共模電壓降低設備和用於基於電流源轉換器的驅動器的方法

2023-05-28 12:52:46 1

專利名稱：共模電壓降低設備和用於基於電流源轉換器的驅動器的方法
共模電壓降低設備和用於基於電流源轉換器的驅動器的方
法
背景技術：
馬達驅動器和其它形式的電力轉換系統將電力從一種形式轉換成另一種形式，並且可以被運用於多種應用中，比如使用從單相或多相AC輸入源轉換的電力為電動機供電。 典型地通過以下方式來構造這樣的電力轉換器使用有源整流器將輸入的AC電力轉換成中間的DC，繼之以有源逆變器級，該有源逆變器級將中間的DC轉換成AC輸出電力，以驅動馬達、電力網或其它負載。整流器和逆變器包括通過各種形式的脈寬調製(PWM)致動的開關，其中可以根據選擇性諧波消除(SHE)或空間向量調製(SVM)或其它PWM技術來構造整流器和逆變器中使用的PWM開關狀態。電流源轉換器(CSC)類型的驅動器使用整流器在中間DC連結電路中提供受控DC電流，該受控DC電流然後被逆變器轉換成向負載提供的驅動電流，其中連結電路包括一個或多個電感，如連結扼流圈(link choke) 0與此形成對照，電壓源轉換器(VSC)調整中間電路中的電容上的DC電壓，並且電壓源逆變器(VSI)通過轉換中間DC總線電壓而生成輸出波形。通常重要的是，控制由馬達驅動器和其它電力轉換器中的負載所看到的共模電壓的量。例如，馬達容易受到由馬達引線上出現過度共模電壓引起的破壞或性能降級。在電壓源轉換器中，負載輸出處的共模電壓與所調整的DC連結電壓有關，因此已推進了共模電壓控制技術，該技術仔細地選擇VSI逆變器開關模式以降低輸出的共模電壓。轉讓給本申請的受讓人的於2007年1月16日發布的Kerkman等人的美國專利第7，164，254號公開了共模電壓降低技術，在該技術中，對切換序列進行修改以避免使用零向量，以便降低馬達中的共模電壓。將這個專利的完整內容通過引用結合於此，如在此充分闡述了一樣。轉讓給本申請的受讓人的於2006年9月12日發布的Yin等人的美國專利第7，106，025號公開了下述技術取消算法中的空載時間效應，以降低由整流器/逆變器可變頻率驅動器(VFD)中的三相電力轉換裝置產生的共模電壓，將該專利的完整內容通過引用結合於此，如在此充分闡述了一樣。轉讓給本申請的受讓人的於2004年11月16日發布的Kerkman等人的美國專利第6，819，070號公開了逆變器開關控制技術以控制AC馬達驅動器中的反射電壓，將該專利的完整內容通過引用結合於此，如在此充分闡述了一樣。轉讓給本申請的受讓人的於2007年4月25日發布的Thimes等人的美國專利第7，034，501 號公開了用於緩和AC馬達驅動器中的反射波的門脈衝時間間隔調整技術，將該專利的完整內容通過引用結合於此，如在此充分闡述了一樣。然而，電流源轉換器並不具有帶有固定電壓的DC連結，並且用於電壓源轉換器的共模控制技術對於應對電流源轉換器中的共模電壓而言並不有效。代替地，典型地通過添加包括連接到輸出馬達引線的共模電容器的共模輸出濾波器電路和/或隔離變壓器來完成傳統的電流源轉換器共模電壓控制。

發明內容
現在對本發明的各個方面進行概述以便利於對本發明的基本理解，其中這個概述並不是本發明的廣泛綜述，並且既不旨在標識本發明的某些要素，也不旨在刻畫其範圍。相反地，這個概述的主要目的在於，在下文中呈現的更加詳細的描述之前，以簡化的形式呈現本發明的一些概念。本發明提供了下述技術和設備在不需要電流源轉換器驅動器中的隔離或濾波器部件的情況下，通過整流器和逆變器開關控制的協調來控制輸出共模電壓。根據本發明的一個或更多個方面，提供了一種電流源轉換器驅動器，該電流源轉換器驅動器包括整流器、中間DC電路和逆變器，該電流源轉換器驅動器具有開關控制系統，該開關控制系統提供開關控制信號給整流器和逆變器。整流器包括AC輸入節點，其接收AC電輸入功率；DC輸出，其具有第一和第二 DC輸出節點；以及整流器開關網絡，其包括各自耦合在AC輸入節點之一和第一與第二 DC輸出節點之一之間的整流器開關裝置。整流器開關根據相應的整流器開關控制信號各自能夠進行操作，以選擇性地將相應的AC輸入節點與相應的DC輸出節點耦合。中間DC電路包括第一和第二 DC電流路徑以及一個或更多個電感。逆變器具有用於向負載提供電力的AC輸出節點，並且包括具有逆變器開關裝置的逆變器開關網絡，該逆變器開關裝置各自耦合在中間DC電路的DC電流路徑之一和AC輸出節點之一之間。逆變器開關根據逆變器開關控制信號選擇性地將相應的DC電流路徑與輸出耦合，以向負載提供AC電輸出功率。開關控制系統包括整流器控制部件，其提供整流器開關控制信號，以使整流器對AC電輸入功率進行轉換，以便向中間DC電路提供經調整的DC電力；以及逆變器控制部件，其根據一個或更多個設定點信號或值來提供逆變器開關控制信號，以使逆變器選擇性地轉換來自中間DC電路的DC電流，以便向AC輸出提供AC電力。另外，整流器和逆變器控制部件中的第一個至少部分地基於另一個轉換器(整流器或逆變器)的開關狀態來選擇用於相應轉換器的空間向量調製(SVM)的多個零向量之一。在某些實施例中，第一轉換器控制部件是逆變器控制部件。在其它實施方式中，整流器控制器是第一控制部件，並且根據逆變器的開關狀態用零向量選擇通過空間向量調製來操作整流器開關。在某些實施例中，第一轉換器控制部件至少部分地根據另一個轉換器的開關狀態、AC電輸入電壓和AC電輸出電壓來選擇SVM零向量，以便控制輸出的共模電壓。在一些實施例中，第一轉換器控制部件至少部分地基於另一個轉換器的開關狀態來確定另一個轉換器的共模電壓，並且針對每個可能的SVM零向量確定相應轉換器的預期共模電壓。第一轉換器控制部件選擇如下零向量，對於該零向量而言，所確定的共模電壓之間的差的絕對值最小。此外，在某些實施例中，如果所測量的輸出共模電壓超過了閾值，則第一轉換器控制部件整體地或部分地基於另一個轉換器的開關狀態來選擇SVM零向量，否則就根據另外的選擇標準來選擇零向量。此外，在某些實施例中，第二轉換器控制部件使用選擇性諧波消除脈寬調製(SHE PWM)、空間向量調製或梯形脈寬調製來提供相應的開關控制信號。本發明的其它方面提供了一種控制電流源轉換器驅動器的方法。該方法包括至少部分地基於整流器和逆變器中的第二個的開關狀態來選擇用於整流器和逆變器中的第一個的SVM的多個零向量之一。該方法還包括提供整流器開關控制信號，以使整流器的多個整流器開關裝置對AC電輸入功率進行轉換，以便向中間DC電路提供經調整的DC電力； 以及提供逆變器開關控制信號，以使逆變器開關裝置對來自中間DC電路的DC電流進行轉換，以便向負載提供AC電輸出功率。在某些實施例中，至少部分地根據整流器和逆變器中的第二個的開關狀態、AC電輸入電壓和AC電輸出電壓來選擇零向量，以便控制至少一個輸出共模電壓。在某些實施例中，零向量選擇包括至少部分地根據第二個轉換器的開關狀態來確定整流器和逆變器中的第二個的共模電壓，以及確定與對應於多個可能的零向量的第一個轉換器相關的預期共模電壓，並且選擇如下零向量，對於該零向量而言，所確定的共模電壓之間的差的絕對值最小。該方法的某些實施例包括如果所測量的輸出共模電壓大於閾值，則至少部分地根據整流器和逆變器中的第二個的開關狀態來選擇SVM零向量，否則就根據不同的選擇標準來選擇SVM零向量。本發明的其它的方面提供了一種非暫時的計算機可讀介質，該介質具有用於控制電流源轉換器驅動器的計算機可執行指令。該計算機可讀介質具有計算機可執行指令，用於至少部分地基於整流器和逆變器中的第二個的開關狀態，選擇用於整流器和逆變器中的第一個的SVM的多個零向量之一。該介質還包括計算機可執行指令，用於提供整流器開關控制信號，以使整流器的多個整流器開關裝置對AC電輸入功率進行轉換，以便向中間DC電路提供經調整的DC電力；以及提供逆變器開關控制信號，以使逆變器開關裝置對來自中間 DC電路的DC電流進行轉換，以便向負載提供AC電輸出功率。


以下的描述和附圖詳細地闡明了本發明的某些示意性實施方式，其指示了若干示例性的方式，通過所述方式，可以實現本發明的各種原理。然而，所示出的例子並非是對本發明的許多可能的實施例的窮舉。當結合附圖考慮時，會在以下詳細描述中闡明本發明的其它目的、優點和新穎特徵，其中圖1是圖示根據本發明的一個或更多個方面的具有至少一個共模降低零向量選擇部件的示例性電流源轉換器可變頻率馬達驅動器的示意圖；圖2A是圖示根據本發明的其它方面的用於通過零向量選擇來控制由馬達負載看到的輸出共模電壓的示例性方法的流程圖；圖2B是圖示用於圖1的驅動器中的逆變器控制的示例性零向量選擇實施例的示意圖；以及圖3是圖示示例性空間向量調製(SVM)圖的示意圖，該SVM圖具有六個扇區和具有外圍角的旋轉參考向量，該外圍角定義本發明的各種共模降低脈寬調製方案中所使用的活動開關向量。
具體實施例方式現在參考附圖，結合附圖在下文中描述若干實施例或實施方式，其中自始至終用同樣的附圖標記來指示同樣的要素，並且其中各種特徵不一定按比例繪製。圖1圖示了具有驅動馬達負載120的電流源轉換器(CSC)型的馬達驅動器110的示例性電力轉換系統100。系統100包括向驅動器110提供輸入電力的示例性三相AC電壓源111，並且驅動器Iio對輸入電力進行轉換，以驅動耦合到轉換器輸出114的馬達負載 120。驅動器110是電流源轉換器(CSC)型，其輸入112連接到AC電源111。雖然這些例子被圖示為具有三相輸入112，但是其它實施例可以提供單相AC輸入，或者可以包括適合於接收三個或更多個輸入相的多相輸入。圖1中的CSC驅動器110在輸出114處提供可變頻率、可變振幅的單相或多相AC 輸出電力，以驅動在圖示的例子中具有三相繞組的AC馬達負載120。其它實施例中的輸出 114可以提供單相AC輸出，或者可以具有任何數目的相，並且可以為除了馬達之外的負載供電，比如風能系統中的電力網。圖示的馬達驅動器110既包括輸入電路112中的輸入濾波電容器Ci，又包括輸出濾波器電路113中的輸出濾波電容器Cm。輸入濾波電容器Ci耦合在相應的輸入相線A、B和C與輸入中性節點「g」(N1)之間。輸出電容器Cm各自耦合在相應的輸出相線U、V和W與輸出中性節點「0」(化)之間。某些實施例可以省略輸入或輸出濾波電容器組中的任一組或兩組。輸入和輸出中性節點NpNtj在某些實施例中可以是懸浮的，或者中性隊、化中的一個或兩者可以耦合到輸入電源的接地或別的接地。在其它可能的實施例中，中性隊、Ncj可以直接或通過阻抗彼此耦合，而不用參考任何系統接地。在圖示的例子中，節點g(N1)被接地。驅動器110包括整流器110a，其經由輸入112從源111接收AC輸入電力；以及中間DC電路150，其具有DC連結扼流圈，該DC連結扼流圈具有耦合在整流器IlOa和輸出逆變器IlOb之間的上下繞組WA和WB。在某些實施例中，DC連結可以是如圖示的例子中那樣在上下DC電流路徑的每一個中具有繞組的簡單的DC連結電感器或共模扼流圈。圖示的驅動器110提供輸入濾波，該輸入濾波包括每個輸入相中的電感器Li以及耦合在輸入線A、B、 C與輸入中性節點g(N》之間的輸入濾波電容器Ci。整流器IlOa是電流源整流器(CSR)， 其通過中間DC電路150與電流源逆變器(CSI) IlOb耦合，並且一個或多個隔離部件(例如變壓器，未示出)可以可選地包括在驅動器110中。輸出114經由線路U、V和W向馬達負載120提供AC電輸出電力，並且包括濾波器電路113，該濾波器電路113具有耦合在負載 120與輸出中性節點O(Ntj)之間的輸出電容器Cm。整流器IlOa是有源開關型的電流源整流器(CSR)，其具有耦合在輸入112和DC電路150之間的開關裝置S1-S6，並且根據開關控制系統140的整流器控制部件14 所提供的多個整流器開關控制信號14 來進行操作。在操作中，AC輸入電力被整流器開關S1-S6 開關，以在中間電路150中產生中間DC連結電流Idc。示例性的逆變器IlOb是電流源逆變器O^SI)，其包括耦合在DC電路150與輸出114的相線U、V和W之間的開關裝置S』l-S』6。 根據來自開關控制系統140的逆變器控制部件144b的相應開關控制信號142b來操作逆變器開關S』 1-S』 6，以選擇性地轉換來自DC電路150的DC電力，以便提供AC輸出電力以驅動馬達負載120。在中間DC (連結)電路150中，DC連結扼流圈或電感器連結整流器IlOa和逆變器IlOb的開關，並且提供它們之間的正向和返回電流路徑。連結扼流圈的第一繞組WA耦合在正向或正的DC路徑中，並且具有連接到上整流器開關S1、S3和S5的第一端Pl以及與上逆變器開關S' US' 3和S' 5耦合的第二端P2。第二(下)繞組WB耦合在負的或者返回DC路徑中，並且具有耦合到下整流器開關S2、S4和S6的第一端m以及耦合到下逆變器開關S' 2、S' 4和S' 6的第二端N2。此外，DC連結電路150在DC連結電壓的一半的電壓電位處定義了虛擬中心電壓參考點或節點「z」，其定義了第一和第二 DC電流路徑的電壓之間的中間處的中點電壓Vz。開關控制系統140可以例如經由來自反饋系統118的測量信號，獲得或計算關於該節點ζ處的相對於地g或其它參考電位的電壓值。
整流器和逆變器開關裝置S1-S6、S' I-S' 6可以是任何適當的可控電氣開關類型(例如，IGCT (集成門極換流晶閘管)、GTO (門極可關斷晶閘管)、晶閘管、IGBT (絕緣柵雙極型電晶體)等)，它們以開環或閉環的方式根據諸如相位控制、脈寬調製等任何適當類型或形式的切換方案進行控制。在某些實施例中，逆變器IlOb的開關裝置S' I-S' 6是強迫換流裝置，包括但不限於SGCT (對稱門極換流晶閘管)、IGBT或GT0，並且整流器IlOa的開關裝置S1-S6可以是諸如上文提到的強迫換流裝置以及諸如晶閘管的線路換流裝置。在這一點上，晶閘管裝置可以用於具有強迫換流裝置的形式的逆變器開關裝置S' I-S' 6， 其具有添加到其裝置觸發電路的額外電路。整流器IlOa和逆變器IlOb在開關控制系統140的控制下操作，開關控制系統可以包括一個或多個處理器和關聯的存儲器以及I/O電路，該I/O電路包括用於生成開關控制信號142以有選擇地致動開關裝置S1-S6、S' I-S' 6的驅動器電路，儘管例如可以使用分立的開關控制系統，其具有互連和信息共享以便於整流器IlOa和逆變器IlOb的協調操作。這些實施例中的開關控制系統140包括逆變器控制部件144b，其根據諸如期望馬達速度、轉矩等的一個或多個設定點141，提供逆變器開關控制信號142b以使逆變器IlOb有選擇地轉換來自中間DC電路150的DC電流，用以向AC輸出114提供AC電力。開關控制系統140及其部件144可以被實現為任何適當的硬體、處理器執行軟體、處理器執行固件、可編程邏輯或者它們的組合，可以作為以開環或閉環的方式或者它們的組合，根據一個或多個期望簡檔或設定點141 (信號和/或數字值)控制馬達120的任何適當的控制器或調節器進行操作。此外，在操作中，控制器140的整流器控制部件14 提供整流器開關控制信號 142a以使整流器IlOa轉換AC電輸入功率，用以向DC電路150提供經調整的DC電流Idc。 這樣，整流器控制器14 可以使用一個或多個反饋信號或值118a，諸如表示實際DC連結電流Idc和/或DC連結電壓的來自整流器IlOa的測量的DC電流值。來自整流器IlOa的DC 連結電流Idc提供用於由逆變器IlOb轉換的輸入電流，其中示例性逆變器控制144b可以向整流器控制器14 提供作為調整設定點的期望的DC連結電流信號或值。以這種方式， 整流器IlOa提供逆變器IlOb需要的DC電流，並且整流器控制器14 還可以實現諸如功率因數校正的其它控制功能，而逆變器控制器144b根據一個或多個設定點值或信號141執行驅動器110的必要的馬達控制操作。驅動器110還包括反饋系統118，其包括可操作用於提供指示輸入112、整流器 110a、中間DC電路150、逆變器110b、輸出濾波器113和/或輸出114處的電氣條件的一個或多個反饋信號和/或值118a。開關控制系統140可以被提供一個或多個設定點或期望值 141以及來自在正常馬達驅動操作中實現一個或多個閉環馬達驅動控制目標的反饋系統 118的一個或多個反饋信號或值118a。用於控制功能的反饋信號或值可以基於來自反饋系統118的信號和/或值、測量輸入值(例如，線路電壓、中性電壓、電流等)和其它信息、數據等，其可以具有任何適當的形式，諸如電信號、數字數據等，並且可以接收自任何適當的源， 諸如一個或多個傳感器、外部網絡、開關、與系統100關聯的用戶接口或者其它適當的源。 反饋電路118向控制器140提供來自整流器110a、DC電路150和逆變器IlOb中的至少一個的反饋信號或值，並且可以通過適當的轉速計或其它傳感器提供測量的馬達速度值，和/ 或控制器140可以根據其確定馬達速度、轉矩、電流和/或電壓等的感測的值。在這一點上，即使對於不具有直接馬達速度測量傳感器的系統，也可以基於反饋信號或值118a經由適當的馬達模型由控制器140內部生成無傳感器馬達速度反饋值。還參照圖2A、2B和3，圖2A中圖示了過程200，開關控制系統140通過該過程200， 根據空間向量調製圖250(圖3)的每個扇區的一組切換序列，使用空間向量調製，生成經脈寬調製的開關控制信號142b。儘管下文以一系列動作或事件的形式圖示和描述了 PWM電力轉換器控制方法200，但是將認識到，本發明的各種方法或過程不限於這些動作或事件的圖示順序。在這一點上，除了如下文具體提供的那樣，一些動作或事件可以以不同的順序發生和/或與除了這裡根據本發明圖示和描述的動作或事件以外的其它動作或事件同時發生。 進一步注意，並非需要所有圖示步驟來實現根據本發明的過程或方法，並且一個或多個這樣的動作可以組合。