利用升壓模式降額保護濾波電感器的有源前端電力變換器的製造方法

2023-05-25 07:15:16 1

利用升壓模式降額保護濾波電感器的有源前端電力變換器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了用於控制電力變換器以保護輸入濾波電感器免於過熱的方法和設備，其中，有源前端（AFE）整流器以升壓模式進行操作，以在降額的輸出電流值處提供升壓的DC電壓，該降額的輸出電流值是根據與在濾波電感器將不會過熱的情況下的最大負載條件相對應的DC母線電壓升壓量而選擇的。
【專利說明】利用升壓模式降額保護濾波電感器的有源前端電力變換器

【技術領域】
[0001]本公開內容涉及電力變換【技術領域】，並且更具體地涉及用於升壓模式降額(boostmode derating)的方法和設備。

【背景技術】
[0002]電力變換系統用於向負載提供交流(AC)輸出電力(例如,利用逆變器級驅動AC電機的電機驅動器)。有源前端(AFE)變換器採用開關整流器對輸入AC電力進行變換以向母線提供DC電力，利用逆變器開關對DC母線進行變換以輸出用於驅動負載的電流。這樣的有源前端變換器通常耦接有輸入濾波器(諸如連接至每個電力相的LCL濾波器電路)。因為前端整流器是開關電路，所以輸入濾波器操作用於防止不需要的諧波含量引入電網或其他輸入源。通常根據電力變換器額定值來設計濾波器部件(包括濾波電感器)，其中，過大尺寸的輸入濾波器部件增加了系統成本並且佔用了寶貴的封閉空間。然而，可能出現如下情形:在該情形下，電網電壓驟降，或者可用的輸入源電壓低於針對變換器所設計的標稱AC輸入電壓。並且，在某些應用中，可能期望即使在源電壓低的情況下也能夠操作較高電壓的電機或其他負載，例如，期望以400V輸入電壓來驅動460V的電機。在這些情形下，可以在升壓模式下操作有源前端整流器以實質上增加前端變換器的增益，從而對DC母線電壓進行升壓。然而，在滿載情況下，有源前端整流器的升壓模式操作導致增加的波紋和其他諧波，這會使得濾波電感器的芯過熱。可以放置一個或更多個熱敏關斷開關，來感測電感器溫度的增加並且使得系統安全停機。然而，在某些應用中，可能不希望使驅動器跳閘，因此期望具有使得系統能夠在不停機的情況下在升壓模式下運行的技術。另外，為了感測由於多種原因導致的溫度增加(諸如為了檢測滿載驅動時是否停止了系統鼓風扇)，可能將這樣的熱敏開關放置在距離電感器芯一定距離處，因此熱敏開關可能不能夠迅速地檢測到濾波電感器芯中的過熱。增加多個熱敏開關可以解決該問題，但是該方法進一步增加了系統的成本和複雜性。因此，需要改進的電力變換器設備和操作技術，以便於在緩解或避免濾波電感器的熱應力的情況下使有源前端在升壓模式下選擇性地操作。


【發明內容】

[0003]現在概述本公開內容的各個方面，以便於本公開內容的基本理解，其中，該概述不是本公開內容的廣泛綜述，並且不是旨在鑑定本公開內容的某些元素也不是旨在描繪其範圍。相反，本概述的主要目的是在下文中所呈現的更加詳細的描述之前以簡化形式呈現本公開內容的各種構思。本公開內容提供電機驅動器和其他電力變換系統以及用於電機驅動器和其他電力變換系統的控制技術，其中，在升壓模式下對電力變換器選擇性地降額，以保護輸入濾波電感器免受熱應力。
[0004]提供了一種用於操作電力變換器方法，其中，在升壓模式下操作整流器，以提供高於峰值線間AC輸入電壓的DC母線電壓，並且根據輸入電壓以及DC母線電壓升壓量來確定降額的輸出電流值，其中，降額的輸出電流小於或等於電力變換器的最大輸出電流額定值。在某些實施中，有源前端電力變換器以降額的整流器輸出電流電平來驅動DC負載，其中，整流器的DC負載可以是輸出逆變器，該輸出逆變器根據降額的輸出電流值向整流器提供DC電流命令。在其他應用中，有源前端變換器在升壓模式下操作並且根據降額的輸出電流值將DC輸出電流提供給其他形式的DC負載，例如，電池充電系統、太陽能電池組、燃料電池等。通過該方法，在以升壓模式操作的前端轉換器上可以減輕或避免對濾波電感器部件的熱應力，而無需增大過濾電感器的尺寸。在某些實施方式中，從與線間AC輸入電壓相對應的查找表中獲得降額的輸出電流值，並且該方法還包括對查找表中的值進行選擇性地插值，以導出降額的輸出電流值。可以使用多個查找表，其中根據相關聯的輸入電壓電平來分別地選擇給定查找表。在某些實施中，一個或多個查找表的DC母線電壓升壓量和對應的降額的輸出電流值與輸入濾波電感器被設計成不過熱的所述電力變換器的最大穩態負載操作條件相對應。在某些實施方式中，根據DC母線電壓升壓量來求解降額方程，以確定降額的輸出電流值。非暫態計算機可讀介質被設置有用於實現電力變換系統操作方法的計算機可執行指令。
