BR102012022562B1 - conversor multinível, disposição compreendendo uma pluralidade de conversores multinível e método para operação de um conversor multinível - Google Patents

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Abstract

CONVERSOR MULTINÍVEL E UM MÉTODO DE CONTROLE PARA OPERAR UM CONVERSOR MULTINÍVEL. A presente invenção refere-se a um conversor (1) compreendo: - um estágio ativo (2) para converter uma tensão de entrada de CA (u~ in~) em uma entrada de CA em uma tensão intermediária de CC (U~ Z~); - um conversor de CC/CC (3) para transformar a tensão intermediária de CC (U~ Z~) em uma tensão de saída de CC (U~ out~) em uma saída de CC, em que o conversor de CC/CC (2) tem um transformador ressonante (32, 33); - uma unidade de controle (5) configurada - para operar ativamente o estágio ativo (2) baseado apenas em uma tensão de CC de saída (U~ out~) do conversor de CC/CC (3), uma tensão de entrada (U~ in~) e uma corrente de entrada do conversor (1); e - para operar o conversor de CC/CC (3) em um modo de laço aberto.

Description

Campo Técnico
[001] A posição intermediária refere-se a conversores multinível, em particular a conversores multinível modulares, que são isolados galvanicamente. Além disso, a presente invenção se refere a um método de controle para operar um conversor multinível para fornecimento de uma tensão de ligação de CC de saída média constante.
Técnica Anterior
[002] Conversores multinível são bem conhecidos na técnica. Para fins de transporte, por exemplo, há uma necessidade para transformação de uma tensão média de CA de entrada em uma tensão baixa de CC de saída. Em geral, um conversor de CA/CC pode ser implementado em uma abordagem de dois estágios, compreendendo um estágio ativo de extremidade dianteira e um estágio de conversor de CC/CC. Uma unidade de controle é proporcionada para controlar o estágio ativo de extremidade dianteira e o estágio de conversor de CC/CC de maneira a proporcionar uma tensão média de ligação de CC de saída constante. Um número de elementos sensores são usados para medir a tensão de entrada de linha, a corrente de entrada de linha, a tensão de saída de ligação de CC, a corrente ressonante no lado primário / secundário do conversor de CC/CC e as tensões de ligação de CC de todos os níveis nas unidades ativas de extremidade dianteira. Usualmente, essa espécie de conversor multinível tem uma topologia multinível, onde os estágios ativos de extremidade dianteira são conectados serialmente, enquanto os estágios de conversores de CC/CC estão em paralelo na saída. Em caso de topologia de conversor multinível, os elementos sensores tem que medir a corrente nos lados secundários de cada conversor de CC/CC e as tensões de saída de CC de cada estágio ativo de extremidade dianteira.
[003] A unidade de controle serve para controlar o estágio ativo de extremidade dianteira e o estágio de conversor de CC/CC de modo que os alvos de controle principais de uma tensão de ligação de CC de saída constante média e de controle de fator de potência (por exemplo, próximo da unidade) e a distorção harmônica total (THD) tão baixa quanto possível são satisfeitas. Uma vez que o conversor multinível em aplicações de tensão média é operado diretamente de uma fonte de tensão média, as exigências de isolamento para o equipamento sensor são bastante exigentes. Portanto, é preferido reduzir o número de sensores de tensão/ corrente para medição necessária para aplicar o esquema de controle da unidade de controle.
[004] Os documentos EP 180 586 A1 e US 6.344.979 B1mostram um conversor de CA/CC tendo a topologia de dois estágios descrita acima e usando um circuito ressonante LLC ou um circuito ressonante CLL, respectivamente, para tornar o conversor de CC/CC em um conversor ressonante.
[005] O documento DE 198 27 872 A1 também mostra um transformador eletrônico de potência multinível tendo uma topologia de dois estágios com uma unidade ativa de extremidade dianteira e um conversor de CC/CC não ressonante.
[006] O documento DE 19 750 041 C1 divulga uma disposição de conversor modular com um foco em módulos, recursos mecânicos e conectividade.