本發明的圖示方法和其它方法可以在硬體、處理器執行軟體或者它們的組合中實現，以便於提供這裡描述的共模降低脈寬調製功能，並且可以在包括但不限於上文說明的驅動器110的任何電力轉換系統中使用，其中本發明不限於這裡圖示和描述的具體應用和實施例。開關控制系統140根據空間向量調製圖250(圖3)的每個扇區的一組切換序列， 使用空間向量調製，生成關於逆變器IlOb的經脈寬調製的開關控制信號142b。示例性空間向量調製圖250包括圍繞圖250外圍逆時針(CCW)安置的六個固定活動空間向量I1-I6W 及位於圖的原點處的三個固定零向量I7-I9，其中活動向量和零向量I1-I9表示用於逆變器開關網絡S' I-S' 6的唯一的開關狀態。圖250表示由空間向量調製控制整流器IlOa的開關S1-S6的實施例中使用的SVM技術。圖250還定義了圍繞原點安置的六個三角形扇區 (在圖3中標為扇區1至扇區6)，每個扇區由唯一的一組兩個活動向量I1-I6和相應的三角形扇區的角處的零向量I7-I9定義。為了操作逆變器110b，開關控制系統140根據對應於參考向量171當前所處的圖的扇區的選定切換序列來提供開關控制信號142b，該序列和相應的停留時間是至少部分地根據來自反饋系統118的一個或多個反饋信號或值118a確定的。根據向量以及基於參考向量位置針對序列中的每個向量確定的停留時間，向逆變器開關控制信號142b提供脈寬調製。在某些實施例中，控制部件14 和142b中的至少一個包括共模降低(CMR)零向量選擇部件144c，以在實現相應的轉換器110的SVM控制時從多個可能的零向量中選擇。 使用至少部分地根據另一個轉換器110的開關狀態選擇的零向量，完成用於轉換器110中的第一個的SVM。在圖1的示例性實施例的一個實現方案中，逆變器開關控制部件144b包括CMR零向量選擇部件lMc，其有選擇地至少部分地基於整流器IlOa的開關狀態協調逆變器IlOb的控制以便於控制(例如，降低)馬達負載120看到的輸出共模電壓。在其它實施例中，使用空間向量調製來控制整流器1 IOa (例如，用於再生操作)，整流器控制部件包括CMR零向量選擇部件lMc，其至少部分地基於逆變器IlOb的開關狀態從若干可能的零向量中選擇。在圖示的第一實施例中，逆變器控制部件144b及其零向量選擇部件IMc通常根據圖2A和2B的過程200進行操作。特別地，逆變器控制部件144b可操作用於至少部分地根據整流器IlOa的開關狀態經由信號142b選擇用於逆變器IlOb的空間向量調製的可能的零向量17、18、I9中的一個。在某些實現方案中，根據整流器開關狀態、AC電氣輸入電壓和AC電氣輸出電壓來完成逆變器SVM零向量選擇，以控制至少一個輸出共模電壓，諸如輸出濾波器電路中性(K)處的相對於線路中性濾波器電路中性g(Ni)的共模電壓Vog。以這種方式，至少在某種程度上，可以通過逆變器IlOb中的受控開關來消除或減少與整流器操作關聯的共模效應，因此便於控制在驅動器輸出114處看到的整體共模電壓，同時允許與空間向量調製控制(例如，調製指標控制)關聯的擴展的自由度。逆變器IlOb的SVM控制可以在某些實現方案中與整流器IlOa的選擇性諧波消除(SHE)、空間向量調製和/或梯形脈寬調製控制組合。對於新的PWM周期，示例性逆變器SVM控制過程200開始於圖2A中的202處，開關控制系統140的逆變器控制部件144b通過生成經脈寬調製的信號142b來控制逆變器 110b。在204處，確定參考向量位置(例如，圖3中的參考向量171)，在一些實施例中可以根據來自反饋系統118的反饋信號或值和/或接收到的設定點信息141來確定參考向量位置。例如，可以按照SVM參考向量171的幅值和角度來表示期望馬達位置和轉矩。在206-220 處，逆變器控制部件144b基於參考向量位置選擇切換序列，其中參考向量所在扇區定義了兩個活動向量，並且控制器144b選擇零向量以建立關於給定PWM周期的開關模式，並且參考向量的角度和幅值確定關於活動向量和選定零向量的停留時間。在230處，控制器144b 根據選定序列和選定零向量生成PWM逆變器開關控制信號142b，用於控制逆變器IlOb的開關裝置S' I-S' 6，其後對於後繼的逆變器PWM周期，過程200返回到202。在某些實施例中，在208處，逆變器控制器144b將測量的共模輸出電壓與閾值TH 比較。在這些實施例中，如果測量的輸出共模電壓超過閾值TH，則在圖2A中的210處控制器144b至少部分地基於整流器IlOa的開關狀態選擇零向量I7、I8、I9(圖3)中的一個用於逆變器SVM控制。