多相轉換器系統和方法
2023-07-16 22:33:11 2
多相轉換器系統和方法
【專利摘要】一種多相轉換器包括多個相路徑。各相路徑包括至少一個dc鏈路，其與所有其它相路徑dc鏈路無關，使得各輸出相電壓從能夠與所有其它相電壓dc鏈路電壓源不同的對應dc鏈路電壓來生成。確定各輸出相電壓的總dc鏈路電壓電平。共模注入電壓基於所有dc鏈路電壓電平和所有相參考電壓來計算。各相路徑參考電壓然後基於所計算共模注入電壓來調整，使得各個所生成輸出相電壓電平響應於其對應調整的參考電壓而調整。
【專利說明】多相轉換器系統和方法
【技術領域】
[0001]一般來說，本公開的主題涉及多相功率轉換器技術，非限制性地包括基於H橋的那些轉換器技術，以及更具體來說涉及使這類多相轉換器通過將適當共模電壓注入到所有電壓參考信號來提供給定dc鏈路電壓的更好利用的調製方案。
【背景技術】
[0002]多相轉換器的現有技術調製方案通過將適當共模電壓注入到所有電壓參考信號來提供給定dc鏈路電壓的更好利用。當所有相電壓均從共同dc鏈路來生成時，已知方案提供dc鏈路電壓的最佳利用。但是，已知方案的不利之處在於，它們只能使用相當於最小電壓電平的電壓，這降低輸出電壓或者要求龐大的dc鏈路電容器。
[0003]雖然這類已知方案是標準拓撲通用的，但是當各相電壓從諸如通過基於H橋的多相功率轉換器拓撲所實現的單獨dc鏈路電壓源來生成時，這些方案不能夠提供dc鏈路電壓的最佳利用。
[0004]鑑於以上所述，需要提供一種採用H橋拓撲的多相轉換器的調製方案，並且其與使用多相轉換器的現有技術調製方案可實現的情況相比，提供dc鏈路電壓的更佳使用。
【發明內容】
[0005]按照一個實施例、操作功率轉換器的方法包括:
提供包括多個相路徑(phase path)的多相轉換器，其中各相路徑包括至少一個dc鏈路，其與所有其它相路徑dc鏈路無關並且隔離；
響應於各相的預定參考電壓而經由多相轉換器來生成多個輸出相電壓，其中各輸出相電壓基於對應dc鏈路電壓源，其能夠與所有其它相電壓dc鏈路電壓源不同；
測量與各輸出相電壓關聯的總dc鏈路電壓電平；
基於各相的正的總dc鏈路電壓和預定參考電壓電平來計算第一差電壓；
基於各相的負的總dc鏈路電壓和預定參考電壓電平來計算第二差電壓；
計算所有相的最大第二差電壓；
計算所有相的最小第一差電壓；
在所有相的最大第二差電壓與最小第一差電壓之間選擇所有相的共模注入電壓；以及將共模注入電壓加到各相的預定參考電壓，使得各個所生成輸出相電壓電平響應於其對應調整的參考電壓而調整。
[0006]按照另一個實施例，共模注入電壓計算為所有相的最大第二差電壓和最小第一差電壓的平均數。
[0007]按照另一個實施例，轉換器包括基於3電平相腳以及具有正和負半dc鏈路的dc鏈路的H橋。計算各相的總dc鏈路電壓通過計算正半dc鏈路電壓和負半dc鏈路電壓的差來實現。
[0008]按照另一個實施例，轉換器包括各相的多個H橋以及各相的多個對應dc鏈路。計算各相的總dc鏈路電壓通過計算各相的所有dc鏈路電壓之和來實現。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]通過以下結合附圖的詳細描述，本發明的上述及其它特徵、方面和優點是顯而易見的，附圖中相似標號通篇表示相似部件，附圖包括:
圖1不出按照一個實施例的多相功率轉換器；
圖2是示出按照一個實施例、操作多相功率轉換器的方法的流程圖；
圖3是示出按照一個實施例、具有各相的單獨dc鏈路電壓源並且基於dc鏈路波紋電壓來使用各相的共模注入電壓的多相功率轉換器的輸出電壓增益的圖表；
雖然上述附圖提出備選實施例，但是還預期本發明的其它實施例，如論述中所述。在所有情況下，本公開作為代表而不是限制來提供本發明的所示實施例。許多其它修改和實施例能夠由本領域的技術人員來設計，它們落入本發明的原理的範圍和精神之內。
