CN103312187A - 一种变流器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种变流器系统，至少包括：一第一背靠背变流器，包括：第一整流器模块，用于将第一交流电整流成第一直流电；以及第一逆变器模块，用于将第一直流电逆变为第二交流电；以及第二背靠背变流器，包括：第二整流器模块，用于将第一交流电整流成第二直流电；以及第二逆变器模块，用于将第二直流电逆变为第二交流电，藉由第一、第二整流器同步运行或藉由第一、第二逆变器同步运行，以抑制变流器系统中的环流电流。采用本发明，可有效抑制彼此并联的多套背靠背变流器中的环流电流，提高系统可靠性，并降低系统成本。相比于现有技术，本发明无需设置隔离变流器，从而缩小了系统占用的体积，提高了系统的功率密度。

Description

一种变流器系统
技术领域
本发明涉及新能源技术领域和电力电子技术领域，尤其涉及用于新能源技术中的变流器系统。
背景技术
当前，能源危机日益严重，导致新能源技术发展日益受到研发人员的关注和重视。此外，发电系统的容量越来越大，而受限于现代电力电子器件的容量瓶颈，大容量的电能很难通过单套变流器输送到电网。
针对上述情形，逆变器并联技术逐渐成为研究热点，它可以在不增加单个功率开关管电流应力的条件下使总电流成倍增加，从而使更高功率等级的变流器产品研发成为现实。一般来说，在输入功率一定的情况下，通过并联技术可以使用较低功率等级的功率开关管，从而降低生产成本。然而，需要指出的是，在单套变流器系统中，由于没有零序环流通道，因而也不存在环流问题；而在彼此并联的多套变流器系统中，一旦存在环流通道，就会引起严重的环流问题。环流只在并联的变流器之间流动，它的存在不仅增加了系统损耗，还降低了系统效率，使功率开关管发热严重甚至被烧毁。此外，环流还会引起不均流问题，导致功率开关管承受的电流应力不均衡，影响其使用寿命，并限制了整套系统容量的增加。再者，环流还会使三相电流产生畸变，使总谐波畸变率增大，导致系统不能满足并网要求。
为了消除变流器系统中的环流电流，现有的一种解决方式是在于，采用硬件方式消除环流通道，例如，在机侧变流器与电机之间设置一隔离变压器来消除环流通道。又如，当两套变流器中的直流母线并联连接时，在机侧变流器与电机之间以及网侧变流器与电网之间分别设置一隔离变压器来消除环流通道。另一种解决方式是在于，选用特定相的电机，例如六相电机，藉由六相电机中两套三相绕组之间的电气隔离(相当于隔离变压器)来消除环流通道。然而，上述方案中的隔离变压器体积较大，不仅增加了系统成本，还会大幅降低系统的功率密度。此外，另一方案在消除环流通道时，对于电机有特殊要求，不具有多种应用场合下的通用性。
有鉴于此，如何设计一种新型的变流器系统，以便有效地解决多套变流器系统并联时的环流问题，提高系统可靠性，并降低系统成本，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
发明内容
针对现有技术中的多套变流器系统在解决环流问题时所存在的上述缺陷之一，本发明提供了一种新颖的变流器系统架构。
依据本发明的一个方面，提供了一种变流器系统，至少包括：
一第一背靠背变流器，包括：
一第一整流器模块，包括一第一整流器及一第一控制器，所述第一整流器具有一输入侧和一输出侧，用于将一第一交流电整流成一第一直流电，其中所述第一整流器由所述第一控制器进行控制；以及
一第一逆变器模块，包括一第一逆变器及一第三控制器，所述第一逆变器具有一输入侧和一输出侧，用于将所述第一直流电逆变为一第二交流电，其中所述第一逆变器由所述第三控制器进行控制；以及
一第二背靠背变流器，包括：
一第二整流器模块，包括一第二整流器及一第二控制器，所述第二整流器具有一输入侧和一输出侧，用于将所述第一交流电整流成一第二直流电，其中所述第二整流器由所述第二控制器进行控制，所述第二整流器的输入侧与所述第一整流器的输入侧并联连接；以及
一第二逆变器模块，包括一第二逆变器及一第四控制器，所述第二逆变器具有一输入侧和一输出侧，用于将所述第二直流电逆变为所述第二交流电，其中所述第二逆变器由所述第四控制器进行控制，所述第二逆变器的输出侧与所述第一逆变器的输出侧并联连接，
