用于功率转换的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开一种功率转换器，所述功率转换器包至少一条支线，所述至少一条支线包括可操作地跨第一总线和第二总线联接的第一串列，所述第一串列包括多个可控半导体开关、一个第一连接节点和一个第二连接节点。第二串列通过所述第一连接节点和所述第二连接节点可操作地联接至所述第一串列。所述第二串列包括多个切换模块，其中所述多个切换模块中的每一个包括多个完全可控半导体开关和至少一个能量存储装置。所述功率转换器包括系统控制器，所述系统控制器用以控制所述可控半导体开关和切换模块的启用，以便将受控电变量维持在第一预定参考电压值并且将所述能量存储装置的平均内部存储能量维持在第二预定参考值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及功率转换器，并且更确切地，涉及转换器的多级配置。
技术介绍
功率转换的实用性和重要性随着在例如像电动机驱动器、可再生能量系统和高压直流电(HVDC)系统等应用中实现的优点而增长。多级转换器正在成为用于各种介质和高压应用的有前途的功率转换技术。多级转换器提供超过常规两级转换器的若干优点。例如，多级转换器的功率质量和效率优于两级转换器的功率质量和效率。此外，多级转换器对于电网与可再生能量源(如光伏(PV)电池、燃料电池和风力机)之间的接口连接来说是理想的。已使用模块化结构设计出无变压器的多级转换器。此类多级转换器通常包括联接在DC总线之间的多个功率模块。转换器的模块化结构允许这些转换器堆叠以提供不同的功率电平和电压电平。多级功率转换器通常包括放置在输入端子与输出端子之间的多个半导体开关和能量存储装置。转换器中的半导体开关和能量存储装置有助于在输出端子处提供已调节输出功率。输出端子处的输出功率取决于半导体开关的启用和能量存储装置中存在的能量。控制系统和方法已设计用于启用半导体开关，以便将输出功率维持在所希望的水平，同时将在dc总线上观察到的电压维持在大致上恒定的水平。用于多级功率转换器的拓扑结构在2012年9月12日提交的共同转让的美国申请号13/629.882中进行描述，所述申请以引用的方式并入本说明书。期望能够具有一种最高效且最有效地操作这种拓扑结构的控制系统和方法。
技术实现思路
在本专利技术的一个实施例中，提供一种功率转换器。所述功率转换器包括至少一条支线。每条支线包括第一串列，所述第一串列包括多个可控半导体开关、一个第一连接节点和一个第二连接节点。所述第一串列可操作地联接在第一总线和第二总线上。每条支线包括第二串列，所述第二串列通过所述第一连接节点和所述第二连接节点可操作地联接至所述第一串列。所述第二串列包括多个切换模块，其中所述多个切换模块中的每一个包括多个完全可控半导体开关和至少一个能量存储装置。所述功率转换器包括系统控制器以控制所述可控半导体开关和切换模块的启用，以便将受控电变量维持在第一预定参考电压值，并且将能量存储装置的平均内部存储能量维持在第二预定参考值。在本专利技术的另一个实施例中，提供一种用于功率转换的方法。所述方法包括：基于第一预定参考值来确定多个中间参考值。所述方法进一步包括：基于功率转换器中的总内部存储能量和所述第一预定参考值来确定第二预定参考值。另外，所述方法包括：基于所述多个中间参考值和所述第二预定参考值来生成用于多个半导体开关和切换模块的启用命令。所述方法进一步包括：启用所述多个半导体开关和切换模块，以使得受控电变量等于所述第一预定参考值并且所述功率转换器中的平均内部存储能量等于所述第二预定参考值。附图说明根据以下结合附图对优选实施例的更详细描述，将易于了解本发明的其他特征和优点，所述附图以示例方式示出本专利技术特定方面的原理。图1是用于功率转换的系统的图解表示；图2是功率转换器的一部分的示例性实施例的图解表示；图3是图2的功率转换器中的可控半导体开关的示例性切换模式的图解表示；图4是图2的功率转换器中的可控半导体开关的示例性切换模式的图解表示；图5是图2的功率转换器中的可控半导体开关的示例性切换模式的图解表示；图6是对应于图2的功率转换器的一个线周期(line cycle)中的三相的不同状态的电压波形的图解表示；图7是表示根据本专利技术实施例的用于功率转换的示例性方法的流程图；以及图8是根据本专利技术实施例的用于控制图2的功率转换器的运行的系统的图解表示。具体实施方式下文将详细参考本专利技术的示例性实施例，这些实施例的实例在附图中示出。在可能的情况下，整个附图中所用的相同参考数字指代相同或类似的部分。如下文将详细描述，提供用于功率转换的示例性系统的各种实施例。功率转换器的各种实施例提供多级转换器。如本说明书中所用，术语多级转换器用于指代包括多级开关的转换器，所述多级开关连接至一种形式的输入电压/电流的不同相并且将所述输入电压/电流转换成另一种形式的输出电压/电流。图1描绘用于转换功率的系统100。在一个实施例中，用于转换功率的系统100可包括源102、功率转换器104和电网/公共设施/负载106。如本说明书中所用，术语源可包括例如可再生能源、非可再生能源、发电机或电网。在另一种可能的配置中，源可包括另一个功率转换器。如本说明书中所用，术语负载可用于指代例如电网、机器或电器。功率转换器104包括多级转换器。系统100进一步包括配置用于控制功率转换器104的运行的控制器108。