[0005]提供了電力變換系統，包括:有源整流器，其提供DC母線電壓；以及控制器，其使整流器操作於升壓模式以提供高於峰值線間AC輸入電壓的DC母線電壓。控制器根據線間AC輸入電壓以及DC母線電壓升壓量來確定降額的輸出電流值，並且根據降額的輸出電流值選擇性地操作整流器。在某些實施方式中，降額的輸出電流值和相對應的DC母線電壓升壓量與一個或更多個濾波電感器被設計成不過熱的所述電力變換器的最大穩態負載操作條件相對應。某些實施方式下的控制器根據DC母線電壓升壓量來從查找表中獲得降額的輸出電流值，並且控制器可以選擇性地對查找表中的電流值進行插值，以導出降額的輸出電流值。另外，控制器可以選擇多個查找表中的與線間AC輸入電壓相對應的給定的一個查找表，並且可以使用所選擇的查找表中的值的插值，以獲得降額的輸出電流值。而且，在各種實施方式中，控制器可以通過根據DC母線電壓升壓量對至少一個降額方程進行求解來確定降額的輸出電流值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]以下說明和附圖詳細闡述了本公開內容的某些示例性實施方式，這些示例性實施方式表示可以執行本公開內容的各種原理的若干示例性方式。然而，所說明的示例不是本公開內容的眾多可能實施方式的窮舉。本公開內容的其他目的、優點和新穎特徵將在以下結合附圖考慮的詳細描述中說明，其中:
[0007]圖1是示出根據本公開內容的一個或更多個方面的利用升壓模式降額控制來保護輸入濾波電感器的示例性電機驅動電力變換器的示意圖；
[0008]圖2是示出用於在有源前端整流器的升壓模式操作期間選擇性地對電力變換器輸出電流進行降額的示例性電力變換器操作方法的流程圖；
[0009]圖3是示出作為DC電壓升壓的函數的示例性輸出電流降額曲線的曲線圖；
[0010]圖4示出了用於根據DC電壓升壓選擇性地降額電力變換器輸出電流的示例性查找表;
[0011]圖5是示出在有源前端處於不升壓的正常操作的情況下電力變換器的濾波電感器的電流諧波含量的曲線圖；
[0012]圖6是示出在有源前端整流器的輸出電流不降額的升壓模式操作的情況下電力變換器的濾波電感器的電流諧波含量的曲線圖；以及
[0013]圖7是示出根據本公開內容的在降額的輸出電流電平處以升壓電壓驅動DC負載的有源前端電力變換器的另一實施方式的示意圖。

【具體實施方式】
[0014]現在參照附圖，在下文中結合附圖描述若干實施方式或實施例，其中，相同的附圖標記用於表示所有附圖中相同的元件，並且其中，各種特徵不必按比例繪製。公開了如下方法和設備，該方法和設備用於操作電機驅動器或具有以升壓模式操作的有源前端的其他有源前端電力變換系統，以生成具有比峰值線間AC輸入電壓電平高的電壓的DC母線。儘管在AC電機驅動器的背景下進行了說明和描述，但是本公開內容的各種構思發現與具有驅動DC負載的有源前端變換器的其他形式的電力變換系統相關聯的效用，其中，本公開內容不限於所示出的示例。
[0015]圖1示出用於接收來自外部電源2的單相AC輸入電力或多相AC輸入電力的示例性電機驅動電力變換系統10。所示出的示例接收三相輸入，但是單相或其他多相實施方式也是可能的。電機驅動器10包括輸入濾波電路20，在此情況下，輸入濾波電路20為三相LCL濾波器，其具有連接至電源2的電力引入線的電網側電感器L1、L2和L3以及串聯連接的變換器側電感器L4、L5和L6，其中，在相應的電網和變換器側電感器與公共連接節點之間連接有濾波電容C1、C2和C3，該公共連接節點可以但不必連接至系統接地。儘管在三相LCL濾波電路20的背景下示出了濾波電路，但可以使用包括但不限於LC濾波器的其他替代電路配置。
[0016]電機驅動器10包括輸入濾波電路20、整流器30、DC母線或DC連結電路40以及輸出逆變器50，其中，整流器30和逆變器50可以通過控制器60進行操作。控制器60包括具有相關聯的升壓邏輯64的整流控制器62、逆變控制器66以及降額控制部件70，降額控制部件70使用一個或更多個查找表(LUT) 72和/或一個或更多個降額方程74進行操作，以在整流器30以下文中進一步描述的升壓模式進行操作時選擇性地對整流器輸出電流降額。在所示的示例中，降額控制部件70將降額的輸出電流值76提供給逆變開關控制器66，然後，逆變開關控制器66向整流開關控制器62提供DC電流命令值IDC，以使整流器30在降額的輸出電流電平處進行操作。在其他可能的實施中，降額部件70將降額的輸出電流值76直接提供給整流開關控制器62 (以下的圖7)。