其中，所述第一整流器和所述第二整流器具有一整流频率，所述第一逆变器和所述第二逆变器具有一逆变频率，藉由第一、第二整流器同步运行或者藉由第一、第二逆变器同步运行，以抑制所述变流器系统中的环流电流。
所述第一整流器和所述第二整流器电连接至一发电机，所述第一逆变器和所述第二逆变器电连接至一交流电网。
所述第一整流器和所述第二整流器电连接至一交流电网，所述第一逆变器和所述第二逆变器电连接至一发电机。
所述发电机为三相电机。
在一实施例中，当所述整流频率小于所述逆变频率时，所述第一整流器模块和所述第二整流器模块接收一整流同步信号，以使所述第一、第二整流器同步运行，所述整流同步信号的周期为所述第一整流器或所述第二整流器的整流周期的N倍，其中，N为自然数，所述整流周期与所述整流频率互为倒数。所述变流器系统还包括一信号产生电路，用以产生所述整流同步信号，所述第一控制器中的PWM载波发生器和所述第二控制器中的PWM载波发生器分别接收所述整流同步信号，并分别输出同步后的PWM载波信号。所述信号产生电路为一微分电路或一555电路。
在一实施例中，当所述整流频率小于所述逆变频率时，所述第一控制器和所述第二控制器中之一控制器产生一整流同步信号，并将其传送至另一控制器，以使所述第一、第二整流器同步运行，其中所述第一控制器中的PWM载波发生器和所述第二控制器中的PWM载波发生器根据所述整流同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号。
所述第一控制器和所述第二控制器中的每一控制器包括：一功率控制器，用于接收一反映所述交流电功率的参数，并输出一电流参考信号；一电流调节器，接收所述电流参考信号，并输出一电压参考信号；以及一控制信号生成器，用于将所述电压参考信号与所述同步后的PWM载波信号相比较，以生成一PWM控制信号。
在一实施例中，当所述整流频率大于所述逆变频率时，所述第一逆变器模块和所述第二逆变器模块接收一逆变同步信号，以使所述第一、第二逆变器同步运行，所述逆变同步信号的周期为所述第一逆变器或所述第二逆变器的逆变周期的M倍，其中，M为自然数，所述逆变周期与所述逆变频率互为倒数。所述变流器系统还包括一信号产生电路，用以产生所述逆变同步信号，所述第三控制器中的PWM载波发生器和所述第四控制器中的PWM载波发生器分别接收所述逆变同步信号，并分别输出同步后的PWM载波信号。所述信号产生电路为一微分电路或一555电路。
在一实施例中，当所述整流频率大于所述逆变频率时，所述第三控制器和所述第四控制器中之一控制器产生所述逆变同步信号，并将其传送至另一控制器，以使所述第一、第二逆变器同步运行，其中所述第三控制器中的PWM载波发生器和所述第四控制器中的PWM载波发生器根据所述逆变同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号。
所述第三控制器和所述第四控制器中的每一控制器包括：一电压调节器，用于接收相应的直流电，并输出一电流参考信号；一电流调节器，接收所述电流参考信号，并输出一电压参考信号；以及一控制信号生成器，用于将所述电压参考信号与所述同步后的PWM载波信号相比较，以生成一PWM控制信号。
所述第一背靠背变流器包括一第一存储单元，设置于所述第一整流器和所述第一逆变器之间，用于存储所述第一直流电；所述第二背靠背变流器包括一第二存储单元，设置于所述第二整流器和所述第二逆变器之间，用于存储所述第二直流电。所述第一存储单元和所述第二存储单元均为一直流母线电容器。
所述第一背靠背变流器中的直流母线电容器与所述第二背靠背变流器中的直流母线电容器并联连接。
所述第一背靠背变流器和所述第二背靠背变流器为一对称型桥式电路。在一实施例中，所述第一背靠背变流器和所述第二背靠背变流器均为一两电平结构或一三电平结构。
所述第一背靠背变流器和第二背靠背变流器为一非对称型桥式电路。在一实施例中，所述第一背靠背变流器的第一整流器和第一逆变器中之一者为一两电平结构，另一者为一三电平结构；所述第二背靠背变流器的第二整流器和第二逆变器中之一者为一两电平结构，另一者为一三电平结构。在另一实施例中，所述第一整流器和所述第一逆变器中各自的开关管不同，以及所述第二整流器和所述第二逆变器中各自的开关管不同。在又一实施例中，所述第一整流器和所述第一逆变器的电路连接方式不同，以及所述第二整流器和所述第二逆变器的电路连接方式不同。
