级联脉冲宽度调制转换器控制制造技术

一种电转换器（10）包括用于生成第一输出电压（u

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】级联脉冲宽度调制转换器控制


[0001]本专利技术涉及用于操作电转换器的方法以及涉及电转换器。

技术介绍

[0002]在中压应用中，由于诸如IGBT和IGCT之类的Si基中压开关的高开关损耗，功率转换器传统地在几百赫兹范围中在相当低的开关频率下操作。最近，具有高阻断电压和可能的快速开关速度的SiC基开关的引入已经引起下列期望：这些开关在不久的将来也可应用在中压转换器中。
[0003]在低压应用中，已经存在具有高达1.7kV的阻断电压的SiC MOSFET的显著改进。由于2级半桥模块的低换向回路电感，非常高的开关速度可能是可行的，并且约24kHz的开关频率可变得常见。然而，与相当的Si IGBT模块相比，SiC模块仍然更昂贵。
[0004]US2014016380A1描述多电平电压转换器，其包括多点转换器电路和至少一个全桥逆变器电路。多点转换器电路被配置用于将DC电压转换为中间多电平电压。全桥逆变器电路与多点转换器电路串联电连接，并且被配置用于接收中间多电平电压，以生成对应于单相输出的多电平输出电压。
[0005]WO2018/172329A1涉及逆变器，所述逆变器包括第一逆变器级和第二逆变器级，所述第一逆变器级具有第一开关频率，所述第二逆变器级连接到所述第一逆变器级并且具有高于所述第一开关频率的第二开关频率。用于第二逆变器级的开关信号通过下列来生成：通过从用于逆变器的参考电压中减去第一逆变器级的估计的输出电压来计算电压误差；并且采用调制频率对电压误差进行脉冲宽度调制，所述调制频率高于用于为第一逆变器级生成开关信号的调制频率。
[0006]WO2018/029303A1涉及用于控制两电平转换器系统的方法。所述方法包括：采用第一控制器级确定用于转换器系统的输出电压参考；基于输出电压参考采用第一控制器级生成用于主转换器的开关命令；并且采用第二控制器级生成用于浮动转换器单元的开关命令，所述浮动转换器单元连接到主转换器的输出。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是要提供具有低损耗的经济的转换器。
[0008]这个目的由独立权利要求的主题来实现。另外的示范实施例根据从属权利要求和下文的描述是明显的。
[0009]本专利技术的第一方面涉及用于操作电转换器的方法。例如，所述方法可由电转换器的控制器来执行。本专利技术的另外的方面涉及电转换器，其适于和/或配置用于执行所述方法。
[0010]电转换器包括用于生成第一输出电压的主转换器和用于将第一输出电压转换为第二输出电压的转换器单元。
[0011]主转换器可以是两电平、三电平和/或多电平转换器，其将来自DC链路的DC链路电
压转换为第一输出电压，所述DC链路可包括一个或多个DC链路电容器。
[0012]必须注意的是，电转换器可包括另外的转换器单元，所述另外的转换器单元彼此串联连接并且与主转换器串联连接。
[0013]每个这样的转换器单元可包括第一半桥和第二半桥，所述第一半桥和所述第二半桥经由DC链路彼此并联连接，所述DC链路可包括DC链路电容器。（第一）转换器单元可将第一输出电压转换为第二输出电压。第二转换器单元可将第二输出电压转换为第三输出电压。第三转换器单元可将第三输出电压转换为第四输出电压，等。
[0014]根据本专利技术的实施例，所述方法包括：接收用于电转换器的参考电压。在单相转换器的情况下参考电压可以是标量（scalar），并且在三相转换器的情况下参考电压可以是二分量向量或三分量向量。向量可在三相（abc）坐标系中或在固定正交（αβ和可选的γ）坐标系中提供。
[0015]参考电压可由外部控制回路来提供，所述外部控制回路例如控制由电转换器供应的电机的扭矩和/或速度。
[0016]根据本专利技术的实施例，所述方法包括：采用第一调制频率对参考电压进行脉冲宽度调制，以用于为主转换器生成第一开关信号。通过将电压参考（或其分量）与具有调制频率的一个或多个载波信号相比较，可进行脉冲宽度调制。当参考电压与对应的载波信号相交时，开关信号的电平可被改变。第一开关信号可以是多电平开关信号，所述多电平开关信号具有与主转换器被设计成生成的电平一样多的电平。
[0017]根据本专利技术的实施例，所述方法包括：采用第一开关信号对主转换器进行开关，以生成第一输出电压。开关信号可被变换到主转换器的开关位置中，其应用于主转换器的开关。
[0018]根据本专利技术的实施例，所述方法包括：从第一开关信号估计第一输出电压。第一输出电压可通过将第一开关信号与主转换器的DC链路电压的一半相乘来估计。
[0019]根据本专利技术的实施例，所述方法包括：通过从参考电压中减去估计的第一输出电压来确定电压误差。电压误差指示预期的电压（参考电压）与所生成的电压（第一输出电压）之间的差，取决于电压参考，所述电压误差也可以是标量或向量。转换器单元以这样的方式来开关，以便甚至更多地降低这个误差。
[0020]根据本专利技术的实施例，所述方法包括：采用高于第一调制频率的第二调制频率对电压误差进行脉冲宽度调制，以用于为转换器单元生成另外的开关信号；并且采用另外的开关信号对转换器单元进行开关，以生成第二输出电压。