[0017]控制器60及其部件可以被實現為任意合適的硬體、處理器執行的軟體、處理器執行的固件、邏輯電路和/或其組合，其中，所示的控制器60可以主要以提供各種控制功能的處理器執行的軟體或固件實現，通過該軟體或固件，處理器60接收反饋和/或輸入信號和/或值(例如設置點)並且提供整流器開關控制信號62a和逆變器開關控制信號66a，以操作整流器30的開關器件SI至S6和逆變器50的開關S7至S12，從而對輸入電力進行變換以提供用於驅動負載4的AC輸出電力。另外，控制器60及其部件62、64、66、70和/或72可以在單個基於處理器的裝置(諸如微處理器、微控制器、FPGA等)中實現，或者，控制器60及其部件62、64、66、70和/或72中的一個或更多個可以分別通過兩個或更多個處理器裝置以單個或分布方式實現。
[0018]電機驅動器10提供包括用於通過濾波電路20接收來自源2的三相電力的開關整流器(也稱作變換器)30的有源前端(AFE)。整流器30包括整流開關SI至S6，整流開關SI至S6可以是絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)或能夠根據相應的整流開關控制信號62a進行操作以在激勵時選擇性地導通電流的其他合適形式的基於半導體的開關器件。另外，如圖1所示，在每個IGBT SI至S6兩端連接二極體。在操作中，根據脈衝寬度調製的整流開關控制信號62a控制整流開關SI至S6的切換，以對來自源2的AC輸入電力提供有源整流，從而在DC連結電路40中的DC母線電容C4兩端提供DC母線電壓Vdc。此外，根據升壓控制邏輯64，可以針對正常操作或升壓模式操作通過電機驅動控制器60的整流開關控制部件62選擇性地操作整流器30。在升壓操作下，整流開關控制部件62提供信號62a，以使得整流器30生成高於從輸入源2接收的峰值線間AC輸入電壓的電平的DC母線電壓。
[0019]圖1中的驅動器10還包括逆變器50，逆變器50具有用於接收來自DC母線40的電力並且向電機或其他負載4提供AC輸出電力的開關S7至S12。逆變開關S7至S12根據來自驅動控制器60的逆變開關控制部件66的開關控制信號66a進行操作，並且可以是任何形式的合適的高速開關器件(包括但不限於IGBT)。逆變控制器66還向整流開關控制器62提供DC電流命令信號或值IDC，以使得整流控制器62操作整流開關SI至S6，從而相應地向DC連結電路40提供DC輸出電流。另外，控制器60接收包括用於期望的輸出操作的設置信號或值的各種輸入信號或值(諸如，電機速度、位置、轉矩等)以及表示電機驅動器10的各個部分的操作值的反饋信號或值。在這些值中，存在表示DC母線電壓Vdc的DC母線電壓反饋信號或值78以及表示線間AC輸入電壓值的信號或值79。
[0020]還參照圖5和圖6，在多種情況下可能出現有源前端整流器30以升壓模式進行操作。例如，電機驅動器10可以針對基於接收的在特定標稱電壓電平或範圍處的AC輸入電力(例如在一個示例中的480V AC)的輸出電流(或馬力)額定值來設計。在某些實施方式中，控制器60採用升壓控制部件64來選擇性地將整流開關控制部件64從正常操作切換為升壓操作，並向降額系統70和整流開關控制器62提供操作逆變器電機所需的額外的DC母線電壓升壓量(例如DC母線電壓升壓量)64a (AVdc)。此外，在某些實施中，升壓量64a可以被預先編程到控制器60中，或者可以為用戶可配置的。例如，電機驅動器10可以被設計用於特定AC輸入電壓值或範圍(例如480V、60Hz )，但可以安裝用於提供僅交流380V輸入的環境。在這樣的情況下，可以利用由整流開關控制器62和降額系統70使用的固定的DC電壓升壓值64a對控制器60進行編程。