依据本发明的另一个方面，提供了一种变流器系统，至少包括：
一第一背靠背变流器，包括：
一第一整流器模块，包括一第一整流器及一第一控制器，所述第一整流器具有一输入侧和一输出侧，用于将一第一交流电整流成一第一直流电，其中所述第一整流器由所述第一控制器进行控制；以及
一第一逆变器模块，包括一第一逆变器及一第三控制器，所述第一逆变器具有一输入侧和一输出侧，用于将所述第一直流电逆变为一第二交流电，其中所述第一逆变器由所述第三控制器进行控制；以及
一第二背靠背变流器，包括：
一第二整流器模块，包括一第二整流器及一第二控制器，所述第二整流器具有一输入侧和一输出侧，用于将所述第一交流电整流成一第二直流电，其中所述第二整流器由所述第二控制器进行控制，所述第二整流器的输入侧与所述第一整流器的输入侧并联连接；以及
一第二逆变器模块，包括一第二逆变器及一第四控制器，所述第二逆变器具有一输入侧和一输出侧，用于将所述第二直流电逆变为所述第二交流电，其中所述第二逆变器由所述第四控制器进行控制，所述第二逆变器的输出侧与所述第一逆变器的输出侧并联连接，
其中，藉由所述第一整流器和所述第二整流器同步运行，并且所述第一逆变器和所述第二逆变器同步运行，以共同抑制所述变流器系统中的环流电流。
所述变流器系统还包括一第一信号产生电路，用以产生所述整流同步信号，所述第一控制器中的PWM载波发生器和所述第二控制器中的PWM载波发生器分别接收所述整流同步信号，并分别输出同步后的PWM载波信号，以使所述第一整流器和所述第二整流器同步运行。所述第一信号产生电路为一微分电路或一555电路。
所述第一控制器和所述第二控制器中之一控制器产生一整流同步信号，并将其传送至另一控制器，以使所述第一整流器和所述第二整流器同步运行，其中所述第一控制器中的PWM载波发生器和所述第二控制器中的PWM载波发生器根据所述整流同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号。
所述第一控制器和所述第二控制器中的每一控制器包括：一功率控制器，用于接收一反映所述交流电功率的参数，并输出一电流参考信号；一电流调节器，接收所述电流参考信号，并输出一电压参考信号；以及一控制信号生成器，用于将所述电压参考信号与所述同步后的PWM载波信号相比较，以生成一PWM控制信号。
所述变流器系统还包括一第二信号产生电路，用以产生所述逆变同步信号，所述第三控制器中的PWM载波发生器和所述第四控制器中的PWM载波发生器分别接收所述逆变同步信号，并分别输出同步后的PWM载波信号，以使所述第一逆变器和所述第二逆变器同步运行。所述第二信号产生电路为一微分电路或一555电路。
所述第三控制器和所述第四控制器中之一控制器产生所述逆变同步信号，并将其传送至另一控制器，以使所述第一逆变器和所述第二逆变器同步运行，其中所述第三控制器中的PWM载波发生器和所述第四控制器中的PWM载波发生器根据所述逆变同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号。
所述第三控制器和所述第四控制器中的每一控制器包括：一电压调节器，用于接收相应的直流电，并输出一电流参考信号；一电流调节器，接收所述电流参考信号，并输出一电压参考信号；以及一控制信号生成器，用于将所述电压参考信号与所述同步后的PWM载波信号比较，以生成一PWM控制信号。
采用本发明的变流器系统架构，在每一背靠背变流器的整流侧和/或逆变侧相应地接收一整流同步信号和/或一逆变同步信号，从而可有效抑制彼此并联的多套背靠背变流器中的环流电流，提高系统可靠性，并降低了系统成本。相比于现有技术，本发明的变流器系统架构无需设置隔离变流器，从而缩小了系统占用的体积，提高了系统的功率密度。
附图说明
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
图1示出依据本发明的一具体实施方式的变流器系统的结构框图；
图2示出图1中的变流器系统的一实施例的电路架构示意图；
图3示出图2的变流器系统中，整流器模块中用于生成PWM控制信号的控制器的一具体实施例；
