CN101309012A - 功率变换器脉宽调制(pwm)策略的同步和相移的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供对多个可用于接入供电网络、交流母线等的功率变换器1a、1b和1c进行控制的方法。每个功率变换器都包括网桥14，网桥14按照具有相同切换周期的脉宽调制(PWM)策略进行操作，所述脉宽调制策略在供电网络电压中导致至少一个有害谐波。该方法包括如下步骤，即为每个网桥的PWM策略的切换周期提供相对于时间基准的不同的时间偏移，以使得供电网络电压中的至少一个有害谐波被至少部分地消除。文中描述了两种提供时间偏移的可选途径。

Description

功率变换器脉宽调制(PWM)策略的同步和相移的控制方法

技术领域

本发明涉及对使用脉宽调制(PWM)策略进行操作的功率变换器的同步进行控制的方法，其中这些功率变换器可以用于将提供变频可变电压的发电机接入具有标称固定电压和频率的电力网或者供电网络。然而，这些方法还可以用于使用PWM策略进行操作的功率变换器的同步，其中这些功率变换器例如可用于把需要变频可变电压的电动机接入具有标称固定电压和频率的供电网络(交流母线)。其它的应用包括使用PWM策略进行操作的功率变换器的同步，其中这些功率变换器被配置为提供静态伏安无源(VAR)补偿。

背景技术

关于上述潜在应用中的第一个，有可能通过使用风轮机直接地或借助变速箱来驱动发电机的转子来将风能转换成电能。在发电机的定子端产生的交流频率(“定子电压”)直接与转子的旋转速度成比例。发电机端的电压也作为速度的函数发生变化，并且取决于发电机的特定类型还会在磁通水平上发生变化。为了最优的能量获取，风轮机输出轴的旋转速度会根据驱动涡轮叶片的风的速度而变化。为了限制高风速下的能量获取，可以通过改变涡轮叶片的螺距来控制输出轴的旋转速度。通过使用功率变换器可以实现将发电机的可变电压和频率与供电网络的标称固定电压和频率相连接。

功率变换器通常包括发电机桥，该发电机桥在正常操作中用作把电力提供给直流链路的有源整流器。发电机桥可以具有使用脉宽调制(PWM)策略进行完全控制和调节的一系列半导体功率开关器件的任何适宜的拓扑。

发电机桥的直流输出电压被供给网桥的直流端，该网桥在正常操作中用作有源逆变器。对直流输出电压的主要控制是通过控制发电机桥来实现的，但是也可以使用其它控制直流链路电压的方法。网桥可以具有使用PWM策略进行完全控制和调节的一系列半导体功率开关器件的任何适宜的拓扑。

网桥的交流输出电压被滤波并经过升压变压器提供至标称固定频率供电网络。保护性接电装置可被包括在其中以向供电网络提供可靠的连接，并且将发电机与变流器系统与供电网络隔离开以满足各种操作性和非操作性要求。

输出至供电网络的电力必须符合由各种标准和电网规程的要求。例如，在一个相关标准中，与切换频率的边带相关的谐波电压失真的幅度应当保持为低于该供电网络处于基频时电压波形的电压幅度的0.2％。

在网桥中使用的PWM策略通常工作在给定的切换频率。电力网或供电网络的标称固定频率与PWM策略的切换频率之间的混合会导致网桥交流输出电压中的谐波。如果两个或更多功率变换器连接至普通供电网络或电力网(例如，在风电场的情况下，其中多个风轮机可能通过并联连接至供电网络)，则输出至供电网络的电力中的总谐波电压失真有可能超过为公共点限定的要求限制。

发明内容

本发明提供一种对多个可用于接入供电网络的功率变换器进行控制的方法，其中每个功率变换器都包括一个网桥，该网桥按照具有相同切换周期的脉宽调制(PWM)策略进行操作，其在供电网络电压中导致至少一个有害谐波，该方法包括如下步骤，即为每个网桥的PWM策略的切换周期提供不同的相对于时间基准的时间偏移，以使得供电网络电压中的至少一个有害谐波被至少部分地消除。

此方法的一个优点是，至少一个有害谐波(例如，通过把电力网或供电网络的标称固定频率与PWM策略的切换频率混合起来而产生的有害谐波)可被部分地消除，并且在某些情况下可以完全消除。在每个功率变换器均用于把发电机接入供电网络的情况下，此方法使得通过网桥阵列输出至供电网络的电力能够符合由各种标准和电网规程所限定的谐波失真上的要求。在每个功率变换器均用于把电动机接入供电网络(或母线)的情况下，此方法使得供电网络电压中任何由每个网桥的操作所导致的谐波失真能够被减小。类似地，在每个功率变换器均操作为静态伏安无源(VAR)补偿器时，此方法使得供电网络电压中任何由每个网桥的操作所导致的谐波失真能够被减小。

每个功率变换器的操作，特别是应用于相关网桥的PWM策略，可以由电子控制器控制。控制器可以被集成到网桥中，或者作为分离的独立单元提供。无论如何，都应认识到：控制器构成了更一般的功率变换器的一个组成部分，在本说明书中任何对控制器或网桥的引述均可认为是对其相关功率变换器的引述，反之亦然。更特别地，在本说明书中任何对由功率变换器提供的控制操作的引述也可以在适当处由控制器或网桥执行。

从后面的说明书中容易认识到：用来同各个时间偏移进行比较的“时间基准”可以是例如公共时间信号或者由级联阵列构造中的“主”功率变换器产生的时间信号的脉冲边沿(例如上升沿或下降沿)。依据环境和功率变换器的预计操作条件可以使用任何适当的“时间基准”。

在本发明的第一实施例中，所述方法还包括如下步骤：生成公共时间信号以用作时间基准，将公共时间信号提供给每个功率变换器，以及为每个网桥的PWM策略的切换周期提供不同的相对于公共时间信号的时间偏移，以使得至少一个供电网络电压中的有害谐波被至少部分地消除。

每个网桥的PWM策略的切换周期都是标称(nominally)相同的，并且带着各自的时间偏移与公共时间信号同步(或“锁定”)。

在使用该方法控制三个并联功率变换器的情况下，第一功率变换器的网桥可以按照一种具有给定切换周期的PWM策略进行操作，其中该给定切换周期相对于公共时间信号具有第一时间周期的偏移。第二功率变换器的网桥可以按照一种具有相同给定切换周期的PWM策略进行操作，其中该给定切换周期相对于公共时间信号具有第二时间周期的偏移。第三功率变换器的网桥可以按照一种具有相同给定切换周期的PWM策略进行操作，其中该给定切换周期相对于公共时间信号具有第三时间周期的偏移。第一、第二和第三偏移全不相同，并且对其的选择使得供电网络电压中的至少一个有害谐波被至少部分地消除。

网桥中的一个的PWM策略的切换周期相对于公共时间信号偏移的时间周期可以为零。

每个网桥的PWM策略相对于公共时间信号而错开的时间偏移可以用PWM策略的切换周期的百分比的方式表述。例如，在上述将该方法用于控制三个并联功率变换器的情况下，第一功率变换器的网桥可以按照一种具有给定切换周期的PWM策略进行操作，其中该给定切换周期具有占该切换周期0％的第一时间周期的偏移(即，第一功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期相对于公共时间信号没有偏移)。第二功率变换器的网桥可以按照具有相同给定切换周期的PWM策略进行操作，其中该给定切换周期具有占该切换周期33.3％的第二时间周期的偏移。第三功率变换器的网桥可以按照具有相同给定切换周期的PWM策略进行操作，其中该给定切换周期具有占该切换周期66.6％的第三时间周期的偏移。

PWM策略可以由具有标称PWM频率的载波波形代表。于是每个时间偏移都可以认为是等同于每个网桥的PWM策略的载波波形的相移。如果PWM周期等价于360°，并且第一、第二、第三时间周期占切换周期的0％、33.3％和66.6％，则每个网桥的PWM策略的载波波形将分别相移0°、120°和240°

相同的原理自然可以应用于带有任意数量的并联功率变换器的装置。

每个网桥的PWM策略的时间偏移可以参照受到本发明的方法控制的功率变换器的数量来确定。因而，如果连接至供电网络的功率变换器的数量发生改变，则可以调整与网桥中的一个或多个相关联的时间偏移。这种调整确保了即便功率变换器中的一个或多个离线或者再次在线，供电网络电压中的至少一个有害谐波也能够被有效地消除。如果特定的时间偏移必须被调整，则优选逐渐地执行(例如使用斜坡函数)而不是以突然和离散的方式。

每个功率变换器都发送状态信息来说明其在线(即连接至供电网络并正确操作)或离线。关于在任何给定时刻连接至供电网络的功率变换器的数量的连接信息可以周期性地、或者当在线功率变换器的数量改变时被发送至全部功率变换器。对于状态信息和连接信息的定时要求通常不会像对公共时间信号的要求一样严格，因为可以允许所述至少一个有害谐波在相对短的时间内超出由各种标准和电网规程限定的谐波电压失真量级。状态信号和连接信号可以用例如射频(RF)信号的无线信号来发送，或者是通过电缆或光纤发送的电信号或光信号。

公共时间信号可以由独立定时控制器产生，并且随后被发送至全部功率变换器。另一种方案是，公共时间信号可以由功率变换器中的一个产生，并且随后被发送至其余全部的功率变换器。产生公共时间信号的功率变换器通常可称为“主”功率变换器，其余的功率变换器通常成为“从”功率变换器。“主”功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期必须使其相位锁定到公共时间信号，并且该切换周期具有如上所述相对于公共时间信号的适当时间偏移。公共时间信号可以由集成到“主”功率变换器的定时控制器产生。

公共时间信号可以具有固定的周期。例如，可以从全球导航卫星系统(GNSS)得到公共时间信号，诸如由全球定位系统(GPS)提供的1秒时间节拍(tick)。如果每个功率变换器的网桥都具有2.5kHz的标称切换频率，则相当于每1秒时间节拍内执行PWM策略2500次。公共时间信号的周期还可以等于PWM策略的标称切换周期。如果每个功率变换器的网桥都具有400μs的标称切换周期，则公共时间信号可以为400μs的时间节拍，其中在每个时间节拍中执行PWM策略的一个周期。

