BR102016004209A2

BR102016004209A2 - circuito para um conversor de energia, circuito elétrico e sistema de energia elétrica

Info

Publication number: BR102016004209A2
Application number: BR102016004209A
Authority: BR
Inventors: Jie Shen; Nora Cheng-Huei Han; Qingyun Chen; Stefan Schroeder; Zhihui Yuan
Original assignee: Ge Energy Power Conversion Technology Ltd
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2016-09-20
Also published as: EP3062434A1; CA2921254C; CA2921254A1; BR102016004209B1; CN105932895A; US10732685B2; CN105932895B; US20160252941A1

Abstract

trata-se de um circuito (302) para um conversor de energia de vários níveis (300) inclui uma pluralidade de elementos eletricamente condutores (320) e uma pluralidade de dispositivos de comutação (304). o circuito também inclui uma pluralidade de capacitores flutuantes (306) acoplados a cada um dentre dois elementos eletricamente condutores adjacentes, um terminal de corrente alternada (ca) (310) e um dispositivo de processamento (115/215) que inclui um modelo do circuito residente no mesmo. o dispositivo de processamento é configurado para selecionar pelo menos um possível estado de comutação do circuito de uma pluralidade de possíveis estados de comutação do circuito. cada possível estado de comutação do circuito tem um nível de tensão que corresponde, pelo menos, parcialmente a um nível de tensão comandado para o pelo menos um terminal de ca que define um estado de comutação de cada dispositivo de comutação da pluralidade de dispositivos de comutação e tem um estado de carregamento (420) correspondente do circuito. o dispositivo de processamento também é configurado para selecionar um possível estado de carregamento do circuito que define um estado de carregamento de cada capacitor flutuante da pluralidade de capacitores flutuantes.o dispositivo de processamento é configurado adicionalmente para definir o estado de comutação do circuito com base, pelo menos, parcialmente no estado de carregamento selecionado do circuito.

Description

“CIRCUITO PARA UM CONVERSOR DE ENERGIA, CIRCUITO ELÉTRICO E SISTEMA DE ENERGIA ELÉTRICA” Antecedentes da Invenção [001] O campo da revelação refere-se geralmente a um equipamento de conversor de energia elétrica e, mais particularmente, a um sistema e um método para operação de conversores de vários níveis.

[002] Muitos conversores de energia de vários níveis estão em uso ao longo de várias indústrias e por uma variedade de propósitos para conversão de energia elétrica. Tais indústrias incluem, sem limitação, metais, mineração, energia, água, óleo e gás.

[003] Especificamente, o termo “conversor de vários níveis” se refere a um conversor que pode operar em um modo de inversor e em um modo de retificador. Alguns dispositivos conhecidos que usam conversores de vários níveis incluem um conjunto de conversão de energia separado, ou sistema, acoplado eletricamente a uma fonte de alimentação de corrente alternada (CA), por exemplo, uma grade de energia de utilidade. Tais conjuntos de conversão de energia separados conhecidos incluem uma porção de retificador que converte a CA transmitida pela grade de geração de energia de utilidade para corrente contínua (CC) e uma porção de inversor que converte a CC para CA de uma frequência predeterminada e amplitude de tensão. A porção de retificador e a porção de inversor usam conversores de energia de vários níveis que podem alternar entre operar como um retificador e operar como um inversor. A maioria dos conversores de vários níveis conhecidos incluem dispositivos de comutação com base em semicondutor, por exemplo, tiristores de porta comutada integrados (IGCTs) ou transistores bipoiares de porta isolados (IGBTs). As porções de retificador e de inversor são tipicamente eletricamente acopladas por meio de um enlace de CC de tensão mediana (MVCC) ou de CC de tensão alta (HVCC), [004] Várias topotogias de conversor de vários níveis conhecidas estão em serviço ou estiveram disponíveis para serviço. Muitos dos enlaces de CC para conversores de vários níveis conhecidos incluem capacitores para facilitar o nivelamento de tensão de CC dentro do enlace de CC para estabilizar transmissão de energia entre os conversores de vários níveis. Esses capacitores são denominados “capacitores flutuantes.” As tensões dos capacitores flutuantes variam ao longo da operação dos conversores de vários níveis associados à medida que a operação dos dispositivos de comutação no conversor varia. Também, o modelo de tensão de saída e a tensão de bloqueio de cada dispositivo de comutação são determinados pelas tensões de capacitor flutuante. A fim de conseguir a saída de vários níveis apropriada com baixa distorção harmônica e impedir que os dispositivos atinjam condições de sobretensão, as tensões de capacitor flutuante são mantidas em ou próximo de certos níveis de tensão, que normalmente são definidos como referências, ou tensões de referência para os capacitores flutuantes através de todos os modos de operação dos conversores de vários níveis, incluindo a inicialização. Entretanto, em muitas topologias de conversor de vários níveis conhecidas, por exemplo, topologias de conversor pilotado de ponto neutro (NPP) aninhado há um número grande de dispositivos de comutação e capacitores flutuantes que carregam e descarregam substancialmente de modo simultâneo. Portanto, as tensões do número grande de capacitores flutuantes podem não ser equilibradas, resultando assim em distorção no modelo de pulso de vários níveis nas formas de onda de tensão de saída na saída do conversor. Como tais, dispositivos de filtragem são necessários na saída dos conversores para filtrar as distorções nas formas de onda de tensão. Os filtros aumentam os custos de montagem e manutenção dos conversores de vários níveis.

[005] Alguns conversores de vários níveis conhecidos usam recursos de modulação de largura de pulso de fase alternada (PWM) para facilitar o equilíbrio das tensões de capacitor flutuante. Entretanto, esse método exige hardware adicional, que aumenta o custo dos conversores, com resultados positivos marginais. Também, alguns conversores de vários níveis conhecidos usam soluções com base em software que facilitam a redução de uma diferença entre as tensões de capacitor em tempo real e as tensões de referência associadas. Essas soluções fazem uso intensivo de recursos de computador devido ao número grande de dispositivos e a velocidade do processo de conversão de energia, resultando assim em mecanismos de controle complicados.

Breve Descrição [006] Em um aspecto, um método de operar um conversor de energia é fornecido. O método inclui regular um nível de tensão do pelo menos um terminal de CA através do uso, através de um dispositivo de processamento, um modelo de um circuito, sendo que o circuito inclui uma pluralidade de dispositivos de comutação, uma pluralidade de capacitores flutuantes e pelo menos um terminal de corrente alternada (CA). O método também inclui selecionar, pelo menos parcialmente baseado no modelo do circuito, pelo menos um possível estado de comutação do circuito de uma pluralidade de possíveis estados de comutação do circuito. Cada possível estado de comutação do circuito tem um nível de tensão que corresponde pelo menos parcialmente a um nível de tensão comandado para o pelo menos um terminal de CA. Cada possível estado de comutação do circuito define um estado de comutação de cada dispositivo de comutação da pluralidade de dispositivos de comutação. Cada estado de comutação do circuito tem um estado de carregamento correspondente do circuito. O método inclui adicionalmente selecionar, com base pelo menos parcialmente no modelo do circuito e com base pelo menos parcialmente no possível estado de comutação do circuito selecionado, um possível estado de carregamento do circuito. Cada possível estado de carregamento do circuito define um estado de carregamento de cada capacitor flutuante da pluralidade de capacitores flutuantes. Selecionar um possível estado de carregamento do circuito inclui resolver estados de carregamento conflitantes de cada capacitor flutuante da pluralidade de capacitores flutuantes e selecionar um estado de comutação que corresponde ao nível de tensão comandado. O método também inclui definir o estado de comutação do circuito com base pelo menos parcialmente no estado de carregamento selecionado do circuito.

[007] Em um aspecto adicional, um circuito para um conversor de energia de vários níveis é fornecido. O circuito inclui uma pluralidade de elementos eletricamente condutores configurados substancialmente paralelos uns aos outros. O circuito também inclui uma pluralidade de dispositivos de comutação. Cada dispositivo de comutação da pluralidade de dispositivos de comutação é acoplado a um elemento eletricamente condutor da pluralidade de elementos eletricamente condutores. O circuito elétrico inclui adicionalmente uma pluralidade de capacitores flutuantes acoplados a cada um dentre dois elementos eletricamente condutores adjacentes da pluralidade de elementos eletricamente condutores; Além disso, o circuito inclui pelo menos um terminal de corrente alternada (CA). O circuito também inclui um dispositivo de processamento que inclui um modelo do circuito residente no mesmo. O dispositivo de processamento é configurado para selecionar, pelo menos parcialmente baseado no modelo do circuito, pelo menos um possível estado de comutação do circuito de uma pluralidade de possíveis estados de comutação do circuito. Cada possível estado de comutação do circuito tem um nível de tensão que corresponde pelo menos parcialmente a um nível de tensão comandado para o pelo menos um terminal de CA. Cada possível estado de comutação do circuito define um estado de comutação de cada dispositivo de comutação da pluralidade de dispositivos de comutação. Cada estado de comutação do circuito tem um estado de carregamento correspondente do circuito. O dispositivo de processamento também é configurado para selecionar um possível estado de carregamento do circuito com base pelo menos parcialmente no modelo do circuito e com base pelo menos parcialmente no possível estado de comutação do circuito selecionado. Cada possível estado de carregamento do circuito define um estado de carregamento de cada capacitor flutuante da pluralidade de capacitores flutuantes. Selecionar um possível estado de carregamento do circuito inclui resolver estados de carregamento conflitantes de cada capacitor flutuante da pluralidade de capacitores flutuantes e selecionar um estado de comutação que corresponde ao nível de tensão comandado. O dispositivo de processamento também é configurado adicionalmente para definir o estado de comutação do circuito com base pelo menos parcialmente no estado de carregamento selecionado do circuito.

[008] Em outro aspecto, um sistema de energia elétrica é fornecido. O sistema inclui uma fonte de corrente alternada (CA), um enlace de corrente contínua (CC) e um conversor de energia de vários níveis que inclui um circuito que se estende entre a fonte de CA e o enlace de CC. O circuito inclui uma pluralidade de elementos eletricamente condutores configurados substancialmente paralelos uns aos outros. O circuito também inclui uma pluralidade de dispositivos de comutação. Cada dispositivo de comutação da pluralidade de dispositivos de comutação é acoplado a um elemento eletricamente condutor da pluralidade de elementos eletricamente condutores. O circuito elétrico inclui adicionalmente uma pluralidade de capacitores flutuantes acoplados a cada um dentre dois elementos eletricamente condutores adjacentes da pluralidade de elementos eletricamente condutores; Além disso, o circuito inclui pelo menos um terminal de corrente alternada (CA). O circuito também inclui um dispositivo de processamento que inclui um modelo do circuito residente no mesmo. O dispositivo de processamento é configurado para selecionar, pelo menos parcialmente baseado no modelo do circuito, pelo menos um possível estado de comutação do circuito de uma pluralidade de possíveis estados de comutação do circuito. Cada possível estado de comutação do circuito tem um nível de tensão que corresponde pelo menos parcialmente a um nível de tensão comandado para o pelo menos um terminal de CA. Cada possível estado de comutação do circuito define um estado de comutação de cada dispositivo de comutação da pluralidade de dispositivos de comutação. Cada estado de comutação do circuito tem um estado de carregamento correspondente do circuito. O dispositivo de processamento também é configurado para selecionar um possível estado de carregamento do circuito com base pelo menos parcialmente no modelo do circuito e com base pelo menos parcialmente no possível estado de comutação do circuito selecionado. Cada possível estado de carregamento do circuito define um estado de carregamento de cada capacitor flutuante da pluralidade de capacitares flutuantes. Selecionar um possível estado de carregamento do circuito inclui resolver estados de carregamento conflitantes de cada capacitor flutuante da pluralidade de capacitores flutuantes e selecionar um estado de comutação que corresponde ao nível de tensão comandado. O dispositivo de processamento também é configurado adicionalmente para definir o estado de comutação do circuito com base pelo menos parcialmente no estado de carregamento selecionado do circuito.

Breve Descrição das Figuras [009] Essas e outras características, aspectos e vantagens da presente revelação irão se tornar mais bem entendidas mediante a leitura da descrição detalhada a seguir em referência aos desenhos anexos, sendo que caracteres semelhantes representam partes semelhantes ao longo dos desenhos, em que: A Figura 1 é um diagrama de blocos de um dispositivo de computação exemplificativo; A Figura 2 é um diagrama de blocos de uma porção de um sistema de controle de conversor de energia exemplificativo que pode incluir o dispositivo de computação mostrado na Figura 1; A Figura 3 é um diagrama esquemático de uma topologia de circuito de conversor de energia de vários níveis exemplificativa que pode ser controlada pelo sistema de controle de conversor de energia mostrado na Figura 2 com uma pluralidade de estados de comutação mostrados na mesma; A Figura 4 mostra uma relação entre uma representação gráfica de um modelo de pulso exemplificativo, uma representação esquemática do circuito elétrico de conversor de energia de vários níveis mostrado na Figura 3 com uma pluralidade de estados de comutação mostrados no mesmo e uma representação tabular de uma pluralidade de estados de comutação que podem ser gerados com o sistema de controle de conversor de energia mostrado na Figura 2; A Figura 5 é uma representação tabular de uma relação entre a pluralidade de estados de comutação mostrados na Figura 4 e uma pluralidade de estados de carregamento dos capacitores de circuito elétrico de conversor de energia de vários níveis mostrado na Figura 3; A Figura 6 mostra uma relação entre uma representação tabular de uma pluralidade de estados de carregamento conforme mostrado na Figura 5 como uma função de um nível de tensão no modelo de pulso mostrado na Figura 4 e uma representação da pluralidade de estados de carregamento; A Figura 7 é um diagrama de blocos esquemático de uma porção do sistema de controle de conversor de energia mostrado na Figura 2; A Figura 8 é um diagrama de blocos esquemático de um módulo de seleção de estado exemplificativo que pode ser usado com a porção do sistema de controle de conversor de energia mostrado na Figura 7; e A Figura 9 é um fluxograma de um método exemplificativo de determinar um estado de carregamento para o circuito elétrico de conversor de energia de vários níveis mostrado na Figura 3 quando o estado de carregamento inicial está em um estado de canto.

[010] A menos que indicado de outra forma, os desenhos fornecidos no presente documento são destinados a ilustrar as características das realizações desta revelação. Acredita-se que essas características sejam aplicáveis em uma ampla variedade de sistemas que compreende uma ou mais realizações da descoberta. Assim, os desenhos não são destinados a incluir todas as características convencionais, conhecidas pelas pessoas versadas na técnica, a serem exigidas para a prática das realizações reveladas no presente documento.

Descrição Detalhada [011] No relatório descritivo e nas reivindicações a seguir, será feita referência a diversos termos que serão definidos com os seguintes significados.

[012] As formas singulares “um”, “uma”, “o” e “a” incluem referências plurais a menos que o contexto claramente dite o contrário.

[013] “Opcional” ou “opcionalmente” significa que o evento ou circunstância descrito subsequentemente pode ou não ocorrer e que a descrição inclui exemplos em que o evento ocorre e exemplos em que o evento não ocorre.

[014] A linguagem aproximada, conforme a usada no presente documento ao longo da especificação e das reivindicações, pode ser usada para modificar qualquer representação quantitativa que pode variar de forma permissível sem resultar em uma mudança na função básica a qual é relacionada. Consequentemente, um valor modificado por um termo ou termos, como “cerca de”, “aproximadamente” e “substancialmente”, não se limita ao valor preciso especificado. Em pelo menos alguns casos, a linguagem de aproximação pode corresponder à precisão de um instrumento para medição do valor. No presente contexto e ao longo do relatório descritivo e das reivindicações, limitações de faixa podem ser combinadas e/ou alternadas, sendo que tais faixas são identificadas e incluem todas as subfaixas contidas nas mesmas, a menos que o contexto ou a linguagem indique o contrário.

[015] Conforme usados no presente documento, os termos “processador” e “computador” e termos relacionados, por exemplo, “dispositivo de processamento”, “dispositivo de computação” e “controlador”, não se limitam a apenas estes circuitos integrados denominados na técnica de computador, porém se refere amplamente a um microcontrolador, a um microcomputador, a um controlador lógico programável (PLC), a um circuito integrado de aplicação específica e a outros circuitos programáveis circuitos, e esses termos são usados de maneira intercambiável no presente documento. Nas realizações descritas no presente documento, a memória pode incluir, mas sem limitação, um meio legível por computador, tal como uma memória de acesso aleatório (RAM) e um meio não volátil legível por computador, tal como memória flash. Alternativamente, um disquete, um disco compacto de memória somente de leitura (CD-ROM), um disco magnético óptico (MOD) e/ou um disco digital versátil (DVD) também pode ser usado. Ademais, nas realizações descritas no presente documento, os canais de entrada adicionais podem ser, mas sem limitação, periféricos de computador associados a uma interface de operador, tal como um mouse e um teclado. Alternativamente, outros periféricos de computador podem também ser usados que podem incluir, por exemplo, mas sem limitação, um digitalizador. Adicionalmente, na realização exemplificativa, canais de saída adicionais podem incluir, mas sem limitação, um monitor de interface de operador.

[016] Adicionalmente, conforme usados no presente documento, os termos “software” e “firmware’ são intercambiáveis e incluem qualquer programa de computador armazenado em memória para execução por computadores pessoais, estações de trabalho, clientes e servidores.

[017] Conforme usado no presente documento, o termo “meios legíveis por computador não transitórios” deve representar qualquer dispositivo com base em computador tangível implantado em qualquer método ou tecnologia para armazenamento a curto prazo ou a longo prazo de informações, por exemplo, instruções legíveis por computador, estruturas de dados, módulos e submódulos de programa ou outros dados em qualquer dispositivo. Portanto, os métodos descritos no presente documento podem ser codificados como instruções executáveis incorporadas em um meio legível por computador não transitório tangível, incluindo, sem limitação, um dispositivo de armazenamento e/ou um dispositivo de memória. Tais instruções, quando executadas por um dispositivo de processamento, fazem com que o dispositivo de processamento realize pelo menos uma porção dos métodos descritos no presente documento. Ademais, conforme usado no presente documento, o termo “meios legíveis por computador não transitórios” incluem todas os meios legíveis por computador tangíveis, incluindo, sem limitação, dispositivos de armazenamento de computador não transitórios, incluindo, sem limitação, meios voláteis e não voláteis e mídias removíveis e não removíveis, tais como, um firmware, armazenamento físico e virtual, CD-ROMs, DVDs e qualquer outra fonte digital, por exemplo, uma rede ou a Internet, assim como, meios digitais ainda a serem desenvolvidos, sendo que a única exceção é um sinal de propagação transitório.

[018] Adicionalmente, conforme usado no presente documento, o termo “tempo real” se refere a peío menos um dentre o tempo de ocorrência dos eventos associados, o tempo de medição e coleta de dados predeterminados, o tempo para processar os dados e o tempo de uma resposta de sistema para os eventos e o ambiente. Nas realizações descritas no presente documento, essas atividades e eventos ocorrem substancialmente de modo instantâneo.

[019] Ademais, conforme usado no presente documento, os termos “estado de comutação” e “estados de comutação” se referem a um ou mais estados definidos dos dispositivos de comutação descritos no presente documento. Os circuitos e as porções associadas conforme descritos no presente documento incluem uma pluralidade de dispositivos de comutação. Como tais, o “estado de comutação” e “estados de comutação” também se referem a um ou mais estados de comutação agregados dos circuitos e porções dos mesmos com base nos estados de comutação individuais dos dispositivos de comutação associados. Similarmente, conforme usados no presente documento, os termos “estado de carregamento” e “estados de carregamento” se referem a um ou mais estados definidos dos dispositivos capacitivos, isto é, capacitores flutuantes descritos no presente documento. Os circuitos elétricos e porções associadas descritos no presente documento incluem uma pluralidade de capacitores flutuantes. Como tal, “estado de carregamento” e “estados de carregamento” também se referem a um ou mais estados de carregamento agregados dos circuitos elétricos e porções dos mesmos com base nos estados de carregamento individuais dos capacitores flutuantes associados.

[020] Os conversores de energia de vários níveis e os sistemas de controle associados descritos no presente documento fornecem controle acentuado de conversão de energia elétrica. Especificamente, as realizações descritas no presente documento facilitam o equilíbrio das tensões dos capacitores flutuantes dentro dos conversores de energia. O uso de uma topologia de sete níveis, os conversores de energia de vários níveis descritos no presente documento geram um modelo de pulso de vários níveis de baixa distorção e tensões de saída mais altas na saída dos conversores de energia como comparado com conversores conhecidos. Tais tensões mais altas incluem 10 quilovolts (kV) e 13,8 kV nas saídas de conversores de tensão intermediários. Como tais, os conversores de energia de vários níveis descritos no presente documento facilitam o desempenho de distorção harmônica total (THD) aprimorada e de conversão de energia elétrica aumentada. O desempenho de THD aprimorado facilita a diminuição do tamanho e complexidade de filtros harmônicos acoplados eletricamente, diminuindo assim os custos de montagem, operação e manutenção de sistemas de energia elétrica. Além disso, ao invés dos custos adicionais associados com o hardware adicional para circuitos de energia de equilíbrio de tensão, o equilíbrio da tensão associada com os capacitores flutuantes é alcançado através de algoritmos e instruções de equilíbrio implantados por software. Os algoritmos e instruções de equilíbrio descritos no presente documento convertem estados de comutação, isto é, configurações de comutação agregadas dentro do circuito definido pelos dispositivos de comutação associados para agregar estados de carregamento do circuito definidos pelos capacitores flutuantes. Ademais, os conversores de energia de vários níveis e sistemas de controle associados descritos no presente documento facilitam um processo com duas etapas, em que a primeira etapa de geração de modulação de largura de pulso (PWM) é desacoplada da segunda etapa de seleção de estado.

[021] A Figura 1 é um diagrama de blocos de um dispositivo de computação 105 exemplificativo que pode ser usado para controlar um conversor de energia que inclui circuitos (nenhum mostrado na Figura 1). Mais especificamente, o dispositivo de computação 105 facilita geração e/ou armazenamento, um modelo de um circuito dentro do conversor de energia. O dispositivo de computação 105 também facilita a seleção de um possível estado de comutação do circuito. O dispositivo de computação 105 facilita adicionalmente a seleção de um estado de carregamento com base no modelo, no possível estado de comutação e em conflitos solucionados de possíveis estados de carregamento. O dispositivo de computação 105 também facilita a seleção de um estado de comutação que corresponde a um nível de tensão comandado e então a definição do estado de comutação do circuito em conformidade. A arquitetura de modelo do circuito usa um modelo com base em física representativo de pelo menos uma porção do circuito. O dispositivo de computação 105 inclui um dispositivo de memória 110 e um dispositivo de processamento 115 acoplado de modo operacional ao dispositivo de memória 110 para executar instruções. Em algumas realizações, as instruções executáveis são armazenadas no dispositivo de memória 110. O dispositivo de computação 105 é configurável para realizar uma ou mais operações descritas no presente documento através da programação de um dispositivo de processamento 115. Por exemplo, o dispositivo de processamento 115 pode ser programado codificando-se uma operação como uma ou mais instruções executáveis e fornecendo-se as instruções executáveis no dispositivo de memória 110. Na realização exemplificativa, o dispositivo de memória 110 é um ou mais dispositivos que possibilitam armazenamento e recuperação de informações, tais como, instruções executáveis e/ou outros dados. O dispositivo de memória 110 pode incluir um ou mais mídias legíveis por computador.

[022] O dispositivo de memória 110 pode ser configurado para armazenar medições operacionais que incluem, sem limitação, estados de comutação e de carregamento em tempo real e históricos para os capacitores flutuantes dentro do circuito dentro do conversor de energia assim como possíveis estados de comutação e de carregamento futuros, e/ou dados de outro tipo. Também, o dispositivo de memória 110 inclui, sem limitação, dados, algoritmos e comandos suficientes para facilitar a geração e/ou o armazenamento de modelos com base em física de circuitos associados com conversores de energia, incluindo conversores de energia de vários níveis e usam os modelos para gerar possíveis estados de comutação e de carregamento futuros dos capacitores flutuantes nos circuitos.

[023] Em algumas realizações, o dispositivo de computação 105 também inclui instruções legíveis/executáveis por computador, estruturas de dados, módulos de programa e submódulos de programa, para receber outros dados associados com valores medidos de outros conversores de energia e dos sistemas de controle de conversor de energia para facilitar a operação geral do conversor de energia.

[024] Em algumas realizações, o dispositivo de computação 105 inclui uma interface de apresentação 120 acoplada ao dispositivo de processamento 115. Ά interface de apresentação 120 apresenta informações, tal como uma interface de usuário e/ou um alarme, a um usuário 125. Em algumas realizações, a interface de apresentação 120 inclui uma ou mais dispositivos de exibição. Em algumas realizações, a interface de apresentação 120 apresenta um alarme associado com os conversores de energia associados, tal como com o uso de uma interface de máquina humana (HMI) (não mostrado na Figura 1). Também, em algumas realizações, o dispositivo de computação 105 inclui uma interface de entrada de usuário 130. Na realização exemplificativa, a interface de entrada de usuário 130 é acoplada ao dispositivo de processamento 115 e recebe entrada a partir do usuário 125.

[025] Uma interface de comunicação 135 é acoplada ao dispositivo de processamento 115 e é configurada para ser acoplada em comunicação com um ou mais outros dispositivos, tal como outro dispositivo de computação 105 e para realizar operações de entrada e de saída em relação a tais dispositivos enquanto realiza como um canal de entrada. A interface de comunicação 135 pode receber dados de a um ou mais dispositivos remotos e/ou transmitir dados aos mesmos Por exemplo, uma interface de comunicação 135 de um dispositivo de computação 105 pode transmitir um algoritmo corretivo para a interface de comunicação 135 de outro dispositivo de computação 105. Em algumas realizações, a interface de comunicação 135 é uma interface sem fio. Em algumas realizações, a interface de comunicação 135 é configurada para habilitar comunicação através de um protocolo de comunicação sem fio de curto alcance tal como Bluetooth™ ou Z-Wave™, através de uma rede local sem fio (WLAN) implantada de acordo com um padrão 802.11 de IEEE (Instituto de Engenheiros Eletrônicos e Eletricistas) (isto é, WiFi), e/ou através de uma rede de telefone móvel (isto é, celular) (por exemplo, Sistema Global para Comunicações Móveis (GSM), 3G, 4G) ou outra rede de dados móvel (por exemplo, Interoperabilidade Mundial para Acesso de Micro-Ondas (WIMAX)), ou uma conexão com fio (isto é, um ou mais condutores para transmitir sinais elétricos). Em realizações que a interface de comunicação 135 acopla o dispositivo de computação 105 a um ou mais aparelhos de medição de campo, a interface de comunicação 135 pode incluir, por exemplo, um ou mais condutores para transmitir sinais elétricos e/ou energia para e/ou do aparelho de medição de campo.

[026] A Figura 2 é um diagrama em blocos de uma porção de um sistema de controle de conversor de energia 200 que pode ser usado para monitorar e controlar pelo menos uma porção de um conversor de energia de vários níveis 300. Em algumas realizações, o sistema de controle de conversor de energia 200 também inclui instruções legíveis/executáveis por computador, estruturas de dados, módulos de programa e submódulos de programa, para receber outros dados associados com valores medidos de outros sistemas de turbina eólica para facilitar a operação geral do conversor de energia.

Alternativamente, o sistema de controle de conversor de energia 200 é um sistema autônomo. Adicionalmente, alternativamente, o sistema de controle de conversor de energia 200 é qualquer sistema com base em computador que pode monitorar porções de, e gerar e/ou armazenar modelos para o conversor de energia de vários níveis 300, incluindo, sem limitação, os circuitos do mesmo (não mostrado na Figura 2). Na realização exemplificativa, o sistema de controle de conversor de energia 200 inclui pelo menos uma unidade de processamento central (CPU) 215 configurada para executar algoritmos de monitoramento e de controle e lógica. A CPU 215 pode ser acoplada a outros dispositivos 220 por meio de uma rede 225. Em tais realizações, a rede 225 é uma rede sem fio.

[027] Referindo-se às Figuras 1 e 2, a CPU 215 é um dispositivo de computação 105. Na realização exemplificativa, o dispositivo de computação 105 é acoplado à rede 225 por meio da interface de comunicação 135. Em uma realização alternativa, a CPU 215 é integrada com outros dispositivos 220.

[028] A CPU 215 interage com um primeiro operador 230, por exemplo, sem limitação, por meio de interface de entrada de usuário 130 e/ou de interface de apresentação 120. Em uma realização, a CPU 215 apresenta informações sobre o conversor de energia de vários níveis 300, tais como tensões e correntes de capacitor flutuante medidas, ao operador 230. Outros dispositivos 220 interagem com um segundo operador 235, por exemplo, sem limitação, por meio de interface de entrada de usuário 130 e/ou de interface de apresentação 120. Por exemplo, outros dispositivos 220 apresentam alarmes e/ou outras informações operacionais ao segundo operador 235. Conforme usado no presente documento, o termo “operador” inclui qualquer pessoa em qualquer capacidade associada com a operação e manutenção do conversor de energia de vários níveis 300, incluindo, sem limitação, funcionários de operações de alternação, técnicos em manutenção e supervisores de instalação.

[029] Na realização exemplificativa, o conversor de energia de vários níveis 300 inclui um ou mais sensores de monitoramento 240 acoplados à CPU 215 através de pelo menos um canal de entrada 245. Os sensores de monitoramento 240 coletam medições operacionais que incluem, sem limitação, tensões e correntes de capacitor flutuante medidas a partir de porções do conversor de energia de vários níveis 300. Os sensores de monitoramento 240 podem também coletar outras medições operacionais que incluem, sem limitação, entradas e saídas de energia, tensão e corrente gerais em porções do conversor de energia de vários níveis 300. Os sensores de monitoramento 240 repetidamente, por exemplo, periodicamente, continuamente, e/ou mediante solicitação, transmitem leituras de medição operacional no tempo de medição. A CPU 215 recebe e processa as leituras de medição operacional. Tais dados são transmitidos através da rede 225 e podem ser acessados por qualquer dispositivo capaz de acessar a rede 225 incluindo, sem limitação, computadores de mesa, computadores portáteis e assistentes digitais pessoais (PDAs) (nenhum mostrado).

[030] A Figura 3 é um diagrama esquemático de uma topologia de um circuito exemplificativo 302 para o conversor de energia de vários níveis 300 que pode ser controlado pelo sistema de controle de conversor de energia 200 (mostrado na Figura 2) com uma pluralidade de estados de comutação mostrados no mesmo. O circuito elétrico 302 é modelado dentro dos dispositivos de processamento 115 e 215 (mostrados nas Figuras 1 e 2, respectivamente) com o uso de quaisquer aplicativos de software de modelação que habilitam a operação do circuito elétrico 302 e do sistema de controle de conversor de energia 200 conforme descrito no presente documento.