图4(a)示出图2的变流器系统中，一实施例的同步前后的PWM载波的波形示意图；
图4(b)示出图2的变流器系统中，另一实施例的同步前后的PWM载波的波形示意图；
图5示出依据本发明的另一具体实施方式的变流器系统的结构框图；
图6示出图5中的变流器系统的一实施例的电路架构示意图；
图7示出图6的变流器系统中，逆变器模块中用于生成PWM控制信号的控制器的一具体实施例；
图8示出依据本发明的又一具体实施方式的变流器系统的电路架构示意图；
图9示出依据本发明的再一具体实施方式的变流器系统的结构框图；以及
图10示出图9中的变流器系统的一实施例的电路架构示意图。
具体实施方式
为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
如前所述，在现有技术中，逆变器并联技术逐渐成为研究热点，它可在不增加单个功率开关管电流应力的条件下，使总电流成倍增加。例如，在输入功率一定的情况下，通过并联技术可使用低功率等级的功率开关器件，进而降低产品的制作成本。然而，在变流器并联时，往往存在环流通道，会引起严重的环流问题，不仅增加了系统损耗，还降低了系统效率。此外，环流电流还会引起不均流，使得功率开关器件承受的电流应力不均衡，影响其使用寿命，而且，环流电流还会使三相电流产生畸变，使总谐波畸变率增大，导致系统并网较难实现。
针对现有技术中的上述缺陷或不足，图1示出依据本发明的一具体实施方式的变流器系统的结构框图。参照图1，本发明的变流器系统至少包括一背靠背变流器1和一背靠背变流器3。其中，背靠背变流器1包括一整流器模块10和一逆变器模块20，背靠背变流器3包括一整流器模块30和一逆变器模块40。应当理解，在其他的实施例中，该变流器系统还可包括两组以上的背靠背变流器，并且每一背靠背变流器各自的整流器模块的交流侧并联连接，以及每一背靠背变流器各自的逆变器模块的交流侧并联连接。
该整流器模块10包括整流器102和控制器104。该整流器102具有一输入侧和一输出侧，用以将一第一交流电整流成一第一直流电。控制器104与整流器102连接，用以控制该整流器102。例如，控制器104发送一PWM控制信号，用来控制整流器102中的功率开关器件的开通与关断。该逆变器模块20包括逆变器202和控制器204。该逆变器具有一输入侧和一输出侧，用以将所述第一直流电逆变为一第二交流电。控制器204与逆变器202连接，用以控制该逆变器202。例如，控制器204发送一PWM控制信号，用来控制逆变器202中的功率开关器件的开通与关断。在一实施例中，整流器模块10的控制器104和逆变器模块20的控制器204均为一数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)。
类似地，背靠背变流器3中的整流器模块30包括整流器302和控制器304。该整流器302具有一输入侧和一输出侧，用以将该第一交流电整流成一第二直流电。整流器302的输入侧与整流器102的输入侧并联连接。控制器304与整流器302连接，用以控制该整流器302。例如，控制器304发送一PWM控制信号，用来控制整流器302中的功率开关器件的开通与关断。背靠背变流器3中的逆变器模块40包括逆变器402和控制器404。该逆变器402具有一输入侧和一输出侧，用以将所述第二直流电逆变为该第二交流电。逆变器402的输出侧与逆变器202的输出侧并联连接。控制器404与逆变器402连接，用以控制该逆变器402。例如，控制器404发送一PWM控制信号，用来控制逆变器402中的功率开关器件的开通与关断。在一实施例中，整流器模块30的控制器304和逆变器模块40的控制器404均为一数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)。
需要特别指出的是，为了解决现有变流器系统中的环流电流问题，在一些具体实施例中，本发明的变流器系统藉由整流器102和整流器302同步运行，以抑制系统中的环流电流。例如，本发明的变流器系统在整流器模块10和整流器模块30各自一侧藉由一整流同步信号来消除系统中的环流通道，如图1所示。