在供电网络为电力网的情况下，公共时间信号的周期可以与供电网络的标称固定频率相关或者从中得出。如果由于整个网络的电力不稳定(如果电力负载超过产生的电力则频率下降，反之亦然)而使频率在上限和下限之间变化，则公共时间信号可以受到调整以跟随频率变化。结合到本申请的英国专利申请0617371.0描述了一种对可以用于接入以时变频率进行操作的供电网络的功率变换器进行控制的方法。该功率变换器包括网桥，该网桥按照具有切换频率、标称切换频率和每周期多个脉冲的PWM策略进行操作。PWM策略的切换频率与供电网络的时变频率一致变化，以优选地仅得到时变频率的整数倍谐波(以及优选地仅整奇数倍谐波)。因此，本方法中使用的公共时间信号可以被设置为如下时间节拍，该时间节拍具有与从英国专利申请0617371.0中得出的PWM策略的切换周期(Fpwm)的倒数相等的周期，在该方法中每时间节拍内执行一个周期的PWM策略。

应用于每个网桥的PWM策略的切换周期优选地被设置为等于公共时间信号的周期。这种方法提供了使用公共时间信号来远程设置每个功率变换器的PWM策略切换周期的途径以获得额外的益处。

公共时间信号可以通过任何适当的途径从独立定时控制器发送至功率变换器，或者从“主”功率变换器发送至“从”功率变换器。例如，公共时间信号可以为例如射频(RF)信号的无线信号，或者是通过电缆或光纤发送的电信号或光信号。可能需要对主要由公共时间信号到功率变换器的发送时间所导致的硬件延迟进行补偿。当延迟占PWM策略切换周期的较大比例时，这种补偿尤为重要。所述补偿可能导致对一个或多个功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期使用进一步的时间偏移。具体来说，PWM策略的切换周期可以相对于公共时间信号具有第一时间偏移以提供消除谐波电压失真的基本途径，并且相对于公共时间信号具有第二时间偏移，以补偿公共时间信号的发送时间延迟和供电网络电缆中的PWM频率发送延迟，从而进一步优化已得的消除效果。

在本发明的第二实施例中，该方法包括步骤：确定连接至供电网络的功率变换器的数量，确定第一功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期，将具有与第一功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期相同的脉冲周期的时间信号发送至第二功率变换器来用作时间基准，测量该时间信号的脉冲周期，将第二功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期设置为等于测量得到的该时间信号的脉冲周期，以及使得第二功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期相对于该时间信号偏移一个时间周期，所述时间周期实质上等于测量得到的该时间信号的脉冲周期除以连接至供电网络的功率变换器的数量，这样可以至少部分地消除供电网络电压中的至少一个有害谐波。

例如，在最基本的情形中，即确定将两个功率变换器连接至供电网络的情形，第二功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期将偏移一个时间周期，所述时间周期实质上等于测量得到的第一时间信号的脉冲周期除以二。

任意数量的功率变换器可以如上所述地连接在一起以限定一个级联阵列。易于理解，术语“级联”是指其中时间信号在阵列中功率变换器之间通过并且阵列中的每个功率变换器仍并联至供电网络的方式。每个功率变换器优选地发送具有与其相关联网桥的PWM策略的切换周期相等的脉冲周期的时间信号。每个接收到时间信号的功率变换器将会优选地测量所接收时间信号的脉冲周期，设置其网桥的PWM策略的切换周期以使其匹配于所测得的脉冲周期，以及使得与其相关联网桥的PWM策略的切换周期偏移一个时间周期，其中所述时间周期实质上等于测量得到的已接收时间信号的脉冲周期除以连接至供电网络的功率变换器的数量。

对于N个功率变换器的级联阵列，该方法还包括如下步骤：将具有与第N个功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期相等的脉冲周期的第N个时间信号发送至第一功率变换器。换句话说，阵列中的第一功率变换器优选地接收来自阵列中最后一个功率变换器的时间信号。因此该阵列为“闭环”阵列。

连接至供电网络的功率变换器的数量N可以由物理连接至供电网络的功率变换器的数量确定，无论其操作状态如何。在这种情况下，N实质上是固定的，并且基于例如特定风电场、船舶推进应用或者伏安无源(VAR)补偿器的结构排列。为了实现消除，如果一个或多个功率变换器因故离线，连接至供电网络的功率变换器的数量N将不会变化。这将导致对供电网络中的至少一个有害谐波的消除不够有效，但是可能更加适合于特定应用。

一般优选的是，连接至供电网络的功率变换器的数量N由任意给定时间物理连接至供电网络并且在线的功率变换器的数量确定。换句话说，N是动态的，并且响应于阵列中功率变换器的操作状态而变化。这意味着连接至供电网络的功率变换器的数量N将会被更新以提供对供电网络电压中的至少一个有害谐波的更加有效的消除，并且每个功率变换器可以发送状态信息来说明其在线或离线。关于在任意给定时刻连接至供电网络的功率变换器的数量N的连接信息可以周期性地或者当在线功率变换器的数量变化时发送至全部功率变换器。在确定将要把偏移应用至每个功率变换器的相关联网桥的PWM策略的切换周期时，每个功率变换器优选地使用最新的或当前的N值。

时间信号可以通过任何适当的途径从一个功率变换器发送至另一个功率变换器。例如，时间信号可以为例如射频(RF)信号的无线信号，或者是通过电缆或光纤发送的电信号或光信号。

阵列中第一个上线的功率变换器优选地充当“主”功率变换器的角色并且作为阵列中的第一功率变换器。在第一种情形中，决定令其充当“主”功率变换器的角色是因为不存在或缺乏任何由该功率变换器接收的时间信号。任何在其上线时接收到时间信号的功率变换器都将优选地充当“从”功率变换器的角色。任何因为任何原因未能接收时间信号的“从”功率变换器(即，阵列中前方紧邻的功率变换器离线或者时间信号被破坏)都可能充当“主”功率变换器的角色。

取决于功率变换器上线的次序，一个阵列可能在起始时具有两个或更多个“主”功率变换器。如果一个或更多个功率变换器离线，则阵列也可能在结束时具有两个或更多个“主”功率变换器。在这种情况下，该阵列实际上被分成一系列子阵列，其中每个“主”功率变换器在其相关联的子阵列中占据第一功率变换器的位置。当阵列中的全部功率变换器都在线并且正常操作时，优选地只有一个“主”功率变换器。这个“主”功率变换器优选地占据阵列中第一功率变换器的位置，其余的功率变换器优选地充当“从”功率变换器的角色并且在阵列中占据适当的位置。

在阵列中相邻的功率变换器之间发送的时间信号可以包含关于角色(即，“主”或“从”)和/或关于发送时间信号的功率变换器在阵列中的位置的信息。尽管时间信号通常具有相同的脉冲周期，它们可能具有指示功率变换器在阵列中的位置的不同脉宽。这在阵列中的一个或多个功率变换器离线或出错的事件中是有用的。当阵列中的全部功率变换器在线或者正常操作时，由阵列中的第一功率变换器接收的第N个时间信号的脉宽可以用来确认其作为阵列中唯一的“主”功率变换器的角色。任何充当“主”功率变换器的角色但却接收到与通常可确认“主”角色的时间信号脉宽不同的时间信号的功率变换器可以充当“从”功率变换器的角色并且占据阵列中的适当位置。

例如，在三个功率变换器的级联阵列中，其中阵列中的第一功率变换器从阵列中的最后一个功率变换器接收时间信号，每个功率变换器可被构造来：

(a)(使用诸如后文详述的适当方法)确定PWM策略的脉冲周期，并且如果是“主”功率变换器，则(i)占据阵列中第一功率变换器的位置，(ii)将具有已确定脉冲周期的PWM策略应用至与其相关联的网桥，并且(iii)发送具有等于已确定脉冲周期的脉冲周期和20μs脉宽的时间信号；以及

(b)如果是“从”功率变换器，则(i)测量所接收时间信号的脉冲周期，(ii)将具有测量得到的脉冲周期的PWM策略应用于其相关联的网桥，以及(iii)发送脉宽等于所接收时间信号的脉宽加上20μs的时间信号。

这意味着从“主”功率变换器接收时间信号的第一“从”功率变换器将发送具有40μs的脉宽的时间信号，而从第一“从”功率变换器接收时间信号的第二“从”功率变换器将发送具有60μs的脉宽的时间信号。易于理解，其它的脉宽也是可能的。

每个功率变换器还可以被构造为：当其接收不到时间信号或者接收到具有60μs脉宽的时间信号时保持作为“主”功率变换器，但当其接收到具有20μs或40μs脉宽的时间信号时从作为“主”功率变换器的角色切换为“从”功率变换器。

如果将三个级联的功率变换器方便地标记为A、B和C，并且以A→B、B→C、C→A的顺序发送时间信号，则下面的示例可用来说明它们在不同的环境中如何操作。时间信号可以认为是一系列具有状态0和状态1的数字时间脉冲，其脉冲周期被定义为连续时间脉冲的上升沿和下降沿之间的时间，脉宽被定义为处在状态1的时间周期。在后续示例中，总是假设N＝3。

1.功率变换器A第一个上线，充当阵列中的“主”功率变换器并占据第一位置。其输出具有20μs的脉宽以及与其网桥的PWM策略的切换周期(该切换周期例如可以基于本地确定或者从独立控制器发送)相等的脉冲周期的时间信号。由功率变换器A输出的时间信号的下降沿与其网桥的PWM策略的切换周期的起始对齐。功率变换器B是下一个上线的。它从功率变换器A接收具有20μs脉宽的时间信号。因为它接收时间信号故而充当“从”功率变换器的角色，并且占据阵列中的第二位置。功率变换器B测量所接收时间信号的脉冲周期，设置其网桥的PWM策略的切换周期以使其匹配于所测得的脉冲周期，并且应用与所测得脉冲周期除以3相等的时间偏移。此时间偏移用于确定功率变换器B的网桥的PWM策略的切换周期的起始。功率变换器B输出一个时间信号，该时间信号的脉宽等于所接收时间信号的脉宽加上20μs(即40μs的脉宽)，该时间信号的脉冲周期等于其网桥PWM策略的切换周期。由功率变换器B输出的时间信号的下降沿与其网桥的PWM策略的切换周期的起始对齐。功率变换器C是最后一个上线的。它从功率变换器B接收具有40μs的脉宽的时间信号。因为它接收时间信号故而充当“从”功率变换器的角色，并且占据阵列中的第三位置。它测量所接收时间信号的脉冲周期，设置其网桥的PWM策略的切换周期以使其匹配于所测得的脉冲周期，并且应用与所测得脉冲周期除以3相等的时间偏移。此时间偏移用于确定功率变换器C的网桥的PWM策略的切换周期的起始。功率变换器C输出一个时间信号，该时间信号的脉宽等于所接收时间信号的脉宽加上20μs(即60μs的脉宽)，该时间信号的脉冲周期等于其网桥PWM策略的切换周期。由功率变换器C输出的时间信号的下降沿与其网桥的PWM策略的切换周期的起始对齐。功率变换器A从功率变换器C接收具有60μs脉宽的时间信号，该时间信号确认功率变换器A作为“主”功率变换器，并且功率变换器A的操作保持不变。

2.该阵列正常工作直到功率变换器A离线或者其时间信号被破坏。功率变换器B不再接收时间信号，充当“主”功率变换器的角色，并且占据阵列中的第一位置。其使用网桥PWM策略的切换周期的本地确定，并且输出时间信号，该时间信号具有20μs的脉宽并且其脉冲周期等于其网桥PWM策略的切换周期。由功率变换器B输出的时间信号的下降沿与其网桥的PWM策略的切换周期的起始对齐。功率变换器C从功率变换器B接收具有20μs脉宽的时间信号。因为它接收时间信号故而维持其现有的“从”功率变换器的角色，但是占据阵列中的第二位置。它测量所接收时间信号的脉冲周期，设置其网桥的PWM策略的切换周期以使其匹配于所测得的脉冲周期，并且应用与所测得脉冲周期除以3相等的时间偏移。此时间偏移用于确定功率变换器C的网桥的PWM策略的切换周期的起始。功率变换器C输出一个时间信号，该时间信号的脉宽等于所接收时间信号的脉宽加上20μs(即40μs的脉宽)，该时间信号的脉冲周期等于其网桥PWM策略的切换周期。由功率变换器C输出的时间信号的下降沿与其网桥的PWM策略的切换周期的起始对齐。当功率变换器A返回上线，其从功率变换器C接收具有40μs脉宽的时间信号。因为功率变换器A接收时间信号故而充当“从”功率变换器的角色，并且占据阵列中的第三位置。它测量所接收时间信号的脉冲周期，设置其网桥的PWM策略的切换周期以使其匹配于所测得的脉冲周期，并且应用与所测得脉冲周期除以3相等的时间偏移。此时间偏移用于确定功率变换器A的网桥的PWM策略的切换周期的起始。功率变换器A输出一个时间信号，该时间信号的脉宽等于所接收时间信号的脉宽加上20μs(即60μs的脉宽)，该时间信号的脉冲周期等于其网桥PWM策略的切换周期。由功率变换器A输出的时间信号的下降沿与其网桥的PWM策略的切换周期的起始对齐。功率变换器B从功率变换器A接收具有60μs脉宽的时间信号，该时间信号确认功率变换器B作为“主”功率变换器，并且功率变换器B的操作保持不变。

3.功率变换器A第一个上线，充当阵列中的“主”功率变换器并占据第一位置。其输出具有20μs脉宽以及与其网桥的PWM策略的切换周期(该切换周期例如可以基于本地确定或者从独立控制器发送)相等的脉冲周期的时间信号。由功率变换器A输出的时间信号的下降沿与其网桥的PWM策略的切换周期的起始对齐。功率变换器C接下来上线，也充当“主”功率变换器的角色并占据阵列中的第一位置。其使用网桥PWM策略的切换周期的本地确定，并且输出时间信号，该时间信号具有20μs的脉宽并且其脉冲周期等于其网桥PWM策略的切换周期。由功率变换器C输出的时间信号的下降沿与其网桥的PWM策略的切换周期的起始对齐。现在功率变换器A从功率变换器C接收具有20μs脉宽的时间信号。因此它从“主”功率变换器的角色切换成“从”功率变换器的角色，并且占据阵列中的第二位置。它测量所接收时间信号的脉冲周期，设置其网桥的PWM策略的切换周期以使其匹配于所测得的脉冲周期，并且应用与所测得脉冲周期除以3相等的时间偏移。此时间偏移用于确定功率变换器A的网桥的PWM策略的切换周期的起始。功率变换器A输出一个时间信号，该时间信号的脉宽等于所接收时间信号的脉宽加上20μs(即40μs的脉宽)，该时间信号的脉冲周期等于其网桥PWM策略的切换周期。由功率变换器A输出的时间信号的下降沿与其网桥的PWM策略的切换周期的起始对齐。当功率变换器B上线时，它从功率变换器A接收具有40μs的脉宽的时间信号。因为它接收时间信号故而充当“从”功率变换器的角色，并且占据阵列中的第三位置。它测量所接收时间信号的脉冲周期，设置其网桥的PWM策略的切换周期以使其匹配于所测得的脉冲周期，并且应用与所测得脉冲周期除以3相等的时间偏移。此时间偏移用于确定功率变换器B的网桥的PWM策略的切换周期的起始。功率变换器B输出一个时间信号，该时间信号的脉宽等于所接收时间信号的脉宽加上20μs(即60μs的脉宽)，该时间信号的脉冲周期等于其网桥PWM策略的切换周期。由功率变换器B输出的时间信号的下降沿与其网桥的PWM策略的切换周期的起始对齐。功率变换器C从功率变换器B接收具有60μs脉宽的时间信号，该时间信号确认功率变换器C作为“主”功率变换器，并且功率变换器C的操作保持不变。

因此，阵列中的功率变换器能够以随机的次序上线，并且能够自动地应对其中一个功率变换器离线的情形。易于理解，尽管在上述示例中总是N＝3，N有可能随着功率变换器离线和返回上线而变化。例如，在功率变换器A离线(即其中N＝2)的情况下，功率变换器B和C可以应用等于各自测得的脉冲周期除以二的时间偏移。

“主”功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期(和时间信号的脉冲周期)可以是固定的。例如，如果网桥的标称切换频率为2.5kHz，则脉冲周期可为400μs。因此，阵列中的所有功率变换器在其充当“主”功率变换器角色的事件中均可独立确定将要应用到其网桥的PWM策略的切换周期。当功率变换器充当“从”功率变换器的角色时，通过测量所接收时间信号的脉冲周期来确定将要应用到其网桥的PWM策略的切换周期。因此，阵列(或子阵列)中全部功率变换器的PWM策略的切换周期均可优选地被相关的“主”功率变换器唯一确定。

换句话说，尽管某些控制操作将会优选地由全部功率变换器独立执行以使其可被构造为相同的固件，但是情况可能是，当一个功率变换器充当“从”功率变换器的角色时，这些控制操作实际上是被压缩的。例如，在供电网络是电力网的情况下，每个功率变换器都可以使用如上所述英国专利申请0617371.0的方法来独立确定PWM策略的切换周期。然而，只有“主”功率变换器在其设置将要应用到其网桥并且通过时间信号发送至“从”功率变换器的PWM策略的切换周期时才进行确定。每个“从”功率变换器都会忽略其自身独立的确定，并且根据测得的已接收时间信号的脉冲周期来设置将要应用到其相关联网桥的PWM策略的切换周期。

本发明还提供了多个功率变换器，所述多个功率变换器可用于接入供电网络，每个功率变换器包括一个网桥，该网桥按照具有相同切换周期的脉宽调制(PWM)策略进行操作，所述脉宽调制策略导致供电网络电压中的至少一个有害谐波，每个功率变换器还包括控制器，其中各个控制器排列来为每个网桥的PWM策略的切换周期提供相对于时间基准的不同时间偏移，以使得供电网络电压中的至少一个有害谐波被至少部分地消除。

在本发明的第一实施例中，可以将公共时间信号提供给每个功率变换器来作为时间基准，并且控制器用来为每个网桥的PWM策略的切换周期提供相对于公共时间信号的不同时间偏移，以使得供电网络电压中的至少一个有害谐波被至少部分地消除。

在本发明的第二实施例中，可以将具有等于第一功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期的脉冲周期的时间信号发送至第二功率变换器来作为时间基准。第二功率变换器的控制器用来测量该时间信号的脉冲周期，将第二功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期设置为等于测量得到的该时间信号的脉冲周期，以及使得第二功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期相对于该时间信号偏移一个时间周期，所述时间周期实质上等于测量得到的该时间信号的脉冲周期除以连接至供电网络的功率变换器的数量，这样可以至少部分地消除供电网络电压中的至少一个有害谐波。

功率变换器既可用于电动应用也可用于发电应用。例如，功率变换器可以用于将发电机接入供电网络或电力网。在这种情况下，网桥通常会作为有源逆变器进行操作。功率变换器还可用于将电动机接入供电网络(交流母线)。在这种情况下，网桥通常会作为有源整流器进行操作。每个功率变换器均可作为静态伏安无源(VAR)补偿器进行操作。

附图说明

图1是示出多个根据本发明的功率变换器如何用于将驱动变速发电机的风轮机接入电力网络的示意图；

图2是示出被提供给图1中每个功率变换器的公共时间信号以及图1中每个功率变换器的网桥的脉宽调制(PWM)策略的示意图；

图3是示出图1中每个功率变换器的网桥的PWM策略如何相对于图2中的公共时间信号进行偏移的示意图；

图4是示出多个根据本发明的功率变换器如何用于船舶推进应用以将变速电动机接入交流母线的示意图；

图5是示出多个根据本发明的功率变换器如何用于静态伏安无源(VAR)补偿器(SVC)应用的示意图；

图6是示出图1中的多个功率变换器的网桥的控制器如何以另一种排列连接在一起以形成级联阵列的示意图；

图7是示出处于第一操作模式下的图6所示级联阵列的示意图；

图8是示出由处于第一操作模式下的图6所示级联阵列中的控制器发送的时间信号的示意图；

图9是示出处于第二操作模式下的图6所示级联阵列的示意图；

图10是示出处于第三操作模式下的图6所示级联阵列的示意图；

图11是示出处于第四操作模式下的图6所示级联阵列的示意图；

图12是三个并联的功率变换器的rms电压对谐波数的图表，其中各个网桥的PWM策略的时间偏移为零；

图13是三个并联的功率变换器的rms电压对谐波数的图表，其中各个网桥的PWM策略分别具有占切换周期0％、33.3％和66.6％的时间偏移；

图14是三个并联的功率变换器的rms电压对谐波数的图表，其中各个网桥的PWM策略分别具有占切换周期0％、38.5％和72.5％的时间偏移。

具体实施方式

公共时间信号

参照图1对使用公共时间信号的用于风轮机应用的功率变换器排列的基本拓扑进行描述。

在图1的基本拓扑中，三个并联的功率变换器1a、1b和1c用于将各自驱动一个变速交流感应发电机4的风轮机2接入共用的供电网络(记作HV NETWORK)。每个风轮机通常包括三个安装在旋转轴上的涡轮叶片(也可以是其它数目的涡轮叶片)，叶片之间的螺距可以通过螺距致动器进行控制以最优化和/或限制将风能捕获至发电机4。变速箱8用于将旋转轴连接至每个变速发电机4的转子。在某些情况下，旋转轴可以直接连接到变速发电机的转子。