[007] O documento 5.646.835 divulga um circuito ressonante em série que inclui um inversor tendo IGBTs. O circuito ressonante em série inclui um controlador que utiliza modulação de fase e de frequência em conjunto com um amplificador logarítmico para controlar o inversor.
[008] O documento US 2006/0221653 A1 divulga um transformador universal inteligente baseado em conversor multinível, incluindo conversores multinível interconectados back-to-back, acoplados a um circuito inversor comutado via um transformador de alta frequência. A entrada do transformador universal pode ser acoplada a um sistema de distribuição de alta tensão e a saída do transformador universal pode ser acoplada a uma aplicação de baixa tensão.
[009] No documento T. Zhao, G. Wang, J. Zeng, S. Dutta, S. Bhattacharya e A. Q. Huang, "Voltage and power balance control for a cascaded multilevel solid-state transformer", IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, APEC 2010, pp. 761-767, um conversor em ponte ativo duplo é usado para um estágio de conversor de CC/CC. O fluxo de energia no conversor em ponte ativo duplo é controlado através do controle do deslocamento de fase entre as tensões aplicadas nos lados de entrada e de saída através de uma indutância de vazamento de transformador. Para obter equilíbrio de energia entre os estágios, todas as tensões e correntes em cada nível em ambos os lados precisam ser medidas.
[0010] Um conversor do tipo genérico também é especificado na US 5.233.509.
Sumário da Presente Invenção
[0011] Em vista do acima, é o objetivo da presente invenção proporcionar um método de controle para um conversor multinível que permite que o número de tensões e correntes sentidas seja reduzido.
[0012] O objetivo acima é alcançado pelo método de controle para um conversor multinível e o conversor multinível.
[0013] De acordo com um primeiro aspecto, um conversor multinível é proporcionado compreendendo: - um estágio ativo para converter uma tensão de entrada de CA em uma entrada de CA em uma tensão de CC intermediária; - um conversor de CC/CC para transformar a tensão de CC intermediária em uma tensão de saída de CC em uma saída de CC, em que o conversor de CC/CC tem um transformador ressonante, em particular sendo formado por um circuito ressonante e um transformador; - uma unidade de controle configurada: para operar ativamente o estágio ativo com base apenas em uma tensão de CC de saída do conversor de CC/CC, uma tensão de entrada e uma corrente de saída do estágio ativo; e para operar o conversor de CC/CC em um modo de laço aberto..
[0014] Uma ideia da presente invenção é proporcionar um conversor e um esquema de controle para esse conversor, em que é suficiente sentir apenas a tensão de CC de saída do conversor de CC/CC, a tensão de entrada e a corrente de entrada do estágio ativo para obter os alvos de controle de uma média constante da tensão de ligação de CC de saída e uma corrente de entrada senoidal para um fator de potência controlável.
[0015] Como para o conversor de CC/CC, um conversor ressonante com um transformador é usado. O conversor de CC/CC é operado em um modo de laço aberto, de modo que as tensões em um lado primário e um lado secundário do transformador se correlacionam um com o outro substancialmente independente da corrente de saída fornecida.
[0016] Portanto, o método de controle requer apenas a tensão de entrada e a corrente de entrada e a tensão de saída como a quantidade controlada uma vez que, devido ao conversor de CC/CC ressonante, uma tensão no lado primário do conversor ressonante é imposta para um valor fixo, igualmente. Portanto, não há necessidade de controle adicional da tensão das tensões do lado primário e o controle da tensão de CC de saída apenas é suficiente devido ao acoplamento forte entre os lados primário e secundário do conversor ressonante de CC/CC.
[0017] Além disso, a unidade de controle pode ser configurada para operar um conversor de CC/CC no modo de laço aberto. Através da comutação do comutador ativo com uma frequência de comutação que corresponde a uma frequência de ressonância do transformador ressonante ou abaixo. Portanto, pode ser obtido que, no conversor ressonante de CC/CC, que opera em um modo de laço aberto, um ponto de operação fixo pode ser definido o qual pode ser otimizado com relação à eficiência.