[0021]由圖5可見，具有標稱AC輸入電壓的整流器30的正常操作(不升壓的情況)產生濾波電路20中的某些諧波含量。圖5示出了曲線圖300，曲線圖300示出作為以交流400V輸入操作的、在不使用升壓操作的情況下提供直流560V母線並且來自逆變器50的輸出向負載提供交流380V輸出的示例性電機驅動器的額定峰值電流的百分比的諧波分量。在該條件下，用於操作400V的電機的常規DC母線電壓為直流560V。在該非升壓整流器操作條件下，在302處發現特定電平的諧波，對於交流60Hz輸入頻率大約接近4KHz。然而，如果該系統要驅動460V的電機，則DC母線電壓需要增加至直流680V。結果，額外的DC電壓升壓量為680-560=120V DC。圖6中的曲線圖310表示在使用有源前端整流器升壓操作來將DC電壓Vdc升壓至高於線間輸入電壓峰值(在這種情況下為直流680V)的情況下，根據交流400V輸入源再次操作的相同變換器10的額定峰值電流頻率含量的百分比。此外，在這種情況下，輸出逆變器50提供不具有整流器輸出電流的降額的交流460V輸出。由圖6可以看出，對應的峰值電流諧波含量312顯著高於圖5的非升壓示例中的對應諧波含量302。
[0022]發明人發現升壓模式下增加的諧波含量導致濾波電路電感器L4至L6的電感器芯的工作溫度增加。特別地，變換器側電感器L4至L6可能遭受由有源前端整流器30的升壓操作引起的熱應力。關於這一點，電機驅動器和其他有源前端電力變換系統10通常圍繞標稱額定值條件來設計，該標稱額定值條件包括額定的AC輸入電壓電平和對應的DC母線電壓和電流以及驅動輸出電力或電流電平。為了節省關於成本、熱和內部空間的設計，輸入濾波電感器L通常圍繞標稱額定值條件進行設計，因此由於增加的諧波加熱芯結構，切換操作至升壓模式可能引起電感器的過大的熱應力。如上所指出的，可以使用熱關斷開關來嘗試檢測電感器芯的過熱，但過多的傳感器覆蓋不僅昂貴而且增加電機驅動系統10的複雜度。此外，實踐中出現許多如下情況，在這些情況下，期望操作電力變換器10，使得整流器將DC母線電壓升壓超過峰值線AC輸入電壓值。簡單地提供熱停止能力可以保護濾波電感器L不受熱應力，但可能生成不期望的系統停止。解決該問題的另一個方法是設計濾波電感器L以適應與升壓模式操作相關聯的更高的諧波含量，但這需要增加輸入濾波電路20及其部件的尺寸和成本。
[0023]本公開內容通過對基於升壓模式操作的電機驅動器輸出(特別是來自整流器30的最大輸出電流)選擇性地進行降額，來解決了現有技術中的缺點。使用該新技術，濾波電感器L不必為過大尺寸，並且系統可以以整流器升壓模式間歇地或者甚至連續地操作而不觸發不期望的故障停機，同時保護濾波電感器L不受熱應力。具體地，控制器60採用降額系統70，降額系統70在有源前端升壓模式操作期間向逆變開關控制器66提供降額的輸出電流值76。在該實施方式中，逆變控制器66向整流控制器62提供降低或降額的DC電流命令值Irc，以在有源前端升壓模式期間根據降額的輸出電流值76來操作整流器30。根據如下量確定降額量76:基於一個或更多個反饋信號或值79在源2處呈現的AC輸入電壓(或在LCL濾波電路20中的其他測量點處的AC輸入電壓電平)，以及DC母線電壓(反饋信號或值78)和從升壓控制部件64獲得的DC母線電壓升壓的額外量64a (Λ Vdc)。在某些實施方式中，可以將降額的輸出電流值76表示為逆變器50或整流器30的標稱輸出電流額定值的百分比。此外，在實踐中，降額的輸出電流值76小於或等於電力變換系統10的最大輸出電流額定值。在以下的圖7的實施方式中，直接向整流開關控制器62提供降額的輸出電流值76，該降額的輸出電流值76可以表示整流器30的標稱DC輸出電流額定值的百分比。
[0024]仍參照圖2，示出了用於操作電力變換系統的方法100，方法100可以應用於圖1的電機驅動器10或以下圖7的有源前端變換器10或任何其他電力變換系統中。儘管以下以一系列動作或事件來說明和描述方法100，但應當理解本公開內容的各個方法並不限於這樣的動作或事件的所示順序。關於這一點，除非下文特別提供，一些動作或事件可以以不同順序發生，和/或與除了在此根據本公開內容說明和描述的動作或事件之外的其他動作或事件同時發生。還應注意，並不需要所示出的所有步驟來實施根據本公開內容的過程和方法，並且可以對一個或更多個這樣的動作進行組合。本公開內容的所示的方法100和其他方法可以實施為硬體、處理器執行的軟體或其組合(諸如在此描述的示例性控制器60)，並且可以體現為存儲在有形非暫態計算機可讀介質(諸如在一個示例中為與控制器60操作上關聯的存儲器)中的計算機可執行指令的形式。
[0025]如圖2的102所示，驅動器10或其整流器30可以以正常的100%輸出電流額定值來操作。在104處，確定整流器30是否以升壓模式操作。如果不是以升壓模式操作(在104處為「否」)，則在102處繼續以正常輸出電流額定值來操作驅動器10。如果整流器處於升壓模式(在104處為「是」)，則控制器60根據線間AC輸入電壓值(例如根據反饋信號或值79)以及根據來自升壓控制部件64的DC母線電壓升壓量64a (在圖中被表示為Λ Vdc)來確定降額的輸出電流值(以上圖1中的76)。在某些實施方式中，按照DC伏特來表示電壓升壓量，儘管並不嚴格要求如此。例如，如果標稱DC電壓(例如，接近峰值線間AC輸入電壓值)為直流560V，則用於提供直流680V的DC母線電壓的升壓模式操作將表示直流120V的母線電壓升壓量(AVdc=120V DC)。可以採用使用DC母線電壓升壓量的其他合適的表示方案，DC母線電壓升壓量某種意義上表示對DC母線電壓Vdc的升壓模式操作的效果。
[0026]可以以多種方式執行降額的輸出電流值76的確定。在一個可能的實施方式中，圖2中的方法100提供了查找表(例如圖1中的查找表72 )的使用，其中，從與線間AC輸入電壓值相對應的查找表72中獲得降額的輸出電流值76。例如，如圖2的106可示，這可以通過對與AC輸入電壓電平相對應的查找表72編索引來完成，以確定與DC電壓升壓量64a Δ Vdc相關聯的驅動器輸出電流降額值76。在另一個可能的實施方式(如圖2中的虛線所示)中，可以在107處求解與AC輸入電壓電平相對應的降額方程，以根據DC電壓升壓量Λ Vdc64a確定驅動器或整流器的輸出電流降額值76。然後，在108處，根據降額的輸出電流值76來操作驅動輸出逆變器50，並且驅動輸出逆變器50向整流開關控制器62提供DC電流命令值，以根據降額值76操作整流器30。例如，電機驅動器10及其逆變器50可以接收表示期望的負載驅動條件的一個或更多個設置值，例如給定扭矩、速度、位置等。特定實施方式中的逆變控制器66使用輸出電流降額值76作為提供給電機負載4的輸出電流的最大限值。因此，逆變器50將提供使得不超過降額值76的輸出(包括期望的DC電流命令值IDC)，從而確保濾波電感器L不受熱應力。然後，處理100返回以在104處再次確定整流器是否以如上所述的升壓模式繼續操作，並且處理以如上所述的方式繼續。
[0027]還參照圖3和圖4，圖3示出了曲線圖200，曲線圖200描述額定電流的百分比相對於400V AC線間輸入電壓電平的DC電壓升壓量的曲線76，而圖4示出了與圖3中的曲線202相對應的示例性查找表72。在該示例中的，是從多個這樣的表72中選擇圖4中的表，其中每個表72與特定的AC輸入電壓值相關聯。由圖3可以看出，當DC母線電壓為高於正常值的114V時，驅動器或整流器的電流額定值為100%(例如，降額的輸出電流值76等於作為整體的電力變換器10或其整流器30的最大輸出電流額定值)。在這種情況下，曲線76表示在濾波電感器L不受熱應力的情況下的最大穩態負載條件，從而將DC母線電壓升壓114V將使得濾波電感器L避免過熱。然而，當DC母線電壓升壓量64a增加至160V和184V時，降額的輸出電流值76分別下降至約93%和85%。因此，以這些電平控制逆變器50，從而整流器30提供不超過該輸出電流的降額量的量，使得濾波電感器L在合適的熱範圍內繼續操作。在特定實施方式中，可以使用方程74 (圖1)(例如多項式函數)來評估任意給定DC母線電壓升壓量的降額曲線76。
[0028]此外，圖3中的曲線76和圖4中的對應查找表72與特定的線間AC輸入電壓值相對應，其中可以提供一個或更多個這樣的參數函數74和/或查找表72。因此，例如，圖1中的降額系統70可以被配置成基於系統10中呈現的線間AC輸入電壓(例如根據輸入電壓反饋信號或值79)來選擇合適(例如最接近)的函數74和查找表72，並且使用該函數或查找表根據AC輸入線電壓值和DC母線電壓升壓量64a來確定降額的輸出電流值76。此外，如圖4所示，特定實施方式可以採用各個AC輸入電壓電平(例如380V、390V、400V等)的不同的查找表72。同樣地，降額系統70可以採用多個降額方程74中的一個，每個降額方程74對應於不同的AC輸入電壓電平，其中降額系統70根據反饋79選擇最接近或最合適的方程74。在一個可能的實施方式中，控制器60的降額系統70被配置成動態接收輸入電壓反饋信號或值79並選擇用於確定降額的輸出電流值76的最接近的查找表72。類似地，降額系統70可以基於AC輸入值79從多個降額方程74中進行選擇。
[0029]此外，當使用所選擇的查找表72時，控制器60的降額系統70可以利用降額的輸出電流值確定進行插值。由圖4可以看出，例如，控制器60可以在查找表72的與電力系統10中呈現的DC母線電壓升壓量以上和以下的DC母線電壓升壓量64a相對應的降額的輸出電流值76之間進行插值，以導出用於操作逆變器50從而驅動整流器30的降額的輸出電流值76。例如，如果圖4的示例中的DC母線電壓升壓量64a為直流175V(A Vdc=175)，則控制器60可以利用與實際電壓升壓以上和以下的DC母線電壓升壓量(例如直流170V和直流180V)相對應的對應降額的輸出電流值(例如91%或87%)使用任何合適的插值技術(例如線性插值或其他)來導出或計算通過插值的值76 (例如在該示例中為89%)。
[0030]在特定實施方式中，可以選擇查找表72的值和降額方程74的參數，使得所述值和參數與電力變換器10的最大穩態負載操作條件相對應,針對最大穩態負載操作條件,輸入濾波電感器(例如L)被設計成不過熱。可以通過任何合適的裝置獲得該關聯，例如，通過經驗測試導出電感器芯的溫度為額定值(或在其可接受範圍內)的多個不同的DC母線電壓升壓值64a的輸出電流降額值76，以及構建多個AC輸入電壓值中的每個電壓值的對應表72。同樣地，可以使用經驗數據基於曲線擬合或其他合適的數學技術來導出方程74(例如，線性或多項式等)。
[0031]圖7示出了另一示例性的電力變換系統，在這種情況下，如上所述有源前端變換器10具有開關整流器30和對應的整流開關控制器62。然而，在該示例中，整流器30提供DC輸出以驅動外部DC負載50。在這種情況下，有源前端輸出降額部件70直接向整流開關控制器62提供降額的輸出電流值76。在操作中，整流控制器62提供升壓模式的開關控制信號62a以向負載50提供高於峰值線間AC輸入電壓值的升壓後的或增加的DC輸出電壓，並且還控制提供給負載50的DC輸出負載電流Iujad使得不超過降額的輸出電流值76。因此，從圖7可以看出，除了整流器30在由逆變器負載使用的DC母線電路40兩端提供升壓的DC電壓的上述電機驅動應用之外，本公開內容的構思有利地便於具有在針對任意數量類型的DC負載50 (例如電容器組充電、燃料電池、太陽能電池等)的多種應用中的降額的整流器輸出電流限制的AFE升壓模式操作。
[0032]本發明還可以如下配置:
[0033](I) 一種用於操作電力變換系統的方法，所述方法包括:
[0034]在升壓模式下操作所述電力變換系統的整流器，以提供比峰值線間AC輸入電壓值高的DC母線電壓；
[0035]根據所述線間AC輸入電壓值以及根據DC母線電壓升壓量確定降額的輸出電流值，所述降額的輸出電流值小於或等於所述整流器的最大輸出電流額定值；以及
[0036]根據所述降額的輸出電流值操作所述整流器。
[0037](2)根據(I)所述的方法，其中，所述確定降額的輸出電流值包括:
[0038]從與所述線間AC輸入電壓值相對應的查找表中獲得與所述DC母線電壓升壓量相對應的降額的輸出電流值。
[0039](3)根據(I)所述的方法，其中，所述確定降額的輸出電流值包括:
[0040]選擇性地對所述查找表中的、與在所述電力變換系統中呈現的所述DC母線電壓升壓量以上和以下的DC母線電壓升壓量相對應的兩個降額的輸出電流值進行插值，以導出所述降額的輸出電流值。
[0041](4)根據(2)所述的方法，其中，所述確定降額的輸出電流值包括:
[0042]選擇多個查找表中的、與所述線間AC輸入電壓值相對應的給定的一個查找表；
[0043]從所述多個查找表中的所述給定的一個查找表中獲得與所述DC母線電壓升壓量相對應的降額的輸出電流值。
[0044](5)根據(4)所述的方法，其中，所述確定降額的輸出電流值包括:
[0045]選擇性地對所述多個查找表中的所述給定的一個查找表中的與在所述電力變換系統中呈現的所述DC母線電壓升壓量以上和以下的DC母線電壓升壓量相對應的兩個降額的輸出電流值進行插值，以導出所述降額的輸出電流值。
[0046](6)根據(2)所述的方法，其中，所述查找表中的對應的降額的輸出電流值和所述DC母線電壓升壓量與輸入濾波電感器被設計成不過熱的所述電力變換系統的最大穩態負載操作條件相對應。
[0047](7)根據(I)所述的方法，其中，所述確定降額的輸出電流值包括:
[0048]根據所述DC母線電壓升壓量求解至少一個降額方程。
[0049](8)根據(7)所述的方法，其中，所述確定降額的輸出電流值包括:
[0050]選擇多個降額方程中的與所述線間AC輸入電壓值相對應的給定的一個降額方程；以及
[0051]根據所述DC母線電壓升壓量求解所述多個降額方程中的所述給定的一個降額方程。
[0052](9) 一種非暫態計算機可讀介質，其具有用於操作電力變換系統的計算機可執行指令，所述計算機可讀介質包括用於執行以下操作的計算機可執行指令:
[0053]在升壓模式下操作所述電力變換系統的整流器，以提供高於峰值線間AC輸入電壓值的DC母線電壓；
[0054]根據所述線間AC輸入電壓值以及根據DC母線電壓升壓量確定降額的輸出電流值，所述降額的輸出電流值小於或等於所述整流器的最大輸出電流額定值；以及
[0055]根據所述降額的輸出電流值操作所述整流器。
[0056](10)根據(9)所述的計算機可讀介質，其中，用於確定所述降額的輸出電流值的所述計算機可執行指令包括用於執行以下操作的計算機可執行指令:
[0057]從與所述線間AC輸入電壓值相對應的查找表中獲得與所述DC母線電壓升壓量相對應的降額的輸出電流值。
[0058](11)根據(10)所述的計算機可讀介質，其中，用於確定所述降額的輸出電流值的所述計算機可執行指令包括用於執行以下操作的計算機可執行指令:
[0059]選擇性地對所述查找表中的與在所述電力變換系統中呈現的所述DC母線電壓升壓量以上和以下的DC母線電壓升壓量相對應的兩個降額的輸出電流值進行插值，以導出所述降額的輸出電流值。
[0060](12)根據(10)所述的計算機可讀介質，包括至少一個查找表，所述至少一個查找表包括多個降額的輸出電流值以及對應的DC母線電壓升壓量。
[0061](13)根據(10)所述的計算機可讀介質，其中，用於確定所述降額的輸出電流值的所述計算機可執行指令包括用於執行以下操作的計算機可執行指令:
[0062]根據所述DC母線電壓升壓量求解至少一個降額方程。
[0063](14) 一種電力變換系統，包括:
[0064]包括至少一個電感器的濾波電路；
[0065]有源整流器，其包括多個整流開關器件，所述有源整流器被耦接用於通過所述濾波電路接收來自外部電源的AC輸入電力並在DC母線上提供DC母線電壓；
[0066]控制器，其向所述整流開關器件提供整流控制信號，從而在升壓模式下選擇性地操作所述整流器，以提供高於峰值線間AC輸入電壓值的DC母線電壓，所述控制器被操作用於根據所述線間AC輸入電壓值及根據DC母線電壓升壓量來確定降額的輸出電流值，以及根據所述降額的輸出電流值選擇性操作所述整流器。
[0067](15)根據(14)所述的電力變換系統，其中，所述控制器被操作用於從與所述線間AC輸入電壓值相對應的查找表中獲得與所述DC母線電壓升壓量相對應的所述降額的輸出電流值。
[0068](16)根據(15)所述的電力變換系統，其中，所述控制器被操作用於選擇性地對所述查找表中的與在所述電力變換系統中呈現的所述DC母線電壓升壓量以上和以下的DC母線電壓升壓量相對應的兩個降額的輸出電流值進行插值，以導出所述降額的輸出電流值。
[0069](17)根據(15)所述的電力變換系統，其中，所述控制器被操作用於選擇多個查找表中的與所述線間AC輸入電壓值相對應的給定的一個查找表，並且從所述多個查找表中的所述給定的一個查找表中獲得與所述DC母線電壓升壓量相對應的降額的輸出電流值。
[0070](18)根據(17)所述的電力變換系統，其中，所述控制器被操作用於選擇性地對所述多個查找表中的所述給定的一個查找表中的與在所述電力變換系統中呈現的所述DC母線電壓升壓量以上和以下的DC母線電壓升壓量相對應的兩個降額的輸出電流值進行插值，以導出所述降額的輸出電流值。
[0071](19)根據(14)所述的電力變換系統，其中，所述控制器被操作用於通過根據所述DC母線電壓升壓量求解至少一個降額方程，來確定所述降額的輸出電流值。
[0072](20)根據(14)所述的電力變換系統，其中，所述降額的輸出電流值和對應的DC母線電壓升壓量與至少一個電感器被設計成不過熱的所述電力變換系統的最大穩態負載操作條件相對應。
[0073]根據本公開內容的其他方面，提供了一種非暫態計算機可讀介質(例如計算機存儲器、電力變換器控制系統(例如，控制器100)內的存儲器、CD-ROM、軟盤、閃速驅動器、資料庫、伺服器、計算機等)，其包括用於執行上述方法的計算機可執行指令。以上示例僅說明本公開內容的各個方面的若干可能實施方式，其中本領域的其他技術人員在閱讀和理解本說明書與附圖時將想到等效替換和/或修改。特別是關於由上述部件(組件、器件、系統、電路等)執行的各種功能，除非另有說明，否則用於描述這樣的部件的術語(包括「裝置」的引用)旨在對應於用於執行所描述部件的指定功能(即，功能上等效)的任何部件，如硬體、處理器執行的軟體或其組合，即使其在結構上不等同於執行本公開內容的所示實現的功能的所公開結構也如此。另外，儘管可能僅關於若干實現中的一個公開了本公開內容的特定特徵，但如針對任何給定或特定應用可以期望的且有利的，這樣的特徵可以與其他實現的一個或更多個其它特徵組合。另外，就在詳細描述和/或權利要求中使用的術語「包含」、「包括」、「具有」、「含有」、「帶有」或其變體來說，這樣的術語意在以類似於術語「包括」的方式表示包含。