易于理解，感应发电机4可被包括例如永磁发电机的其它类型的发电机代替。感应发电机4和变速箱8的组合可以被直接驱动永磁发电机代替。

每个发电机4的交流端都连接至一个三相发电机桥10的交流端，三相发电机桥10在正常操作时用作有源整流器以对直流链路12供电。每个发电机桥10都具有传统的三相二电平拓扑，其中使用PWM策略对一系列半导体功率开关器件进行完全控制和调节。然而，实际上发电机桥10可以具有任意适当的拓扑，诸如三电平中点箝位拓扑或者多电平拓扑(例如Foch-Maynard排列)。

每个发电机桥10的直流输出电压均馈至网桥14的直流端，其中网桥14在正常操作中用作逆变器。网桥14具有与发电机桥10类似的三相二电平拓扑，其中使用PWM策略对一系列半导体功率开关器件进行完全控制和调节。然而，实际上发电机桥10可以具有任意适当的拓扑，如上述对发电机桥10已讨论的。适当的网桥14可以为ALSPA MV3000逆变器，可从Converteam Ltd of Boughton Road，Rugby，Warwickshire，CV21 1BU，United Kingdom获得。

每个网桥14的交流输出电压都包含基频的电压分量，以及各种与基频和PWM策略的标称切换频率之间的差频相关的有害谐波。每个网桥14的交流输出电压均被滤波器16滤波。然后每个网桥14的滤波后的交流输出电压经过升压变压器6被供给供电网络。可以包含保护性开关装置(未示出)以提供对供电网络的可靠连接，以及针对各种操作性和非操作性要求而将发电机和变换器系统同供电网络隔离开。还可在各个滤波器16和升压变压器6之间使用旁路滤波器(未示出)。这些旁路滤波器可以是简单的电容性滤波器或者是设计来削弱特定切换频率谐波的已调谐滤波器。

每个功率变换器包括控制器18(实际上它可被并为网桥14的一部分)，控制器18控制网桥的PWM策略并且通过电缆从独立的定时控制器22接收公共时间信号。公共时间信号最少由具有已知脉冲间隔的一个单脉冲组成。为了进行后面的说明，举例来说，具有50ms的最小标记和950ms的最大标记、周期为1秒、精度已知的单脉冲被提供给每个控制器18，其中“标记”是指公共时间信号中处于逻辑1状态的部分。每个网桥14中所使用的PWM策略的标称切换频率为2.5kHz，这样每个网桥以400μs的相同标称切换周期进行操作。

每个网桥14所使用的PWM策略的实际切换频率也可以按照供电网络的时变频率而变化，以实现仅有时变频率的整数倍谐波(以及优选地仅整奇数倍谐波)。在这种情况下，提供给每个控制器18的公共时间信号可以是单脉冲，该单脉冲的周期等于根据结合到本申请中的英国专利申请0617371.0的方法而得出的PWM策略的切换频率(Fpwm)的倒数，其中每个脉冲执行PWM策略的一个周期。这将在下文详细描述。

用于每个网桥14的PWM策略的切换周期常常以公共时间信号的脉冲上升沿为基准。不过，用于每个网桥14的PWM策略的切换周期还可以以偏离公共时间信号的特定时间偏移为基准，这样PWM策略的切换周期从公共时间信号的上升沿后面的某一设定时间开始。在这两种情况下，公共时间信号的每个脉冲的上升沿都将作为时间基准。

提供给每个控制器18的公共时间信号在图2中与网桥14的PWM策略的表示图一起示意性地示出。为了清楚起见，易于理解，图2中的竖直标记代表包含一个PWM循环中的单个脉冲的封包(envelope)的起始和结束。可以使用任何适当的技术来实现PWM策略。

对于具有固定周期的公共时间信号来说，给定的控制器18对其相关联网桥14的PWM策略进行适当的控制所需要的最少信息是：公共时间信号的一个周期的标称持续时间、PWM策略的标称切换频率和将要应用于PWM策略的相对于公共时间信号的时间偏移。对于图1中三个并联功率变换器1a、1b和1c的基本拓扑来说，与第一功率变换器1a相关联的网桥14可以以占PWM策略切换周期0％的时间偏移进行操作。与第二功率变换器1b相关联的网桥14可以以占PWM策略切换周期33.3％的时间偏移进行操作。与第三功率变换器1c相关联的网桥14可以以占PWM策略切换周期66.6％的时间偏移进行操作。在PWM策略的标称切换周期为400μs的情况下，这意味着第二功率变换器1b和第三功率变换器1c分别具有133μs和266μs的时间偏移。(这些133μs和266μs的时间偏移是PWM策略的标称周期400μs的33.3％和66.6％的舍入结果。在本发明的特定实现中，当需要将余量纳入计算时才考虑它们。)

如果令360°等价于400μs的标称切换周期，则上述时间偏移分别代表第一、第二和第三功率变换器的相移0°、120°和240°。

图3示出三个网桥14的PWM策略如何以相对于作为时间基准的公共时间信号的偏移进行操作。更特别的，从图3中可以看出用于第一功率变换器1a的网桥14的PWM策略被定时为尽可能靠近公共时间信号的每个脉冲而开始(即，其具有占PWM策略切换周期0％的时间偏移)。用于第二功率变换器1b的网桥14的PWM策略被定时为从公共时间信号的每个脉冲之后133μs开始(即，其具有占PWM策略切换周期33.3％的时间偏移)。最后，用于第三功率变换器1c的网桥14的PWM策略被定时为从公共时间信号的每个脉冲之后266μs开始(即，其具有占PWM策略切换周期66.6％的时间偏移)。

易于理解，可以为任何数量的并联功率变换器确定类似的时间偏移。

如果公共时间信号由控制器18中的一个产生，则独立定时控制器22可以被省去。这个所谓的“主”控制器18(即，与“主”功率变换器相关联的控制器)产生公共时间信号并将其发送至其它“从”控制器。举例来说，在图1中三个并联功率变换器1a、1b和1c的基本拓扑中，第一功率变换器1a的“主”控制器18可以把公共时间信号提供给第二和第三功率变换器1b和1c的“从”控制器。对于操作适应性，例如在第一功率变换器1a的控制器18离线以执行业务的情况下或者在错误期间，如果“主”控制器的角色还能够由第二和第三功率变换器1b和1c的控制器来实现则是很有用的。于是构造可以动态地改变以应付此种情形，而用余下的仍然在线的功率变换器可以继续正常的操作(包括有效谐波消除)。

为了对供电网络中的有害谐波失真提供最佳的消除，每个网桥14的PWM策略的时间偏移优选地参照在任何给定时刻在线并连接至供电网络的功率变换器的数量来确定。因此，每个控制器18都发送状态信息来说明与其相关联的功率变换器是在线(即连接至供电网络并正确操作)还是因故离线。关于在任何给定时刻连接至供电网络的功率变换器的数量的连接信息可以周期性地、或者当在线功率变换器的数量改变时被发送至全部控制器18。如图1所示，独立控制器24从每个控制器18接收状态信号，并将连接信息发送至每个控制器。尽管未示出，功率变换器1a、1b和1c的构造都使得状态信息和连接信息能够被一个控制器18(诸如“主”控制器)接收和发送。连接信息被每个控制器18用来根据下式确定将要应用于其相关联网桥14的PWM策略的适当时间偏移：

Time_Offset＝(p-1)*(100％/N)

其中p是控制器的给定编号(即，第一功率变换器1a的控制器为1，第二功率变换器1b的控制器为2，第三功率变换器1c的控制器为3，等等)；并且

N是由连接信息提供的任意给定时刻连接至供电网络的功率变换器的数量。

举例来说，如果由于一个先前未连接至供电网络的功率变换器上线而使得连接至供电网络的功率变换器的数量从3增至4，则时间偏移将会相应地调整。例如，用于第一功率变换器1a的网桥14的PWM策略将会继续定时为尽可能靠近公共时间信号的每个脉冲而开始(即，其具有占PWM策略切换周期0％的时间偏移)。用于第二功率变换器1b的网桥14的PWM策略被定时为从公共时间信号的每个脉冲之后100μs开始(即，其具有占PWM策略切换周期25％的时间偏移)。用于第三功率变换器1c的网桥14的PWM策略被定时为从公共时间信号的每个脉冲之后200μs开始(即，其具有占PWM策略切换周期50％的时间偏移)。最后，用于第四功率变换器(未示出)的网桥14的PWM策略被定时为从公共时间信号的每个脉冲之后300μs开始(即，其具有占PWM策略切换周期75％的时间偏移)。对各个时间偏移的调整优选地以渐进方式进行，这样在改变构造时每个网桥的正常PWM策略不会被过度地扰乱。例如，应用于第二功率变换器1b的网桥的时间偏移可以在PWM策略的几个切换周期的过程中从133μs斜降到100μs。

任何特定功率变换器的网桥14都可被其相关联的控制器18如下同步于公共时间信号。

若不进行同步，则网桥14的PWM策略将会以每个控制器18所单独确定的2.5kHz的标称切换频率(Fpwm)(即，400μs的标称切换周期)进行操作。切换周期被分解为200ns的特定定时分辨率。取决于网桥14的操作特性，也可以采用其它的标称切换频率和定时分辨率。注意，由于每个单独的控制器18使用其自己的内部时钟来测量公共时间信号，并且每个控制器使用其自己的内部时钟来确定特定的PWM切换事件，因此控制器之间在时钟频率上的误差被自动地消除，并且谐波消除性能不受影响。

控制器18包括一个PWM定时器，该定时器被设置为在自动重置之前从0计数到2000(表示标称条件下的2000次200ns即400μs)。PWM定时器是用来据之确定PWM策略的所有定时事件的定时器。

当控制器18接收到公共时间信号的脉冲时，则PWM定时器为其加上时间标记，该值被标记为Actual_Pulse_Arrival_Time。

控制器18还包括时间周期定时器，其测量公共时间信号的连续脉冲之间的时间周期(标称为相隔1秒)。测量得到的时间周期值被标记为Last_One_Second_Period。Actual_Pulse_Arrival_Time和Last_One_Second_Period以相同的定时分辨率测量得到。

在公共时间信号的第二个脉冲被控制器18接收到之后，接收到第二脉冲时的实际时间(由值Actual_Pulse_Arrival_Time指示)与第二脉冲的期望时间(由值Intended_Pulse_Arrival_Time指示)之间的差值被确定，其结果标记为Phase_Error。因此，对于正常操作，当公共时间信号的每个连续脉冲在预定到达时间到达，则Phase_Error应当为零。

下面对Intended_Pulse_Arrival_Time的计算进行说明。

因此，在公共时间信号的连续脉冲的下一个标称1秒周期中，将要应用于网桥14的PWM策略的实际切换周期计算如下：

Switching_Period＝(Last_One_Second_Period+Phase_Error)/Fpwm

上述计算是在接收到公共时间信号的一个脉冲之后的切换周期(即，在此示例中每标称的1秒)中执行。

为了在第一、第二和第三功率变换器1a、1b和1c的网桥14之间产生必要的相移，Intended_Pulse_Arrival_Time需要按照由下式计算的时间偏移来修改：

Intended_Pulse_Arrival_Time＝(Time_Offset*Switching_Period)+Delay_Comp

其中，Time_Offset是0到100％范围内的值，在本示例中，对第一功率变换器1a的网桥14为0％，对第二功率变换器1b的网桥为33.3％，对第三功率变换器1c的网桥为66.6％；并且，

Delay_Comp是时间调整量，控制器18的PWM策略据此提前或延迟以补偿公共时间信号在传输中的延迟。

在供电网络具有时变频率(Fnet)的情况下，有可能使用英国专利申请0617371.0的方法来改变应用于网桥14的PWM策略的实际切换频率(Fpwm)，从而仅产生Fnet的整数倍谐波(优选地是仅有整奇数倍谐波)。公共时间信号的周期可以被设置为等于Fpwm的倒数，其中在每个时间节拍中执行网桥PWM策略的一个周期。

术语“整数倍谐波”意在涵盖具有准确整数倍谐波值的谐波以及处在准确整数倍谐波值的可接受容差内的谐波。可接受的容差(例如通常为±5Hz的区域)常可由供电网络操作者设置或确定或者在某些标准中定义。

下面给出一种用于根据普遍的Fnet来确定PWM策略每周期的脉冲数(Pulse_Number)的可能的算法，其中同时考虑到PWM策略的最大切换周期(Fpwm_nom)并使用了滞后窗。

$\mathrm{Pulse}\_\mathrm{Number}\_\mathrm{hi}=2*\mathrm{ROUND}\left(\frac{\mathrm{Fpwm}\_\mathrm{nom}}{2*\mathrm{Fnet}}\right)-1$

$\mathrm{Pulse}\_\mathrm{Number}\_\mathrm{lo}=2*\mathrm{ROUND}\left(\frac{\mathrm{Fpwm}\_\mathrm{nom}}{2*(\mathrm{Fnet}+\mathrm{HYSTERESIS})}\right)-1$

其中ROUND代表一个数学函数，其将括号内表达式的结果转换成最接近的整数，HYSTERESIS代表Fnet在Pulse_Number的变化附近的滞后值并且为进行后面的说明取0.25Hz。也可以取其它的滞后值。

该算法为Pulse_Number产生两个值(即Pulse_Number_hi和Pulse_Number_lo)，并且必须进一步决定选择哪个值来使用。如果两个值相等则选择此值作为Pulse_Number。如果两个值不同，则选择与该算法上一次迭代时所选用的Pulse_Number相等的值作为Pulse_Number。

在例如Fnet为50.0Hz并且Fpwm_nom为2.5kHz时进行该算法的第一次迭代，于是Pulse_Number_hi和Pulse_Number_lo均为49。因此选作Pulse_Number的值为49。然后根据下面的等式来确定PWM策略的实际切换频率(Fpwm)：

Fpwm＝Pulse_Number*Fnet

如果Pulse_Number为49则Fpwm被设置为2.450kHz。明显的谐波在2.250kHz、2.350kHz、2.550kHz和2.650kHz产生(即45、47、51和53次Fnet，因为由双边沿调制后的PWM策略产生的主要谐波(principal harmonics)为Fpwm±2*Fnet和Fpwm±4*Fnet，其中N为小整数)。

尽管ROUND函数使得Pulse_Number仅以离散级变化，Fnet仍典型地以渐进和连续的方式变化(例如一般从50Hz的标称固定频率向上或向下“漂移”)，而这意味着Fpwm也会以连续的方式变化。于是，对于Pulse_Number保持不变的Fnet范围，在Fpwm上存在逐渐的变化，而在Pulse_Number离散地调整时的Fnet值处出现阶跃变化。

由独立控制器22确定PWM策略的实际切换频率(Fpwm)，这对于仅产生Fnet的整数倍谐波来说是必须的，并且公共时间信号的周期被设置为等于所确定Fpwm的倒数。然后控制器18测量公共时间信号的周期，并用它来设置在功率变换器操作期间应用于每个网桥14的PWM策略的实际周期。为了进行确定，独立控制器22需要测量Fnet，这是经由适当的隔离和衰减器件(未示出)从变压器6或者从供电网络得出的。在图1中用虚线26示出所述测量。

任何特定功率变换器的网桥14都可被其相关联的控制器18如下同步于公共时间信号。

控制器18测量公共时间信号的周期，并查看它是否处在可接受的限制内。例如，如果每个网桥14的最小切换周期为400μs，则控制器18会查看所测得的周期是否处在435μs和400μs之间。然后把将要应用于相关联网桥14的PWM测量的切换周期缓调为所测得的周期以避免不希望的阶跃变化。换句话说，PWM策略的切换周期可以在PWM策略的几个切换周期的过程中逐渐降低到测得的周期。此外斜坡函数还充当消除公共时间信号的噪声脉冲的滤波器。

更特别的，应用于控制器18的斜坡函数可以如下实现：

Ramped_Period＝

Last_Ramped_Period+SIGN(Measured_Period-Last_Ramped_Period)

该斜坡函数的下一次迭代为：

Last_Ramped_Period＝Ramped_Period

其中：

Ramped_Period是斜坡函数的输出，代表在此次迭代中应用于控制器18的PWM策略的周期；

SIGN代表用来确定括号内语句的极性的数学函数，当括号内的语句为正时结果为+1，当括号内的语句为负时结果为-1；以及

Measured_Period是由控制器18测量得到的公共时间信号的周期。

这样斜坡函数每个PWM策略周期对Ramped_Period进行单个200ns的时间阶跃的调整。

为了在第一、第二和第三功率变换器1a、1b和1c的网桥14之间产生必要的相移，Intended_Pulse_Arrival_Time需要按照由下式计算的时间偏移来修改：

Intended_Pulse_Arrival_Time＝(Time_Offset*Measured_Period)+Delay_Comp

其中，Time_Offset是0到100％范围内的值，在本示例中，对第一功率变换器1a的网桥14为0％，对第二功率变换器1b的网桥为33.3％，对第三功率变换器1c的网桥为66.6％；并且，

Delay_Comp是时间调整量，控制器18的PWM策略据此提前或延迟以补偿公共时间信号在传输中的延迟。

另外：

Phase_Error＝Actual_Pulse_Arrival_Time-Intended_Pulse_Arrival_Time

其中：Phase_Error处在Measured_Period的±0.5倍的范围内；Actual_Pulse_Arrival_Time是赋给由控制器18接收到的公共时间信号的脉冲以及被如上所述PWM定时器进行时间标记的标记。

在某次特定迭代中要被应用于网桥14的PWM策略的实际周期按下式确定：

Applied_Period＝Ramped_Period+SIGN(Phase_Error)

在一种替代排列方案中，控制器18中的一个可被指定为“主”控制器来把公共时间信号提供给其余的“从”控制器。在这种情况下，由“主”控制器确定PWM策略的实际切换频率(Fpwm)，这对于仅产生供电网络的时变频率(Fnet)的整数倍谐波(优选的是仅产生整奇数倍谐波)来说是必须的，并且公共时间信号的周期被设置为等于所确定Fpwm的倒数。

现参照图4对用于船舶推进应用的功率变换器排列的基本拓扑进行略述。

在图4的基本拓扑中，三个并联的功率变换器100a、100b和100c用于将变速电动机驱动器102接入共用的交流母线(记作SHIPSUPPLY NETWORK)。一系列适当类型的发电机104为交流母线供电。每个电动机驱动器102的交流端都连接至一个三相电动机桥106的交流端，其在正常操作时用作有源逆变器以从直流链路108提供电力。网桥110的直流端连接至直流链路108，网桥在正常操作中用作有源整流器以从交流母线向直流链路提供电力。网桥110的交流端经滤波器112连接至交流母线，该交流母线被其它并联的功率变换器/电动机驱动组合共用。电动机桥106和网桥110都具有传统的三相二电平拓扑，其中使用PWM策略对一系列半导体功率开关器件进行完全控制和调节。然而，实际上电动机桥106和网桥110可以具有任意适当的拓扑，诸如三电平中点箝位拓扑或者多电平拓扑(例如Foch-Maynard排列)。适当的网桥110可以为ALSPA MV3000逆变器，可从ConverteamLtd of Boughton Road，Rugby，Warwickshire，CV21 1BU，UnitedKingdom获得。

对于上述基本拓扑可考虑到的变化包括：驱动两个或多个电动机的单电动机桥，或者驱动两个或多个电动机桥的单网桥。

在船舶推进应用中，目标是使得交流母线中的谐波电压失真最小化，其中所述失真是由连接至交流母线的多个网桥110导致的。与每个网桥110相关联的控制器114控制网桥的PWM策略并从独立的定时控制器116接收公共时间信号。如果如上所述公共时间信号由控制器114中的一个产生，则独立定时控制器116可以省去。通过给予每个网桥的PWM策略的切换周期一个不同的相对于公共时间信号的时间偏移，为每个网桥110的PWM策略提供不同的相移。任何特定功率变换器的网桥110都可被其相关联的控制器114如上同步于公共时间信号。这样，交流母线中的谐波电压失真可被至少部分地消除。

在图4所示的排列中，当时间偏移分别占在第一、第二和第三功率变换器100a、100b和100c的网桥中应用的PWM策略的切换周期的0％、33.3％和66.6％时，通常可获得最优的谐波消除效果。然而，也存在使用不同时间偏移来获得最优谐波消除的排列。例如，如果第一功率变换器100a的额定功率是第二、第三功率变换器100b和100c的两倍，则当时间偏移分别占在第一、第二和第三功率变换器的网桥中应用的PWM策略的切换周期的0％、50％和50％时，可获得改善的谐波消除效果。额定功率上的差别会要求电抗器112在电特性上具有差别以实现上述益处。

本发明还可以应用于静态伏安(VAR)补偿器(SVC)。现参照图5来略述用于SVC应用的功率变换器排列的基本拓扑。

在图5的基本拓扑中，三个并联的网桥200a、200b和200c的交流端经滤波器202连接至共用的交流网络(记作AC NETWORK)。网桥200是电压源逆变器，其使用PWM策略来对一系列半导体功率开关器件进行完全控制和调节。在SVC应用中，目标是使得网络中的谐波电压失真最小化，其中所述失真是由连接至交流网络的多个网桥200导致的。与每个网桥200相关联的控制器204控制网桥的PWM策略并从独立的定时控制器206接收公共时间信号。如果如上所述公共时间信号由控制器204中的一个产生，则独立定时控制器206可以省去。通过给予每个网桥的PWM策略的切换周期一个不同的相对于公共时间信号的时间偏移，为每个网桥200的PWM策略提供不同的相移。任何特定功率变换器的网桥200都可被其相关联的控制器204如上同步于公共时间信号。这样，交流网络中的谐波电压失真可被至少部分地消除。

级联阵列

现参照图6至图11对图1所示并联功率变换器1a、1b和1c的替换排列方式进行说明。该排列允许一个或多个控制器18关闭。它还允许控制器18具有相同的参数设置，以及使用相同的固件进行操作。这避免了使得控制器中的一个被永久构造为“主”控制器而其余控制器被永久构造为“从”控制器的需要。

控制器18被连接在一起以形成级联阵列。更特别的，每个控制器18都包括一个用于从阵列中的前一个控制器接收时间信号的输入端，还包括一个用于向阵列中的后一个控制器发送时间信号的输出端。阵列中的最后一个控制器18向阵列中的第一个控制器发送时间信号以完成连接并形成“闭环”。图7示意性地示出了三个控制器18a、18b和18c及其相关联网桥14a、14b和14c的级联阵列。每个控制器18的输入和输出端都可以是例如光纤信道，这样时间信号作为光信号通过光纤发送。也可以使用其它用于发送时间信号的方式诸如电信号或者射频(RF)信号。

每个控制器18都具有相同的时间偏移。在图6所示三个并联功率变换器的示例中，每个控制器18都具有占PWM策略切换周期的33.3％的时间偏移。通常按照阵列中控制器18的数量来确定时间偏移。例如，时间偏移可以为100％/N，其中N为阵列中控制器18的数量。

如图6所示，独立控制器24从每个控制器18接收状态信号，并将连接信息(CI1、CI2和CI3)发送至每个控制器。连接信息包括任意给定时刻阵列中控制器18的数量。

每个控制器18都被安排来发送时间信号，其中时间信号由一系列具有状态0和1的数字时间脉冲组成。每个控制器18可以测量脉冲周期(即，连续时间脉冲的下降沿之间的时间)，并且可以使用时间脉冲的脉宽(即，状态1持续的时间周期)来提供关于发送此时间信号的控制器在阵列中所占据的位置的信息。

下面详细说明为每个控制器分配“主”或“从”角色的方法。在阵列中的全部三个功率变换器1a、1b和1c顺次连接到供电网络并且正常操作的情况下，第一功率变换器1a的控制器18a可以是“主”控制器，而第二和第三功率变换器1b和1c的控制器可以是“从”控制器。在此示例中，第一功率变换器1a的控制器18a向第二功率变换器1b的控制器18b输出第一时间信号S1，S1具有20μs的脉宽以及等于其网桥14a的PWM策略切换周期的脉冲周期。第一时间信号S1的下降沿与其网桥14a的PWM策略切换周期的起始对齐并充当时间基准，网桥14b和14c的PWM策略的切换周期的时间偏移将以该时间基准为参考。

第二功率变换器1b的控制器18b接收具有20μs的脉宽的第一时间信号S1。它测量第一时间信号S1的脉冲周期，设置其网桥14b的PWM策略的切换周期以使其匹配于所测得的脉冲周期，并且应用等于测得脉冲周期的33.3％的时间偏移。此时间偏移用于确定第二功率变换器1b的网桥14b的PWM策略的切换周期的起始。例如，如图8所示，网桥14b的PWM策略的切换周期(在此情况下为400μs)从第一时间信号S1的下降沿(即时间基准)偏移133μs。第二功率变换器1b的控制器18b输出第二时间信号S2，S2具有等于第一时间信号S1的脉宽加上20μs的脉宽(即40μs的脉宽)以及等于其网桥14b的PWM策略切换周期的脉冲周期，其中该切换周期已被设置为等于第一功率变换器1a的网桥14a的PWM策略的切换周期。第二时间信号S2的下降沿与其网桥14b的PWM策略切换周期的起始对齐。

第三功率变换器1c的控制器18c接收具有40μs的脉宽的第二时间信号S2。它测量第二时间信号S2的脉冲周期，设置其网桥14c的PWM策略的切换周期以使其匹配于所测得的脉冲周期，并且应用等于测得脉冲周期的33.3％的时间偏移。此时间偏移用于确定第三功率变换器1c的网桥14c的PWM策略的切换周期的起始。例如，如图18所示，网桥142的PWM策略的切换周期从第二时间信号S2的下降沿偏移133μs。根据图8易于理解，网桥14c的PWM策略的切换周期从第一时间信号S1的下降沿(即时间基准)偏移266μs。第三功率变换器1c的控制器18c输出第三时间信号S3，S3具有等于第二时间信号S2的脉宽加上20μs的脉宽(即60μs的脉宽)以及等于其网桥14c的PWM策略切换周期的脉冲周期，其中该切换周期已被设置为等于第一功率变换器1b的网桥14b的PWM策略的切换周期，从而已被设置为等于第一功率变换器1a的网桥14a的PWM策略的切换周期。第三时间信号S3的下降沿与其网桥14c的PWM策略切换周期的起始对齐。

第一功率变换器1a的控制器18a接收具有60μs的脉宽的第三时间信号S3，S3确认控制器18a作为“主”控制器，控制器18a的操作保持不变。

在此示例中由控制器发送的时间信号S1、S2和S3在图8中示意性地示出，其中第一功率变换器1a的控制器18a是“主”控制器，第二功率变换器1b的控制器18b是第一“从”控制器，第三功率变换器1c的控制器18c是第二“从“控制器。

分别在第二和第三功率变换器1b和1c的网桥14b和14c中应用的PWM策略的切换周期由第一功率变换器1a的“主”控制器18a确定，并且通过第一和第二时间信号S1和S2发送至“从”控制器18b和18c。应用于PWM策略的切换周期的时间偏移是叠加的，因此第一、第二和第三功率变换器的网桥14a、14b和14c分别按照其中切换周期偏移了所测得脉冲周期的0％、33.3％和66.6％的PWM策略进行操作。

根据控制器18何时上线来确定其为“主”控制器还是“从”控制器。阵列中第一个上线的功率变换器的控制器优选地充当“主”控制器的角色并且作为阵列中的第一控制器。任何在其功率变换器上线时接收到时间信号的控制器都将优选地充当“从”控制器的角色。任何因为任何原因未能接收时间信号的“从”控制器(即，阵列中前方紧邻的控制器离线或者时间信号被破坏)都可能充当“主”控制器的角色。

易于理解，依据功率变换器上线的次序，一个阵列可能在起始时具有两个或更多个“主”控制器。如果一个或更多个功率变换器离线，则阵列也可能在结束时具有两个或更多个“主”控制器。在这种情况下，该阵列实际上被分成一系列子阵列，每个子阵列都具有各自的“主”控制器，其在该子阵列中占据第一控制器的位置。当阵列中的全部功率变换器都在线并且正常操作时，将只有一个“主”控制器。

在阵列已实际上分成一系列子阵列的情况下，独立控制器24向每个子阵列而不是向整个阵列发送连接信息以优化谐波消除。例如，如果阵列由七个功率变换器组成并且第三和第七功率变换器离线，则此阵列实际上被分成两个子阵列：第一和第二功率变换器的第一子阵列，以及第四、第五和第六功率变换器的第二子阵列。在此情况下，独立控制器24将从五个控制器18接收状态信息。因此，按照最基本的排列独立控制器24有可能发送N＝5的连接信息，于是在新的控制器18会应用20％的时间偏移。这里的问题是子阵列之间不存在时间相关。因此独立控制器24优选地被配置来确定功率变换器在阵列中的位置和状态(即，控制器24具有“映像”的能力)。在这种情况下，独立控制器24可以在子阵列的级别上优化谐波消除。例如，独立控制器24可以向N＝2的第一子阵列的控制器发送连接信息，并向N＝3的第二子阵列的控制器发送连接信息。两个子阵列之间仍然没有时间相关，但是每个子阵列中的谐波消除都被优化从而导致整体的改善。这对功率变换器离线提供了渐进的性能降级。

概括地说，如果一个控制器18接收不到时间信号或者接收到具有N*20μs脉宽的时间信号，则该控制器18优选地保持为“主”控制器，而如果其接收到具有20μs或者(N-1)*20μs或更低脉宽的时间信号，则从“主”控制器的角色转变成“从”控制器的角色，其中N是阵列中或子阵列中功率变换器的数量。

在某些情况下，提供保护以避免错误定时信号是适当的。例如，如果所接收时间信号的脉冲周期处在预定容差或范围(即，400μs≤脉冲周期≤435μs)之外，则控制器18可以充当“主”控制器的角色或者令其相关联的功率变换器离线。

下面的示例表明图6所示三个控制器的级联阵列在不同的环境中如何操作。

1.第一功率变换器1a第一个上线，其控制器18a充当阵列中的“主”控制器并占据第一位置。其使用第一功率变换器1a的网桥14a的PWM策略切换周期的本地确定，并输出具有20μs的脉宽以及与第一功率变换器1a的网桥14a的PWM策略的切换周期相等的脉冲周期的第一时间信号S1。第一时间信号S1的下降沿与第一功率变换器1a的网桥14a的PWM策略的切换周期的起始对齐。第二功率变换器1b是下一个上线的，其控制器18b接收第一时间信号S1。因为它接收时间信号故而充当“从”控制器的角色，并且占据阵列中的第二位置。控制器18b测量第一时间信号S1的脉冲周期，设置其网桥14b的PWM策略的切换周期以使其匹配于所测得的脉冲周期，并且应用与所测得的脉冲周期除以N相等的时间偏移，其中N是在任意给定时刻在线的功率变换器的数量并且N被独立控制器24以连接信息的形式发送给这些控制器。(对于固定的构造，此连接信息可被存储于控制器中的参数所定义。)此时间偏移用于确定第二功率变换器1b的网桥14b的PWM策略的切换周期的起始。控制器18b输出第二时间信号S2，第二时间信号S2的脉宽等于第一时间信号的脉宽加上20μs(即40μs的脉宽)，第二时间信号S2的脉冲周期等于第二功率变换器1b的网桥14b的PWM策略的切换周期。第二时间信号S2的下降沿与第二功率变换器1b的网桥14b的PWM策略的切换周期的起始对齐。第三功率变换器1c是最后一个上线的，其控制器18c接收第二时间信号S2。因为它接收时间信号故而充当“从”控制器的角色，并且占据阵列中的第三位置。控制器18c测量第二时间信号S2的脉冲周期，设置其网桥14c的PWM策略的切换周期以使其匹配于所测得的脉冲周期，并且应用与所测得脉冲周期除以N相等的时间偏移。此时间偏移用于确定第三功率变换器1c的网桥14c的PWM策略的切换周期的起始。控制器18c输出第三时间信号S3，该时间信号的脉宽等于第二时间信号S2的脉宽加上20μs(即60μs的脉宽)，该时间信号的脉冲周期等于第三功率变换器1c的网桥14c的PWM策略的切换周期。第三时间信号S3的下降沿与第三功率变换器1c的网桥14c的PWM策略的切换周期的起始对齐。第一功率变换器1a的控制器18a接收具有60μs脉宽的第三时间信号S3，第三时间信号S3确认第一功率变换器1a作为“主”功率变换器，并且第一功率变换器1a的操作保持不变。