举例来说，控制器108可配置用于通过控制功率转换器104的多个半导体开关的切换来控制功率转换器104的运行。此外，在一个实施例中，系统100还可包括其他电路部件(未示出)，如(但不限于)变压器、断路器、感应器、补偿器、电容器、整流器、反应器和滤波器。根据某些实施例，功率转换器104可包括联接在DC链路总线之间的支线，所述总线配置用于将功率从源传输至负载端子。功率转换器104的支线配置成使得将已调节功率从源供应至端子。在图2中，描绘功率转换器的支线200的图解表示。功率转换器的支线200可包括第一串列202和第二串列204。更具体地，第一串列202可以可操作地联接至第二串列204以形成支线200。此外，第一串列202可以可操作地联接在第一总线206与第二总线208之间。在一个实施例中，第一总线206可包括正DC总线，并且第二总线208可包括负DC总线。第一串列202可通过第一连接节点210和第二连接节点212可操作地联接至第二串列204。此外，第一串列202可包括第一分支214，所述第一分支214通过第三连接节点218可操作地联接至第二分支216。类似地，第二串列204可包括第一支臂220，所述第一支臂220通过AC相224和感应器226可操作地联接至第二支臂222。第三连接节点218可以可操作地联接至第三总线228。在图2的实施例中，第三总线228可包括相对于第一总线206可处于负电势并且相对于第二总线208可处于正电势的直流总线(并且更具体地，中间或中心DC总线)。第一串列202可包括多个可控半导体开关S1、S2、S3和S4(230)。在图2的实例中，多个可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率转换器，所述功率转换器包括：至少一条功率转换器支线，每条支线包括：第一串列，所述第一串列包括多个可控半导体开关、一个第一连接节点和一个第二连接节点，其中所述第一串列可操作地跨第一总线和第二总线联接；以及第二串列，所述第二串列通过所述第一连接节点和所述第二连接节点可操作地联接至所述第一串列，其中所述第二串列包括多个切换模块，其中所述多个切换模块中的每一个包括多个完全可控半导体开关和至少一个能量存储装置；以及系统控制器，所述系统控制器配置用于控制下列项中的至少一项的启用模式：来自所述第一串列的所述多个可控半导体开关，以及来自所述第二串列的预定数量的切换模块，以便将受控电变量维持在第一预定参考电压值并且使所述能量存储装置的平均内部存储能量平衡并维持在第二预定参考值。

【技术特征摘要】
2013.08.30 US 14/014,5161.一种功率转换器，所述功率转换器包括：
至少一条功率转换器支线，每条支线包括：
第一串列，所述第一串列包括多个可控半导体开关、一个第一连接
节点和一个第二连接节点，其中所述第一串列可操作地跨第一总线和
第二总线联接；以及
第二串列，所述第二串列通过所述第一连接节点和所述第二连接节
点可操作地联接至所述第一串列，其中所述第二串列包括多个切换模
块，其中所述多个切换模块中的每一个包括多个完全可控半导体开关
和至少一个能量存储装置；以及
系统控制器，所述系统控制器配置用于控制下列项中的至少一项的
启用模式：来自所述第一串列的所述多个可控半导体开关，以及来自
所述第二串列的预定数量的切换模块，以便将受控电变量维持在第一
预定参考电压值并且使所述能量存储装置的平均内部存储能量平衡
并维持在第二预定参考值。
2.如权利要求1所述的功率转换器，其中所述第一串列的所述可
控半导体开关包括部分可控开关。
3.如权利要求1所述的功率转换器，其中所述第一串列包括第一
分支和第二分支，并且其中所述第二分支通过第三连接节点可操作地
联接至所述第一分支。
4.如权利要求3所述的功率转换器，其中每条支线的所述第三连
接节点连接至包括DC总线的第三总线。
5.如权利要求1所述的功率转换器，其中所述第二串列包括第一
支臂和第二支臂。
6.如权利要求5所述的功率转换器，其中所述第二串列的所述第
一支臂和所述第二支臂可操作地联接至第四总线。
7.如权利要求5所述的功率转换器，其中所述第四总线包括交流

\t电相。
8.如权利要求1所述的功率转换器，其中所述系统控制器进一步
包括：
第一调节器，所述第一调节器用于基于所述第一预定参考值来生成
用于所述多个半导体开关和所述切换模块的启用命令；以及
第二调节器，所述第二调节器用于基于所述能量存储装置的内部存
储能量来生成用于所述多个切换模块的启用命令，以便将所述存储装
置的所述平均内部存储能量维持在所述第二预定值。
9.如权利要求5所述的功率转换器，其中所述系统控制器进一步
包括：
第一调节器，所述第一调节器用于基于所述第一预定参考值来生成
用于所述多个半导体开关和所述切换模块的启用命令；
第二调节器，所述第二调节器用于基于所述能量存储装置的内部存
储能量来生成用于所述多个切换模块的启用命令，以便将所述能量存
储装置的所述内部存储能量维持在所述第二预定值；
第三调节器，所述第三调节器用于维持总存储能量在所述多条支线
中的每一条支线之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：张迪，LJ加塞斯，AA罗克希尔，赖日新，
申请(专利权)人：通用电气能源能量变换技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB