具有共模電壓降低的功率轉換器的製作方法

2023-08-12 09:43:46

專利名稱：具有共模電壓降低的功率轉換器的製作方法
技術領域：
本公開涉及功率轉換系統和交流-交流矩陣轉換器。
背景技術：
電機驅動器以及其他功率轉換系統進行操作以將電功率從一種形式轉換為另一種形式，並且可以被利用在多種應用中，諸如使用從單相或多相AC(交流)輸入源轉換的功率來為電動機提供功率。這樣的功率轉換器典型地使用將輸入AC功率轉換為中間DC (直流)的無源或有源整流器以及隨後將中間DC轉換為AC輸出功率的有源逆變器級來構建，以驅動電機、電網或其他負載。矩陣轉換器提供AC-AC轉換，典型地不具有內部DC存儲元件。矩陣轉換器或整流器/逆變器級通常包括通過各種形式的脈衝寬度調製(PWM)來激勵的開關，其中在整流器和逆變器中使用的PWM開關狀態可以根據特定消諧(SHE或SHEPWM)或者空間向量調製(SVM或SVPWM)或其他PWM技術來構建。電流源轉換器(CSC)類型驅動器使用整流器來提供中間DC鏈路電路中的受控DC電流，受控DC電流隨後由逆變器轉換為提供給負載的驅動電流，其中鏈路電路包括一個或多個電感，諸如鏈路扼流器。電壓源轉換器(VSC)調節跨越中間電路中的電容的DC電壓，並且電壓源逆變器(VSI)通過轉換中間DC總線電壓來生成輸出波形。在共模電壓驅動器配置中，有源整流器的開關根據SHE方案進行脈衝寬度調製，並且逆變器級在輸出頻率高時由SHEPWM控制，而SVPWM可以用於低逆變器輸出頻率。控制由轉換系統部件以及由電機驅動器和其他功率轉換器中的負載所經歷(see)的共模電壓和電流的量經常是重要的。例如，電機易於受到由電機引線上出現過量的共模電壓引起的損壞或性能劣化的影響。在電壓源轉換器中，負載輸出處的共模電壓與經調節的DC鏈路電壓相關，並且因此已發展了仔細選擇VSI逆變器開關樣式以降低輸出共模電壓的共模電壓控制技術。於2007年I月16日年授予Kerkman等人並受讓於本申請的受讓人的美國專利第7，164，254號公開了共模電壓降低技術，其中修改開關序列以避免使用零向量，以便降低電機中的共模電壓。該專利的整體內容通過引用合併於此。於2006年9月12日年授予Yin等人並受讓於本申請的受讓人的美國專利第7，106，025號公開了用於消除算法中的死時間影響以降低整流器/逆變器變頻驅動器(VFD)中的三相功率轉換器件產生的共模電壓的技術，該專利的整體內容通過引用合併於此。於2004年11月16日年授予Kerkman等人並受讓於本申請的受讓人的美國專利第6，819，070號公開了用於控制AC電機驅動器中的反射電壓的逆變器開關控制技術，該專利的整體內容通過引用合併於此。於2007年4月25日年授予Thunes等人並受讓於本申請的受讓人的美國專利第7，034，501號公開了用於減緩AC電機驅動器中的反射波的柵極脈衝時間間隔調整技術，該專利的整體內容通過引用合併於此。、
然而，電流源轉換器不具有帶有固定電壓的DC鏈路，並且用於電壓源轉換器的共模控制技術通常對於解決電流源轉換器中的共模電壓不是有效的。相反，傳統的電流源轉換器共模電壓控制典型地通過添加隔離變壓器和/或包括連接到輸出電機引腳的共模電容器的共模輸出濾波器電路來實現。對於脈衝寬度調製技術，對於逆變器側的控制，SVPWM通常比SHEPWM更簡單和更容易。然而，較之SHEPWM，空間向量調製典型地在鏈路扼流器上生成更大的共模電壓。結果，鏈路扼流器典型地被設計用於高飽和水平，其中在逆變器使用SVPWM的情況下扼流器可以比使用SHE的情況大20至30%。這增加了鏈路扼流器的成本、尺寸和重量。因此，繼續需要控制或降低功率轉換系統中的共模電流和電壓以允許鏈路扼流器和其他系統部件更好地最優化。

發明內容
現概述本公開的各種方面以便利本公開的基本理解，其中該概述並非本公開的廣泛綜述，並且既非確認本公開的特定元件，也非描繪本公開的範圍。相反，該概述的主要目的在於在下文呈現的更詳細的描述之前以簡化的形式呈現本公開的一些概念。本公開提供了基於SVPWM零向量選擇的共模降低技術的方法和設備，用於降低功率轉換器的SVPWM的飽和水平，同時便利降低共模扼流器的成本或者不會因使用SVPWM致使扼流器的尺寸過大。這些技術可以利用在CSC和/或VSC類型的轉換器中，並且可以用在電機驅動器或其他形式的功率轉換器中。在某些實施例中，使用零向量選擇以嘗試抵消所計算的或所估計的有效向量共模貢獻。在其他情況下，零向量被選擇用於抵消測量的共模電壓或電流。而且，可以進行零向量選擇以抵消多個轉換器級(例如，整流器和逆變器)的組合共模貢獻，並且這些技術還可以用在矩陣轉換器中。而且，在所呈現的共模降低技術中，通過使用正在運轉或者再生的逆變器的狀態來選擇SVM零向量，在沒有大量的共模計算的情況下進行零向量選擇。根據本公開的一個或多個方面，公開了一種功率轉換系統，其具有整流器和逆變器級，整流器和逆變器級通過中間DC電路耦合併且由開關控制系統操作，在各種實施例中該開關控制系統可以是CSC或VSC類型的系統。整流器和逆變器中的一個通過SVPWM進行操作，開關控制系統至少部分地基於相應的轉換器級的空間向量調製中使用的有效向量的共模貢獻來選擇多個零向量中的一個用於空間向量調製。在某些實施例中，選擇零向量使得零向量共模貢獻趨向於抵消相應的轉換器級的空間向量中使用的有效向量的共模貢獻。而且，在某些實施例中，至少部分地基於與當前SVM參考向量對應的停留時間、有效向量和AC電壓來確定有效向量共模貢獻，並且選擇零向量使得相應的零向量共模貢獻的極性與有效向量共模貢獻的極性相反。在某些實施例中，至少部分地根據第二轉換器的共模貢獻選擇第一轉換器的空間向量調製的零向量。在某些實施例中，第一轉換器的開關控制系統確定第一轉換器的有效向量共模貢獻，確定第二轉換器的共模貢獻，並且確定這些共模貢獻的組合共模貢獻。開關控制系統隨後選擇關於第一轉換器的空間向量調製的零向量使得相應的零向量共模貢獻的極性與組合共模貢獻的極性相反。而且，在一些實施例中，整流器和逆變器均通過SVPWM進行操作。開關控制系統確定逆變器和整流器的有效向量共模貢獻，並且選擇關於整流器的和關於逆變器的零向量以至少部分地抵消各轉換器的有效向量共模貢獻。根據本公開的另外的方面，提供了一種CSC或VSC功率轉換系統，其包括整流器和逆變器級以及中間DC電路。開關控制系統利用至少部分地基於測量的共模電流選擇的零向量通過SVPWM對一個轉換器進行操作。在某些實施例中，選擇零向量使得相應的零向量共模貢獻趨向於抵消測量的共模電流。在某些實施例中，整流器和逆變器均通過SVPWM進行操作，並且開關控制系統選擇 關於整流器和逆變器的零向量以至少部分地抵消測量的共模電流。根據本公開的其他方面，提供了一種功率轉換系統，其具有通過中間DC電路耦合的整流器和逆變器，並且在某些實施例中可以是電流源轉換器。開關控制系統提供經空間向量調製的控制信號以操作逆變器，並且至少部分地基於逆變器正在運轉還是再生來選擇SVM零向量。在某些實施例中，對於運轉操作，選擇短接或繞開並非在當前的SVM有效向量的僅一個中使用的逆變器相的零向量，並且如果逆變器正在再生，則選擇短接在兩個有效向量中均使用的逆變器相的零向量。根據本公開的另外的方面提供了 AC-AC矩陣轉換器，其包括多相AC輸入和多相AC輸出以及耦合在它們之間的開關網絡。該轉換器包括開關控制系統，其使用SVPWM操作開關網絡並且至少部分地基於測量的或者估計的共模電流或電壓來選擇SVM零向量。在某些實施例中，開關控制系統選擇SVM零向量使得相應的零向量共模貢獻趨向於抵消操作開關網絡使用的有效向量的共模貢獻。