[0018] De acordo com uma modalidade, o conversor de CC/CC pode ter uma primeira unidade de comutação e uma segunda unidade de comutação, cada uma tendo elementos de comutação em paralelo através de diodos de roda livre, em que, entra a primeira unidade de comutação e a segunda unidade de comutação, o transformador ressonante é disposto, em que a unidade de controle é configurada para operar uma das unidades de comutação com um ciclo de trabalho de cerca de 50% e na frequência de comutação. Em particular, pode ser proporcionado que a unidade de controle esteja configurada não para acionar a outra respectiva das unidades de comutação, de modo que os diodos de roda livre atuam como um retificador passivo ou configurados para operar a outra das unidades de comutação para atuar como um retificador ativo.
[0019] Descobriu-se que uma operação em um ciclo de trabalho fixo de 50% em uma região na ou abaixo da frequência de ressonância é suficiente. Isso proporciona a comutação da tensão zero para os semicondutores pulsados durante a ligação e uma comutação de corrente quase zero durante o desligamento, visto que o valor da corrente de desligamento pode ser controlado e minimizado durante o desenhodo tanque ressonante.
[0020] Dependendo do fluxo de energia, o conversor de CC/CC pode ser operado para comutar ativamente uma unidade de comutação primária ou secundária, enquanto a outra, dependendo da topologia, pode ser perada como um retificador passivo ou ser operada através de comutação a fim de atuar como um retificador ativo. Em caso de uma das unidades de comutação ser operada como um retificador passivo, ela atua como um transformador de impedância, em que a resistência de carga equivalente é diferente da resistência de carga real e pode ser facilmente derivada. Para uma tensão de ligação de CC de saída constante, uma tensão no lado primário do conversor ressonante também está presa ao valor fixo, que é determinado pelas relações de transformação do transformador e influenciado pela tensão através da transimpedância do circuito ressonante.
[0021] Pode ser proporcionado que a unidade de controle tenha uma função de controle que controla a tensão de saída de CC e a corrente de entrada, levando em conta a tensão de CC de saída e a tensão de entrada e a corrente de saída do estágio ativo.
[0022] Além disso, a função de controle pode ser uma função de controle em cascata.
[0023] O estágio ativo pode ter um circuito em ponte-H é operado de acordo com, um índice de modulação que é um resultado da função de controle.
[0024] Pode ser proporcionado que o estágio ativo tenha um indutor de saída aplicado em série.
[0025] De acordo com uma modalidade, o transformador ressonante pode ser formado por um circuito ressonante e um transformador, em que o circuito ressonante inclui um indutor ressonante, um capacitor ressonante e um indutor em paralelo.
[0026] De acordo com um outro aspecto, uma disposição incluindo uma pluralidade de conversores acima pode ser proporcionada em que as entradas de CA dos estágios ativos são conectados em série e as saídas de CC do conversor de CC/CC são conectadas em paralelo, em que a unidade de controle é configurada para operar ativamente os estágios ativos com base apenas na tensão de CC de saída comum dos conversores de CC/CC em paralelo, a tensão de entrada em uma entrada da disposição e a corrente de entrada através da disposição.
[0027] Além disso, um indutor de entrada comum pode ser proporcionado em série com os estágios ativos conectados serialmente.
[0028] É notado que a tensão de entrada acima corresponde a uma tensão de linha de entrada aplicada externamente ao conversor e aos conversores acoplados. Usualmente, os indutores de entrada são proporcionados para desacoplar a tensão de linha de entrada fornecida externamente da tensão através dos comutadores (circuito em pon- te-H) dentro do estágio ativo.
[0029] De acordo com um outro aspecto, pode ser proporcionado um método compreendendo as seguintes etapas: - operação ativamente do estágio ativo com base apenas na tensão de CC de saída do conversor de CC/CC, uma tensão de entrada e uma corrente de saída do estágio ativo; e - operação do conversor de CC/CC em um modo de laço aberto.
Breve Descrição dos Desenhos
[0030] Modalidades preferidas da presente invenção são agora descritas em mais detalhes em conjunto com os desenhos anexos, em que:
[0031] A figura 1 mostra um esquema de um conversor de CA/CC tendo um estágio ativo de extremidade dianteira e um estágio de conversor de CC/CC;
[0032] A figura 2 mostra um diagrama em blocos ilustrando umesquema de controle para operar o conversor multinível; e
[0033] A figura 3 mostra um conversor multinível tendo uma pluralidade de conversores de CA/CC.
Descrição de Modalidades Preferidas
[0034] A figura 1 mostra um conversor de CA/CC 1 para uso em um transformador eletrônico de potência de tensão média. Essa espécie de conversores pode ser usada, por exemplo, para fins de tração.
[0035] O conversor de CA/CC 1 tem um estágio ativo de extremidade dianteira 2 (estágio ativo) e um estágio de conversor de CC/CC 3. Embora esse conversor 1 possa ser operado bidireccionalmente, a descrição a seguir se refere a um fluxo de energia do estágio ativo de extremidade dianteira 2 para os estágios de conversor de CC/CC 3, como comumente usado para aplicações de tração.
[0036] O estágio ativo de extremidade dianteira 2 tem terminais de CA para receber uma tensão de entrada de CA un Os terminais de CC do estágio ativo de extremidade dianteira 2 são proporcionados para alimentar uma tensão de ligação de CC intermediária convertida Uz. A tensão de ligação de CC intermediária Uz é conectada aos primeiros terminais do estágio de conversor de CC/CC 3, que serve para desa- coplar e transformar a tensão de ligação de CC intermediária Uz a uma tensão de saída Uout..
[0037] O estágio ativo de extremidade dianteira 2 é uma unidade de conversão de CA/CC ativamente controlada. Na presente modalidade, o estágio ativo de extremidade dianteira 2 compreende um primeiro a quarto elemento de comutação S1 a S4 interconectados como um circuito em ponte-H. Os elementos de comutação S1 a S4 podem ser proporcionados como MOSFETS, IGBTs, IGCTs de energia e semelhantes, cada um tendo um diodo de roda livre D1 a D4, respectivamente, em paralelo. Em detalhes, os primeiro e segundo elementos de comutação S1 e S2 são conectados em série entre uma primeira linha de CC 7 e uma segundo linha de CC8, fornecendo a tensão de ligação de CC intermediária Uz Da mesma maneira, um terceiro elemento de comutação S3 e um quarto elemento de comutação S4 são conectados em série entre a primeira linha de CC 7 e a segunda linha de CC 8.
[0038] A tensão de linha de entrada de CA Uin é conectada a um primeiro nó N1 que fica entre os primeiro e segundo elementos de comutação conectados em série S1 e S2 via um indutor de entrada Lin do estágio ativo de extremidade dianteira 2 e a um segundo nó N2, que fica entre os terceiro e quarto elementos de comutação conectados em série S3, S4. Entre a primeira linha de CC 7 e a segunda linha de CC 8, uma conexão serial de capacitores de ligação de CC C1 e C2 é ainda conectada.
[0039] O estágio passivo de conversor de CC/CC 3 é acoplado com as linhas de CC 7, 9 do estágio ativo de extremidade dianteira 2 para receber a tensão de ligação de CC intermediária Uz. O estágio passivo de conversor de CC/CC tem um primeiro circuito meia ponte 31 sendo uma conexão serial de um quinto elemento de comutação S5 e um sexto elemento de comutação S6 que são acoplados com os terminais de CC, isto é, a primeira linha de CC 7 e a segunda linha de CC 8 do estágio ativo de extremidade dianteira 2.
[0040] Um tanque ressonante 32 é proporcionado, uma entrada do qual é acoplada com um quarto nó N4 da primeira meia ponte 31, entre os quinto e sexto elementos de comutação S5, S6 e uma segunda entrada do qual é acoplada com um terceiro nó N3 da conexão serial dos primeiro e segundo capacitores C1, C2 do estágio ativo de extremidade dianteira 2. Outros terminais do tanque ressonante 32 com um primeiro terminal do lado primário do transformador 33. O primeiro nó N3 da conexão serial dos capacitores C1, C2 do estágio ativo de extremidade dianteira 2 é conectado com um segundo terminal do lado primário do transformador 33. Um indutor paralelo Lm do tanque ressonante 32 é proporcionado entre o Nó-T NT e o segundo terminal do lado primário do transformador 33. O terceiro nó N3 da conexão serial dos capacitores CI,C2 do estágio ativo de extremidade dianteira 2 é conectado com um segundo terminal do lado primário do transformador 33. Um indutor paralelo Lm do tanque ressonante 32 é proporcionado entre o primeiro terminal do lado primário do transformador 33 e o segundo terminal do lado primário do transformador 33.