因此，阵列按如下次序构造：如图7所示，控制器18a→控制器18b；控制器18b→控制器18c；控制器18c→控制器18a。

2.上述示例1的阵列正常工作直到第一功率变换器1a离线或者第一时间信号S1被破坏。第二功率变换器1b的控制器18b不再接收时间信号，充当“主”控制器的角色，并且占据阵列中的第一位置。其使用第二功率变换器1b的网桥14b的PWM策略的切换周期的本地确定，并且输出第一时间信号S1，第一时间信号S1具有20μs的脉宽并且其脉冲周期等于第二功率变换器1b的网桥14b的PWM策略的切换周期。由控制器18b输出的第一时间信号S1的下降沿与第二功率变换器1b的网桥14b的PWM策略的切换周期的起始对齐。第三功率变换器1c的控制器18c现在接收第一时间信号S1。因为它接收时间信号故而充当“从”功率变换器的角色，并占据阵列中的第二位置。控制器18c测量第一时间信号S1的脉冲周期，设置网桥14c的PWM策略的切换周期以使其匹配于所测得的脉冲周期，并且应用与所测得脉冲周期除以N相等的时间偏移。此时间偏移用于确定第三功率变换器1c的网桥14c的PWM策略的切换周期的起始。控制器18c现在输出第二时间信号S2，该时间信号的脉宽等于第一时间信号S1的脉宽加上20μs(即40μs的脉宽)，该时间信号的脉冲周期等于第三功率变换器1c的网桥14c的PWM策略的切换周期。第二时间信号S2的下降沿与第三功率变换器1c的网桥14c的PWM策略的切换周期的起始对齐。当第一功率变换器1a返回上线，控制器18a接收具有40μs脉宽的第二时间信号S2。因为第一功率变换器1a接收时间信号故而充当“从”功率变换器的角色，并且占据阵列中的第三位置。它测量第二时间信号S2的脉冲周期，设置其网桥14a的PWM策略的切换周期以使其匹配于所测得的脉冲周期，并且应用与所测得脉冲周期除以N相等的时间偏移。此时间偏移用于确定第一功率变换器1a的网桥14a的PWM策略的切换周期的起始。控制器18a输出第三时间信号S3，该时间信号的脉宽等于第二时间信号的脉宽加上20μs(即60μs的脉宽)，该时间信号的脉冲周期等于第一功率变换器1a的网桥14a的PWM策略的切换周期。由控制器18a输出的第三时间信号S3的下降沿与第一功率变换器1a的网桥14a的PWM策略的切换周期的起始对齐。第二功率变换器1b的控制器18b接收具有60μs脉宽的第三时间信号S3，该时间信号确认第二功率变换器1b作为“主”功率变换器，并且第二功率变换器1b的操作保持不变。

随着第一时间信号S1的中断，阵列重构为如下次序：如图9所示，控制器18b→控制器18c；控制器18c→控制器18a；控制器18a→控制器18b。

3.第一功率变换器1a第一个上线，其控制器18a充当阵列中的“主”控制器并占据第一位置。其使用第一功率变换器1a的网桥14a的PWM策略切换周期的本地确定，并输出具有20μs的脉宽以及与第一功率变换器1a的网桥14a的PWM策略的切换周期相等的脉冲周期的第一时间信号S1。第一时间信号S1的下降沿与第一功率变换器1a的网桥14a的PWM策略的切换周期的起始对齐。第三功率变换器1c第二个上线，其控制器18c充当“主”功率变换器的角色并占据阵列中的第一位置。其使用第三功率变换器1c的网桥14c的PWM策略的切换周期的本地确定，并且输出第一时间信号S1，该时间信号具有20μs的脉宽并且其脉冲周期等于第三功率变换器1c的网桥14c的PWM策略的切换周期。第一时间信号S1的下降沿与第三功率变换器1c的网桥14c的PWM策略的切换周期的起始对齐。现在第一功率变换器1a的控制器18a接收由控制器18c输出的具有20μs脉宽的第一时间信号S1。因此它从“主”功率变换器的角色切换成“从”功率变换器的角色，并且占据阵列中的第二位置。控制器18a测量第一时间信号S1的脉冲周期，设置其网桥14a的PWM策略的切换周期以使其匹配于所测得的脉冲周期，并且应用与所测得脉冲周期除以N相等的时间偏移。此时间偏移用于确定第一功率变换器1a的网桥14a的PWM策略的切换周期的起始。控制器18a输出第二时间信号S2，该时间信号的脉宽等于第一时间信号S1的脉宽加上20μs(即40μs的脉宽)，该时间信号的脉冲周期等于第一功率变换器1a的网桥14a的PWM策略的切换周期。第二时间信号S2的下降沿与第一功率变换器1a的网桥14a的PWM策略的切换周期的起始对齐。

此时，阵列被构造为如下次序：如图10所示，控制器18从→控制器18a；控制器18a→控制器18b。

当第二功率变换器1b上线时，其控制器18b接收具有40μs的脉宽的第二时间信号S2。因为它接收时间信号故而充当“从”控制器的角色，并且占据阵列中的第三位置。控制器18b测量第二时间信号S2的脉冲周期，设置其网桥14b的PWM策略的切换周期以使其匹配于所测得的脉冲周期，并且应用与所测得脉冲周期除以N相等的时间偏移。此时间偏移用于确定第二功率变换器1b的网桥14b的PWM策略的切换周期的起始。控制器18b输出第三时间信号S3，该时间信号的脉宽等于第二时间信号S2的脉宽加上20μs(即60μs的脉宽)，该时间信号的脉冲周期等于第二功率变换器1b的网桥14b的PWM策略的切换周期。第三时间信号S3的下降沿与第二功率变换器1b的网桥14b的PWM策略的切换周期的起始对齐。第三功率变换器1c的控制器18c接收具有60μs脉宽的第三时间信号S3，该时间信号确认第三功率变换器1c作为“主”功率变换器，并且第三功率变换器1c的操作保持不变。

因此，阵列按如下次序构造：如图11所示，控制器18c→控制器18a；控制器18a→控制器18b；控制器18b→控制器18c。

在图6的排列中，如果它们充当“主”变换器的角色，则阵列中的全部控制器对将要应用于与其相关联的功率变换器的网桥上的PWM策略的切换周期做出独立的本地确定。PWM策略的切换周期可以是固定的(例如，或者基于已知持续时间的外部时间信号除以PWM策略的标称切换频率，或者是诸如400μs的固定数量)或者是可变的，并且使用例如英国专利申请0617371.0的方法进行确定。当控制器充当“从”控制器的角色时，通过测量所接收时间信号的脉冲周期来确定将要应用于与其相关联的功率变换器的网桥上的PWM策略的切换周期。因此应用于与“从”控制器相关联的网桥的PWM策略的切换周期被相关的“主”控制器单独地确定。

图4中的网桥110和图5中的网桥200也可以如上所述连接在一起形成级联阵列。

谐波消除的详述

现对图1所示用于风轮机应用的功率变换器排列所实现的谐波消除的效果进行详细说明。

假设每个网桥14都按照具有2.5kHz的标称切换频率的PWM策略进行操作，并且供电网络的频率为50Hz，则由每个功率变换器产生的在690V并联连接处(即各个降压变压器6和供电网络之间的连接)看到的输出电压中的主要谐波与PWM策略的切换频率的一次谐波相关。更特别的，由于差频效应而产生具有在2.3kHz、2.4kHz、2.6kHz和2.7kHz(即供电网络标称固定频率的46、48、52和54倍)处的明显谐波的边带。注意，基波电压具有690V的rms值，因此其超出了图12至图14所示图表的y轴的范围。

如果全部网桥14均以相同的时间偏移和图1所示的公共时间信号进行操作，则在690V并联连接处看到的谐波是叠加的。这在图12中示出。注意，谐波数48和52处的rms电压具有约为70V rms的幅值。谐波数99和101处的rms电压具有约为40V rms的幅值。(这些特定的边带与PWM策略切换频率的二次谐波和网络频率之间的差频效应相关。)

如果功率变换器1a、1b和1c的网桥14分别以占PWM策略切换周期的0％、33.3％和66.6％的时间偏移进行操作，则由PWM策略的切换频率的一次和二次谐波与网络频率之间的差频效应导致的谐波可被消除。这在图13中清楚地示出。注意，第一明显干扰出现在谐波数为150的区域内，其中特定的边带与PWM策略切换频率的第三谐波和网络频率之间的差频效应相关。另外，由PWM策略切换频率的四次谐波和某些其它后续谐波之间的差频效应所导致的谐波也被消除。

实际上，如图13所示的本发明的理想效果可能会降低。例如，由于公共时间信号传输中的延迟或者同步误差，理想的时间偏移可能无法实现。然而，即使功率变换器1a、1b和1c的网桥14是分别以低于理想时间偏移的0％、38.5％和72.5％进行操作的，从图14中也可看出，同图12所示结果相比，谐波数48、52、99和101处的rms电压具有低于10V rms的降低的幅值。

更高次的谐波电压失真也会在供电网络中产生，但由于本说明书的目的而认为其不重要，可以通过使用响应于这些更高次谐波电压的旁路滤波器(未示出)来减小它们。

如果每个控制器18都应用33.3％的时间偏移，则图6所示的级联阵列也可获得与图13所示类似的结果。

易于理解，分别用于图4和图5所示的船舶推进应用和静态伏安无源(VAR)补偿器(SVC)应用的谐波消除也将以类似的方式实现。

Claims (49)

