述的阶梯波功率转换器，其中每一个所述电桥电路包括分别布置为串联的两对门电路对，且每对门电路对连接在直流输入电压两端，每个电桥电路所关联的变压器的一次绕组的第一端部连接在两对门电路对中的第一对门电路之间，且所述一次绕组的第二端部连接在两对门电路对中的第二对门电路之间。10. —种方法，包括使用功率逆变器中的多个不同电桥电路以将一个或多个直流电压源转换为用于连接至电网的交流电压；根据一个切换周期内所测量的电网电压和所测量的逆变器负载电流，预测所述逆变器在下一切换周期内的输出电压；确认需要哪一些电桥电路以基本产生所预测的下一切换周期的输出电压；以及激活所确认的电桥电路以基本输出所预测的输出电压，同时将任何未确认的电桥电路的输出旁通掉。11. 根据权利要求io所述的方法，其中还包括计算所预测的输出电压，以使下一切换周期结束时的逆变器负载电流值基本等于所述切换周期结束时的参考电流值。12. 根据权利要求10所述的方法，其中还包括重复...

【专利技术属性】
技术研发人员：R萨奇德瓦，RJ默拉什，
申请(专利权)人：可持续能源技术公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]