[0041] De acordo com uma outra modalidade alternativa, o tanque ressonante 32 pode compreender um indutor ressonante Lr, que é conectado entre o quarto nó N4 da primeira meia ponte 31 e um primeiro terminal do lado primário do transformador 33 e um capacitor ressonante Cr, que é conectado entre o terceiro nó da conexão serial dos capacitores C1, C2 do estágio ativo de extremidade dianteira 2 e um segundo terminal do lado primário do transformador 33. Um indutor em paralelo Lm é proporcionado entre os primeiro e segundo terminais do lado primário do transformador 33.
[0042] Em modalidades alternativas, o indutor ressonante Lr e o indutor paralelo Lm do tanque ressonante 32 também podem ser integrados na estrutura magnética de um transformador 33.
[0043] Também é possível que, em lugar de com o terceiro nó N3, o capacitor ressonante seja conectado diretamente à segunda linha de CC 8. Em casos onde a segunda entrada do tanque ressonante 32 é acoplada com a segunda linha de CC 8, o segundo terminal do lado primário do transformador 33 é, de preferência, conectado diretamente com a segunda linha de CC 8, isto é, sem quaisquer componentes entre a segunda linha de CC 8 e o segundo termina do lado primário do transformador 33.
[0044] Um primeiro terminal de um lado secundário do transformador 33 é acoplado com um quinto nó N5 de uma segunda meia ponte 34, compreendendo uma conexão serial de um sétimo e de um oitavo elementos de comutação S7, S8. A conexão serial da segunda meia ponte 34 é conectada entre uma primeira e segunda linhas de saída de CC 15, 16, conectadas com um primeiro e um segundo terminais de saída OI,O2, respectivamente.
[0045] Os elementos de comutação SI a S4 do estágio ativo de extremidade dianteira 2 e os elementos de comutação S5 a S6 das primeira e segunda meias pontes 3, 34 podem ser implementados como MOSFETS, IGBTs, IGCTs e semelhantes, cada um tendo um diodo de roda livre integrado (intrínseco ou separado DI a D2, respectivamente, que é conectado em paralelo e de maneira polarizada reversa como respectivo elemento de comutação SI a Ss.
[0046] Entre os primeiro e segundo terminais Oi, O2, uma conexão serial de um terceiro e de um quarto capacitor C3, C4 é aplicada, em que um sexto nó N6 de conexão serial de um terceiro e de um quarto capacitor C3, C4 é acoplado com um segundo terminal do lado secundário do transformador 33. Alternativamente, o segundo terminal do lado secundário do transformador 33 também pode ser acoplado diretamente com o segundo terminal e saída O2.
[0047] Pode ser proporcionado que o capacitor ressonante Cr seja fendido em um capacitor conectado com o primeiro/ segundo terminal do lado primário do transformador 33 e outro capacitor conectado com o primeiro/ segundo terminal do lado secundário do transformador 33.
[0048] O conversor de CA/CC 1 é controlado por uma unidade de controle 5. Para dotar a unidade de controle 5 com as medidas de entrada, uma unidade sensora de tensão 10 é proporcionada para detectar a tensão de entrada de CA Uin e uma unidade sensora de corrente 11 é proporcionada para detectar a corrente de entrada de CA iin. Além disso, uma unidade sensora de saída 12 é proporcionada para detectar a tensão de saída Uout.
[0049] A unidade de controle 5 controla a operação do estágio ativo de extremidade dianteira e controla o estágio passivo de conversor de CC/CC 3. O controle é realizado com base nas medidas de entrada da tensão de entrada de CA uin, da corrente de entrada de CA iin e da tensão de saída de CC Uout, bem como de uma dada tensão de saída desejada.
[0050] O estágio de conversor de CC/CC 3 é implementado como um estágio de transformador ressonante. Em que o tanque ressonante 32 proporciona uma frequência de ressonância do circuito combinado do tanque ressonante 32 e do transformador 33, em que uma frequência de ressonância pode ser adaptada por seleção cuidadosa do indutor ressonante Lr e do capacitor ressonante Cr. Outra frequência de ressonância é definida pela seleção dos valores definidos pelo indutor ressonante Ir e pelo capacitor ressonante Cr e pelo indutor paralelo Lm. Dependendo do fluxo de energia, a primeira meia ponte 31 ou segunda meia ponte 34 é comutada, enquanto a respectiva outra meia ponte é passiva, de modo que os diodos de roda livre associados simples-mente atuam como um retificador.
[0051] No presente caso, é suposto que o fluxo de energia é do estágio ativo de extremidade dianteira 2 para o estágio de conversor de CC/CC 3 para os terminais de saída OI,O2. Nesse caso, apenas a primeira meia ponte 31 é comutada ativamente enquanto os elementos de comutação S7 e Se da segunda meia ponte 34 são desligados, de modo que os diodos de roda livre associados D7 e D8 estão retificando tensão e corrente proporcionadas pelo lado secundário do transformador 33.
[0052] Em uma modalidade alternativa, o conversor de CC/CC pode ser realizado com uma topologia multinível em ambos os lados do tanque ressonante 32. Então, a comutação será requerida em ambos os lados, independentemente do fluxo de energia, de modo que umaretificação ativa é obtida.
[0053] Supondo que o conversor 1 seja operado como um conversor de CA/CC, alvos de controle principais são que a tensão de ligação de CC de saída Uout seja constante em média e que a corrente de entrada Iin tenha um THD baixo e que o fator de potência quase a unidade seja controlado. Devido ao uso do estágio de tanque ressonante 3, a tensão de ligação de CC de saída Uout constante através da conexão serial dos capacitores C3 e C4 e a tensão intermediária Uz no lado de entrada do estágio de transformador 3 através dos capacitores CIe C2 são presos ao valor fixo, igualmente, e são determinados pela relação de transformação do transformador pela tensão através da transimpe- dância do tanque ressonante 32.
[0054] O estágio do transformador 33 pode ser operado em laço aberto em um ponto de operação fixo, que pode ser otimizado para a melhor eficiência possível. Uma frequência fixa de 50% do ciclo de trabalho da meia ponte operada ativamente na região ou abaixo da frequência de ressonância é suficiente. Isso proporciona uma comutação de tensão zero para a meia ponte ativa durante a ligação e uma comutação de corrente quase zero, durante o desligamento.
[0055] Para se alcançar os alvos de controle principais acima, é suficiente adquirir como medida de entrada a tensão de saída Uout, a corrente de entrada iin e a tensão de saída Uout, a última estando fortemente correlacionada com a tensão intermediária Uz.
[0056] Conforme mostrado na figura 2, o esquema de controle pode ser, por exemplo, implementado como um laço de controle em cascata com um controlador de corrente de linha interno 51 e um controlador de tensão de ligação de CC de saída externo 52. O controlador de corrente de entrada de linha 51 realiza um controle, por exemplo, (usando um bloco de controle P ou I), dependendo de uma diferença de tensão de saída entre uma tensão desejada Udes e a tensão de saí- da real Uout. O valor de saída do controlador de corrente de linha interno 51 é multiplicado em um bloco de multiplicação 54 com um sinal de forma de onda senoidal, extraído da tensão de entrada de CA Uin, usando um circuito de laço de fase bloqueada 53 de modo que um sinal de corrente de CA senoidal é obtido tendo uma amplitude que depende da diferença entre a tensão desejada Udes e a tensão de saída Uout real. Uma corrente de controle iline é obtida.
[0057] A corrente de controle iline e sua corrente de entrada iin são subtraídas uma das outras em um bloco de subtração 55 e a diferente de corrente resultante é fornecida para o controlador de tensão de ligação de CC de saída externo 52 para obter um índice de modulação M, que é usado para operar o estágio ativo de extremidade dianteira 2. Em geral, o índice de modulação indica um esquema de modulação e descreve quanto uma variável modulada de um sinal portador varia em torno de seu nível não modulado. Portanto, a tensão de ligação intermediária Uz gerada dependendo do índice de modulação M pode ser controlado exatamente usando medias elétricas disponíveis no lado de entrada e de saída do conversor 1.