1.一种对多个可用于接入供电网络的功率变换器进行控制的方法，其中每个功率变换器都包括一个网桥，该网桥按照具有相同切换周期的脉宽调制策略进行操作，所述脉宽调制策略在供电网络电压中导致至少一个有害谐波，该方法包括如下步骤，即为每个网桥的PWM策略的切换周期提供不同的相对于时间基准的时间偏移，以使得供电网络电压中的至少一个有害谐波被至少部分地消除。

2.如权利要求1所述的方法，还还包括如下步骤：

生成公共时间信号以用作时间基准，

将公共时间信号提供给每个功率变换器，以及

为每个网桥的PWM策略的切换周期提供相对于公共时间信号的不同的时间偏移，以使得供电网络电压中的至少一个有害谐波被至少部分地消除。

3.如权利要求2所述的方法，还包括步骤：将每个网桥的PWM策略的切换周期设置为等于公共时间信号的周期。

4.如权利要求2或3所述的方法，其中公共时间信号的周期是固定的。

5.如权利要求2或3所述的方法，其中供电网络以时变频率进行操作，每个网桥按照具有切换频率、标称切换频率和每周期脉冲数的PWM策略进行操作，该方法包括如下步骤：

按照供电网络的时变频率来改变PWM策略的切换频率，以实现仅有时变频率的整数倍谐波；和

设置公共时间信号的周期以使其等于PWM策略的切换频率的倒数，以实现仅有时变频率的整数倍谐波。

6.如权利要求2至5中任意一项所述的方法，其中公共时间信号由独立定时控制器产生并发送至每个功率变换器。

7.如权利要求2至5中任意一项所述的方法，其中公共时间信号由功率变换器中的一个产生并发送至其余全部的功率变换器。

8.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：

确定连接至供电网络的功率变换器的数量，

确定第一功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期，

将具有与第一功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期相同的脉冲周期的时间信号发送至第二功率变换器来用作时间基准，

测量该时间信号的脉冲周期，

将第二功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期设置为等于测量得到的时间信号的脉冲周期，以及

使得第二功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期相对于该时间信号偏移一个时间周期，所述时间周期实质上等于测量得到的时间信号的脉冲周期除以连接至供电网络的功率变换器的数量，从而至少部分地消除供电网络电压中的至少一个有害谐波。

9.如权利要求8所述的方法，其中N个功率变换器被连接至供电网络，并且按第一功率变换器到第N功率变换器被排列在阵列中。

10.如权利要求9所述的方法，还包括步骤：

将具有与阵列中第N个功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期相等的脉冲周期的第N个时间信号发送至阵列中的第一功率变换器。

11.如权利要求9或10所述的方法，还包括步骤：

确定N个功率变换器的阵列中哪个功率变换器第一个上线；以及

令这个功率变换器充当“主”功率变换器的角色并占据阵列中第一功率变换器的位置。

12.如权利要求9至11中任意一项所述的方法，还包括步骤：

确定N个功率变换器的阵列中的一个功率变换器在其上线时是否接收时间信号；以及

令此功率变换器充当阵列中的“从”功率变换器的角色。

13.如权利要求9至12中任意一项所述的方法，其中在N个功率变换器的阵列中相邻的功率变换器之间发送的时间信号包含了关于发送时间信号的功率变换器在阵列中的角色和/或位置的信息。

14.如权利要求9至13中任意一项所述的方法，其中在N个功率变换器的阵列中相邻的功率变换器之间发送的时间信号具有相同的脉冲周期。

15.如权利要求9至14中任意一项所述的方法，其中在N个功率变换器的阵列中相邻的功率变换器之间发送的时间信号具有指示该发送时间信号的功率变换器在阵列中的位置的不同脉宽。

16.如权利要求15所述的方法，其中被发送至N个功率变换器的阵列中的第一功率变换器的第N个时间信号的脉宽被第一功率变换器用来确认其作为“主”功率变换器的角色。

17.如权利要求8至16中任意一项所述的方法，其中第一功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期是固定的。

18.如权利要求8至16中任意一项所述的方法，其中供电网络以时变频率进行操作，每个网桥按照具有切换频率、标称切换频率和每周期脉冲数的PWM策略进行操作，该方法包括如下步骤：

按照供电网络的时变频率来改变PWM策略的切换频率，以实现仅有时变频率的整数倍谐波；和

设置第一功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期以使其等于实现仅有时变频率整数倍谐波的PWM策略的切换频率的倒数。

19.如任意前述权利要求所述的方法，其中，如果连接至供电网络的功率变换器的数量发生变化，则调整与一个或多个网桥相关联的时间偏移。

20.如任意前述权利要求所述的方法，其中每个功率变换器都发送状态信息以说明其在线或是离线。

21.如任意前述权利要求所述的方法，其中关于在任意给定时刻连接至供电网络的功率变换器的数量的连接信息被发送至全部功率变换器。

22.如权利要求21所述的方法，其中连续信息被周期性地发送。

23.如权利要求21所述的方法，其中当在线的功率变换器的数量发生变化时发送连接信息。

24.多个功率变换器，可用于接入供电网络，每个功率变换器包括一个网桥，该网桥按照具有相同切换周期的脉宽调制策略进行操作，所述脉宽调制策略导致供电网络电压中的至少一个有害谐波，每个功率变换器还包括控制器，其中各个控制器排列来为每个网桥的PWM策略的切换周期提供相对于时间基准的不同时间偏移，以使得供电网络电压中的至少一个有害谐波被至少部分地消除。

25.如权利要求24所述的多个功率变换器，其中公共时间信号被提供给每个功率变换器来作为时间基准，并且控制器被用来为每个网桥的PWM策略的切换周期提供相对于公共时间信号的不同时间偏移，以使得供电网络电压中的至少一个有害谐波被至少部分地消除。

26.如权利要求25所述的多个功率变换器，其中控制器被用来将每个网桥的PWM策略的切换周期设置为等于公共时间信号的周期。

27.如权利要求25或26所述的多个功率变换器，其中公共时间信号的周期是固定的。

28.如权利要求25或26所述的多个功率变换器，其中供电网络以时变频率进行操作，并且每个功率变换器的网桥按照具有切换频率、标称切换频率和每周期脉冲数的PWM策略进行操作，其中控制器被用来按照供电网络的时变频率来改变PWM策略的切换频率，以实现仅有时变频率的整数倍谐波，并且设置公共时间信号的周期以使其等于PWM策略的切换频率的倒数，以实现仅有时变频率的整数倍谐波。

29.如权利要求25至28中任意一项所述的多个功率变换器，还包括独立定时控制器，其用于将公共时间信号发送至每个功率变换器。

30.如权利要求25至28中任意一项所述的多个功率变换器，其中公共时间信号由功率变换器中的一个产生并被发送至其余全部功率变换器。

31.如权利要求24所述的多个功率变换器，其中将具有与第一功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期相同的脉冲周期的时间信号发送至第二功率变换器来用作时间基准，并且第二功率变换器的控制器被用来：

测量该时间信号的脉冲周期，

将第二功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期设置为等于测量得到的时间信号的脉冲周期，以及

使得第二功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期相对于该时间信号偏移一个时间周期，所述时间周期实质上等于测量得到的时间信号的脉冲周期除以连接至供电网络的功率变换器的数量，从而至少部分地消除供电网络电压中的至少一个有害谐波。

32.如权利要求31所述的多个功率变换器，其中N个功率变换器被连接至供电网络，并且按第一功率变换器到第N功率变换器被排列在阵列中。

33.如权利要求32所述的多个功率变换器，其中将具有与阵列中第N个功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期相等的脉冲周期的第N个时间信号发送至阵列中的第一功率变换器。

34.如权利要求32或33所述的多个功率变换器，其中在N个功率变换器的阵列中相邻的功率变换器之间发送的时间信号包含了关于发送时间信号的功率变换器在阵列中的角色和/或位置的信息。

35.如权利要求32至34中任意一项所述的多个功率变换器，其中在N个功率变换器的阵列中相邻的功率变换器之间发送的时间信号具有相同的脉冲周期。

36.如权利要求32至35中任意一项所述的多个功率变换器，其中在N个功率变换器的阵列中相邻的功率变换器之间发送的时间信号具有指示该发送时间信号的功率变换器在阵列中的位置的不同脉宽。

37.如权利要求36所述的多个功率变换器，其中被发送至N个功率变换器的阵列中的第一功率变换器的第N个时间信号的脉宽被第一功率变换器用来确认其作为“主”功率变换器的角色。

38.如权利要求31至37中任意一项所述的多个功率变换器，其中第一功率变换器的网桥的PWM策略的切换周期是固定的。

39.如权利要求31至37中任意一项所述的多个功率变换器，其中供电网络以时变频率进行操作，并且每个功率变换器的网桥按照具有切换频率、标称切换频率和每周期脉冲数的PWM策略进行操作，其中控制器被用来按照供电网络的时变频率来改变PWM策略的切换频率，以实现仅有时变频率的整数倍谐波，并且设置公共时间信号的周期以使其等于PWM策略的切换频率的倒数，以实现仅有时变频率的整数倍谐波。

40.如权利要求31至39中任意一项所述的多个功率变换器，其中如果连接至供电网络的功率变换器的数量发生变化，则调整与一个或多个网桥相关联的时间偏移。

41.如权利要求31至40中任意一项所述的多个功率变换器，其中每个功率变换器都发送状态信息以说明其在线或是离线。

42.如权利要求31至41中任意一项所述的多个功率变换器，其中关于在任意给定时刻连接至供电网络的功率变换器的数量的连接信息被发送至全部功率变换器。

43.如权利要求42所述的多个功率变换器，其中连接信息被周期性地发送。

44.如权利要求42所述的多个功率变换器，其中当在线的功率变换器的数量发生变化时发送连接信息。

45.如权利要求24至44中任意一项所述的多个功率变换器，其中每个功率变换器都用于将发电机接入供电网络。

46.如权利要求24至44中任意一项所述的多个功率变换器，其中每个功率变换器都用于将电动机接入供电网络(或母线)。

47.如权利要求24至44中任意一项所述的多个功率变换器，其中每个功率变换器都作为静态伏安无源(VAR)补偿器进行操作。

48.如权利要求24至44中任意一项所述的多个功率变换器，其中每个功率变换器的网桥都是有源逆变器。

49.如权利要求24至44中任意一项所述的多个功率变换器，其中每个功率变换器的网桥都是有源整流器。

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