应当理解，本发明的变流器系统在传递能量时具有双向可传递的特点，也就是说，背靠背变流器1和背靠背变流器3各自的整流器电连接不同的源(如电机)或负载(如电网)时，其能量传递是不同的。在一些实施例中，整流器102和整流器302电连接至一发电机，逆变器202和逆变器402电连接至一交流电网，从而将发电机发出的电能传送给该交流电网。在一些实施例中，整流器102和整流器302电连接至一交流电网，逆变器202和逆变器402电连接至一发电机，从而将来自交流电网的电能量传送给该发电机。此外，该发电机既可为三相电机，也可为多相电机，本发明的变流器系统并不只局限于应用在某一特定的电机类型。
图2示出图1中的变流器系统的一实施例的电路架构示意图。参照图2，整流器102和整流器302具有一整流频率，逆变器202和逆变器402具有一逆变频率，当整流频率小于逆变频率时，整流器模块10和整流器模块30接收该整流同步信号，藉由该整流同步信号来抑制或消除系统中的环流电流。
在图2中，控制器DSP1用来控制整流器102的功率开关器件开通或关断，控制器DSP2用来控制逆变器202的功率开关器件开通或关断，控制器DSP3用来控制整流器302的功率开关器件开通或关断，控制器DSP4用来控制逆变器402的功率开关器件开通或关断。位于电机侧的整流器102和整流器302各自的输入侧还可设置一滤波电感Ls，以及位于电网侧的逆变器202和逆变器402各自的输出侧还可设置一滤波电感Lg，不仅可起到滤波作用，而且还可防止整流器102与逆变器202、整流器302与逆变器402之间的直流母线发生短路情形。
在一具体实施例中，该变流器系统还包括一信号产生电路，当整流频率小于逆变频率时，该信号产生电路用以产生整流同步信号。例如，控制器DSP1的PWM载波发生器和控制器DSP3的PWM载波发生器分别接收来自该信号产生电路的整流同步信号，然后相应地输出同步后的PWM载波信号，以使整流器102和整流器302同步运行。在此，信号产生电路可为一微分电路、一555电路或者其他可产生同步脉冲信号的电路。
在一具体实施例中，当整流频率小于逆变频率时，用以抑制环流电流的整流同步信号也可藉由控制器DSP1或控制器DSP3自身产生。例如，控制器DSP1产生一整流同步信号，并将该整流同步信号发送给控制器DSP3，控制器DSP1的PWM载波发生器和控制器DSP3的PWM载波发生器根据所述整流同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号，以使整流器102和整流器302同步运行。又如，控制器DSP3产生一整流同步信号，并将该整流同步信号发送给控制器DSP1，控制器DSP1的PWM载波发生器和控制器DSP3的PWM载波发生器根据所述整流同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号，以使整流器102和整流器302同步运行。
在又一具体实施例中，背靠背变流器1包括直流母线存储单元(如电容器)，设置于整流器102和逆变器202之间，用于存储该第一直流电。背靠背变流器3也包括直流母线存储单元(电容器)，设置于整流器302和逆变器402之间，用于存储该第二直流电。此外，背靠背变流器1的直流母线存储单元既可与背靠背变流器3的直流母线存储单元相互独立，又可与背靠背变流器3的直流母线存储单元并联连接。例如，将两个直流母线存储单元的正极性母线彼此连接且负极性母线彼此连接，此时，第一直流电和第二直流电的电压数值相同。
图3示出图2的变流器系统中，整流器模块中用于生成PWM控制信号的控制器的一具体实施例。参照图3，控制器104包括一功率控制器、一电流调节器和一控制信号生成器。更详细地，该功率控制器用来接收一反映该交流电功率的参数(如电机功率P1*、电机转矩和电机转速)，并输出一电流参考信号I1*。电流调节器接收该电流参考信号I1*，输出与该电流参考信号相对应的一电压参考信号U1*。控制信号生成器具有两个输入端和一个输出端，其中的一输入端用以接收电压参考信号U1*，另一输入端用来接收来自PWM载波发生器输出的同步后的PWM载波信号，然后在其输出端输出一PWM控制信号。该PWM控制信号基于所接收的电压参考信号U1*和同步后的PWM载波信号的比较结果。