[0058] A figura 3 mostra uma disposição de conversor 40 tendo uma pluralidade de conversores 1, que são conectados serialmente nos lados de entrada e em que os terminais de saída são conectados em paralelo. Em outras palavras, os primeiros terminais de saída OI de cada conversor 1 são interconectados e os segundos terminais de saída O2 são interconectados No lado de entrada, os estágios ativos de extremidade dianteira 2 são conectados serialmente, como uma guirlanda e a tensão de entrada é aplicada através d dos estágios ativos de extremidades dianteiras 2 conectados serialmente.
[0059] A disposição de conversor 40 é controlada pela unidade de controle 5. As medidas fornecidas para a unidade de controle 5 são obtidas pela unidade sensora de tensão 10 para detectar a tensão de entrada de CA Uin através de todos os estágios ativos de extremidades dianteiras 2 conectados serialmente e a unidade sensora de corrente 11 para detectar a corrente de entrada de CA iin através de todos os estágios ativos de extremidades dianteiras 2. Além disso, uma unidade sensora de saída 12 é proporcionada para detectar a tensão de saída Uout comum de todos os estágios de conversor de CC/CC 3.
[0060] Em uma modalidade alternativa, os indutores de entrada Lin de todos ou de uma parte dos estágios ativos de extremidades dianteiras 2 podem ser substituídos por um indutor de entrada comum conectado serialmente com os estágios ativos de extremidades dianteiras 2 para desacoplar a tensão de entrada de CA Uin da tensão através dos estágios ativos de extremidades dianteiras conectados serialmente 2.
[0061] O método de controle proposto no acima também é aplicável para a disposição de conversor da figura 3. Como todas as saídas dos estágios de conversor de CC/CC são conectadas em paralelo, isso implica que todas as ligações de CC flutuantes no lado primário dos estágios de transformador 3 (ou na saída dos estágios ativos de extremidades dianteiras 2) serão fixados em um valor idealmente idêntico. Portanto, não há necessidade de controle adicional da tensão de ligação de CC intermediária Uz e o controle da tensão de ligação de CC de saída apenas é suficiente devido ao acoplamento firme entre os lados primário e secundário nos estágios de conversor de CC/CC 3 à medida que é formado como um conversor ressonante.
[0062] Uma influência de variações de parâmetros entre diferentes conversores com relação a um compartilhamento de energia equilibrado e equilíbrio do capacitor no lado primário é baixa visto que a topologia da figura 3 é bastante forte e não sensível às variações desses parâmetros. Em particular, a sensitividade às variações do valor do indutor ressonante Lr do capacitor ressonante Cr e da capacitância de ligação de CC é baixa e mesmo uma variação de mais/ menos 20%pode ser tolerada. Lista de Referência 1 conversor 2 estágio ativo de extremidade dianteira 3 estágio de conversor de CC/CC 5 unidade de controle 7 primeira linha de CC 8 segunda linha de CC 10 unidade sensora de tensão de entrada 11 unidade sensora de corrente de entrada 12 unidade sensora de tensão de saída 31 primeira meia ponte 32 tanque ressonante 33 transformador 34 segunda meia ponte 51 a S8 elementos de comutação D1 a D8 diodos de roda livre Cr capacitor ressonante Lr indutor ressonante Lm indutor paralelo Lin indutor de entrada 51 Controlador de corrente de linha interno 52 controlador de tensão de ligação de CC de saída externo 53 laço de fase bloqueada 54 bloco de multiplicação 55 bloco de subtração

Claims (12)

1. Conversor multinível (1) compreendendo, - um estágio ativo (2) para converter uma tensão de entrada de CA (uin) em uma entrada de CA em uma tensão intermediária de CC (Uz); - um conversor de CC/CC (3) para transformar a tensão in-termediária de CC (Uz) em uma tensão de saída de CC (Uout) em uma saída de CC, em que o conversor de CC/CC (2) tem um transformador ressonante (32, 33); caracterizado pelo fato de que o conversor adicionalmente compreende, - uma unidade de controle (5) configurada para operar ativamente o estágio ativo (2) baseado apenas em uma tensão de CC de saída (Uout) do conversor de CC/CC (3), uma tensão de entrada (uin) e uma corrente de entrada do conversor (1); e para operar o conversor de CC/CC (3) em um modo de laço aberto.