[031] Na realização exemplificativa, a topologia de circuito 302 é uma topologia de conversor pilotado de ponto neutro (NPP) aninhado que inclui uma pluralidade de dispositivos de comutação 304 (apenas três grupos identificados na Figura 3) e uma pluralidade de capacitores flutuantes 306 (apenas dois identificados na Figura 3). Pelo menos um dispositivo de medição de tensão 308 é usado para medir tensão em tempo real através de cada capacitor flutuante 306 (apenas dois mostrados na Figura 3). O circuito elétrico 302 também inclui pelo menos um terminal de corrente alternada (CA) 310 acoplado a uma fase de um sistema de CA maior 311. Um dispositivo de medição de corrente 312 é usado para medir corrente elétrica em tempo real transmitida através do terminal de CA 310 (em qualquer direção). Similarmente, um dispositivo de medição de tensão 314 é usado para medir tensão em tempo real induzida no terminal de CA 310.

[032] Também, o circuito elétrico 302 inclui uma pluralidade de elementos eletricamente condutores 320 configurados substancialmente paralelos uns aos outros. Na realização exemplificativa, os elementos 320 incluem três elementos, isto é, um elemento condutor superior 322, um elemento intermediário, isto é, um elemento condutor horizontal 324 e um elemento condutor inferior 326. Alternativamente, qualquer número de elementos condutores 320 é usado que habilita a operação do circuito elétrico 302 e do sistema de controle de conversor de energia 200 conforme descrito no presente documento. Cada um dos elementos 320 inclui um terminal de corrente contínua (CC) 328 que acopla elementos 320 a um enlace de CC 329. Cada grupo de dispositivos de comutação 304 [e acoplado a um elemento 320 respectivo e os capacitores flutuantes 306 são acoplados entre dispositivos de comutação 304 e elementos 320 adjacentes. Os dispositivos de comutação 304 acoplados ao elemento condutor superior 322 são identificados como “up1” até “upN”. Similarmente, os dispositivos de comutação 304 acoplados ao elemento condutor horizontal 324 são identificados como “horzl” até “horzN”. Também, similarmente, os dispositivos de comutação 304 acoplados ao elemento condutor inferior 326 são identificados como “lowT' até “lowN”.

[033] Os capacitores flutuantes 306 acoplados entre o elemento condutor superior 322 e o elemento condutor horizontal 324 têm uma polaridade positiva e são identificados como “+Γ até “+N”. Similarmente, os capacitores flutuantes 306 acoplados entre o elemento condutor inferior 326 e o elemento condutor horizontal 324 têm uma polaridade negativa e são identificados como “-1” até “-N”. Os capacitores flutuantes 306 e os dispositivos de comutação 304 definem uma pluralidade de estágios 330 (apenas quatro identificados na Figura 3 como 332, 334, 336 e 338) do circuito elétrico 302.

[034] Na realização exemplificativa, cada estágio 330 tem um estado de comutação predeterminado representado por um valor numérico de tal modo que uma pluralidade de estágios 330 defina uma pluralidade de estados de comutação para pelo menos uma porção do circuito elétrico 302. A pluralidade de valores numéricos inclui uma combinação sequencial singular de números inteiros a partira de um grupo predeterminado de números inteiros e cada combinação sequencial singular de números inteiros define um estado de comutação singular do circuito elétrico 302.

[035] Especificamente, cada estágio 330 tem um estado de comutação de “0”, “1”, ou “-1” como uma função do respectivo estado de comutação dos respectivos dispositivos de comutação 304. Por exemplo, o estágio 332 tem dispositivos de comutação up1 e low1 em um estado não condutivo enquanto os dispositivos de comutação horzl estão em um estado condutivo. Como tal, o estágio 332 é atribuído um estado de comutação de 0. Também, por exemplo, o estágio 334 tem dispositivos de comutação up2 e horz2 em um estado não condutivo enquanto os dispositivos de comutação low1 estão em um estado condutivo. Como tal, o estágio 334 é atribuído um estado de comutação de -1. Adicionalmente, por exemplo, o estágio 336 tem dispositivos de comutação low3 e horz3 em um estado não condutivo enquanto os dispositivos de comutação up1 estão em um estado condutivo. Como tai, o estágio 336 é atribuído um estado de comutação de 1. Na realização exemplificativa, os valores de 0, 1 e -1 são usados. Alternativamente, quaisquer valores para estados de comutação são usados que habilitam a operação do circuito elétrico 302 e do sistema de controle de conversor de energia 200 conforme descrito no presente documento, tal como, e sem limitação, 1, 2 e 3. Além disso, em realizações alternativas, o número de elementos condutores 320 não é limitado a três. Por exemplo, e em limitação, em algumas realizações, há dez elementos condutores e os estados de comutação associados são identificados com os números inteiros 1 até 10. Os estados de comutação de estágios 330 alternam rapidamente durante a operação normal do circuito elétrico 302 a fim de gerar a tensão e corrente comandadas no terminal de CA 310 e nos terminais de CC 328. Especificamente, um esquema de sete níveis para tensão é usado com o circuito elétrico 302 com níveis de tensão que se estendem de +3 a -3 em incrementos de unidade de um, em que os incrementos em tensão unitizada são valores normalizados para tensão comandada e tensão medida no terminal de CA 310. Um nível de tensão de +3 corresponde a um pico de tensão de CA positivo e um nível de tensão de -3 corresponde a um pico de tensão de CA negativo, sendo ambos os picos associados com uma forma de onda de tensão de CA sinusoidal.

[036] Limitar os estados de comutação a um elemento condutor 320 em um estado de condução por período de ciclo predeterminado facilita a remoção de estados de comutação não usados e redundantes de consideração, por exemplo, e sem limitação, os estados de comutação que têm dispositivos de comutação tanto “up” quanto “low” em um único estágio 330 em um estado condutivo simultaneamente. Na realização exemplificativa mostrada na Figura 3, a soma dos estados de comutação mostrados (0+1-1+0) gera um nível de tensão de saída no terminal de CA 310 com um valor de 0. Enquanto os estados de comutação do circuito elétrico 302 estão nesta condição, os capacitores flutuantes 306 não carregam ou descarregam. Durante um evento de comutação comandada, os estados de comutação para pelo menos alguns dos estágios 330 são alternados e os capacitores flutuantes 306 associados começam tanto a carregar quanto a descarregar. Como tal, uma vez o carregamento, o descarregamento e a estática de retenção dos capacitores flutuantes 306 depende das ordens de comutação comandadas, as tensões através dos capacitores flutuantes 306 são controláveis de tal modo que sejam equilibradas dentro do circuito elétrico 302.

[037] A Figura 4 mostra uma relação entre uma representação gráfica, isto é, o gráfico 400 de um modelo de pulso 402 exemplificativo, uma representação esquemática de uma porção do circuito elétrico do conversor de energia de vários níveis 302 com uma pluralidade de estados de comutação mostrados no mesmo e uma representação tabular, isto é, a tabela 404 de uma pluralidade de estados de comutação do circuito elétrico 302 que podem ser gerados com o sistema de controle de conversor de energia 200 (mostrado na Figura 2).

[038] Na realização exemplificativa, o modelo de pulso 402 é gerado através de técnicas de modulação de largura de pulso (PWM). Alternativamente, o modelo de pulso 402 é gerado com o uso de qualquer técnica de geração de pulso que habilita a operação do circuito elétrico 302 e do sistema de controle de conversor de energia 200 conforme descrito no presente documento, incluindo, sem limitação, a geração de pulso de modelo de pulso (OPP) otimizada. A geração de modelo de pulso 402 é realizada com o uso de esquemas e controles de modulação tradicionais e tal geração de pulso é desacoplada da seleção de estado de comutação, discutida adicionalmente abaixo. Conforme mostrado, um sinal de amostra 406 medida, por exemplo, e sem limitação, no terminai de CA 310 (mostrado na Figura 3) é transmitido para gerar comandos de pulso de PWM 408 para geração adicional de modelo de pulso 402. O sinal de amostra 406 inclui uma amostragem de condições elétricas no terminal de CA 310, incluindo, sem limitação, corrente, tensão e tensões de capacitor flutuante.

[039] Conforme discutido acima, um esquema de sete níveis para tensão é mostrado com níveis de tensão para 0, 1,2 e 3 mostrados, e -1, -2 e -3 não mostrados, no gráfico 400. O modelo de pulso 402 também inclui informações temporais para determinar o comprimento temporal de cada nível de tensão comandado. Portanto, os comandos de pulso de PWM 408 são gerados através de uma porção de sistema de controle de conversor de energia 200 não associado com a seleção de estado de comutação conforme descrito no presente documento ou outro sistema de controle. Também, os comandos de pulso 408 incluem informações relacionadas ao nível de tensão comandado no terminal de CA 310 incluindo o nível de tensão e a duração temporal de estados de comutação 404 para obter o nível de tensão comandado no terminal de CA 310. Adicionalmente, o modelo de pulso 402 gerado como uma função de comandos de pulso 408 também inclui informações referentes ao nível de tensão e à duração temporal de estados de comutação 404 para obter o nível de tensão comandado no terminal de CA 310.

[040] Também, na realização exemplificativa, para um nível de tensão selecionado de +2, a tabela 404 mostra que há três possíveis estados de comutação para a porção do circuito 302 mostrado na Figura 4. Especificamente, os três estados de comutação disponíveis da tabela 404 são [0 1 1], [1 0 1] e [1 1 0] e são mostrados no circuito 302 como estados de comutação 410, 412 e 414, respectivamente.

[041] Em referência à tabela 404, o nível de tensão +3 tem um único possível estado de comutação de [1 1 1], o nível de tensão 0 tem um único possível estado de comutação de [0 0 0] e o nível de tensão -3 tem um único possível estado de comutação de [-1 -1 -1]. Ademais, os estados de comutação +2 (descritos acima), +1,-1 e -2 têm três possíveis estados de comutação conforme mostrado.

[042] A Figura 5 é uma representação tabular de uma relação entre a tabela 404 da pluralidade de estados de comutação para o circuito elétrico de conversor de energia de vários níveis 302 (mostrado na Figura 4) e uma tabela 420 de uma pluralidade de estados de carregamento de capacitores flutuantes 306 no circuito 302. A tabela 420 de estados de carregamento é gerada através da tomada da combinação sequencial singular de números inteiros para cada estado de comutação que inclui um primeiro, um segundo e um terceiro número inteiro (para a realização exemplificativa) e então a subtração do segundo número inteiro do primeiro número inteiro e a subtração do terceiro número inteiro do segundo número inteiro para gerar uma pluralidade de estados de carregamento singulares que podem ser compartilhados por mais de um nível de tensão (discutido adicionalmente abaixo). Por exemplo, para o estado de comutação [111] representativo do nível de tensão +3, o primeiro número inteiro “1” menos o segundo número inteiro “1” e o segundo número inteiro “1” menos o terceiro número inteiro “1” gera o estado de carregamento [0 0]. Similarmente, para o nível de tensão +2, 0 estado de comutação [0 11] gera o estado de carregamento [-1 0] (0 menos 1 é -1 e 1 menos 1 é 0), o estado de comutação [10 1] gera o estado de carregamento [1 -1] (1 menos 0 é 1 e 0 menos 1 é -1) e o estado de comutação [1 1 0] gera o estado de carregamento [0 1] (1 menos 1 é 0 e 1 menos 0 é 1). Os estados de carregamento para níveis de tensão +1, 0, -1, -2 e -3 são determinados de uma maneira substancialmente similar.

[043] Na realização exemplificativa, o estado de carregamento de capacitores flutuantes 306 no circuito 302 é identificado com uma designação de dois números inteiros, em que os números inteiros são escolhidos a partir do grupo de números inteiros de -1 (descarregamento), 0 (equilibrado) e +1 (carregamento). Ademais, o primeiro número inteiro no estado de carregamento representa o estado de carregamento do capacitor flutuante designado como +2 ou -2 e o segundo número inteiro representa o estado de carregamento do capacitor flutuante designado como +1 ou -1. Conforme mostrado na Figura 4, o estado de comutação 412 é um dentre três possíveis estados de comutação (410, 412 e 414) para o nível de tensão +2. Para o estado de comutação 412 [1 0 1], com um estado de carregamento de [1 -1], o capacitor flutuante identificado como +2 carrega e o capacitor flutuante identificado como +1 descarrega. Em referência à tabela 420, os níveis de tensão +2 e +1 são associados com o carregamento e o descarregamento de capacitores flutuantes +2 e +1 e os níveis de tensão -2 e -1 são associados com o carregamento e o descarregamento de capacitores flutuantes -2 e -1.

[044] Há certa ambiguidade em relação aos estados de carregamento 420 em que não há uma relação um a um entre cada estado de comutação 404 e cada estado de carregamento 420. Por exemplo, o estado de carregamento [1 -1] corresponde a um nível de tensão de +2 e -1. Similarmente, o estado de carregamento [0 1] corresponde ambos os níveis de tensão +2 e -1. Também, similarmente, os estados de carregamento [0 -1], [-1 1], [1 0] e [-1 0] correspondem a mais de um nível de tensão. Portanto, o sistema de controle de conversor de energia 200 (mostrado na Figura 2) é configurado para resolver essas ambiguidades e selecionar o estado de carregamento associado com o nível de tensão comandado.

[045] A Figura 6 mostra uma relação entre uma representação tabular de uma pluralidade de estados de carregamento (tabela 420) como uma função de um nível de tensão no modelo de pulso 402 (mostrado na Figura 4) e uma representação 430 da pluralidade de estados de carregamento; Uma pluralidade de setas de alternação 432 são mostradas entre níveis de tensão +3 e +2 e níveis de tensão 0 e -1. Também, Uma pluralidade de setas de alternação 434 são mostradas entre níveis de tensão +1 e 0 e níveis de tensão -2 e -3. Adicionalmente, uma pluralidade de setas de alternação 436 são mostradas entre níveis de tensão +2 e +1 e níveis de tensão -2 e -1. A associação de setas de alternação 432, 434 e 436 e níveis de tensão +3 a -3 são mostradas na tabela 440.

[046] Em referência à tabela 420, os sete possíveis e redundantes estados de carregamento [-1 1], [0 1], [-1 0], [0 0], [1 0], [0 -1] e [1 -1] são rearranjados em uma única instância de cada estado de carregamento na representação 430 e as setas de alternação associadas 432, 434 e 436 são mostradas. Além disso, os sete estados de carregamento são dispostos acerca de um par de eixos geométrico ortogonais identificados como “Cap1” e “Cap2”. O eixo geométrico Cap1 vertical se estende para cima de -1 (descarregamento) até 0 (estático) para +1 (carregamento) e o eixo geométrico Cap2 horizontal se estende para a direita de -1 (descarregamento) até 0 (estático) para +1 (carregamento). A tabela 420 e a representação 430 mostram que nem todos os estados de carregamento estão disponíveis imediatamente para serem alternados para qualquer outro estado de carregamento sem um estado de carregamento intermediário. Portanto, para certas combinações de estados de comutação dentro do circuito 302, nem todos os estados de carregamento de capacitores flutuantes 306 estão disponíveis para a alternação imediatamente pendente. Portanto, os dispositivos de processamento 115 e 215 preveem uma pluralidade de possíveis estados de carregamento do circuito elétrico 302, com base pelo menos parcialmente no modelo do circuito elétrico 302 e do estado de carregamento representação 430. Também, os dispositivos de processamento 115 e 215 selecionam, com base pelo menos parcialmente no modelo do circuito elétrico 302, um estado de carregamento a partir da pluralidade de possíveis estados de carregamento. Adicionalmente, os dispositivos de processamento 115 e 215 regulam um estado de cada dispositivo de comutação 304 com base no estado de carregamento selecionado. Ademais, os dispositivos de processamento 115 e 215 regulam os valores de tensão induzida através de cada capacitor flutuante 306 da pluralidade de capacitores flutuantes 306 com base no estado de carregamento selecionado e no estado de cada dispositivo de comutação 304.

[047] A organização dos estados de carregamento na representação 430 define três estados de carregamento gerais. Especificamente, há um único estado neutro 442, isto é, o estado de carregamento [0, 0] localizado no centro da representação e um estado neutro 442 é o único estado de carregamento que pode alternar para mais de dois estados de carregamento. Também, há quaro estados intermediários 444, isto é, estados de carregamento [0, 1], [0, -1], [-1, 0] e [1, 0], Adicionalmente, há dois estados de canto 446, isto é, estados de carregamento [-1, 1] e [1, -1]. Como tal, três casos são solucionados através do sistema de controle de conversor de energia 200. O primeiro caso é quando o estado de carregamento em tempo real existente inicial é um estado de carregamento neutro 442. O segundo caso é quando o estado de carregamento em tempo real existente inicial é um dentre estados de carregamento intermediários 444. O terceiro caso é quando o estado de carregamento em tempo real existente inicial é um dentre estados de carregamento de canto 446. A significância desses três casos é discutida adicionalmente abaixo.

[048] A Figura 7 é um diagrama de blocos esquemático de uma porção do sistema de controle de conversor de energia 200. Especificamente, o sistema de controle de equilíbrio de capacitor flutuante 500 é mostrado. O sistema 500 inclui um módulo de seleção de estado 502 que recebe o modelo de pulso 402 e gera um comando de estado de comutação 504. O sistema 500 também inclui um canal de retroalimentação de estado de carregamento de corrente 506 que transmite os detalhes do estado de carregamento em tempo real de todos os capacitores flutuantes 306 (mostrados na Figura 3) no circuito 302 para o módulo de seleção de estado 502. O sistema 500 inclui adicionalmente um canal de retroalimentação de tensão de terminal de CA 508 acoplado ao módulo de seleção de estado 502. Os canais de retroalimentação similares para sinais de tensão de enlace de CC (não mostrado) também são fornecidos.

[049] A Figura 8 é um diagrama de blocos esquemático do módulo de seleção de estado 502 que pode ser usado com o sistema de controle de equilíbrio de capacitor flutuante 500 do sistema de controle de conversor de energia 200. O módulo de seleção de estado 502 inclui um submódulo de correção de tensão 520, um submódulo de seleção de caso 522 e um submódulo de seleção de estado de carregamento 524, em que cada um é discutido adicionalmente abaixo.

[050] O submódulo de correção de tensão 520 recebe sinais de retroalimentação de tensão de capacitor flutuante 530 de cada dispositivo de medição de tensão 308 para cada capacitor flutuante 306 (mostrado na Figura 3). O submódulo de correção de tensão 520 também recebe sinais de retroalimentação de medição de corrente 532 do dispositivo de medição de corrente 312 próximo ao terminal de CA 310 (mostrado na Figura 3). O submódulo de correção de tensão 520 recebe adicionalmente sinais de retroalimentação de estado de carregamento de corrente 533 através do canal de retroalimentação de estado de carregamento de corrente 506. O submódulo de correção de tensão 520 também recebe sinais de retroalimentação de medição de tensão de terminal de CA 534 através do canal de retroalimentação de tensão de terminal de CA 508. O submódulo de correção de tensão 520 gera e transmite um sinal de tensão de capacitor flutuante corrigido 535 para o submódulo de seleção de estado de carregamento 524.

[051] O submódulo de seleção de caso 522 é associado com os três diferentes estados de carregamento gerais neutro 442, intermediário 444 e de canto 446 (todos mostrados na Figura 6), conforme descrito acima. O submódulo de seleção de caso 522 recebe sinais de retroalimentação de estado de carregamento de corrente 533 e gera e transmite um sinal de seleção de caso 536 para o submódulo de seleção de estado de carregamento 524.

[052] O submódulo de seleção de estado de carregamento 524 recebe um sinal de tensão de capacitor flutuante corrigido 535 e um sinal de seleção de estado de carregamento geral 536 assim como sinais de retroalimentação de corrente 532 e sinais de retroalimentação de estado de carregamento de corrente 533. O submódulo de seleção de estado de carregamento 524 também recebe um sinal de retroalimentação de estado de carregamento anterior 538 do dispositivo de memória 110 (mostrado na Figura 1). Também, o submódulo de seleção de estado de carregamento 524 gera e transmite o comando de estado de comutação 504.

[053] Em referência à representação 430 da Figura 6 e ao sistema de controle de equilíbrio de capacitor flutuante 500 nas Figuras 7 e 8, o primeiro caso é definido em que o estado de carregamento em tempo real existente é um estado de carregamento neutro 442. O módulo de seleção de estado 502, mediante recebimento do modelo de pulso 402, determina um estado de comutação e as informações temporais associadas, que equilibram tensões de capacitor flutuante através de dispositivos de comutação 304 comparando-se a tensão real de cada capacitor flutuante 306.