[0021]电压误差的脉冲宽度调制（和如下文所描述的另外的电压误差的脉冲宽度调制）可如关于参考电压所描述的那样进行。电压误差可与第二调制频率的一个或多个载波信号相比较，并且用于另外的开关信号的电压电平可被确定。
[0022]另外的开关信号可被用于对完整的转换器单元进行开关。在这种情况下，另外的开关信号可具有两电平或三电平。
[0023]还可能的是，另外的开关信号用于仅对转换器单元的一个半桥进行开关。在这种情况下，另外的开关信号可具有两电平。转换器单元的另一个半桥可采用附加的开关信号来开关，所述附加的开关信号可具有与第一开关信号和另外的开关信号不同的频率。
[0024]第二输出电压可以是第一输出电压，可选地其中加上或减去转换器单元的DC链路
的电压。由于转换器单元的更高的开关频率，与参考电压相比，第二输出电压可具有更小的第二电压误差。以这样的方式，在第二输出电压中可能存在更低的谐波。大型无源滤波器和/或复杂的有源滤波器可被避免。
[0025]作为示例，第二调制频率是第一调制频率的至少五倍。例如，第一调制频率可以低于500Hz和/或第二调制频率可以高于2.5kHz。
[0026]根据本专利技术的实施例，当参考电压涉及三相电转换器时，它在固定正交坐标系（即αβ和可选的γ系）中提供并且被转换到三相（abc）坐标系中。第一开关信号可从三相坐标系中的参考电压生成，并且第一输出电压可在三相坐标系中被估计。
[0027]估计的第一输出电压可被变换到固定正交坐标系中，并且第一电压误差可通过从固定正交坐标系中的参考电压减去估计的第一输出电压来确定。特别地，当参考电压提供为两个分量（αβ）向量时，电压误差可被确定，而没有偶然生成共模分量。
[0028]根据本专利技术的实施例，参考电压包括共模参考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】1.一种用于操作电转换器（10）的方法，所述电转换器（10）包括用于生成第一输出电压（u
1abc
）的主转换器（12）和用于将所述第一输出电压（u
1abc
）转换为第二输出电压（u
2abc
）的转换器单元（14a），其中所述电转换器（10）包括用于将所述第二输出电压（u
2abc
）转换为第三输出电压（u
3abc
）的第二转换器单元（14b），所述方法包括：接收用于所述电转换器（10）的参考电压（v
*abc
）；采用第一调制频率对所述参考电压（v
*abc
）进行脉冲宽度调制，以用于为所述主转换器（12）生成第一开关信号（s
1abc
）；采用所述第一开关信号（s
1abc
）对所述主转换器（12）进行开关，以生成所述第一输出电压（u
1abc
）；从所述第一开关信号（s
1abc
）估计所述第一输出电压（v
1abc
）；通过从所述参考电压（v
*abc
）中减去估计的第一输出电压（v
1abc
）来确定电压误差（v
*2abc
）；采用高于所述第一调制频率的第二调制频率对所述电压误差（v
*2abc
）进行脉冲宽度调制，以用于为所述转换器单元（14a）生成另外的开关信号（s
2abc
、s
3abc
）；采用所述另外的开关信号（s
2abc
、s
3abc
）对所述转换器单元（14a）进行开关，以生成所述第二输出电压（u
2abc
）；从所述另外的开关信号（s
2abc
）估计所述第二输出电压（v
2abc
），所述另外的开关信号（s
2abc
）是第二开关信号；通过从所述第一电压误差（v
*2abc
）中减去估计的第二输出电压（v
2abc
）来确定第二电压误差（v
*3abc
）；采用高于所述第二调制频率的第三调制频率对所述第二电压误差（v
*3abc
）进行脉冲宽度调制，以用于为所述第二转换器单元（14b）生成第三开关信号（s
3abc
）；采用所述第三开关信号（s
3abc
）对所述第二转换器单元（14b）进行开关，以生成所述第三输出电压（u
3abc
）。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二调制频率是所述第一调制频率的至少5倍。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述参考电压（v
*αβ
）在固定正交坐标系（αβ）中提供并且被转换到三相坐标系（abc）中；其中所述第一开关信号（s
1abc
）从所述三相坐标系（abc）中的所述参考电压（v
*abc
）生成，并且所述第一输出电压（v
1abc
）在所述三相坐标系（abc）中被估计；其中估计的第一输出电压（v
1abc
）被变换到所述固定正交坐标系（αβ）中；其中所述第一电压误差（v
*2abc
）通过从所述固定正交坐标系（αβ）中的所述参考电压（v
*αβ
）中减去所述估计的第一输出电压（v
1αβ
）来确定。4.如权利要求3所述的方法，其中，所述参考电压包括共模参考电压分量（）。5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述转换器单元（14a）包括用于接收所述第一输出电压（u
1abc
）的第一半桥（34a）
和用于...

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