用于控制电气转换器的方法技术

提出一种预测多相多级转换器的脉宽调制开关序列的方法。用第一预测开关序列，由于多相冗余而确定等效开关序列。从等效开关序列中选择相对于预定义优化目标最优的一个开关序列。使用选择的开关序列开关转换器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及功率电子学领域。具体地说，本专利技术涉及用于控制转换器的方法、程序单元、计算机可读介质和控制器。另外，本专利技术涉及转换器。
技术介绍
为了控制多相电气机器，可使用多级转换器，其对于每个相包括相模块，根据相模块的设计生成若干不同输出电压。例如，两级相模块生成两个输出电压(+Udd 0)，并且三级相模块生成三个输出电压(+Uio 0，-Udc)。相模块可包括多个电气开关，通常是功率半导体开关，其根据开关模式或开关状态生成相应相的输出电压，开关模式或开关状态描述相模块的哪些开关导电(导通)以及哪些开关阻塞(断开)。对于生成这些开关模式存在多种可能性，即调制方法。例如，可以用优化脉冲模式(OPP)的概念确定开关模式。用优化脉冲模式，马达的操作可基于预先计算的开关模式，其实现了某一最小化目标，诸如消除马达电流的某些谐波或最小化马达电流的总谐波失真。然而，当马达速度或电压幅度或二者降到某一阈值以下时，优化的脉冲模式所需的脉冲数量如此高以致它可能变成被禁止的。此外，在马达速度和/或电压的这种低值，当相比其它方法、诸如脉宽调制(PWM)时，使用优化的脉冲模式不提供马达电流的总谐波失真的产生值方面的优点。由此，在低马达速度和/或电压的情况下，可使用脉宽调制(PWM)的概念。这里，例如，可通过在相比AC输出电压的基频具有高频的可能输出电压之间开关来控制必须馈送到电气机器的调制循环上的输出电压的平均值。另一种可能性是使用直接转矩控制(DTC)的概念，其中当相应变量误差达到其上限或下限时，估计并控制马达的状态(例如转矩和磁通)，以通过开关停留在它们的滞带内。当任何调制方法用于操作转换器时，具体地说对于具有5级拓扑的转换器，关键挑战出现了 在平衡转换器内部电压(例如中性点电位、浮动电容器电压)的同时重新产生所需输出电压的实际转换器开关模式的恰当选择。
技术实现思路
本专利技术的目的是更好地平衡由脉宽调制方法控制的电气转换器的内部状态。这个目的由独立权利要求的主题实现。根据从属权利要求和如下描述另外的示范实施例是显然的。本专利技术的第一方面涉及用于控制转换器的方法。根据本专利技术的一实施例，所述转换器适合于通过如下操作来生成至少两个相的AC电流对于每个相输出不同电压电平，其中所述不同电压电平取决于所述转换器的开关状态。例如，转换器可用于给电气马达供电，用于将发电机连接到电网，用于互连两个电网。转换器可以是直接转换器或间接转换器。为了生成每个相的电压电平，转换器可对于每个受控相包括相模块，相模块包括生成所述相的输出电压的开关。通常，转换器的相模块可具有等效设计。输出电压电平取决于开关的开关状态(每个开关的打开/闭合)。由于可在转换器中固有可用的冗余，相模块的开关的不同开关状态可生成相同电压电平。根据本专利技术的一实施例，该方法包括如下步骤 (a)通过如下操作生成电压矢量的第一序列，每个电压矢量包括每个相的电压电平生成每个相的参考波形；确定第一序列的每个电压矢量的相的所述电压电平，该确定是通过从所述相的相应参考波形导出所述电压电平。 电压矢量可包括每个相的电压电平。当电压矢量被应用到转换器时，每个相模块的开关必须被开关，使得相应相的电压矢量的电压电平由相应相模块输出。电压矢量的序列可包括电压矢量集合，所述电压矢量集合可由转换器在连续时刻输出以生成每个相的调制输出电压。在步骤(a)，通过所谓基于载波的脉宽调制(CB-PWM)确定第一开关序列。在这种情况下，通过使载波波形和参考波形相交来导出开关实例。开关瞬间可包括电压电平和开关时间。