[054] Conforme descrito acima, quando o estado de carregamento inicial é um estado neutro 442 [0, 0], isto é, Cap2 e Cap1 são equilibrados, há sempre três estados disponíveis para o módulo 502 escolher, isto é, um primeiro grupo de possíveis estados futuros inclui estados intermediários 444 [0, 1], [-1, 0] e o estado de canto 446 [1, -1] e um segundo grupo de possíveis estados futuros inclui o estado de canto 446 [-1, 1] e estados intermediários 444 [1, 0] e [0, -1]. Como tal, o módulo de seleção de estado 502 facilita a solução de estados de carregamento conflitantes de capacitores flutuantes 306, [055] Há quatro possíveis combinações dos dois capacitores flutuantes associados que cada uma inclui duas dentre as quatro possíveis condições, sendo que cada uma das quatro possíveis baseada em uma comparação entre um valor de tensão em tempo real de cada capacitor flutuante 306 em relação a um valor de referência de tensão. A primeira condição é que uma tensão de Cap1 (VCapi) é maior do que ou igual a um valor de referência de tensão para Cap1 (VCapi,ref) gerado pelo módulo de seleção de estado 502 como uma função do modelo de pulso 402, isto é, a primeira condição é definida como VCapi ^ VCapi,ref. Uma segunda possível condição é que VCapi < VCapi,ref· Uma terceira possível condição é que VCap2^ VCapi,ref· Uma quarta possível condição é que VCap2< VCap2,ref.

[056] Para a combinação da primeira e da terceira condições, o estado de carregamento desejado é [-1, -1], isto é, o estado em que a condição desejada tanto de Cap2 quanto de Cap1 é satisfeita quando tanto Cap2 quanto Cap1 descarregam. Entretanto, esse estado de carregamento não existe. Portanto, o algoritmo irá selecionar um dentre os estados intermediários 444 [-1, 0] (Cap2 descarregando e Cap1 estático) e [0, -1] (Cap2 estático e Cap1 descarregando). Em referência à Figura 5, os estados de carregamento [-1, 0] e [0, 1] são associados com o nível de tensão +2 e os estados de comutação associados de [1 1 0] e [0 1 1], respectivamente são selecionados. Se os capacitores flutuantes 306 em consideração são Cap-1 e Cap-2, uma operação similar é realizada para que o nível de tensão associado -1 gere comandos para os estados de comutação [-1 0 0] e [0 0 -1], respectivamente. O comando de estado de comutação 504 é gerado e transmitido em conformidade.

[057] Em geral, o algoritmo no módulo 502 primeiro irá tentar satisfazer a condição desejada de ambos os capacitores flutuantes 306 representados nos estados de carregamento. Se as condições do circuito 302 não permitirem essa possibilidade, o algoritmo permite que um dentre os dois capacitores flutuantes associados 306 permaneça estático substancialmente na mesma tensão, isto é, nem carregando nem descarregando o capacitor flutuante associado 306. O algoritmo irá impedir substancialmente quaisquer capacitores flutuantes de alternar em uma direção que aumentaria um desequilíbrio entre os capacitores flutuantes associados 306. Como tal, se qualquer um dos dois capacitores flutuantes puder ser satisfeito, mas não ao mesmo tempo, a alternação dos capacitores flutuantes é priorizada comparando-se o erro de tensão conforme definido por: então Cap2 é descarregado e Cap1 permanece estático, isto é, [-1, 0] é selecionado. Alternativamente, se: então Cap2 é estático e Cap1 é descarregado, isto é, [0, -1] é selecionado.

[058] Para a combinação da segunda e terceira condições, o estado de carregamento desejado é um estado de canto 446 [-1, 1], isto é, o estado em que as condições desejadas tanto de Cap1 quanto de Cap2 são satisfeitas é quando Cap2 descarrega e Cap1 carrega. Portanto, o algoritmo irá selecionar um estado de canto 446 [-1, 1]. Alternativamente, para essa combinação de condições, um dentre os estados intermediários 444 [-1,0] e [0, 1] é escolhido através de determinação das equações (1) ou (2) acima. O comando de estado de comutação 504 é gerado e transmitido como um resultado das associações entre estados de carregamento e estados de comutação conforme mostrado na Figura 5 e descrito acima para a combinação da primeira e da terceira condições.

[059] Para a combinação da primeira e quarta condições, o estado de carregamento desejado é um estado de canto 446 [1, -1], isto é, o estado em que as condições desejadas tanto de Cap1 quanto de Cap2 são satisfeitas é quando Cap2 carrega e Cap1 descarrega. Portanto, o algoritmo irá selecionar um estado de canto 446 [1, -1]. Alternativamente, para essa combinação de condições, um dentre os estados intermediários 444 [1, 0] e [0, -1] é escolhido através de determinação das equações (1) ou (2) conforme descrito acima. O comando de estado de comutação 504 é gerado e transmitido como um resultado das associações entre estados de carregamento e estados de comutação conforme mostrado na Figura 5 e descrito acima para a combinação da primeira e da terceira condições.

[060] Para a combinação da segunda e da quarta condições, o estado de carregamento desejado é [1, 1], isto é, o estado em que a condição desejada tanto de Cap2 quanto de Cap1 é satisfeita quando tanto Cap2 quanto Cap1 carregam. Entretanto, esse estado de carregamento não existe. Portanto, o algoritmo irá selecionar um dentre os estados intermediários 444 [1, 0] (Cap2 carregando e Cap1 estático) e [0, 1] (Cap2 estático e Cap1 carregando). O comando de estado de comutação 504 é gerado e transmitido como um resultado das associações entre estados de carregamento e estados de comutação conforme mostrado na Figura 5 e descrito acima para a combinação da primeira e da terceira condições e o estado de comutação selecionado é definido no circuito elétrico 302.

[061] Para o segundo caso, quando o estado de carregamento inicial é um dentre os quatro estados intermediários 444, isto é, os estados de carregamento [0, 1], [0, -1], [-1, 0] e [1, 0], o algoritmo no módulo de seleção de estado 502 usa um método diferente de determinar o estado de carregamento daquele para o estado neutro [0, 0]. Se o estado de carregamento inicial for um dentre [1, 0] ou [-1, 0], isto é, um estado intermediário 444 no eixo geométrico horizontal Cap2 na Figura 6, o Cap1 recebe a prioridade para determinar o próximo estado de carregamento. Similarmente, quando o estado de carregamento inicial for um dentre [0, 1] ou [0, -1], isto é, um estado intermediário 444 no eixo geométrico vertical Cap1 na Figura 6, o Cap2 recebe a prioridade para determinar o próximo estado de carregamento. De uma maneira similar ao primeiro caso descrito acima, a seleção do próximo estado de carregamento é baseada substancialmente em uma comparação entre uma tensão em tempo real medida através de cada capacitor flutuante 306 em relação a um valor de tensão de referência associado. Como tal, o módulo de seleção de estado 502 facilita a solução de estados de carregamento conflitantes de capacitores flutuantes 306.

[062] Quando o estado de carregamento inicial é [1, 0], dois possíveis estados de carregamento estão disponíveis. Se VCapi < VCapi,ref, então o próximo estado de carregamento a ser selecionado é [0, 1]. Se VCapi ^ Vcapi,ref, então o próximo estado de carregamento a ser selecionado é [1, -1]. Quando o estado de carregamento inicial é [-1, 0], dois possíveis estados de carregamento estão disponíveis. Se VCapi < VCapi,ref, então o próximo estado de carregamento a ser selecionado é [-1, 1]. Se Vcapi ^ VCapi,ref, então o próximo estado de carregamento a ser selecionado é [0, -1], Quando o estado de carregamento inicial é [0, 1], dois possíveis estados de carregamento estão disponíveis. Se Vcap2 < Vcap2,ref, então o próximo estado de carregamento a ser selecionado é [1, 0]. Se Vcap2 ^ Vcap2,ref, então o próximo estado de carregamento a ser selecionado é [-1, -1]. Quando o estado de carregamento inicial é [0, -1], dois possíveis estados de carregamento estão disponíveis. Se VcaP2 < VCaP2,ref, então o próximo estado de carregamento a ser selecionado é [1, -1], Se VCaP2 ^ VCap2,ref, então o próximo estado de carregamento a ser selecionado é [-1, 0]. Como tal, o módulo de seleção de estado 502 facilita a solução de estados de carregamento conflitantes de capacitores flutuantes 306.

[063] O comando de estado de comutação 504 é gerado e transmitido como um resultado das associações entre estados de carregamento e estados de comutação conforme mostrado na Figura 5 e descrito acima. Conforme um resultado da regulação, isto é, o equilíbrio das tensões através dos capacitores flutuantes 306 dentro do circuito elétrico 302, os valores de tensão medida no terminal de CA 310 são regulados.

[064] A Figura 9 é um fluxograma de um método exemplificativo 600 de determinar um estado de carregamento para o circuito elétrico 302 de conversor de energia de vários níveis (mostrado na Figura 3) quando o estado de carregamento inicial está em um estado de carregamento de canto 446 [-1, 1] e [1, -1] (ambos mostrados na Figura 6), isto é, o terceiro caso. Em geral, o método 600 inclui determinar a próxima transição de estado selecionado com base em uma escolha inicial de estado de comutação e, então, prever as tensões através de cada capacitor flutuante 306 com base nessa decisão.

[065] Na realização exemplificativa, o método 600 usa uma estratégia de controle preditivo de modelo (MPC) para facilitar a determinação da próxima transição de estado com o uso do modelo com base em física do circuito elétrico 302. Em geral, o MPC é um mecanismo de retroalimentação em que modelos com base em física são usados para prever dinâmicas de sistema particulares. O problema do MPC a ser solucionado é formulado solucionando-se em tempo real um problema de controle submetido a dinâmicas e restrições de sistema que envolvem estados e controles. Com base em medições obtidas no tempo t=0, um controlador de sistema pode ser usado para prever o comportamento dinâmico futuro do sistema ao longo de um horizonte de tempo de previsão em t=Tp e determinar uma entrada de tal modo que uma função objetiva de desempenho determinada seja otimizada.