2. Conversor (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (5) é configurada para operar o conversor de CC/CC (3) no modo de laço aberto, através da comutação do comutador ativo com uma frequência de comutação que corresponde a uma frequência de ressonância do transformador ressonante (32, 33) ou abaixo.
3. Conversor (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, ca-racterizado pelo fato de que o conversor de CC/CC (3) tem uma primeira unidade de comutação (31) e uma segunda unidade de comutação (34) cada uma tendo elementos de comutação (S5 - S8), cada um em paralelo por diodos de roda livre (D5 - D8), em que, entre a primeira unidade de comutação (31) e a segunda unidade de comutação (34), o transformador ressonante (32, 33) é disposto, em que a unida- de de controle (5) é configurada para operar uma das unidades de comutação (31, 34) com um ciclo de trabalho de cerca de 50% e na frequência de comutação.
4. Conversor (1), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (5) é configurada para não acionar a outra das unidades de comutação (31, 34) de modo que os diodos de roda livre (D5 - D8), atuam como um retificador passivo ou operar a outra das unidades de comutação (31, 34) para atuar como um retificador ativo.
5. Conversor (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (5) tem uma função de controle que controla a tensão de saída de CC (Uout) e a corrente de entrada levando em conta a tensão de saída de CC (Uout) e a tensão de entrada (Uin) e a corrente de entrada (iin) do estágio ativo (2).
6. Conversor (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a função de controle é uma função de controle em cascata.
7. Conversor (1), de acordo com a reivindicação 5 ou 6, ca-racterizado pelo fato de que o estágio ativo (2) tem um circuito em ponte-H, em que o circuito em ponte-H é operado de acordo com um índice de modulação que é um resultado da função de controle.
8. Conversor (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o estágio ativo (2) tem um indutor de entrada (Lin) aplicado serialmente.
9. Conversor (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o transformador ressonante (32, 33) é formado por um circuito ressonante (32) e um transformador (33), em que o circuito ressonante (32) inclui um indutor ressonante (Lr), um capacitor ressonante (Cr) e um indutor paralelo (Lm) .
10. Disposição (40) compreendendo uma pluralidade de conversores multinível, como definidos em qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, sendo que as entradas de CA dos estágios ativos (2) são conectadas serialmente e as saídas de CC dos conversores de CC/CC (3) são conectadas em paralelo, caracterizada pelo fato de que a unidade de controle (5) é configurada para operar ativamente os estágios ativos (2) apenas com base na tensão de saída de CC (Uout) comum dos conversores de CC/CC em paralelo (3), a tensão de saída em uma entrada da disposição (40) e a corrente de entrada através da disposição (40).
11. Disposição (4), de acordo com a reivindicação 10, ca-racterizada pelo fato de que um indutor de entrada comum é proporcionado em série com os estágios ativos (2) conectados serialmente.
12. Método para operação de um conversor multinível (1), sendo que o conversor (1) compreende, - um estágio ativo (2) para converter uma tensão de entrada de CA (uin) em uma entrada de CA em uma tensão intermediária de CC (Uz); - um conversor de CC/CC (3) para transformar a tensão in-termediária de CC (Uz) em uma tensão de saída de CC (Uout) em uma saída de CC, em que o conversor de CC/CC (2) tem um transformador ressonante (32, 33); sendo formado por um circuito ressonante (32) e um transformador (33); caracterizado pelo fato de que ainda compreende as seguintes etapas, - uma unidade de controle (5) configurada - operação ativamente do estágio ativo (2) baseado apenas em uma tensão de CC de saída (Uout) do conversor de CC/CC (3), uma tensão de entrada (uin) do conversor (1) e uma corrente de entrada do estágio ativo (2) e - operação do conversor de CC/CC (3) em um modo de laço aberto.
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