【具體實施方式】
[0010]圖1示出按照一個實施例的多相功率轉換器10。能夠看到轉換器10採用多個有源H橋逆變器12。各個H橋逆變器12耦合到對應dc鏈路14。各相輸出電壓基於其自己的dc鏈路電壓，其與所有其它dc鏈路電壓不同並且無關。按照一個實施例，轉換器10 H橋逆變器12還各耦合到具有基本工作頻率f。的三相負載/源22的對應相連接。
[0011]按照一個實施例，轉換器10還採用一個或多個本地控制器24，並且還可採用中央或主要控制器26。( 一個或多個)本地控制器24和/或中央控制器26配置有算法軟體和/或固件，其編程為基於各相中實際可用的電壓來得出各相的最佳共模注入電壓。
[0012]多相轉換器、例如三相轉換器的現有技術調製方案通過將適當共模電壓注入到所有電壓參考信號來提供給定dc鏈路電壓的更好利用，如本文所述。當所有相電壓均從共模dc鏈路來生成(與圖1所示的轉換器拓撲不同)時，應用於標準轉換器拓撲的已知方案提供dc鏈路電壓的這種最佳利用。當應用於諸如圖1所示之類的轉換器10時，這類調製方案是未達最佳標準的，因為轉換器10的各相輸出電壓從其自己的dc鏈路(其與所有其它dc鏈路不同並且無關)來生成。
[0013]按照一個實施例，通過單獨考慮各相中的實際可用dc鏈路電壓，並且然後基於其自己的dc鏈路電壓(其可與所有其它相dc鏈路電壓不同)得出各相的最佳共模電壓，來實現多相轉換器10、例如圖1所示轉換器的調製。本文中參照圖2更詳細地描述用於操作多相轉換器的一種適當方法。本發明的發明人發現，轉換器輸出功率使用本文所述的原理可能增加至少5%。此外，dc鏈路電容的減小可產生能夠容許較高電壓波紋的某些應用。
[0014]繼續參照圖1，一個或多個本地控制器16 —般編程有預定參考電壓，其控制各逆變器12的調製指數。備選地，預定參考電壓能夠經由中央控制器18來生成，其中中央控制器18與本地控制器16進行通信，以控制各逆變器12的調製指數。
[0015]能夠看到轉換器10包括多個相路徑A、B和C，其中各相路徑包括dc鏈路14，其與所有其它相路徑dc鏈路無關並且隔離，如本文所述。在正常操作期間，各相路徑dc鏈路電壓通常看到波紋電壓，其從所有其它相路徑相移120°，並且以2f。的頻率來生成。
[0016]按照一個實施例，各逆變器12採用3電平中性點鉗位(3L-NPC)H橋20來實現。各輸出相電壓則由對應H橋逆變器20響應於預定參考電壓(其確定各控制器16將如何調製其對應3L-NPC H橋逆變器20)而生成。
[0017]現在來看圖2，流程圖30示出按照一個實施例、使用本文所述的原理來操作具有隔離dc鏈路的多相功率轉換器的方法。按照一個實施例，通過首先測量與各輸出相電壓關聯的總dc鏈路電壓電平，來確定各相A、B、C的預期調製指數，如框32所表示。
[0018]第一差電壓然後基於各相的預定參考電壓電平和正dc鏈路電壓來計算，以及第二差電壓也基於各相的預定參考電壓電平和負dc鏈路電壓來計算，如框34所表示。
[0019]最大第二差電壓從各相的所計算的第二差電壓來確定，以及最小第一差電壓從各相的所計算的第一差電壓來確定，如框36所表示。
[0020]在如框36所表示、確定最大第二差電壓和最小第一差電壓之後，共模注入電壓計算為各相的最大第二差電壓和最小第一差電壓的平均數，如框38所表示。
[0021]然後將在框38所計算的共模注入電壓加到各相的預定參考電壓，以生成調整的參考電壓，使得各個所生成輸出相電壓電平響應於其對應調整的參考電壓而調整，如框40所表示。