[066] A primeira etapa no método 600 é selecionar 602 o estado inicial para ir para. Entradas para a etapa 602 incluem o modelo de pulso 402 e o sinal de retroalimentação de estado de carregamento anterior 538. Para a condição em que o estado de carregamento de corrente é [-1, 1], há apenas dois estados de carregamento em potencial para os quais pode-se transicionar, isto é, [0, 1] e [-1, 0]. O método 600 é configurado para impedir um retorno a um estado de carregamento imediatamente anterior. Portanto, se qualquer um dos estados [0, 1] e [-1, 0] tiver sido o estado mais recente de onde transitou-se, o mesmo é removido da consideração e outro estado é selecionado. Por exemplo, se o estado [0, 1] é admitido como sinal 538, o estado [0, 1] não é selecionado e o estado [-1, 0] é selecionado para avaliação como o estado inicial.

[067] A segunda etapa no método 600 é calcular 604 uma tensão de capacitores flutuantes prevista 306 (mostrada nas Figuras 3 e 7). As entradas para a etapa 604 incluem a saída da etapa 602, sinais de retroalimentação de tensão de capacitor flutuante 530 e sinais de retroalimentação de corrente 532. As tensões previstas de capacitores flutuantes associados 306 são calculadas com base nas tensões de capacitor flutuante em tempo real, em medições de corrente em tempo real no terminai de CA 310 mostrado nas Figuras 3 e 7) e o estado de carregamento inicial, neste exemplo, [-1 1], [068] A terceira etapa no método 600 é prever 606 a sequência de transição de estado com base nas tensões de capacitor flutuante previstas da etapa 604 e do estado de carregamento inicial, neste exemplo, [-1, 0], Há duas possíveis sequências de transição de estado após a seleção de [-1, 0], isto é, os estados de carregamento [-1, 1] e [0, -1].

[069] A quarta etapa no método 600 é selecionar 608 o estado final para ir para. Na avaliação do primeiro dos próximos estados de carregamento após a escolha inicial do estado de carregamento [-1, 0], o estado subsequente seria o estado atual, isto é, o estado de carregamento [-1, 0]. Ademais, o próximo estado de carregamento após [-1, 1] é [0, 1], isto é, o estado de carregamento anterior mais recente. Conforme descrito acima, retornar a um estado de carregamento anterior recente não é desejável. Uma razão é que há uma chance de que o algoritmo pode gastar muito tempo comutando no canto e um dos capacitores flutuantes pode ser descarregado excessivamente antes de ser carregamento novamente. Como tal, o estado de carregamento subsequente de [0, -1] significa que um novo estado de carregamento será selecionado, o que é desejável. Portanto, o estado de carregamento [-1, 0] é selecionado.

[070] Há uma condição especial para iniciar em um estado de canto 446 que é considerado, isto é, quando o estado de carregamento anterior foi um estado neutro 442 [0, 0]. Há três casos e cada um é discutido por vez.

[071] O primeiro caso é quando dadas as duas escolhas para o próximo estado de carregamento e uma escolha é obviamente melhor do que a outra, a ação é para escolher a melhor opção. Por exemplo, se o processo inicia no estado de carregamento [-1, 1], VCaP2 ^ VCa2i,ref e VCapi ^ VCapi,ref, então, o estado de carregamento desejado é [-1, -1], que não existe. Portanto, uma das opções que existe é [0, 1]. Entretanto, deixar o Cap2 estático e deixar o Cap1 carregando quando tanto Cap1 quanto Cap2 excede as tensões de referência associadas não é uma boa escolha. Como tal, como uma função de resolver estados de carregamento conflitantes de capacitores flutuantes 306, o estado de carregamento [-1,0] é escolhido.

[072] O segundo caso é quando, dadas as duas opções para o próximo estado de carregamento e ambas as opções são boas, a ação é para comparar os erros de tensão e escolher a opção que favorece os capacitores flutuantes com tensões mais distantes da tensão de referência. Por exemplo, se o processo se inicia em [1, -1], então, as duas escolhas para o estado de carregamento desejado de [1, 0] e [0, -1] são opções satisfatórias. Se o Cap1 estiver mais distante da referência, conforme uma função de resolver estados de carregamento conflitantes de capacitores flutuantes 306, [0, -1] é escolhida de modo que a tensão de Cap1 seja diminuída primeira.

[073] O terceiro caso é quando, dadas as duas opções para o próximo estado de carregamento e ambas as opções são opções ruins, a ação é para comparar o erro de tensão e escolher a opção que causa as condições menos indesejáveis. Por exemplo, se o processo inicia no estado de carregamento [-1, 1], então, tanto [1,0] quanto [0, -1] são opções ruins devido ao fato de que o descarregamento de Cap2 e o carregamento de Cap1 são desejáveis. Se o Cap1 estiver mais longe da tensão de referência, conforme uma função de resolver estados de carregamento conflitantes de capacitores flutuantes 306, [1, 0] é escolhida de modo que a tensão de Cap1 seja mantida no mesmo nível e a tensão de Cap2 seja mantida alta por ora.

[074] Os conversores de energia de vários níveis descritos acima e seus sistemas de controle associados fornecem controle acentuado de conversão de energia elétrica. Especificamente, as realizações descritas no presente documento facilitam o equilíbrio das tensões dos capacitores flutuantes dentro dos conversores de energia. O uso de uma topologia de sete níveis, os conversores de energia de vários níveis descritos no presente documento geram um modelo de pulso de vários níveis de baixa distorção e tensões de saída mais altas na saída dos conversores de energia como comparado com conversores conhecidos. Tais tensões mais altas incluem 10 quilovolts (kV) e 13,8 kV nas saídas de conversores de tensão intermediários. Como tais, os conversores de energia de vários níveis descritos no presente documento facilitam o desempenho de distorção harmônica total (THD) aprimorada e de conversão de energia elétrica aumentada. O desempenho de THD aprimorado facilita a diminuição do tamanho e complexidade de filtros harmônicos acoplados eletricamente, diminuindo assim os custos de montagem, operação e manutenção de sistemas de energia elétrica. Além disso, ao invés dos custos adicionais associados com o hardware adicional para circuitos de energia de equilíbrio de tensão, o equilíbrio da tensão associada com os capacitores flutuantes é alcançado através de algoritmos e instruções de equilíbrio implantados por software. Os algoritmos e instruções de equilíbrio descritos no presente documento convertem estados de comutação, isto é, configurações de comutação agregadas dentro do circuito definido pelos dispositivos de comutação associados para agregar estados de carregamento do circuito definidos pelos capacitores flutuantes. Ademais, os conversores de energia de vários níveis e sistemas de controle associados descritos no presente documento facilitam um processo com duas etapas, em que a primeira etapa de geração de modulação de largura de pulso (PWM) é desacoplada da segunda etapa de seleção de estado.

[075] Um efeito técnico exemplíficativo dos métodos, sistemas e aparelhos descritos aqui inclui pelo menos um dentre: (A) equilibrar as tensões através de uma pluralidade de capacitores flutuantes dentro de conversores de energia elétrica de vários níveis; (b) diminuir a quantidade de hardware de equilíbrio de tensão para equilibrar as tensões dos capacitores flutuantes em conversores de energia elétrica de vários níveis; (c) diminuir o tamanho de filtros harmônicos em sistemas de energia elétrica; (d) diminuir distorção nas formas de onda de energia elétrica transmitida de conversores de energia elétrica de vários níveis para sistemas de energia elétrica; sensores de tensão usados em conversores de vários níveis; e (e) resolver estados de carregamento conflitantes de cada um dos capacitores flutuantes.

[076] As realizações exemplificativas de métodos, sistemas e um aparelho para operar o sistema de conversão de energia elétrica não estão limitados às realizações específicas aqui descritas, porém, ao invés disso, componentes de sistemas e/ou etapas dos métodos podem ser utilizados independente e separadamente de outros componentes e/ou etapas descritos neste documento. Por exemplo, os métodos, sistemas e um aparelho podem também ser usados em combinação com outros sistemas que exigem equilíbrio de tensão preciso de uma pluralidade de capacitores flutuantes através de controle de uma pluralidade de dispositivos de comutação para operar conversores de energia de vários níveis e os métodos associados, e não são limitados à prática com apenas os sistemas e métodos conforme descrito no presente documento. Ao invés disso, a realização exemplificativa pode ser implantada e utilizada em combinação com muitas outras aplicações, equipamento e sistemas que podem se beneficiar do equilíbrio de tensão extensivo através de controle de uma pluralidade de dispositivos de comutação.

[077] Embora características específicas de várias realizações da revelação possam ser mostradas em alguns desenhos e não em outros, isso se dá somente por conveniência. De acordo com os princípios da revelação, qualquer característica de um desenho pode ser denominada e/ou reivindicada em combinação com outras características em qualquer outro desenho.

[078] Algumas realizações envolvem o uso de um ou mais dispositivos eletrônicos ou de computação. Tais dispositivos tipicamente incluem um processador, um dispositivo de processamento, ou um controlador, tal como uma unidade de processamento central (CPU) de propósito geral, uma unidade de processamento gráfico (GPU), um microcontrolador, um processador de computador de grupo de instruções reduzido (RISC), um circuito integrado para aplicação específica (ASIC), um circuito de lógica programável (PLC), uma matriz de portas programável em campo (FPGA), um dispositivo de processamento de sinal digital (DSP), e/ou qualquer outro circuito ou dispositivo de processamento capaz de executar as funções descritas no presente documento. Os métodos descritos no presente documento podem ser codificados como instruções executáveis incorporadas em um meio legível por computador, incluindo, sem limitação, um dispositivo de armazenamento e/ou um dispositivo de memória. Tais instruções, quando executadas por um dispositivo de processamento, fazem com que o dispositivo de processamento realize pelo menos uma porção dos métodos descritos no presente documento. Os exemplos acima são exemplificativos apenas e assim não pretendem limitar de qualquer forma a definição e/ou significado do termo processador e dispositivo de processamento.

[079] Essa descrição escrita usa exemplos para apresentar a invenção, inclusive o melhor modo, e também para capacitar qualquer pessoa versada na técnica a praticar a invenção, inclusive a fazer e usar qualquer aparelho ou sistema, e a executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da revelação é definido através das reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram àqueles versados na técnica. Tais outros exemplos são planejados para estarem dentro do escopo das reivindicações se possuírem elementos estruturais que não os diferenciem da linguagem literal das reivindicações, ou se eles incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais a partir da linguagem literal das reivindicações.

