[发明专利]改进的变流器调制系统和方法

说明书

技术领域

本发明公开的实施方式涉及系统和方法，特别涉及一种改进的变流器调制系统和方法。

背景技术

通常被用来执行能量变换操作的变流器（Converter），尤其是多电平变流器，例如，三电平变流器等，由于其较好的输出波形品质以及较高的耐压能力，在很多工业领域取得逐渐广泛的应用。例如，多电平变流器已经被应用在机车或者泵等装置中，其被用来执行直流能量到交流能量的转换操作，以给负载，例如，交流电机提供单相或者多相的交流输出电压。另外，多电平变流器还被应用在能源发电装置中，例如，风力发电装置和太阳能发电装置中，其被用来执行直流能量到交流能量的转换操作，以提供单相或者多相的交流电压，以供电网传输和配送。

一般而言，多电平变流器包括多个开关元件/器件，例如，绝缘栅双极型（Insulated Gate Bipolar Transistors，IGBT）和集成门极换流晶闸管（Integrated Gate Commutated Thyristors，IGCT）等，这些开关元件/器件可以在特定样式的脉冲信号的作用下进行开启和闭合的动作，以执行能量变换的操作。通常，通过执行一个或者多个调制策略来改变脉冲信号的样式，从而改变变流器输出波形。举例而言，业界已经提出一种平顶式调制策略（Flattop Modulation Strategy），其被设计成在一定的时间范围内将变流器的一个桥臂的脉冲信号的波形基本维持恒定，也即该桥臂在此时间范围内基本没有开关动作；而使变流器的另外一个桥臂快速地进行开关动作。然而，此种平顶式调制策略仍存在一些不足，其中一个不足之处在于执行这种调制策略可能会使变流器出现大范围的温度波动，从而使得器件承受较大的热应力；另外一个不足之处在于执行这种调制策略可能会使变流器桥臂在不均衡样式调制比作用下，而产生较大的电压波动；还有一个不足之处在于执行这种调制策略时，有时还会进一步执行桥臂脉冲样式交换（Pattern Exchange）的动作，也即在一个周期内，第一变流器桥臂基本无开关动作，而第二变流器桥臂快速开关；而在另一个周期内，第一变流器桥臂快速开关，而第二桥臂基本无开关动作；这样会在直流母线处产生高阶的谐波，而这些谐波可能会使变压器饱和。

因此，有必要提供一种改进的调制系统和方法来解决上述现有调制系统和方法存在的技术问题。

发明内容

有鉴于上文提及之技术问题，本发明的一个方面在于提供一种系统。该系统包括变流器和控制器。该变流器包括至少第一变流器桥臂和第二变流器桥臂，该第一变流器桥臂和该第二变流器桥臂中的每一者包括多个开关元件，该多个开关元件以特定的样式被开启或者关闭。该控制器与该变流器通信连接，该控制器包括虚拟调制模块，该虚拟调制模块被配置成提供脉冲信号给该变流器，以控制该第一变流器桥臂和该第二变流器桥臂中的多个开关元件执行开启或者关闭动作。其中，该虚拟调制模块包括调制单元和脉冲样式分配单元，该调制单元被配置成通过使用指令电压信号对多载波信号进行调制，以产生初始脉冲信号。该脉冲样式分配单元被配置成至少根据该初始脉冲信号产生第一脉冲信号和第二脉冲信号，并输出该第一脉冲信号和该第二脉冲信号，以使得该第一脉冲信号和该第二脉冲信号可以分别被用来驱动该第一变流器桥臂和该第二变流器桥臂中的多个开关元件执行开启或者关闭动作，并使得该变流器通过该第一变流器桥臂和该第二变流器桥臂产生变流器输出电压。其中，该初始脉冲信号的波形与该变流器输出电压的波形相对应，该第一脉冲信号和该第二脉冲信号具有与该初始脉冲信号相同的电平数或者具有少于该初始脉冲信号的电平数。

在一些实施方式中，在该提供的系统中，该第一脉冲信号和该第二脉冲信号中任一者均包括n个电平数，其中n大于或者等于三。