下面的描述和附圖詳細地闡述了本公開的某些說明性實施方式，它們指示了可以實施本公開的各種原理的若干示例性方式。然而，所說明的示例並非無遺漏地說明了本公開的許多可能的實施例。當結合附圖考慮時，將在下面的詳細描述中闡述本公開的其他目的、優點和新型特徵，在附圖中圖I是示出了根據本公開的一個或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變頻電機驅動器功率轉換系統的示意圖；圖2是示出了電流源轉換器的示例性空間向量調製(SVM)圖的示意圖，其包括六個扇區和旋轉參考向量，外圍的角限定了有效開關向量並且中心限定了在本公開的各種共模降低脈衝寬度調製方案中使用的多個零向量；圖3是示出了通過SVM零向量選擇來降低共模電壓或電流時的圖I的開關控制系統的示例性操作和方法的流程圖；圖4是示出了用於通過基於有效向量共模極性的SVM零向量選擇來降低共模電壓或電流的另一示例性方法和開關控制系統操作的流程圖；圖5是示出了用於根據測量的共模電流的極性的SVM零向量選擇來降低共模的另一示例性方法和開關控制系統操作的流程圖；圖6是示出了利用根據逆變器SVM有效向量和測量的或計算的整流器共模的組合共模貢獻而選擇的逆變器零向量的又一示例性方法和開關控制系統操作的流程圖；圖7是示出了利用針對整流器和逆變器兩者的SVPWM操作選擇的用於抵消這兩個轉換器的有效向量共模貢獻的零向量的又一示例性方法和開關控制系統操作的流程圖8是示出了利用基於逆變器正在運轉還是再生的逆變器零向量選擇的另一示例性方法和開關控制系統操作的流程圖；圖9A和9B是示出了示意性SVM圖的示意圖，其分別示出了基於運轉或再生的逆變器模式的基於扇區的零向量選擇；圖10是示出了具有至少一個共模降低零向量選擇部件的示例性VSC類型的變頻電機驅動器功率轉換系統的示意圖；以及圖11是示出了根據 本公開的某些方面的具有共模降低零向量選擇部件的示例性矩陣功率轉換器的示意圖。
具體實施例方式現在參考這些附圖，以下結合這些附圖來描述若干實施例或實施方式，其中相同的附圖標記用於在各處指代相同元件，並且其中各種特徵不一定按比例繪出。所公開的示例提供了在電機驅動器類型功率轉換系統的環境中示出的共模電壓和/或電流控制或降低技術以及設備，但是其中可以以任何形式的電功率轉換器來利用這些技術的其他實施例也是有可能的。在這些實施例中使用智能空間向量調製PWM開關控制來有利地控制轉換系統的一個或多個功率轉換器級的操作，同時通過選擇用於在轉換器開關器件的空間向量調製控制中使用的零向量來解決共模問題。這些技術可以與電流源轉換器(CSC)和/或電壓源轉換器(VSC)類型系統中的任一或兩者相結合併且可以與矩陣轉換器架構相結合來使用，用於任何共模降低或者控制目標，例如，用來便於降低系統的共模扼流器以及其他部件(諸如濾波電感器)的尺寸、重量和成本等。這些技術的一些示例包括選擇SVM零向量以便抵消所計算或估計的有效向量共模貢獻和/或抵消所測量的共模電壓或電流。分離地或者相組合地，可以進行零向量選擇以抵消多個轉換器級(例如整流器和逆變器)的組合共模貢獻，並且公開了如下的其他實施例，其中根據逆變器運轉或者再生狀態來選擇零向量而不需要計算共模電流或電壓估值。圖I示出了示例性系統100，其中可以利用多種這些共模降低零向量選擇技術。該系統包括驅動電機負載120的電流源轉換器(CSC)類型電機驅動器110 (功率轉換系統)。系統100包括向驅動器110提供輸入功率的示例性三相AC電壓源111，並且驅動器110轉換輸入功率以驅動耦合到轉換器輸出114的電機負載120。驅動器110是電流源轉換器(CSC)類型的，其中輸入112連接到AC電源111。儘管這些示例被示為具有三相輸入112，但是其他實施例可以提供單相AC輸入或者可以包括適於接收三個或更多個輸入相的多相輸入。圖I中的CSC驅動器110在輸出端子114處提供了變頻變幅單相或多相AC輸出功率，以驅動在所示出的示例中具有三相繞組的AC電機負載120。其他實施例中的輸出114可以提供單相AC輸出或者可以具有任何數目的相，並且可以為電機之外的負載(諸如例如風能系統中的電網)提供功率。所示出的電機驅動器110包括輸入電路112中的輸入濾波電容器Ci以及輸出濾波電路113中的輸出濾波電容器Cm兩者。輸入濾波電容器Ci耦合在相應輸入相線A、B和C以及輸入零節點(N1)之間。輸出電容器Cm分別耦合在相應輸出相線U、V和W以及輸出零節點「ο」 (Ntj)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或兩者。輸入和輸出零節點隊、乂在某些實施例中可以浮置，或者零點隊、乂之一或兩者可以耦合到輸入電源的接地或者耦合到另一接地。在所示出的實施例中，零點隊、K通過感測阻抗Rcm彼此耦合而不參考任何系統接地，以用於測量共模電流i 和/或共模電壓之一或兩者、或者驅動器110的以下其他感測操作條件，可以根據這些感測操作條件由反饋系統118的部件計算、估計或者以其他方式確定共模電流和/或共模電壓。驅動器110包括經由輸入112從源111接收AC輸入功率的整流器110a、以及中間DC電路150，中間DC電路150帶有DC鏈路扼流器，DC鏈路扼流器具有耦合在整流器IlOa和輸出逆變器IlOb之間的上繞組WA和下繞組WB。在某些實施例中，DC鏈路可以是簡單的DC鏈路電感器或者如所示示例中那樣在上下Dc電流路徑的每個中都具有繞組的共模扼流器。所示出的驅動器110提供了在每個輸入相中包括電感器Li以及在輸入線A、B和C與輸入零節點S(N1)之間耦合輸入濾波電容器Ci的輸入濾波。整流器IlOa是通過中間DC電路150來與電流源逆變器(CSI) I IOb耦合的電流源整流器(CSR)，並且一個或多個隔離部件(例如未示出的變壓器)可以可選地被包括在驅動器110中。輸出114經由線U、V和W向電機負載120提供AC電輸出功率，並且包括具有耦合在負載120和輸出零節點ο (N0)之間的輸出電容器Cm的濾波電路113。整流器IlOa是具有耦合在輸入112和DC電路150之間的開關器件SI至S6的有源開關類型電流源整流器(CSR)，並根據由開關控制系統140的整流器控制部件144a提供的多個整流器開關控制信號142a來操作。在操作中，AC輸入功率由整流器開關SI至S6來開關，以創建中間電路150中的中間DC鏈路電流Idc。示例性逆變器IlOb是包括耦合在DC電路150和輸出114的相線1￥和1之間的開關器件57至512的電流源逆變器(CSI)。逆變器開關S7至S12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，用來選擇性地轉換來自DC電路150的DC功率以提供用來驅動電機負載120的AC輸出功率。在中間DC (鏈路)電路150中，DC鏈路扼流器或電感器連結整流器IIOa和逆變器IlOb的開關，並且提供其之間的前向和返回電流路徑。鏈路扼流器的第一繞組WA耦合在前向或正DC路徑中，並且具有連接到上整流器開關SI至S3的第一末端Pl以及與上逆變器開關S7至S9耦合的第二末端P2。第二(下)繞組WB耦合在負或者返回DC路徑中，並且具有耦合到下整流器開關S4至S6的第一末端NI以及耦合到下逆變器開關SlO至S12的第二末端N2。整流器和逆變器開關器件SI至S12可以是以開環或閉環方式根據任何適當類型或形式的開關方案(諸如相控制、脈衝寬度調製等)來控制的任何適當的可控電開關類型的(例如具有反向阻斷能力的SGCT、IGCT, GT0、晶閘管、IGBT等)。在某些實施例中，逆變器IlOb的開關器件S7至S12是包括但不限於SGCT、IGBT或GTO的受迫換流器件，並且整流器IlOa的開關器件SI至S6可以是受迫換流器件(諸如以上提到的受迫換流器件)以及線換流器件(諸如晶閘管)。就此而言，晶閘管器件可以以受迫換流器件的形式用於逆變器開關器件S7至S12，其中額外電路附加到器件觸發電路以觸發電路換流。儘管例如可以利用具有便於協調操作整流器IlOa和逆變器IlOb的互聯和信息共享的獨立的開關控制系統，但是整流器IlOa和逆變器IlOb在可以包括一個或多個處理器和相關聯的存儲器以及I/O電路的開關控制系統140的控制下操作，I/O電路包括用於生成用來選擇性地激勵開關器件SI至S12的開關控制信號142的驅動器電路。這些實施例、中的開關控制系統140包括提供逆變器開關控制信號142b的逆變器控制部件144b，逆變器開關控制信號142b使得逆變器IlOb選擇性地轉換來自中間DC電路150的DC電流，以根據一個或多個設定點141 (諸如所想要的電機速度、扭矩等)向AC輸出114提供AC電功率。開關控制系統140及其部件144可以實現為任何適當的硬體、處理器執行的軟體、處理器執行的固件、可編程邏輯電路或其組合，可操作地用作以下任何適當的控制器或調節器，通過該控制器或調節器，根據一個或多個想要的曲線(profile)或設定點141，無論信號和/或數字值，以閉環或開環方式或者其組合來控制電機120。此外，在操作中，控制器140的整流器控制部件144a提供整流器開關控制信號142a，整流器開關控制信號142使得整流器I IOa轉換AC電輸入功率以向DC電路150提供經調節的DC電流Idc。通過這樣做，整流器控制器144a可以利用一個或多個反饋信號或值118a(諸如來自整流器IlOa的、代表實際DC鏈路電流Idc和/或DC鏈路電壓的經測量的DC電流值)。來自整流器IlOa的DC鏈路電流Idc提供用於由逆變器IlOb進行的轉換的輸入電流，其中示例性逆變器控制器144b可以向整流器控制器144a提供想要的DC鏈路電流信號或值作為調節設定點。以這種方式，整流器IlOa提供逆變器IlOb所需的DC電流，並且整流器控制器144a也可以實現諸如功率因數校正的其他控制功能，同時逆變器控制器144b根據一個或多個設定點值或信號141來執行驅動器110的必要電機控制操作。驅動器110也包括反饋系統118，反饋系統118包括一個或多個感測元件，可操作地用於提供表示輸入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處的電條件的一個或多個反饋信號和/或值。開關控制系統140可以被提供有一個或多個設定點或者想要的值141以及來自反饋系統118的一個或多個反饋信號或值118a，由此在正常的電機驅動操作中實現了一個或多個閉環電機驅動控制目標。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118a、經測量的輸入值(例如線電壓、零點電壓、電流等)以及其他信息、數據等，這可以是諸如電信號、數字數據等的任何適當形式的，並且這可以從任何適當的源(諸如與系統100相關聯的一個或多個傳感器、外部網絡、開關、用戶接口或者其他適當的源)接收。反饋電路118從整流器110a、DC電路150和逆變器IlOb中的至少一個向控制器140提供反饋信號或值，並且可以通過合適的轉速計或其他傳感器來提供經測量的電機速度值、以及/或者以下感測值，可以由控制器140根據該感側值來確定電機速度、扭矩、電流和/或電壓等。就此而言，甚至對於不具有直接電機速度測量傳感器的系統，也可以由控制器140通過適當的電機模型，基於反饋信號來內部地生成無傳感器電機速度反饋值。同樣參考圖2至9B，為了克服共模問題，開關控制系統140包括一個或多個零向量選擇部件144c，其可以分別實現為整流器控制器144a和/或逆變器控制器144b中任一或兩者的一部分，並且其可以是集成的。圖2至9B示出了示例性處理，通過該處理，開關控制系統140使用以能夠便於控制或者降低系統110中的共模電流和/或電壓的方式選擇的、具有零向量的空間向量調製，生成用於逆變器IlOb的經脈衝寬度調製的開關控制信號 142b和/或用於整流器IIOa的PWM信號142a。儘管以下以一系列動作或事件的形式示出並描述了圖2至9B的方法，但是要認識到，本公開的各種方法或處理不限於這些動作或事件的所示出的順序。就此而言，除了如以下所特別提供的，在本文按照本公開所描述和示出的之外，一些動作或事件可以以不同順序發生和/或與其他動作或事件同時地發生。還要注意，可能不是所有示出的步驟都是實現根據本公開的處理或方法所需的，並且可以組合一個或多個這樣的動作。所示出的方法和本公開的其他方法可以以硬體、處理器執行的軟體或者其結合來實現，以便提供本文所想要的共模降低脈衝寬度調製控制功能性，並且所示出的方法和本公開的其他方法可以被利用在任何包括但不限於以上示出的驅動器110的功率轉換系統，其中本公開不限於本文所示出和描述的具體應用和實施例。同樣參考圖2，開關控制系統140根據用於空間向量調製圖200的每個扇區的開關序列的集合，使用空間向量調製來生成用於逆變器IlOb的經脈衝寬度調製的開關控制信號142b，或者對SVPWM的使用可以是針對某些逆變器輸出頻率的，例如通過用於高輸出頻率的特定消諧(SHE)PWM以及用於低頻率的SVPWM。在轉換器110包括有源整流器IlOa的情況下，可以專門地使用SHEPWM ，或者可以通過經由部件144c的智能零向量選擇、經由SVPWM來控制整流器開關。以下在用於控制逆變器開關S7至S12的逆變器SVPWM的環境下描述了示例性零向量選擇技術，但是這些概念可應用於對整流器開關SI至S6的SVPWM控制。圖2示出了用於具有繞圖200外圍以逆時針方向(CCW)放置的六個靜止有效空間向量I1至16、以及位於圖的原點處的三個靜止零向量I7至I9的逆變器操作的示例性空間向量調製圖200，其中有效向量和零向量I1至I9代表用於逆變器開關網絡S7至S12的唯一開關狀態。SVM圖200還限定了繞原點放置的六個三角扇區(圖2中標記為扇區I至扇區6)，每個扇區由有效向量I1至I6中的兩個有效向量以及位於相應三角扇區的角落處的零向量I7至I9的唯一集合來限定。為了操作逆變器110b，開關控制系統140根據所選擇的與參考(例如命令)向量i-當前所位於的圖扇區對應的開關序列來提供開關控制信號142b，其中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以及/或根據設置點信息141來確定該序列和相應停留時間。基於參考向量位置，根據針對序列中的每個向量確定的向量和停留時間，通過脈衝寬度調製來提供逆變器開關控制信號142b。如圖2中所見，本文使用的示例性SVM轉換提供了表格I中的有效向量和零向量的以下集合，其中，「I」表示用於給定輸出相(U、v或W)的上逆變器開關是「通」(導通)的而用於該相的下開關是「斷」(非導通)的，「-I」表示上開關是斷的而下開關是通的，並且「 O 」表示給定相的兩個開關都是斷的。表格I
11(1,-1,0) S7, S11 ON
12(1,0,-1) S7, S12 ON
13(0,1,-1) S8, S12 ON
14(-1,1, 0) S10, S8 ON
15(-1,0,1) S10, S12 0N
16(0,-1,1) S11, S9 ON
17(U, 0, 0) S7, S10 0N
18(0, V, 0) S8, S11 ON ig (0, 0, W) S9, S12 0N因而，對於有效向量I1，相U的上開關S7是通的而下開關SlO是斷的，並且相V的下開關Sll是通的而相應的上開關S8是斷的，並且相W的兩個開關S9和S12都是斷的。對於示例性有效向量i2，相U的上開關S7是通的而下開關SlO是斷的，相V的兩個開關S8和Sll都是斷的，而相W的上開關S9是斷的且下開關S12是通的。針對SVM圖的原點處的零向量I7至I9，標識「U」表示用於逆變器相U的上開關S7和下開關SlO都是通的，以便短接或繞過用於CSI逆變器IlOb的該輸出相。類似地，「V」表示兩個開關S8和Sll都是通的，並且「W」表示兩個開關S9和S12都是通的。為了實現參考向量命令Irand，任何給定扇區處的SVPWM可以使用零向量I7至I9中的任一個來實現相同的電機控制(逆變器輸出控制)性能。本發明人認識到，這些零向量I7至I9當中的智能選擇可以用來克服共模問題的不利效果，並且在某些應用中可以利用(leverage)該控制能力來避免圖I的CSC驅動器示例110中的DC鏈路電路150的共模扼流器的尺寸不得不過大。對於這些技術的各種應用中的其他轉換器部件，可以實現類似的設計優勢。圖3示出了用於逆變器控制器144b的一個實施例的示例性操作處理300，其在某 些實施例中可以應用於整流器控制。在310處開始新的逆變器PWM時段，並且在320處沿著與參考向量當前所在的扇區(例如「扇區I」)相對應的有效向量的對(例如圖2的示例中的I1和i2)來確定參考向量位置(例如圖2中的i d)。也提供空間向量圖200中的參考向量角度和幅度，用於在320處確定相應有效向量停留時間(例如在該示例中的Cl1和d2)以及零向量停留時間(例如屯)。因而將脈衝寬度調製確定為c^+c^+c^iu,·其中選定所選擇的零向量用於共模降低。在330處，開關控制系統140確定SVPWM控制的轉換器級(例如逆變器IlOb)的有效向量共模貢獻。可以利用任何適當的技術用於330處的確定，例如使用經測量、感測、推導或估計的系統操作參數。在一個示例中，為了克服共模電流Im，控制器140對如圖2中所示的當前所選定的有效向量^和「有貢獻的共模電流貢獻。這可以通過根據以下式(I)由關於一個PWM開關周期的這兩個差模(有效)向量來計算附加到DC共模扼流器的共模電壓Vcml來進行mmi = dx(Vu + K)/2 + d2(Vu + 匕)/2,其中屯和七是關於與第一和第二有效向量^和「相關聯的電流參考向量的有效向量停留時間，並且其中\、Vv和Vw是經由反饋系統118測量的相應的相電壓。由零向量附加到DC共模扼流器的共模電壓壓力(stress)Vcm2在以下式(2)給出的範圍內(2) d0 · min (Vu, Vv, Vw) < Vcm2 < d0 · max (Vu, Vv, Vw)，其中Cltl是關於零向量的停留時間。因而作為以下式(3)中的和給出了附加到關於逆變器的扼流器的總共模電壓VMi。(3) Vcmi = Vcml+Vcm2.中間電路150中的DC鏈路扼流器的共模電流可以被計算為Vem = Lem*di /dt，並因此iem = / V *dt/Lem，其中Lcm是DC鏈路電感器的共模電感，Vem是施加在共模扼流器上的共模電壓並且Vm = Vcmr-Vcmi0因此，如果Vm的積分為低，則共模扼流器的共模電流將為低。在圖3的處理中的340處，開關控制系統140至少部分地根據有效向量I1和i2的共模貢獻Vranl選擇用於逆變器空間向量調製的零向量17、18或19。在一個實施例中，系統140選擇多個零向量17、18、19中的以下一個零向量，其中對於該零向量，相應零向量共模貢獻Vcm2傾向於在下一開關周期中抵消用於逆變器IlOb的有效向量共模貢獻Vranl。某些實施例中的系統140利用經由反饋系統118和上述式(2)測量出的、推導出的或所估計的輸出相電壓(例如，線到線、或者線到零點等等)以在330處推斷零向量貢獻Vem2並在340處進行選擇，從而完全地或部分地抵消有效向量共模貢獻VMl。在這點上，發明人已經理解到藉助該零向量選擇技術通過調整Vm2而完全地或至少部分地消除Vranl以在給定周期中降低總的共模電壓積分(/ VCffl*dt)可以有利地降低系統110中的共模電流。然後，利用所選的零向量17、I8或I9在圖3中的350處生成SV PWM信號142b。圖4示出了用於基於有效向量共模極性通過SVM零向量選擇來降低共模電壓或電流的另一示例性處理400方法和開關控制系統操作。在410處，SVPWM時段開始，並且在420處至少部分地基於設定點值141和/或反饋值118a確定參考向量位置、有效向量和停留時間。在430處，系統140確定有效向量共模貢獻(例如，Vcml)，並且在432處確定有效向量貢獻Veml為正還是為負。開關控制系統140然後基於有效向量貢獻極性來選擇多個零向量17、18、I9中的一個零向量。具體地，系統140選擇相應零向量共模貢獻Vm2的極性與有效向量共模貢獻Vcml的極性相反的零向量。因此，如果Vranl為正(在432處為是)，則系統140在440a處選擇生成負的零向量共模貢獻Vem2的零向量17、I8或I9 (例如，利用測量到的輸出電壓和上述式⑵以確定預期的零向量貢獻Vem2)。相反地，如果Veml為負(在432處為否)，則在440b處選擇生成正的零向量共模貢獻Vem2的零向量17、18或I9。然後在450處使用所選擇的零向量17、I8或I9來生成逆變器SVPWM信號142b。圖5示出了用於開關控制系統的另一處理500，其中，根據測量到的共模電流1 的極性來選擇零向量。在510處開始SVPWM時段，並且在520處確定參考向量位置、有效向量和停留時間。在530處經由反饋系統118來測量共模電流(例如，通過測量跨越圖I中的電阻器Rcm的電壓而直接測量共模電流，或者根據測量到的其他系統參數來推導)，並且系統140至少部分地根據測量到的共模電流來選擇零向量17、18、I9中的用於逆變器空間向量調製的一個零向量。在一種可能的實施方式中，在532處確定共模電流極性，並且系統140在540處根據該極性來選擇該零向量(例如，利用測量到的輸出電壓和上述式(2)以確定預期的零向量貢獻V 2)。具體地，如果電流為正(在532處為是)，則開關控制系統140在540a處選擇以下零向量，對於該零向量，所確定的零向量貢獻Vem2 (例如，式(2))降低共模電流L，否則(對於測量到的負L，在532處為否)在540b處選擇以下零向量，對於該零向量，貢獻Vm2增大共模電流iM。然後在550處使用所選的零向量17、I8或I9來生成逆變器SVPWM信號。圖6中示出了可由另一開關控制系統操作的處理600，其中，根據逆變器SVM有效向量和測量到的或計算出的整流器共模的組合共模貢獻來選擇逆變器零向量。在610處開始用於逆變器110的一個新PWM時段，並且系統140在620處確定逆變器參考向量位置、有效向量和停留時間。在630處(例如，利用上面的式(I))確定有效向量共模貢獻(例如，Vcffll)，並且在632處測量或計算整流器IlOa的共模貢獻V —_tm 。如果基於測量到的輸入電壓和整流器參考向量以及停留時間通過SVPWM控制整流器，則可以使用任意適當技術在632處確定Vm ，例如利用使用類似於上面的式⑴和⑵的式子。利用該信息，開關控制系統140至少部分地基於逆變器有效向量共模貢獻(例如，Vcffll)和整流器共模貢獻VaiIJ^tifiCT來 選擇逆變器零向量I8或Ig。在圖6所不的一種可能的實施方式中，系統140在634處確定組合的共模貢獻Veml+Vem reetifie,並確定該組合貢獻的極性。在640處，系統140選擇以下逆變器零向量17、I8或I9，對於所選的逆變器零向量，相應的零向量共模貢獻Vcm2的極性與組合的共模貢獻νΜ +νΜ—_tifiOT的極性相反。例如，如果_tifiCT為正(在634處為是)，則系統140在640a處選擇Vem2為負的逆變器零向量17、18或I9，否則(對於負的Veml+V reetifier在634處為否)在640b處選擇Vem2為正的零向量17、I8或19。還可以在整流器IlOa的SVM控制中單獨地或與用於逆變器IlOb的空間向量調製控制的類似控制相結合地使用上面結合圖3-6描述的技術。 此外參照圖7，示出了處理700，其中，選擇用於整流器I IOa和逆變器I IOb這兩者的SVPWM操作的零向量以抵消這兩個轉換器的有效向量共模貢獻。對於以下情況這是有用的，在該情況中，整流器IlOa和逆變器IlOb這兩者都是經開關控制系統140進行空間向量調製的。在710處，(例如，用上面的式(I))開關控制系統140確定逆變器IlOb的有效向量共模貢獻Veml invertOT並在720處(例如，用上面的式(I))確定整流器IlOa的有效向量共模貢獻Veml _tifiCT。在740處，系統140選擇零向量(例如，用於逆變器IlOb的17、I8或I9以及用於整流器IlOa的零向量)以至少部分地抵消逆變器IlOb和整流器IlOa的有效向量共模貢獻Vaill-invertOT、Vcml rectifierO可以通過任意適當方法來進行上述選擇,如對有效向量貢獻(Veml—inverter+Veml reetmJ求和並選擇用於逆變器IlOb和整流器IlOa的零向量以嘗試使經組合的有效向量共模貢獻偏移，如上所述，這可以基於上述貢獻的極性來進行。然後，在750處使用所選擇的零向量17、I8或I9來生成逆變器SVPWM信號142b。現在參照圖8、9A和9B，在圖8中示出了另一示例性處理800，處理800用於基於逆變器是處於運轉還是處於再生而利用逆變器零向量選擇來對開關控制系統140進行操作，並且圖9A和9B中的SVM圖900a和900b分別示出了根據這些運轉或再生逆變器模式的基於扇區的零向量選擇。該方法在計算上是有利的，這是由於無需進行複雜的共模貢獻計算，而相反基於空間向量圖900中的電流參考向量扇區的屬性來進行零向量選擇。儘管該方法可以降低共模電流，但是該方法可能無法使共模電流最小化。而且，該技術可以在用於有源逆變器IlOb的SVPWM控制的任意形式的轉換器(例如，CSC或VSC驅動器110)中使用，甚至在使用無源整流器IlOa時也這樣。在圖8中的810處開始逆變器PWM控制時段，並且在820處確定逆變器參考向量位置、有效向量和停留時間。系統140在830處確定逆變器IlOb當前正在將功率提供至輸出負載120 (運轉模式)、還是逆變器IlOb當前正在相反地將功率從負載(例如，電網)提供至DC中間電路150 (再生模式)。在840，系統140然後至少部分地根據逆變器IlOb處於運轉還是處於再生來選擇逆變器零向量17、I8或19。在某些實施例中，如果逆變器IlOb正處於運轉(在830處為是)，則開關控制系統140在840a處選擇零向量17、I8或I9以短接在820處確定的當前有效向量中的僅一個有效向量中未使用的逆變器相。這也在圖9A的SVM圖900a中被示出，其中參考向量扇區位置決定了用於運轉操作的零向量選擇。例如，如果參考向量i-處於以有效向量I1和i2為邊界的第一扇區(扇區I)，則系統140在840a處選擇零向量i8或向量i9，這是由於零向量i8將相V短接(開關S8和Sll都接通)並且相V被有效向量I1啟動而不是被i2啟動。因此，短接以下逆變器支路(inverter leg)，該逆變器支路不將其輸出連接到任一處於有效開關向量中的DC節點。類似地可以在840a處選擇零向量i9，這是由於該零向量將相W短接，該相W被有效向量i2啟動而不是被有效向量I1啟動。在圖9A的圖900a中示出了用於運轉操作的類似選擇，這在下表2中加以總結表2
泰者向量扇區零向量(運轉模式)扇區I丨8或i9扇區2丨7或is
扇區 3i7 或 i9扇區4i8或i9扇區5丨7或is扇區6i7或i9參照圖9B，如果相反地，逆變器IlOb正處於再生(在830處為否)，則系統140在840b處選擇零向量17、18或19用於逆變器SVPWM以短接在兩個當前有效向量中使用的逆變器相。例如，如果參考向量i-處於扇區1，則由於該零向量將相U短接並且有效向量^和i2兩者都使用相U而在840b處選擇零向量i7。以該方式，短接以下逆變器支路，該逆變器路在有源開關狀態期間連接到處於兩個有效向量中的DC節點。在下表3中總結用於再生模式的零向量選擇。表3
參者向量扇區零向量(再生模式)扇區Ii7
扇區2i9扇區 3i8 扇區4X1
扇區5i9
扇區6i8然後在850處使用所選擇的零向量17、18或I9來生成逆變器SVPWM信號142b。該技術還可以用於有源整流器IlOa的SVPWM控制，並且可以被單獨使用或者與上述的共模降低零向量選擇技術中的一種或多種技術結合使用。圖10示出了具有至少一個共模降低零向量選擇部件144c的示例性VSC型可變頻率電機驅動功率轉換系統110，在共模降低零向量選擇部件144c中，可以採用上面的零向量選擇技術中的一種或多種技術來克服共模電壓和電流。該示例中的轉換器110用於驅動電機負載120。儘管圖10示出了具有有源整流器IlOa的電壓源轉換器110，但是利用無源整流器IlOa的其他實施例也是可能的。圖10的系統100包括輸入104，輸入104與將輸入功率提供至驅動器110的三相AC電壓源111耦合，驅動器110利用與轉換器輸出114耦合的相關聯的電感Lm來對輸入功率進行轉換以提供電機電壓從而驅動具有相繞組的電機負載120。驅動器110可以包括與AC電源111連接的輸入濾波器112以及輸出濾波器113，輸出濾波器113包括線路電感(line inductance)L。圖10中的驅動器110在輸出端子114處提供可變頻率、可變幅度的單相或多相AC輸出功率以驅動AC電機負載120，在所示出的 示例中，AC電機負載120具有三相繞組。其他實施例中的輸出114可以有任意數目個相，並且可以給負載提供功率而非給電機提供功率，比如風能系統中的電網。電機驅動器110可以包括輸入電路112中的輸入濾波電容器以及輸出濾波電路113中的輸出濾波電容器。驅動器110包括經由輸入112從電源111接收AC輸入功率的整流器IlOa以及中間DC電路150，中間DC電路150具有電容器C，電容器C(單個電容器或多個電容器)連接在上DC分支和下DC分支之間。整流器IlOa與逆變器IlOb通過中間DC電路150耦合在一起，可選地可以在驅動器110中包括一個或多個隔離部件(例如，變壓器，未示出)。提供了開關控制系統140，如上面結合圖I描述的，開關控制系統140包括整流器控制器144a和逆變器控制器144b，它們兩者或之一可以包括共模降低零向量選擇部件144c，共模降低零向量選擇部件144c用於實施用於相應的轉換器級IlOaUlOb的SVPWM操作的上述零向量選擇技術。圖11示出了根據本公開的其他方面的由具有共模降低零向量選擇部件144c的開關控制系統140操作的具有開關矩陣1102的示例性矩陣功率轉換器1100。系統1100包括多相AC輸入104，多相AC輸入104具有多個用於接收來自電源111的多相AC電輸入功率的AC輸入端子，並且系統1100可以包括輸入濾波電路112 (在該示例中為電容器)，輸入濾波電路112與輸入線A、B和C耦合併提供經由共模電阻Rcm耦合到輸出零點的輸入零點。系統1100還具有多相AC輸出114，多相AC輸出114具有多個用於將多相AC電輸出功率提供至例如負載120(例如，電機、磨機等)的AC輸出端子。在示出的三相示例中，開關網絡1102包括形成多個支路電路IK^1UlOZ2和11023的多個開關器件。根據來自控制器140的相應開關控制信號來操作矩陣開關器件，其中每個支路電路1102^1(^和11023與相應的AC輸入端子A、B、C連接並與相應的AC輸出端子U、V、W連接，其中每個支路電路1102^11(^和11023包括在相應的AC輸入端子和相應的AC輸出端子之間耦合的至少一個開關器件。開關控制系統140提供SVPWM開關控制信號142以使得開關網絡1102選擇性地轉換來自多相AC輸入104的AC電輸入功率，以基於一個或多個設定點信號或值141將多相AC電輸出功率提供至多相AC輸出114。在操作中，開關控制系統140至少部分地根據測量到的或所估計的共模電流或電壓(例如，i )選擇用於開關網絡1102的空間向量調製的多個零向量(例如，對於該矩陣配置，等同於17、18、19)中的一個零向量。在一個實施例中，系統140選擇以下零向量，對於該零向量，相應的零向量共模貢獻傾向於抵消切換網絡1102的空間向量調製中所使用的有效向量的共模貢獻。根據本公開的其他方面，提供了非瞬時計算機可讀介質，如具有用於執行上述處理的計算機可執行指令的計算機存儲器、功率轉換器控制系統(例如，上面的開關控制系統140)內的存儲器、CD-ROM、軟盤、快閃記憶體驅動器、資料庫、伺服器、計算機等等。上述示例僅示出了本公開的各種方面的幾個可能的實施例，其中，本領域技術人員在閱讀並理解了本說明書和附圖時將想到等同替換和/或修改。尤其就上述部件(組件、器件、系統、電路等等)所執行的各種功能而言，除非以其他方式明確表明，否則用於描述這種部件的術語(包括對於「裝置」的引用)旨在與執行所描述部件的特定功能的任意部件(如硬體、處理器執行的軟體、或其組合)對應(即，在功能上等同)，即使在結構上與本公開的所示實施方式中的執行該功能的所公開結構不等同時也這樣。此外，儘管已參照多種實施方式中的僅一種實施方式公開了 本公開文件的特定特徵，但是如可能想要的和對任意給定或特定應用有利的那樣，這樣的特徵可以與其他實施方式的一個或多個其他特徵相結合。此外，就詳細描述和/或權利要求中使用的術語「包含(include, including) 」、「具有(having, has) 」、「帶有(with) 」或其變體來說,這樣的術語與術語「包括(comprising)」的方式類似，都旨在為包含性的。根據上述描述可知，本公開的技術方案包括但不限於下列方案I. 