Listagem de Componentes Reivindicações

Claims

1. CIRCUITO (302) PARA UM CONVERSOR DE ENERGIA de vários níveis (300), caracterizado pelo fato de que o dito circuito compreende: uma pluralidade de elementos eletricamente condutores (320) configurados substancialmente paralelos uns aos outros; uma pluralidade de dispositivos de comutação (304), sendo que cada dispositivo de comutação da dita pluralidade de dispositivos de comutação é acoplado a um elemento eletricamente condutor da dita pluralidade de elementos eletricamente condutores; uma pluralidade de capacitores flutuantes (306) acoplados a cada um dentre dois elementos eletricamente condutores adjacentes da dita pluralidade de elementos eletricamente condutores; pelo menos um terminal de corrente alternada (CA) (310); e um dispositivo de processamento (115/215) que compreende um modelo do dito circuito residente no mesmo, sendo que o dito dispositivo de processamento é configurado para: selecionar, com base pelo menos parcialmente no dito modelo do dito circuito, pelo menos um possível estado de comutação do dito circuito de uma pluralidade de possíveis estados de comutação do dito circuito, em que cada possível estado de comutação do dito circuito tem um nível de tensão que corresponde pelo menos parcialmente a um nível de tensão comandado para o dito pelo menos um terminal de CA, e em que cada possível estado de comutação do dito circuito define um estado de comutação de cada dispositivo de comutação da dita pluralidade de dispositivos de comutação, em que cada estado de comutação do dito circuito tem um estado de carregamento (420) corresponde do dito circuito; selecionar, com base pelo menos parcialmente no dito modelo do dito circuito e com base pelo menos parcialmente no possível estado de comutação selecionado do dito circuito, um possível estado de carregamento do dito circuito, em que cada possível estado de carregamento do dito circuito define um estado de carregamento de cada capacitor flutuante da dita pluralidade de capacitores flutuantes, e em que selecionar um possível estado de carregamento do dito circuito compreende resolver estados de carregamento conflitantes de cada dito capacitor flutuante da dita pluralidade de capacitores flutuantes e selecionar um estado de comutação que corresponde ao nível de tensão comandado; e definir o estado de comutação do dito circuito com base pelo menos parcialmente no estado de carregamento selecionado do dito circuito.

2. CIRCUITO ELÉTRICO (302), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um dispositivo de memória (110) acoplado ao dito dispositivo de processamento (115/215), sendo que o dito dispositivo de memória é configurado para armazenar um valor de referência de tensão para cada dito capacitor flutuante (306) da dita pluralidade de capacitores flutuantes; e uma pluralidade de dispositivos de medição de tensão (308), sendo que pelo menos um dispositivo de medição de tensão da dita pluralidade de dispositivos de medição de tensão é acoplado a cada dito capacitor flutuante da dita pluralidade de capacitores flutuantes, sendo que o dito dispositivo de processamento é configurado adicionalmente para: prever um valor de tensão através de cada dito capacitor flutuante da dita pluralidade de capacitores flutuantes; e determinar uma comparação entre cada valor de referência de tensão e cada valor de tensão prevista para o dito capacitor flutuante da dita pluralidade de capacitores flutuantes.

3. CIRCUITO (302), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de processamento (115/215) é configurado adicionalmente para: gerar sinais de pulso com um valor de tensão comandado e um valor de duração de pulso temporal; e gerar uma previsão de possíveis futuros estados de carregamento (420) do dito circuito através de pelo menos um dentre: um valor de tensão medida (530) através de cada dito capacitor flutuante (306) da dita pluralidade de capacitores flutuantes; o valor de tensão prevista através de cada dito capacitor flutuante da dita pluralidade de capacitores flutuantes; um valor de corrente medida (532) através do dito pelo menos um terminal de CA (310); os sinais de pulso gerados (402); o dito modelo do dito circuito; e pelo menos um circuito estado de carregamento comandado anteriormente.

4. CIRCUITO (302), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de processamento (115/215) é configurado adicionalmente para: selecionar um possível estado de carregamento inicial do dito circuito a partir da pluralidade de possíveis estados de carregamento (420) do dito circuito para alternar de um estado de carregamento de corrente do dito circuito; calcular um valor de tensão prevista em pelo menos um capacitor flutuante (306) da dita pluralidade de capacitores flutuantes com base no possível estado de carregamento inicial selecionado do dito circuito e o dito modelo do dito circuito; e selecionar uma sequência de transição de estado de carregamento do dito circuito do estado de carregamento de corrente do dito circuito a um possível estado de carregamento inicial selecionado do dito circuito com base no valor de tensão prevista no dito pelo menos um capacitor flutuante da dita pluralidade de capacitores flutuantes,

5. CIRCUITO (302), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o dito dispositivo de processamento (115/215) configurado adicionalmente para selecionar um possível estado de carregamento inicial a partir de um número predefinido de estados de carregamento predefinidos, em que o número predefinido de estados de carregamento predefinidos é menor do que um número total da pluralidade de possíveis estados de carregamento.

6. CIRCUITO ELÉTRICO (302), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: pelo menos um dispositivo de medição de tensão (314) acoplado ao dito pelo menos um terminal de CA (310); e um dispositivo de memória (110) acoplado ao dito dispositivo de processamento (115/215), sendo que o dito dispositivo de memória é configurado para armazenar uma pluralidade de valores de medição de tensão (534) transmitidos do dito pelo menos um dispositivo de medição de tensão, sendo que o dito dispositivo de processamento é configurado adicionalmente para regular uma tensão medida do conversor de energia de vários níveis (300) no pelo menos um terminal de CA como uma função das tensões reguladas através de cada dito capacitor flutuante da dita pluralidade de capacitores flutuantes.

7. CIRCUITO ELÉTRICO (302), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: pelo menos um dispositivo de medição de corrente (312) acoplado ao dito pelo menos um terminal de CA (310); e um dispositivo de memória (110) acoplado ao dito dispositivo de processamento (115/215), sendo que o dito dispositivo de memória é configurado para armazenar uma pluralidade de valores de medição de corrente (532) transmitidos do dito pelo menos um dispositivo de medição de corrente, sendo o dito dispositivo de processamento configurado adicionalmente para regular a tensão através de cada dito capacitor flutuante da dita pluralidade de capacitores flutuantes pelo menos parcialmente como uma função da pluralidade de valores de medição de corrente.

8. CIRCUITO ELÉTRICO (302), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um dispositivo de memória (110) acoplado ao dito dispositivo de processamento (115/215), sendo o dito dispositivo de memória configurado para armazenar um valor de referência de tensão para cada dito capacitor flutuante (306) da dita pluralidade de capacitores flutuantes; e uma pluralidade de dispositivos de medição de tensão (308), sendo que pelo menos um dispositivo de medição de tensão da dita pluralidade de dispositivos de medição de tensão é acoplado a cada dito capacitor flutuante da dita pluralidade de capacitores flutuantes, em que: o dito pelo menos um dispositivo de medição de tensão da dita pluralidade de dispositivos de medição de tensão configurada para medir um valor de tensão (530) através de cada dito capacitor flutuante da dita pluralidade de capacitores flutuantes; e o dito dispositivo de processamento configurado adicionalmente para determinar uma comparação entre cada valor de referência de tensão e cada valor de tensão medida para cada dito capacitor flutuante da dita pluralidade de capacitores flutuantes.

9. CIRCUITO (302), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de processamento (115/215) é configurado adicionalmente para: gerar uma previsão de um valor de tensão através de cada dito capacitor flutuante (306) da dita pluralidade de capacitores flutuantes; e gerar uma previsão das condições térmicas para cada dito dispositivo de comutação (304) da dita pluralidade de dispositivos de comutação.

10. CIRCUITO (302), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de processamento (115/21) é configurado adicionalmente para gerar uma pluralidade de estados de comutação (404) do dito circuito, em que cada estado de comutação da pluralidade de estados de comutação do dito circuito se refere a um estado de carregamento (420) singular da pluralidade de possíveis estados de carregamento do dito circuito.

11. CIRCUITO (302), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de processamento (115/215) é configurado adicionalmente para gerar o dito modelo do dito circuito.

12. SISTEMA DE ENERGIA ELÉTRICA (300), caracterizado pelo fato de que compreende: uma fonte de corrente alternada (CA) (311); um enlace de corrente contínua (CC) (329); e um conversor de energia de vários níveis (300) que compreende um circuito (302) que se estende entre a dita fonte de CA e a o dito enlace de CC, sendo que o dito circuito compreende: uma pluralidade de elementos eletricamente condutores (320) configurados substancialmente paralelos uns aos outros; uma pluralidade de dispositivos de comutação (304), sendo que cada dispositivo de comutação da dita pluralidade de dispositivos de comutação é acoplado a um elemento eletricamente condutor da dita pluralidade de elementos eletricamente condutores; uma pluralidade de capacitores flutuantes (306) acoplados a cada um dentre dois elementos eletricamente condutores adjacentes da dita pluralidade de elementos eletricamente condutores; pelo menos um terminal de CA (310); e um dispositivo de processamento (115/215) que compreende um modelo do dito circuito residente no mesmo, sendo o dito dispositivo de processamento configurado para: selecionar, com base pelo menos parcialmente no dito modelo do dito circuito, pelo menos um possível estado de comutação do dito circuito de uma pluralidade de possíveis estados de comutação do dito circuito, em que cada possível estado de comutação do dito circuito tem um nível de tensão que corresponde pelo menos parcialmente a um nível de tensão comandado para o dito pelo menos um terminal de CA, e em que cada possível estado de comutação do dito circuito define um estado de comutação de cada dispositivo de comutação da dita pluralidade de dispositivos de comutação, em que cada estado de comutação do dito circuito tem um estado de carregamento (420) corresponde do dito circuito; selecionar, com base pelo menos parcialmente no dito modelo do dito circuito e com base pelo menos parcialmente no possível estado de comutação selecionado do dito circuito, um possível estado de carregamento do dito circuito, em que cada possível estado de carregamento (420) do dito circuito define um estado de carregamento de cada capacitor flutuante da dita pluralidade de capacitores flutuantes, e em que selecionar um possível estado de carregamento do dito circuito compreende resolver estados de carregamento conflitantes de cada dito capacitor flutuante da dita pluralidade de capacitores flutuantes e selecionar um estado de comutação que corresponde ao nível de tensão comandado; e definir o estado de comutação do dito circuito com base pelo menos parcialmente no estado de carregamento selecionado do dito circuito.