否則008處為否)，在220處根據不同的選擇標準選擇逆變器SVM零向量。以這種方式，控制器144b可以在共模電壓高的情形中有選擇地使用用於共模電壓降低的零向量選擇，但是可以在不需要共模降低時減輕效率損失和與高開關頻率關聯的其它問題。還參照圖2B，當測量的共模輸出電壓高時(圖2A中的208處為是)，則控制器144b 使SVM零向量選擇至少部分地基於整流器開關狀態。在一個示例中，在212處控制器144b 至少部分地根據整流器IlOa的開關狀態和AC輸入電壓a、b和c，根據整流器控制器14 設定的活動向量使用圖示表格，確定與整流器IlOa關聯的共模電壓Vzg，其中該確定可以但不需要計入整流器開關狀態停留時間。在214處，對於用於逆變器SVM控制的每個可能的零向量17、18、19，逆變器控制器144b確定與逆變器IlOb關聯的預期共模電壓Vzo。在圖示示例中，控制器144b三次解關於Vzo的公式(一次使用I7，另一次使用I8，並且另一次使用I9)，其中每次評估使用選定的活動開關向量以及來自反饋系統118的最近的u、v和w 值。此外，214處的確定可以但不需要計入關於如根據參考向量位置確定的整流器開關向量的逆變器停留時間。在216處，逆變器控制部件144b選擇確定的共模電壓Vzg和Vzo之間的差的絕對值(Vog= Vzg-VzoD最小的零向量(17、18或19)。隨後在經由信號14 的生成實現逆變器IlOb的SVM控制中連同根據參考向量位置計算的活動向量和停留時間一起使用該選定零向量。當整流器的開關狀態改變時或者當逆變器將要切換到零向量開關狀態時，在某些實施例中重複零向量選擇過程。為了說明所公開的共模零向量選擇方法的共模降低益處，發明人已發現，可以根據整流器IlOa和逆變器IlOb的共模電壓貢獻來計算CSC驅動器110的輸出共模電壓。中間中點虛擬節點ζ (圖1)處的整流器共模電壓Vzg由如下等式(1)給出(相對於針對上文 圖1中的接地節點g的節點Pl和Ni)Vzg = 0. 5 (VP1+VN1)(1)其中Vpi = Sia+S3b+S5c = [S1 S3 S5] [a b c] 『(2)Vm = S4a+S6b+S2c = [S4 S6 S2] [a b c] 『(3)並且其中S1至も是圖1中的整流器開關裝置S1-S6的開關狀態，並且[a be]『 是線路側整流器輸入112上的瞬時三相相位對中性電壓的陣列。組合這些等式，輸出共模電壓的整流器部分Vzg由如下等式(4)給出Vzg = 0.5 [S^S4 S3+S6 S5+S2] [a b c] 『(4)對於沒有旁通脈衝(BP)或梯形PWM(TPWM)的選擇性諧波消除(SHE)調製，最大 Vzg等於輸入相位對中性電壓的峰值的一半。在沒有旁通脈衝的情況下，[S1+^ S3+S6 S5+S2] 必須採用如下3個值中的一個[110]、[101]或Wll]。對於平衡系統，整流器IlOa引起 的共模電壓將被-0. 5a、-0. 5b和-0. 5c包絡。對於空間向量調製(SVM)或者具有旁通脈 衝的SHE，除了以上三個值之外，[S1+^ S3+S6 S5+S2]還可以在BP操作中採用如下值中的一 個[200]、
或W02]，其將導致整流器IlOa的較高的共模電壓貢獻。在該情況中，最 大Vzg等於輸入源111的峰值相位對中性電壓。發明人已認識到，旁通脈衝在如下情況的 整流器IlOa控制中是有用的，其中需要例如調製指數控制以實現功率因數校正(PFC)或者 動態制動，或者其中例如在總線瞬變期間需要射穿以保護半導體，以隔離轉換器系統防止 輸入線路電壓尖峰。因此，整流器共模電壓貢獻Vzg是整流器開關狀態和整流器輸入電壓 的函數。逆變器IlOb引起的共模電壓可以被表達為
權利要求