[0022]圖3是示出按照一個實施例、具有各相的單獨dc鏈路電壓源並且基於dc鏈路波紋電壓來使用各相的共模注入電壓的多相功率轉換器的輸出電壓增益的圖表50。各個dc鏈路具有從所有其它dc鏈路波紋電壓相移120°的波紋電壓。圖3所示的圖表代表具有15%峰一峰dc鏈路波紋電壓的dc鏈路。上部虛線52表示各個dc鏈路的平均正DC電壓，而下部虛線54表示各個dc鏈路的平均負DC電壓。分別示出用於使用典型共模注入方案來調製的多相功率轉換器以及還用於使用本文所述原理的共模注入方案的歸一化相輸出電壓56、58。歸一化輸出電壓56與58之間的比較表明有利於使用本文所述原理的共模注入方案的大約7.8%的增益。
[0023]雖然本文僅說明和描述了本發明的某些特徵，但本領域的技術人員將會想到多種修改和變更。因此要理解，所附權利要求書預計涵蓋落入本發明的真實精神之內的所有這類修改和變更。
【權利要求】
1.一種操作多相轉換器的方法，所述方法包括: 提供包括多個相路徑的多相轉換器，其中各相路徑包括與所有其它相路徑dc鏈路無關的至少一個dc鏈路； 響應於各相的預定參考電壓而經由所述多相轉換器來生成多個輸出相電壓，其中各輸出相電壓基於能夠與所有其它相電壓dc鏈路電壓源不同的至少一個對應dc鏈路電壓源； 確定與各輸出相電壓關聯的總dc鏈路電壓電平； 基於各相的所述預定參考電壓電平和正dc鏈路電壓來計算第一差電壓； 基於各相的所述預定參考電壓電平和負dc鏈路電壓來計算第二差電壓； 計算所有相的所述第二差電壓的最大數； 計算所有相的所述第一差電壓的最小數； 選擇位於所述最大第二差電壓與所述最小第一差電壓之間或者等於其中之一的共模注入電壓；以及 將所述共模注入電壓加到所述預定參考電壓，並且從其中生成各相的調整的參考電壓，使得各個所生成輸出相電壓電平響應於其對應調整的參考電壓而調整。
2.如權利要求1所述的方法，其中，提供多相轉換器包括提供基於H橋的多相轉換器。
3.如權利要求1所述的方法，其中，選擇共模電壓通過計算所述最大第二差電壓和所述最小第一差電壓的平均數來實現。
4.如權利要求1所述的方法，其中，確定所述總dc鏈路電壓通過測量至少一個dc鏈路電壓電平來實現。
5.如權利要求1所述的方法，其中，確定所述總dc鏈路電壓通過基於轉換器模型的計算來實現。
6.—種多相功率轉換器,包括: 多個相路徑，其中各相路徑包括與所有其它相路徑dc鏈路無關的至少一個dc鏈路；以及 一個或多個控制器，配置成調整各相的參考電壓，其中各相路徑的所述調整的參考電壓基於對應預定參考電壓電平、對應正dc鏈路電壓和對應負dc鏈路電壓。
7.如權利要求6所述的多相功率轉換器，其中，至少一個控制器還配置成基於各相的所述預定參考電壓電平和所述正dc鏈路電壓來計算第一差電壓。
8.如權利要求7所述的多相功率轉換器，其中，所述至少一個控制器還配置成基於各相的所述預定參考電壓電平和所述負dc鏈路電壓來計算第二差電壓。
9.如權利要求8所述的多相功率轉換器，其中，所述至少一個控制器還配置成計算所有相的所述第二差電壓的最大數。
10.如權利要求9所述的多相功率轉換器，其中，所述至少一個控制器還配置成計算所有相的所述第一差電壓的最小數。
11.如權利要求10所述的多相功率轉換器，其中，所述至少一個控制器還配置成選擇位於所述最大第二差電壓與所述最小第一差電壓之間或者等於其中之一的共模注入電壓。
12.如權利要求11所述的多相功率轉換器，其中，所述至少一個控制器還配置成將所述選擇的共模注入電壓加到所述預定參考電壓，並且從其中生成各相的所述調整的參考電壓，使得各個所生成輸出相電壓電平響應於其對應調整的參考電壓而調整。
13.如權利要 求6所述的多相功率轉換器，其中，各相路徑包括至少一個H橋逆變器。
【文檔編號】H02M7/487GK103988412SQ201280060638
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年12月7日 優先權日:2011年12月9日
【發明者】S.施勒德, P.T.B.威傑庫恩 申請人:通用電氣公司