类似地，控制器304也包括一功率控制器、一电流调节器和一控制信号生成器。更详细地，该功率控制器用来接收一反映该交流电功率的参数(如电机功率P3*、电机转矩和电机转速)，并输出一电流参考信号I3*。电流调节器接收该电流参考信号I3*，输出与该电流参考信号相对应的一电压参考信号U3*。控制信号生成器具有两个输入端和一个输出端，其中的一输入端用以接收电压参考信号U3*，另一输入端用来接收来自PWM载波发生器输出的同步后的PWM载波信号，然后在其输出端输出一PWM控制信号。该PWM控制信号基于所接收的电压参考信号U3*和同步后的PWM载波信号的比较结果。
图4(a)示出图2的变流器系统中，一实施例的同步前后的PWM载波的波形示意图。图4(b)示出图2的变流器系统中，另一实施例的同步前后的PWM载波的波形示意图。
参照图4(a)，该整流同步信号的周期等于整流器102或整流器302的整流周期，在此，整流周期与整流频率互为倒数。当定时器的初始值为0时，在同步前，控制器104的PWM载波发生器输出的载波信号与控制器304的PWM载波发生器输出的载波信号并不同步；而在同步后，通过诸如矩形波同步脉冲信号，将控制器104和控制器304各自的PWM载波发生器输出的PWM载波信号变为同步，即，整流器模块10和整流器模块30中的PWM载波信号是同步的。
参照图4(b)，该整流同步信号的周期为整流器102或整流器302的整流周期的2倍，也就是说，该整流同步信号的频率为整流器102或整流器302的整流频率的二分之一。当定时器的初始值为0时，在同步前，控制器104的PWM载波发生器输出的载波信号与控制器304的PWM载波发生器输出的载波信号并不同步；而在同步后，由于整流同步信号的周期加长，通过诸如矩形波同步脉冲信号，在n+1个矩形波同步脉冲时刻，控制器104和控制器304各自的PWM载波信号同步，并且在n+3个矩形波同步脉冲时刻，控制器104和控制器304各自的PWM载波信号同步，从而使整流器模块10和整流器模块30中的PWM载波信号同步。
图5示出依据本发明的另一具体实施方式的变流器系统的结构框图。在图5中，该变流器结构与上述图1所示的变流器结构相同或相似，为描述简便起见，在此不再赘述。
与图1不同的是，为了解决现有变流器系统中的环流电流问题，在一些具体实施例中，本发明的变流器系统藉由逆变器202和逆变器402同步运行，以抑制系统中的环流电流。例如，本发明的变流器系统在逆变器模块20和逆变器模块40各自一侧藉由一逆变同步信号来消除系统中的环流通道，如图5所示。
图6示出图5中的变流器系统的一实施例的电路架构示意图。参照图6，整流器102和整流器302具有一整流频率，逆变器202和逆变器402具有一逆变频率，当整流频率大于逆变频率时，逆变器模块20和逆变器模块40藉由一逆变同步信号来抑制或消除系统中的环流电流。
在一具体实施例中，该变流器系统还包括一信号产生电路，当整流频率大于逆变频率时，该信号产生电路用以产生逆变同步信号。例如，控制器DSP2的PWM载波发生器和控制器DSP4的PWM载波发生器分别接收来自该信号产生电路的逆变同步信号，然后相应地输出同步后的PWM载波信号，以使逆变器202和逆变器402同步运行。在此，信号产生电路可为一微分电路、一555电路或者其他可产生同步脉冲信号的电路。
需要指出的是，该信号产生电路可包括两个子模块，其中的一个子模块用以产生整流同步信号，其中的另一个子模块用以产生逆变同步信号，并且两个子模块均具有各自的模块使能信号。例如，当整流器模块10和30的整流频率大于逆变器模块20和40的逆变频率时，禁止用来产生整流同步信号的子模块，使能用来产生逆变同步信号的子模块，该变流器系统藉由该逆变同步信号来抑制或消除环流电流。又如，当整流器模块10和30的整流频率小于逆变器模块20和40的逆变频率时，使能用来产生整流同步信号的子模块，禁止用来产生逆变同步信号的子模块，该变流器系统藉由该整流同步信号来抑制或消除环流电流。
