[发明专利]用于多电平变换器的脉宽调制控制

说明书

提供了一种用于控制多电平变换器的开关装置的方法、用于生成脉宽调制信号以控制多电平变换器的开关支路的方法、以及用于产生多相AC电源的多电平变换器。所述用于控制多电平变换器的开关装置的方法包括动态选择载波和基于所动态选择的载波与参考信号的比较而生成开关信号以引起开关装置的开关事件。从多个载波中动态选择所述载波，所述多个载波的每个对应于参考信号的波形的范围被划分为的多个连续频带中的一个。对应于不同频带的载波具有不同的波形形状。所动态选择的载波对应于被参考信号瞬时占据的频带。执行动态选择，由此每当存在参考信号从第一频带到第二频带的转变，都根据转变时参考信号波形的斜率来选择用于第一和第二频带的载波。

技术领域

本发明的方面涉及一种多电平功率变换器，具体涉及多电平变换器的脉宽调制控制。

背景技术

传统意义上，多电平变换器被用于中压AC驱动器、柔性AC传输系统(FACTS)、和高压DC(HVDC)传输系统的应用中，这是因为单功率半导体装置不能处理高压。多电平变换器通常包括用于每一相的多个功率单元(power cell)，每个功率单元包括具有半导体开关的逆变电路，所述半导体开关能够改变各个单元的电压状态或者电平。根据所使用的逆变电路的类型(例如，半桥或者全桥)，每个功率单元可以具有一个或多个开关支路(leg)。通过控制每个功率单元的各个开关支路的开关事件，可以控制每个单元上的电压，从而获得具有多个离散的电压电平的AC输出波形。多电平变换器经常由输出电压波形中离散电平的数目来描述。

在某些应用中，可能期望使用脉宽调制(PWM)控制多电平变换器中的开关事件。基于PWM的控制提供了几个益处，特别是减少在每个电平上的谐波谱。在PWM方法的核心，多电平变换器通常使用相移三角载波。用于多电平变换器、特别是那些具有级联型H桥拓扑的多电平变换器的传统方法是相移脉宽调制(PS-PWM)载波方法。在PS-PWM方法中，将典型地是正弦波形的用于特定单元的参考信号与三角载波相比较，以便获得该单元第一开关支路的开关实例(instance)。每个单元具有其自己的三角载波。在PS-PWM方法中，这些载波被相移。将相同的参考正弦波形与倒三角载波相比较，以便获得相同单元的第二开关支路的开关实例。

但是，诸如上述的这些方法的传统方法不提供线-线(line-line)输出电压的最优谱。输出电压的质量尤其在高输出电压频率上或者当变换器具有较少数目的电平时会恶化。典型地，如果输出电压频率高并且变换器的电平数目减少时，显而易见的选择是增加开关频率。但是，增加开关频率也会增加整体损耗。

发明内容

简要地说，本发明的方面涉及一种多电平功率变换器。本发明的方面也涉及多电平变换器的脉宽调制控制。

本发明的第一方面提供一种用于控制多电平变换器的开关装置的方法。该方法包括动态选择载波信号、以及基于所动态选择的载波信号与参考信号的比较产生脉宽调制(PWM)信号，以引起开关装置的开关事件。从多个载波信号中动态选择所述载波信号。多个载波信号中的每个载波信号都能够对应于完全占据了参考信号的波形范围的多个连续频带之一。对应于不同频带的载波信号具有不同的波形形状。所动态选择的载波信号能够对应于被参考信号瞬时占据的频带。只要存在参考信号从第一频带到第二频带的转变，就执行所述动态选择，为第一频带和第二频带选择的载波信号依赖于参考信号在转变时的波形的斜率。