[0074]部件列表
[0075]

【權利要求】
1.一種用於操作電力變換系統(10)的方法(100)，所述方法包括: 在升壓模式下操作所述電力變換系統(10)的整流器(30)以提供額外升壓，從而生成比峰值線間AC輸入電壓值高的DC母線電壓(Vdc)； 根據所述線間AC輸入電壓值以及根據DC母線電壓升壓量(Λ Vdc)確定降額的輸出電流值(76)，所述降額的輸出電流值(76)小於或等於所述整流器(30)的最大輸出電流額定值；以及 根據所述降額的輸出電流值操作所述整流器(30 )。
2.根據權利要求1所述的方法(100)，其中，所述確定降額的輸出電流值(76)包括: 從與所述線間AC輸入電壓值相對應的查找表(72)中獲得與所述DC母線電壓升壓量(AVdc)相對應的降額的輸出電流值(76 )。
3.根據權利要求1所述的方法(100)，其中，所述確定降額的輸出電流值(76)包括: 選擇性地對所述查找表(72)中的、與在所述電力變換系統(10)中呈現的所述DC母線電壓升壓量以上和以下的DC母線電壓升壓量(Λ Vdc)相對應的兩個降額的輸出電流值進行插值，以導出所述降額的輸出電流值(76 )。
4.根據權利要求2所述的方法(100)，其中，所述查找表(72)中的對應的降額的輸出電流值(76)和所述DC母線電壓升壓量(Λ Vdc)與輸入濾波電感器(LI~L6)被設計成不過熱的所述電力變換系統(10)的最大穩態負載操作條件相對應。
5.根據權利要求1所述的方法(100)，其中，所述確定降額的輸出電流值(76)包括: 根據所述DC母線電壓升壓量(Λ Vdc)求解至少一個降額方程(74)。
6.一種非暫態計算機可讀介質，其具有用於操作電力變換系統(10)的計算機可執行指令，所述計算機可讀介質包括用於執行以下操作的計算機可執行指令: 在升壓模式下操作所述電力變換系統(10)的整流器(30)，以提供高於峰值線間AC輸入電壓值的DC母線電壓(Vdc)； 根據所述線間AC輸入電壓值以及根據DC母線電壓升壓量(Λ Vdc)確定降額的輸出電流值(76)，所述降額的輸出電流值(76)小於或等於所述整流器(30)的最大輸出電流額定值；以及 根據所述降額的輸出電流值操作所述整流器(30 )。
7.一種電力變換系統(10)，包括: 包括至少一個電感器(L)的濾波電路(20)； 有源整流器(30 )，其包括多個整流開關器件(SI~S6 )，所述有源整流器(30 )被耦接用於通過所述濾波電路(20 )接收來自外部電源(2 )的AC輸入電力並在DC母線(40 )上提供DC母線電壓(Vdc)； 控制器(60)，其向所述整流開關器件(SI~S6)提供整流控制信號(62a)，從而在升壓模式下選擇性地操作所述整流器(30)，以提供高於峰值線間AC輸入電壓值的DC母線電壓(Vdc),所述控制器(60)被操作用於根據所述線間AC輸入電壓值以及根據DC母線電壓升壓量(AVdc)來確定降額的輸出電流值(76)，以及根據所述降額的輸出電流值(76)選擇性操作所述整流器(30)。
8.根據權利要求7所述的電力變換系統(10)，其中，所述控制器(60)被操作用於從與所述線間AC輸入電壓值相對應的查找表(72 )中獲得與所述DC母線電壓升壓量(Λ Vdc )相對應的所述降額的輸出電流值(76 )。
9.根據權利要求7所述的電力變換系統(10)，其中，所述控制器(60)被操作用於通過根據所述DC母線電壓升壓量(Λ Vdc)求解至少一個降額方程(74)，來確定所述降額的輸出電流值(76)。
10.根據權利要求7所述的電力變換系統(10)，其中，所述降額的輸出電流值(76)和對應的DC母線電壓升壓量(Λ Vdc)與至少一個電感器(L)被設計成不過熱的所述電力變換系統(10)的最大穩態負 載操作條件相對應。
【文檔編號】H02M1/32GK104052306SQ201410098926
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2013年3月15日
【發明者】約格什·帕特爾, 韋立祥 申請人:洛克威爾自動控制技術股份有限公司