一種功率轉換系統，包括整流器，包括具有用於接收交流電輸入功率的多個交流輸入節點的交流輸入、具有第一直流輸出節點和第二直流輸出節點的直流輸出以及包括多個整流器開關器件的整流器開關網絡，所述整流器開關器件分別地耦合在一個所述交流輸入節點與所述第一直流輸出節點和所述第二直流輸出節點中的一個之間，所述整流器開關器件能夠分別地操作以根據相應的整流器開關控制信號選擇性地使交流輸入節點與相應的直流輸出節點耦合；中間直流電路，其包括至少一個電感或電容以及與所述整流器的第一直流輸出節點和第二直流輸出節點耦合的第一直流電流路徑和第二直流電流路徑；逆變器，包括具有用於向負載提供功率的多個交流輸出節點的交流輸出，以及包括多個逆變器開關器件的逆變器開關網絡，所述逆變器開關器件分別地耦合在所述中間直流電路的一個直流電流路徑和一個所述交流輸出節點之間，所述逆變器開關器件能夠分別地操作以根據相應的逆變器開關控制信號選擇性地使相應的直流電流路徑與相應的交流輸出節點電耦合；以及開關控制系統，包括整流器控制部件和逆變器控制部件，所述整流器控制部件能夠操作用於提供所述整流器開關控制信號以使所述整流器對交流電輸入功率進行轉換，用來向中間直流電路提供經調節的直流功率，並且所述逆變器控制部件能夠操作用於提供所述逆變器開關控制信號以使所述逆變器根據至少一個設定點信號或值選擇性地對來自所述中間直流電路的直流電流進行轉換，用來向所述交流輸出提供交流電功率，所述整流器控制部件和所述逆變器控制部件中的第一個能夠操作用於至少部分地根據所述整流器和所述逆變器中的相應的第一個的空間向量調製中使用有效向量的共模貢獻，選擇用於所述整流器和所述逆變器中的第一個的空間向量調製的多個零向量中的一個。方案2.根據方案I所述的功率轉換系統，其中所述整流器控制部件和所述逆變器控制部件中的第一個能夠操作用於選擇用於所述整流器和所述逆變器中的第一個的空間向量調製的多個零向量中的一個，使得相應的零向量共模貢獻趨向於抵消所述整流器和所述逆變器中的第一個的空間向量調製中使用有效向量的共模貢獻。方案3.根據方案2所述的功率轉換系統，其中所述整流器控制部件和所述逆變器控制部件中的第一個能夠操作用於至少部分地根據所述整流器和所述逆變器中的第一個的交流電壓，以及與用於控制所述整流器和所述逆變器中的第一個的當前空間向量調製參考向量對應的有效向量和有效向量停留時間，確定有效向量共模貢獻；確定所述有效向量共模貢獻的極性；以及選擇用於所述整流器和所述逆變器中的第一個的空間向量調製的多個零向量中的一個，使得相應的零向量共模貢獻的極性與所述有效向量共模貢獻的極性相反。方案4.根據方案I所述的功率轉換系統，其中所述整流器控制部件和所述逆變器控制部件中的第一個能夠操作用於至少部分地根據所述整流器和所述逆變器中的第二個的共模貢獻，選擇用於所述整流器和所述逆變器中的相應的第一個的空間向量調製的多個零向量中的一個。方案5.根據方案4所述的功率轉換系統，其中所述整流器控制部件和所述逆變器控制部件中的第一個能夠操作用於
確定所述整流器和所述逆變器中的第一個的有效向量共模貢獻；確定所述整流器和所述逆變器中的第二個的共模貢獻；至少部分地根據所述整流器和所述逆變器中的第一個的有效向量共模貢獻以及所述整流器和所述逆變器中的第二個的共模貢獻，確定組合共模貢獻；確定所述組合共模貢獻的極性；以及選擇用於所述整流器和所述逆變器中的第一個的空間向量調製的多個零向量中的一個，使得相應的零向量共模貢獻的極性與所述組合共模貢獻的極性相反。方案6.根據方案4所述的功率轉換系統其中所述整流器控制部件向整流器提供經空間向量脈衝寬度調製的整流器開關控制信號；其中所述逆變器控制部件向逆變器提供經空間向量脈衝寬度調製的逆變器開關控制信號；以及其中所述開關控制系統能夠操作用於確定所述逆變器的有效向量共模貢獻，確定所述整流器的有效向量共模貢獻，以及選擇用於所述整流器和所述逆變器的空間向量調製的零向量以至少部分地抵消所述整流器和所述逆變器的有效向量共模貢獻。方案7.根據方案I所述的功率轉換系統，其中所述整流器控制部件和所述逆變器控制部件中的第一個是所述逆變器控制部件，其中所述整流器控制部件和所述逆變器控制部件中的第二個是所述整流器控制部件，其中所述整流器和所述逆變器中的第一個是所述逆變器，以及其中所述整流器和所述逆變器中的第二個是所述整流器。方案8.根據方案I所述的功率轉換系統，其中所述功率轉換系統是電流源轉換器並且所述中間直流電路包括至少一個電感。方案9.根據方案I所述的功率轉換系統，其中所述功率轉換系統是電壓源轉換器並且所述中間直流電路包括至少一個電容。方案10. —種功率轉換系統，包括整流器，包括具有用於接收交流電輸入功率的多個交流輸入節點的交流輸入、具有第一直流輸出節點和第二直流輸出節點的直流輸出以及包括多個整流器開關器件的整流器開關網絡，所述整流器開關器件分別地耦合在一個所述交流輸入節點與所述第一直流輸出節點和所述第二直流輸出節點中的一個之間，所述整流器開關器件能夠分別地操作以根據相應的整流器開關控制信號選擇性地使交流輸入節點與相應的直流輸出節點耦合；中間直流電路，其包括至少一個電感或電容以及與所述整流器的第一直流輸出節點和第二直流輸出節點耦合的第一直流電流路徑和第二直流電流路徑；逆變器，包括具有用於向負載提供功率的多個交流輸出節點的交流輸出，以及包括多個逆變器開關器件的逆變器開關網絡，所述逆變器開關器件分別地耦合在所述中間直流電路的一個直流電流路徑和一個所述交流輸出節點之間，所述逆變器開關器件能夠分別地操作以根據相應的逆變器開關控制信號選擇性地使相應的直流電流路徑與相應的交流輸出節點電耦合；以及開關控制系統，包括整流器控制部件和逆變器控制部件，所述整流器控制部件能夠操作用於提供所述整流器開關控制信號以使所述整流器對交流電輸入功率進行轉換，用來向中間直流電路提供經調節的直流功率，並且所述逆變器控制部件能夠操作用於提供所述逆變器開關控制信號以使所述逆變器根據至少一個設定點信號或值選擇性地對來自所述中間直流電路的直流電流進行轉換，用來向所述交流輸出提供交流電功率，所述整流器控制部件和所述逆變器控制部件中的第一個能夠操作用於至少部分地根據測量的共模電流，選擇用於所述整流器和所述逆變器中的相應的第一個的空間向量調製的多個零向量中的一個。方案11.根據方案10所述的功率轉換系統，其中所述整流器控制部件和所述逆變器控制部件中的第一個能夠操作用於選擇用於所述整流器和所述逆變器中的第一個的空間向量調製的多個零向量中的一個，使得相應的零向量共模貢獻趨向於抵消所述測量的共模電流。方案12.根據方案10所述的功率轉換系統其中所述整流器控制部件向整流器提供經空間向量脈衝寬度調製的整流器開關控制信號；其中所述逆變器控制部件向逆變器提供經空間向量脈衝寬度調製的逆變器開關控制信號；以及其中所述開關控制系統能夠操作用來選擇用於所述整流器和所述逆變器的空間向量調製的零向量以至少部分地抵消所述測量的共模電流。方案13.根據方案10所述的功率轉換系統，其中所述整流器控制部件和所述逆變器控制部件中的第一個是所述逆變器控制部件，其中所述整流器控制部件和所述逆變器控制部件中的第二個是所述整流器控制部件，其中所述整流器和所述逆變器中的第一個是所述逆變器，以及其中所述整流器和所述逆變器中的第二個是所述整流器。方案14.根據方案10所述的功率轉換系統，其中所述功率轉換系統是電流源轉換器並且所述中間直流電路包括至少一個電感。方案15.根據方案10所述的功率轉換系統，其中所述功率轉換系統是電壓源轉換器並且所述中間直流電路包括至少一個電容。方案16. —種功率轉換系統,包括整流器，包括具有用於接收交流電輸入功率的多個交流輸入節點的交流輸入、具有第一直流輸出節點和第二直流輸出節點的直流輸出以及多個整流器器件，所述整流器器件分別地耦合在一個所述交流輸入節點與所述第一直流輸出節點和所述第二直流輸出節 點中的一個之間以對所述交流電輸入功率進行轉換，用來向所述直流輸出節點提供直流電輸出功率；
