[发明专利]控制器、电能变换系统和方法有效

专利信息
申请号: 201410156304.7 申请日: 2014-04-18
公开(公告)号: CN105099241B 公开(公告)日: 2019-03-19
发明(设计)人: 瞿博;张颖奇;沈捷;陈昆仑;张颖 申请(专利权)人: 通用电气公司
主分类号: H02M7/483 分类号: H02M7/483;H02M7/537
代理公司: 上海专利商标事务所有限公司 31100 代理人: 侯颖媖
地址: 美国*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 控制器 电能 变换 系统 方法
【说明书】:

本发明揭示了控制器、电能变换系统和方法,其中揭示的一种方法,用于控制变换器装置的运作,使其可以提供多电平输出电压给负载。该方法至少包括如下步骤:判定由该变换器提供电能的负载是否工作在第一状况还是第二状况;在判定出该负载工作在第一状况时产生第一脉冲信号,以在至少三个不同的电流路径中选择至少一者,使得该变换器在选择任一电流路径时可以提供相同电平的输出电压;以及在判定出该负载工作在第二状况时产生第二脉冲信号,使得变流器执行正常的电能变换操作。本发明还揭示电能变换系统以及控制器等。

技术领域

本发明公开的实施方式涉及电能变换系统,特别涉及一种在电能变换系统或者控制器中运行的新的调制方法。

背景技术

变换器(Converter)一般被用作能量变换装置,以将一种形式的能量变换成另一种形式的能量,例如,将直流电能转换成交流电能。特别地,多电平变换器,例如,三电平、五电平以及更高电平等级的变换器等,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,以给特定的负载(例如,交流电机等)提供交流输出电压或者交流输出电流。

现有的多电平变换器,例如通过两个或者两个以上模块单元嵌套在一起形成的具有中点导向(Neutral Point Piloted,NPP)拓扑架构的多电平变换器(例如,五电平变换器)存在的一个技术问题是:在负载(例如,交流电机)的启动阶段,由于调制指数(modulation index)比较低,该多电平变换器中部分开关器件(包括二极管和开关管等)相对其他开关器件存在较大的损耗(例如,导通损耗)或者多个开关器件之间的热状况不平衡,从而导致部分开关器件承受较大的热应力(thermal stress)。为了避免该部分开关器件因为局部承受过大的热应力而被损坏,现有的一种解决方案是在启动阶段使电流降额(de-rated)输出,但该方案不适用于需要提供满载转矩(full torque)输出的场合,包括但不限于升降电梯等,从而无法最大化利用该多电平变换器的输出能力。因此,有必要设计一种新的解决方案,在低调制指数时不使电流降额输出或者尽可能少的使电流降额输出,以解决现有技术所存在的问题。

发明内容

有鉴于上文提及之技术问题,本专利之发明人匠心独运,发明了一种可以执行新的调制方法的电能变换系统。该电能变换系统包括:控制器和具有多个开关器件的多电平变换器。该多电平变换器工作时可以提供多电平输出电压,该多电平输出电压包括至少一个正电平电压,至少一个零电平电压以及至少一个负电平电压。该控制器与该多电平变换器通信,该控制器被设置成至少根据该多电平输出电压的幅值而工作在至少一个正常的调制模式和一个热平衡调制模式。在该热平衡调制模式下,该控制器被配置成发送控制信号给该多电平变换器,在至少三个电流路径中选择其中至少一者,使得该多电平变换器在选择该三个电流路径中任一者时均提供该零电平电压,以降低该多电平变换器中至少部分开关器件的热应力。

本发明的另一个方面在于提供一种电能变换系统。该电能变换系统包括多电平变换器和控制器。该多电平变换器包括多个开关器件,该多个开关器件被配置成将直流环节处的直流电压转换成多电平交流电压,以供电机使用。该控制器与该多电平变换器通信,该控制器包括调制模式选择单元,第一脉冲样式分配单元以及第二脉冲样式分配单元。该调制模式选择单元用于在确定出该电机工作在第一状况时产生第一调制模式信号,并在确定出该电机工作在第二状况时产生第二调制模式信号。该第一脉冲样式分配单元与该调制模式选择单元连接,该第一脉冲样式分配单元被配置成根据该第一调制模式信号产生第一脉冲信号,该第一脉冲信号用于控制该多个开关器件以平衡该多个开关器件的热状况。该第二脉冲样式分配单元与该调制模式选择单元连接,该第二脉冲样式分配单元被配置成根据该第二调制模式信号产生第二脉冲信号,该第二脉冲信号用于控制该多个开关器件进行正常的电能变换操作。

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