附加地，开关瞬间可包括导致该电压电平的相模块的开关状态。对于每个相，参考波形可以是应该由相应相模块平均输出的波形。可基于频率、转矩或其它变量确定参考波形以便使马达满足某些要求。载波波形通常是具有比参考波形更闻频率的周期波形。例如，载波波形可具有范围在200 ii s到1000 ii s的周期。为了导出每个相的开关瞬间，载波波形与参考波形相交，并且相交点确定开关瞬间的开关时间。开关瞬间的电压电平，即应该应用到相应相模块的电压电平，也可从载波波形在相交点的斜率和在相交点的电压幅度导出。从在同一开关时间的开关瞬间，可以形成在该开关时间的电压矢量。时间顺序电压矢量然后可形成第一开关序列。根据本专利技术的一实施例，该方法包括如下步骤 (b)通过如下操作确定电压矢量的等效序列集合计算所述电压矢量序列的每个电压矢量的电压电平差，所述电压电平差是所述电压矢量的电压电平差；确定具有相等电压差的等效电压矢量；通过用所述等效电压矢量替换第一序列中的至少一个电压矢量来生成等效序列。在步骤(b)，所谓的多相冗余用于生成等效序列，即当序列被应用到马达时，在马达中生成相同电流的序列。(当序列被应用到马达时，序列的电压矢量被连续应用到转换器。在应用电压矢量之后，在应用下一电压矢量之前，控制器等待预定义时间(这可由开关时间定义)。必须要理解，序列通常不应用到马达，而是用于估计或模拟转换器或马达的行为以便导出必须被优化的值。因为不是在马达端子的电位相对于转换器中性点之间的电压差，而是马达端子之间的电压差在马达中生成电流，所以在相之间具有相等电压差的两个电压矢量将在马达中生成相同电流。由此，可确定序列的所有电压矢量的电压差，并且可使用具有相等电压差的等效电压矢量生成等效序列。例如，等效电压矢量可存储在查找表中。为了得到所有可能等效序列，可在第一序列中替换等效电压矢量的所有可能组口 o必须注意，所谓的一相冗余也可用于生成等效序列。一相冗余是指多级转换器模块的不同开关状态可生成相同输出电压电平的事实。在这种情况下，必须向每个电压电平指配开关状态。由此，这些序列包括相模块 的开关状态。根据本专利技术的一实施例，该方法包括如下步骤 (C)从所述等效序列集合中选择一个序列，当所述序列被应用于所述转换器时，所述序列优化所述转换器的内部状态。在步骤(C)，对于所有等效序列，当相应序列将被应用到转换器时，估计转换器的内部状态。例如，可以计算中性点电位或电容器电位。然后，选择具有最优内部状态的序列。根据本专利技术的一实施例，在步骤(C)，所述序列选择成使得所述转换器的至少一个如下内部状态得到优化中性点电位位于预定义界限内；最小化开关损耗和/或开关频率；最小化共模电压和/或所述共模电压的变化；内部状态与预定义内部状态的平均偏差最小。根据本专利技术的一实施例，在步骤(C)通过如下操作选择所述序列通过将序列应用于转换器的模型来估计转换器的内部状态(或内部状态相对于时间的发展)；选择具有最优估计内部状态的序列。根据本专利技术的一实施例，该方法包括如下步骤 (d)将所选择序列的第一电压矢量应用于所述转换器。在步骤(d)，不是整个所选择的序列，而仅是序列的第一电压矢量被应用到转换器。根据本专利技术的一实施例，基于参考分布图和最大振幅中的至少一项生成参考波形。参考分布图可以是周期函数，例如正弦函数。还可添加更高阶周期性导数(periodic deviation)。例如,参考分布图sin(x)+sin(3x)可具有最大化应用到马达的功率转换器DC链路电压的利用率的优点。参考分布图可包括存储在查找表中的离散值的集八口 o参考时间可用于定义参考波形在参考分布图周期内的哪个位置开始。这可取决于必须为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：F基伊弗多夫，N爱科诺莫，G帕帕福蒂奥，T格耶，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：