中間直流電路，其包括至少一個電感或電容以及與所述整流器的第一直流輸出節點和第二直流輸出節點耦合的第一直流電流路徑和第二直流電流路徑；逆變器，包括具有用於向負載提供功率的多個交流輸出節點的交流輸出，以及包括多個逆變器開關器件的逆變器開關網絡，所述逆變器開關器件分別地耦合在所述中間直流電路的一個直流電流路徑和一個所述交流輸出節點之間，所述逆變器開關器件能夠分別地操作以根據相應的逆變器開關控制信號選擇性地使相應的直流電流路徑與相應的交流輸出節點電耦合；以及開關控制系統，包括逆變器控制部件，所述逆變器控制部件能夠操作用於提供所述逆變器開關控制信號以使所述逆變器根據至少一個設定點信號或值選擇性地對來自所述中間直流電路的直流電流進行轉換，用來向所述交流輸出提供交流電功率，所述逆變器控制部件能夠操作用於至少部分地根據所述逆變器正在運轉還是再生，選擇用於所述逆變器的空間向量調製的多個零向量中的一個。方案17.根據方案16所述的功率轉換系統其中所述逆變器控制部件能夠操作用於在所述逆變器正在運轉時，選擇用於所述逆變器的空間向量調製的多個零向量中的一個，以短接並非在與用於控制所述逆變器的當前的空間向量調製參考向量對應的有效向量中的僅一個中使用的逆變器相；以及其中所述逆變器控制部件能夠操作用於在所述逆變器正在再生時，選擇用於所述逆變器的空間向量調製的多個零向量中的一個，以短接與用於控制所述逆變器的當前的空間向量調製參考向量對應的兩個有效向量中均使用的逆變器相。方案18.根據方案16所述的功率轉換系統，其中所述功率轉換系統是電流源轉換器並且所述中間直流電路包括至少一個電感。方案19. 一種交流-交流矩陣轉換器，包括多相交流輸入，包括用於接收多相交流電輸入功率的多個交流輸入端子；多相交流輸出，具有用於提供多相交流電輸出功率的多個交流輸出端子；開關網絡，包括形成多個支路電路的多個開關器件，所述開關器件分別地與相應的交流輸入端子相關聯，所述開關器件能夠根據開關控制信號進行操作，每個支路電路連接到相應的交流輸入端子和相應的交流輸出端子，並且每個支路電路包括耦合在相應的交流輸入端子和相應的交流輸出端子之間的至少一個開關器件；以及開關控制系統，能夠操作用於提供經空間向量脈衝寬度調製的開關控制信號以使所述開關網絡根據至少一個設定點信號或值選擇性地對來自所述多相交流輸入的所述交流電輸入功率進行轉換，用來向所述多相交流輸出提供所述多相交流電輸出功率，所述開關控制系統能夠操作用於至少部分地根據測量的或估計的共模電流或電壓，選擇用於所述開關網絡的空間向量調製的多個零向量中的一個。方案20.根據方案19的交流-交流矩陣轉換器，其中所述開關控制系統能夠操作用來選擇用於所述開關網絡的空間向量調製的多個零向量中的一個，使得相應的零向量共模貢獻趨向於抵消所述開關網絡的空間向量調製中使用的有效向量的共模貢獻。附圖標記列表100 系統 104多相AC輸入
110電機驅動器1100矩陣功率轉換器1102開關矩陣1102^11022 和 11023 支路電路IlOa 整流器IlOb 逆變器111三相AC電壓源112輸入濾波電路113輸出濾波電路114轉換器輸出118反饋電路120 負載141設定點142開關控制信號142a整流器開關控制信號142b逆變器開關控制信號144a整流器控制器144b逆變器控制器144c共模降低零向量選擇部件 150DC中間電路200空間向量圖900空間向量圖S1-S12開關器件
權利要求
1.一種功率轉換系統(110)，包括 整流器(110a)，包括具有用於接收交流電輸入功率的多個交流輸入節點的交流輸入(112)、具有第一直流輸出節點和第二直流輸出節點的直流輸出以及包括多個整流器開關器件(S1-S6)的整流器開關網絡，所述整流器開關器件(S1-S6)分別地耦合在一個所述交流輸入節點與所述第一直流輸出節點和所述第二直流輸出節點中的一個之間，所述整流器開關器件(S1-S6)能夠分別地操作以根據相應的整流器開關控制信號(142a)選擇性地使交流輸入節點與相應的直流輸出節點耦合； 中間直流電路(150)，其包括至少一個電感或電容以及與所述整流器(IlOa)的第一直流輸出節點和第二直流輸出節點耦合的第一直流電流路徑和第二直流電流路徑； 逆變器(110b)，包括具有用於向負載(120)提供功率的多個交流輸出節點的交流輸出(114)，以及包括多個逆變器開關器件(S7-S12)的逆變器開關網絡，所述逆變器開關器件(S7-S12)分別地耦合在所述中間直流電路(150)的一個直流電流路徑和一個所述交流輸出節點之間，所述逆變器開關器件(S7-S12)能夠分別地操作以根據相應的逆變器開關控制信號(142b)選擇性地使相應的直流電流路徑與相應的交流輸出節點電耦合；以及 開關控制系統(140)，包括整流器控制部件(144a)和逆變器控制部件(144b)，所述整流器控制部件(144a)能夠操作用於提供所述整流器開關控制信號(142a)以使所述整流器(IlOa)對交流電輸入功率進行轉換，用來向中間直流電路(150)提供經調節的直流功率，並且所述逆變器控制部件(144b)能夠操作用於提供所述逆變器開關控制信號(142b)以使所述逆變器(IlOb)根據至少一個設定點信號或值(141)選擇性地對來自所述中間直流電路(150)的直流電流進行轉換，用來向所述交流輸出(114)提供交流電功率，所述整流器控制部件(144a)和所述逆變器控制部件(144b)中的第一個能夠操作用於至少部分地根據所述整流器(IlOa)和所述逆變器(IlOb)中的相應的第一個的空間向量調製中使用有效向量的共模貢獻，選擇用於所述整流器(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)中的一個。
2.根據權利要求I所述的功率轉換系統(110)，其中所述整流器控制部件(144a)和所述逆變器控制部件(144b)中的第一個能夠操作用於選擇用於所述整流器(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)中的一個，使得相應的零向量共模貢獻趨向於抵消所述整流器(IlOa)和所述逆變器(IlOb)中的第一個的空間向量調製中使用有效向量的共模貢獻；以及 其中所述整流器控制部件(144a)和所述逆變器控制部件(144b)中的第一個能夠操作用於 至少部分地根據所述整流器(IlOa)和所述逆變器(IlOb)中的第一個的交流電壓，以及與用於控制所述整流器(IlOa)和所述逆變器(IlOb)中的第一個的當前空間向量調製參考向量(icmd)對應的有效向量(ip i2)和有效向量停留時間(d)，確定有效向量共模貢獻(Vcffll); 確定所述有效向量共模貢獻(Vcml)的極性；以及 選擇用於所述整流器(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、I9)中的一個，使得相應的零向量共模貢獻(Vcm2)的極性與所述有效向量共模貢獻(Vranl)的極性相反。
3.根據權利要求I所述的功率轉換系統(110)，其中所述整流器控制部件(144a)和所述逆變器控制部件(144b)中的第一個能夠操作用於至少部分地根據所述整流器(IlOa)和所述逆變器(IlOb)中的第二個的共模貢獻(VcveetmJ,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、19)中的一個。
4.根據權利要求3所述的功率轉換系統(110)，其中所述整流器控制部件(144a)和所述逆變器控制部件(144b)中的第一個能夠操作用於 確定所述整流器(IlOa)和所述逆變器(IlOb)中的第一個的有效向量共模貢獻(Vcffll);確定所述整流器(IlOa)和所述逆變器(IlOb)中的第二個的共模貢獻(VcveetmJ ；至少部分地根據所述整流器(IlOa)和所述逆變器(IlOb)中的第一個的有效向量共模貢獻(Veml)以及所述整流器(IlOa)和所述逆變器(IlOb)中的第二個的共模貢獻(Vemrectifier )，確定組合共模貢獻(V-+V cm—rectifier)確定所述組合共模貢獻(V^+V —ratifiOT)的極性；以及 選擇用於所述整流器(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、I9)中的一個，使得相應的零向量共模貢獻(Vcm2)的極性與所述組合共模貢南人(Vcml+Vcm—rectifier)的極性相反。
