[发明专利]多电平转换器和用于操作多电平转换器的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及多电平转换器，具体来说，涉及电流隔离的模块多电平转换器。此外，本发明涉及用于操作多电平转换器以提供恒定平均输出DC链路电压的控制方法。

背景技术

多电平转换器是本领域众所周知的。例如，为了输送目的，需要将中等输入AC电压转换成中等或低输出DC电压。一般来说，AC/DC转换器可通过双级方式实现，上述双级方式包含有源前端级和DC/DC转换器级。

提供控制单元以控制有源前端级和DC/DC转换器级，以便提供恒定平均的输出DC链路电压。使用多个感测元件测量线路输入电压、线路输入电流、DC链路输出电压、DC/DC转换器的初级侧/次级侧上的谐振电流以及有源前端单元上所有电平的DC链路电压。

通常，这种多电平转换器具有多电平拓扑，其中有源前端级串联连接，而隔离的DC/DC转换器级在输出处并联。在多电平转换器拓扑的情况中，感测元件必须测量每个DC/DC转换器的次级侧上的电流以及每个有源前端级的DC链路输出电压。

控制单元用于控制有源前端级和DC/DC转换器级，以使得满足平均恒定输出DC链路电压和控制功率因数(例如，接近一)的关键控制目标以及尽可能低的线路电流总谐波失真(THD)。由于中等电压应用中的多电平转换器直接从中等电压源操作，感测设备的隔离要求相当严苛。因此，优选地是减少用于进行施加控制单元中的控制方案所需的测量的电压/电流传感器的数量。

文档EP 2 180 586 A1和US 6, 344,979 B1示出了具有上述双级拓扑并分别使用LLC谐振电路或CLL谐振电路以使DC/DC转换器成为谐振转换器的AC/DC转换器。

文档DE 198 27 872 A1还示出具有带有源前端单元和非谐振DC/DC转换器的双级拓扑的多电平功率电子变压器。

文档DE 19 750 041 C1公开了具有有源前端和是谐振级的DC/DC转换级的DC/DC转换器。

此外，文档US 6,218 792 B1公开了模块转换器布置，重点描述模块、机械特征和连通性。

文档US 5,646,835公开了串联谐振电路，其包含带IGBT的逆变器。该串联谐振电路包括控制器，它利用相位和频率调制结合对数放大器来控制逆变器。

文档US 2006/0221653 A1公开了基于多电平转换器的智能通用变压器，其中包括经由高频变压器耦合到开关的逆变器电路的背对背互连的多电平转换器。通用变压器的输入可耦合到高压配电系统，而通用变压器的输出可耦合到低压应用。

在T. Zhao、G. Wang、J. Zeng、S. Dutta、S. Bhattacharya及A. Q. Huang的文档“Voltage and power balance control for a cascaded multilevel solid-state transformer”(IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, APEC 2010, 第761-767页)中，双有源桥转换器用于DC/DC转换器级。双有源桥转换器的功率流通过控制施加于变压器漏电感的输入和输出上的电压之间相移来控制。为了实现各级之间的功率平衡，需要测量两侧每个电平上的所有电压和电流。

US 5,233,509中还详细说明了一种通用类型的转换器。

发明内容

鉴于以上所述，本发明的一个目的是提供一种用于多电平转换器的控制方法，它允许减少感测的电压和电流数量。

以上目的通过如权利要求1所述的用于多电平转换器的控制方法以及如更多的独立权利要求所述的多电平转换器来实现。

在从属权利要求子项中说明了本发明的进一步的实施例。

根据第一方面，提供一种多电平转换器，包含：

有源级，用于将AC输入处的AC输入电压转换成中间DC电压；

DC/DC转换器，用于将中间DC电压变换成DC输出处的输出DC电压，其中DC/DC转换器具有谐振变压器，具体来说，由谐振电路和变压器构成，

控制单元，配置成

    仅基于DC/DC转换器的输出DC电压、有源级的输入电压和输入电流有源地操作有源级，以及

    在开环模式中操作DC/DC转换器。

本发明的一个思路是提供一种转换器和用于这种转换器的控制方案，其中只感测DC/DC转换器的DC电压、有源级的输入电压和输入电流即足以实现输出DC链路电压恒定平均以及可控制功率因数的正弦输入电流的控制目标。