1.一種電流源轉換器(CSC)驅動器110，包括整流器110a，包括AC輸入112，其具有多個AC輸入節點以接收AC電輸入功率；DC輸出，其具有第一 DC輸出節點和第二 DC輸出節點；以及整流器開關網絡，包括多個整流器開關裝置S1-S6，所述多個整流器開關裝置S1-S6各自耦合在所述AC輸入節點之一和所述第一和第二 DC輸出節點之一之間，所述整流器開關裝置S1-S6各自能夠進行操作以根據相應的整流器開關控制信號14 來選擇性地將所述AC輸入節點與相應的DC輸出節點耦合；中間DC電路150，包括第一 DC電流路徑和第二 DC電流路徑以及至少一個電感；逆變器110b，包括AC輸出114，其具有多個AC輸出節點，用於向負載120提供電力； 以及逆變器開關網絡，其包括多個逆變器開關裝置S』 I-S' 6，所述多個逆變器開關裝置 S』 I-S' 6各自耦合在所述中間DC電路150的所述DC電流路徑之一和所述AC輸出節點之一之間，所述逆變器開關裝置S』 I-S' 6各自能夠進行操作以根據相應的逆變器開關控制信號142b來選擇性地將相應的DC電流路徑與相應的AC輸出節點電耦合，以向所述負載120 提供AC電輸出功率；以及開關控制系統140，包括整流器控制部件144a，其能夠進行操作以提供所述整流器開關控制信號142a，使得所述整流器IlOa轉換AC電輸入功率以向所述中間DC電路150提供經調整的DC電力；以及逆變器控制部件144b，其能夠進行操作以提供所述逆變器開關控制信號142b，使得所述逆變器IlOb根據至少一個設定點信號或值141來選擇性地轉換來自所述中間DC電路150的DC電流以將AC電力提供給所述AC輸出114，所述整流器控制部件14 和所述逆變器控制部件144b中的第一個能夠進行操作以至少部分地根據所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的第二個的開關狀態來選擇用於所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的相應的第一個的空間向量調製的多個零向量17、18、I9之一。
2.根據權利要求1所述的驅動器110，其中，所述整流器控制部件14 和所述逆變器控制部件144b中的所述第一個能夠進行操作以至少部分地根據所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述第二個的所述開關狀態、所述AC電輸入電壓和所述AC電輸出電壓來選擇用於所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述相應的第一個的空間向量調製的多個零向量17、18、I9之一，以控制至少一個輸出共模電壓Vog。
3.根據權利要求2所述的驅動器110，其中，所述整流器控制部件14 和所述逆變器控制部件144b中的所述第一個能夠進行操作以至少部分地根據所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述第二個的所述開關狀態來確定212與所述整流器IlOa和所述逆變器 IlOb中的所述第二個相關的共模電壓Vzg，以確定214與對應於用於所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述第一個的空間向量調製的所述多個可能的零向量17、18、I9的所述整流器1 IOa和所述逆變器1 IOb中的所述第一個相關的預期共模電壓Vzo，以及選擇216用於所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述第一個的空間向量調製的所述多個零向量 17、18、I9之一，對於所選擇的零向量，所確定的共模電壓Vzg、Vzo之間的差的絕對值最小。
4.根據權利要求1所述的驅動器110，其中，所述整流器控制部件14 和所述逆變器控制部件144b中的所述第一個能夠進行操作以在至少一個所測量的輸出共模電壓大於閾值TH的情況下，至少部分地根據所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的第二個的開關狀態來選擇用於所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述第一個的空間向量調製的所述多個零向量17、18、I9之一，而在所述至少一個所測量的輸出共模電壓小於所述閾值TH的情況下，根據不同的選擇標準選擇用於所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述第一個的空間向量調製的所述多個零向量17、18、I9之一。
5.根據權利要求1所述的驅動器110，其中，所述整流器控制部件14 和所述逆變器控制部件144b中的所述第一個是所述逆變器控制部件144b，所述整流器控制部件14 和所述逆變器控制部件144b中的第二個是所述整流器控制部件144a，所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述第一個是所述逆變器110b，而所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb 中的所述第二個是所述整流器110a。