5.根據權利要求3所述的功率轉換系統(110) 其中所述整流器控制部件(144a)向整流器(IlOa)提供經空間向量脈衝寬度調製的整流器開關控制信號(142a)； 其中所述逆變器控制部件(144b)向逆變器(IlOb)提供經空間向量脈衝寬度調製的逆變器開關控制信號(142b);以及 其中所述開關控制系統(140)能夠操作用於 確定所述逆變器(IlOb)的有效向量共模貢獻(VMl invOTtJ， 確定所述整流器(IlOa)的有效向量共模貢獻(VMl _t6fiJ，以及選擇用於所述整流器(IlOa)和所述逆變器(IlOb)的空間向量調製的零向量(17、18、I9)以至少部分地抵消所述整流器(IlOa)和所述逆變器(IlOb)的有效向量共模貢獻(Vcmlinverter、^cml rectefier^ °
6.一種功率轉換系統(110)，包括 整流器(110a)，包括具有用於接收交流電輸入功率的多個交流輸入節點的交流輸入(112)、具有第一直流輸出節點和第二直流輸出節點的直流輸出以及包括多個整流器開關器件(S1-S6)的整流器開關網絡，所述整流器開關器件(S1-S6)分別地耦合在一個所述交流輸入節點與所述第一直流輸出節點和所述第二直流輸出節點中的一個之間，所述整流器開關器件(S1-S6)能夠分別地操作以根據相應的整流器開關控制信號(142a)選擇性地使交流輸入節點與相應的直流輸出節點耦合； 中間直流電路(150)，其包括至少一個電感或電容以及與所述整流器(IlOa)的第一直流輸出節點和第二直流輸出節點耦合的第一直流電流路徑和第二直流電流路徑； 逆變器(110b)，包括具有用於向負載(120)提供功率的多個交流輸出節點的交流輸出(114)，以及包括多個逆變器開關器件(S7-S12)的逆變器開關網絡，所述逆變器開關器件(S7-S12)分別地耦合在所述中間直流電路(150)的一個直流電流路徑和一個所述交流輸出節點之間，所述逆 變器開關器件(S7-S12)能夠分別地操作以根據相應的逆變器開關控制信號(142b)選擇性地使相應的直流電流路徑與相應的交流輸出節點電耦合；以及 開關控制系統(140)，包括整流器控制部件(144a)和逆變器控制部件(144b)，所述整流器控制部件(144a)能夠操作用於提供所述整流器開關控制信號(142a)以使所述整流器(IlOa)對交流電輸入功率進行轉換，用來向中間直流電路(150)提供經調節的直流功率，並且所述逆變器控制部件(144b)能夠操作用於提供所述逆變器開關控制信號(142b)以使所述逆變器(IlOb)根據至少一個設定點信號或值(141)選擇性地對來自所述中間直流電路(150)的直流電流進行轉換，用來向所述交流輸出(114)提供交流電功率，所述整流器控制部件(144a)和所述逆變器控制部件(144b)中的第一個能夠操作用於至少部分地根據測量的共模電流QcJ，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、19)中的一個。
7.根據權利要求6所述的功率轉換系統(110) 其中所述整流器控制部件(144a)向整流器(IlOa)提供經空間向量脈衝寬度調製的整流器開關控制信號(142a)； 其中所述逆變器控制部件(144b)向逆變器(IlOb)提供經空間向量脈衝寬度調製的逆變器開關控制信號(142b);以及 其中所述開關控制系統(140)能夠操作用來選擇用於所述整流器(IlOa)和所述逆變器(IlOb)的空間向量調製的零向量(17、18、I9)以至少部分地抵消所述測量的共模電流(icm)
8.—種功率轉換系統(110)，包括 整流器(110a)，包括具有用於接收交流電輸入功率的多個交流輸入節點的交流輸入(112)、具有第一直流輸出節點和第二直流輸出節點的直流輸出以及多個整流器器件，所述整流器器件分別地耦合在一個所述交流輸入節點與所述第一直流輸出節點和所述第二直流輸出節點中的一個之間以對所述交流電輸入功率進行轉換，用來向所述直流輸出節點提供直流電輸出功率； 中間直流電路(150)，其包括至少一個電感或電容以及與所述整流器(IlOa)的第一直流輸出節點和第二直流輸出節點耦合的第一直流電流路徑和第二直流電流路徑； 逆變器(110b)，包括具有用於向負載(120)提供功率的多個交流輸出節點的交流輸出(114)，以及包括多個逆變器開關器件(S7-S12)的逆變器開關網絡，所述逆變器開關器件(S7-S12)分別地耦合在所述中間直流電路(150)的一個直流電流路徑和一個所述交流輸出節點之間，所述逆變器開關器件(S7-S12)能夠分別地操作以根據相應的逆變器開關控制信號(142b)選擇性地使相應的直流電流路徑與相應的交流輸出節點電耦合；以及 開關控制系統(140)，包括逆變器控制部件(144b)，所述逆變器控制部件(144b)能夠操作用於提供所述逆變器開關控制信號(142b)以使所述逆變器(IlOb)根據至少一個設定點信號或值(141)選擇性地對來自所述中間直流電路(150)的直流電流進行轉換，用來向所述交流輸出(114)提供交流電功率，所述逆變器控制部件(144b)能夠操作用於至少部分地根據所述逆變器(IlOb)正在運轉還是再生，選擇用於所述逆變器(IlOb)的空間向量調製的多個零向量(17、18、19)中的一個。
9.根據權利要求8所述的功率轉換系統(110)其中所述逆變器控制部件(144b)能夠操作用於在所述逆變器(110)正在運轉時，選擇用於所述逆變器(IlOb)的空間向量調製的多個零向量(17、18、19)中的一個，以短接並非在與用於控制所述逆變器(IlOb)的當前的空間向量調製參考向量(iMd)對應的有效向量中的僅一個中使用的逆變器相；以及 其中所述逆變器控制部件(144b)能夠操作用於在所述逆變器(110)正在再生時，選擇用於所述逆變器(IlOb)的空間向量調製的多個零向量(17、18、19)中的一個，以短接與用於控制所述逆變器(IlOb)的當前的空間向量調製參考向量(iMd)對應的兩個有效向量中均使用的逆變器相。
10.一種交流-交流矩陣轉換器(1100)，包括 多相交流輸入(104)，包括用於接收多相交流電輸入功率的多個交流輸入端子； 多相交流輸出(114)，具有用於提供多相交流電輸出功率的多個交流輸出端子； 開關網絡(1102)，包括形成多個支路電路的多個開關器件，所述開關器件能夠根據開關控制信號進行操作，每個支路電路連接到相應的交流輸入端子和相應的交流輸出端子，並且每個支路電路包括耦合在相應的交流輸入端子和相應的交流輸出端子之間的至少一個開關器件；以及 開關控制系統(140)，能夠操作用於提供經空間向量脈衝寬度調製的開關控制信號(142)，以使所述開關網絡(1102)根據至少一個設定點信號或值(141)選擇性地對來自所述多相交流輸入(104)的所述交流電輸入功率進行轉換，用來向多相交流輸出(114)提供所述多相交流電輸出功率，所述開關控制系統(140)能夠操作用於至少部分地根據測量的或估計的共模電流或電壓，選擇用於所述開關網絡(1102)的空間向量調製的多個零向量(17、18、I9)中的一個。
全文摘要
本發明提出了具有共模降低的功率轉換系統，其通過進行空間向量脈衝寬度調製零向量的選擇來抵消有效向量的共模貢獻。根據本公開的實施例，提供了一種功率轉換系統，其具有整流器和逆變器級，整流器和逆變器級通過中間DC電路耦合併且由開關控制系統操作，在各種實施例中該開關控制系統可以是CSC或VSC類型的系統。整流器和逆變器中的一個通過SVPWM進行操作，開關控制系統至少部分地基於相應的轉換器級的空間向量調製中使用的有效向量的共模貢獻來選擇多個零向量中的一個用於空間向量調製。本公開還涉及一種交流-交流矩陣轉換器。
文檔編號H02M5/458GK102638172SQ20121002898
公開日2012年8月15日 申請日期2012年2月9日 優先權日2011年2月9日
發明者程仲元, 納維德·R·扎加裡, 肖原, 韋立祥 申請人:洛克威爾自動控制技術股份有限公司