6.根據權利要求1所述的驅動器110，其中，所述整流器控制部件14 和所述逆變器控制部件144b中的所述第二個能夠進行操作以使用選擇性諧波消除(SHE)脈寬調製、空間向量調製或梯形脈寬調製來提供所述整流器開關控制信號14 和所述逆變器開關控制信號142b中的所述相應的一個。
7.一種用於控制電流源轉換器(CSC)驅動器110的方法200，所述方法200包括至少部分地根據整流器IlOa和逆變器IlOb中的第二個的開關狀態來選擇210用於所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的第一個的空間向量調製的多個零向量17、18、19之 提供整流器開關控制信號142a，使得整流器IlOa的多個整流器開關裝置S1-S6對AC 電輸入功率進行轉換，以向中間DC電路150提供經調整的DC電力；以及提供230逆變器開關控制信號142b，使得逆變器IlOb的多個逆變器開關裝置S』 1_S』6 對來自所述中間DC電路150的DC電流進行轉換，以向負載120提供AC電輸出功率。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，至少部分地根據所述整流器IlOa和所述逆變器 IlOb中的所述第二個的所述開關狀態、所述AC電輸入電壓和所述AC電輸出電壓來選擇所述多個零向量17、18、I9之一，以控制至少一個輸出共模電壓Vog。
9.根據權利要求7所述的方法200，其中，選擇210用於所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述第一個的空間向量調製的所述多個零向量17、18、I9之一包括至少部分地根據所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述第二個的所述開關狀態來確定212與所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述第二個相關的共模電壓Vzg ；確定214與對應於用於所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述第一個的空間向量調製的所述多個可能的零向量I7、I8、I9的所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述第一個相關的預期共模電壓Vzo ；以及選擇216用於所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述第一個的空間向量調製的所述多個零向量I7、I8、I9之一，對於所選擇的零向量，所確定的共模電壓Vzg、Vz0之間的差的絕對值最小。
10.根據權利要求7所述的方法200，包括在至少一個所測量的輸出共模電壓大於閾值TH的情況下，至少部分地根據所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的第二個的開關狀態來選擇210用於所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述第一個的空間向量調製的所述多個零向量17、18、I9之一；在所述至少一個所測量的輸出共模電壓小於所述閾值TH的情況下，根據不同的選擇標準選擇220用於所述整流器IlOa和所述逆變器IlOb中的所述第一個的空間向量調製的所述多個零向量I7、I8、I9之一。
全文摘要
提供了一種共模電壓降低設備和用於基於電流源轉換器的驅動器的方法。本電源轉換器驅動器和共模電壓降低技術表現為其中根據電流源整流器(或逆變器)的開關狀態以及根據AC輸入電力和AC輸出電力來選擇用於電流源逆變器(或整流器)控制的空間向量調製零向量，以控制輸出共模電壓。
文檔編號H02M7/48GK102291083SQ201110162009
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月7日 優先權日2010年6月7日
發明者程仲元, 納維德·扎爾加裡, 肖原 申請人:洛克威爾自動控制技術股份有限公司