在一具体实施例中，当整流频率大于逆变频率时，用以抑制环流电流的逆变同步信号也可藉由控制器DSP2或控制器DSP4自身产生。例如，控制器DSP2产生一逆变同步信号，并将该逆变同步信号发送给控制器DSP4，控制器DSP2中的PWM载波发生器和控制器DSP4中的PWM载波发生器根据所述逆变同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号，以使逆变器202和逆变器402同步运行。又如，控制器DSP4产生一逆变同步信号，并将该逆变同步信号发送给控制器DSP2，控制器DSP2中的PWM载波发生器和控制器DSP4中的PWM载波发生器根据所述逆变同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号，以使逆变器202和逆变器402同步运行。
图7示出图6的变流器系统中，逆变器模块中用于生成PWM控制信号的控制器的一具体实施例。
参照图7，控制器204包括一电压调节器、一电流调节器和一控制信号生成器。更详细地，该电压调节器用来接收相应的直流电(如背靠背变流器1中的第一直流电UBUS2*)，并输出一电流参考信号I2*。电流调节器接收该电流参考信号I2*，输出与该电流参考信号相对应的一电压参考信号U2*。控制信号生成器具有两个输入端和一个输出端，其中的一输入端用以接收电压参考信号U2*，另一输入端用来接收来自PWM载波发生器输出的同步后的PWM载波信号，然后在其输出端输出一PWM控制信号。该PWM控制信号基于所接收的电压参考信号U2*和同步后的PWM载波信号的比较结果。
类似地，控制器404也包括一电压调节器、一电流调节器和一控制信号生成器。更详细地，该电压调节器用来接收相应的直流电(如背靠背变流器3中的第二直流电UBUS4*)，并输出一电流参考信号I4*。电流调节器接收该电流参考信号I4*，输出与该电流参考信号相对应的一电压参考信号U4*。控制信号生成器具有两个输入端和一个输出端，其中的一输入端用以接收电压参考信号U4*，另一输入端用来接收来自PWM载波发生器输出的同步后的PWM载波信号，然后在其输出端输出一PWM控制信号。该PWM控制信号基于所接收的电压参考信号U4*和同步后的PWM载波信号的比较结果。其中，PWM载波信号的同步原理和图4相同，在此不再叙述。
图8示出依据本发明的又一具体实施方式的变流器系统的电路架构示意图。参照图8，在本发明的变流器系统中，背靠背变流器1和背靠背变流器3为一非对称型桥式电路。在此，术语“非对称型桥式电路”包括但不只局限于，电平数量不同、功率开关器件的型号不同、电路连接方式不同。
在一具体实施例中，背靠背变流器1的整流器102和逆变器202中之一者为一两电平结构，另一者为一三电平结构；背靠背变流器3的整流器302和逆变器402中之一者为一两电平结构，另一者为一三电平结构。例如，整流器102和整流器302采用两电平结构，而逆变器202和逆变器402采用三电平结构。
在一具体实施例中，于背靠背变流器1和背靠背变流器3中，整流器102与逆变器202中各自的开关管不同，整流器302与逆变器402中各自的开关管不同。在此，开关管不同包括开关管型号、开关管耐压值、开关管功率等级等性能参数。
在一具体实施例中，于背靠背变流器1和背靠背变流器3中，整流器102与逆变器202的电路连接方式不同，整流器302与逆变器402的电路连接方式不同。例如，整流器102和逆变器202均采用三电平结构，但是整流器102的三电平结构与逆变器202的三电平结构各自的电路连接方式不同。
此外，在其他的具体实施例中，背靠背变流器1和背靠背变流器3为一对称型桥式电路。例如，背靠背变流器1和第二背靠背变流器3均为一两电平结构或一三电平结构，亦即，背靠背变流器1中的整流器102和逆变器202均为一两电平结构或一三电平结构；背靠背变流器3中的整流器302和逆变器402均为一两电平结构或一三电平结构。
图9示出依据本发明的再一具体实施方式的变流器系统的结构框图。图10示出图9中的变流器系统的一实施例的电路架构示意图。参照图9和图10，本发明的变流器系统至少包括背靠背变流器1和背靠背变流器3。其中，背靠背变流器1包括一整流器模块10和一逆变器模块20，背靠背变流器3包括一整流器模块30和一逆变器模块40。应当理解，在其他的实施例中，该变流器系统还可包括两组以上的背靠背变流器，并且每一背靠背变流器各自的整流器模块的交流侧并联连接，以及每一背靠背变流器各自的逆变器模块的交流侧并联连接。
与图1和图5不同的是，在图9的变流器系统中，整流器模块10中的整流器102和整流器模块30中的整流器302藉由一整流同步信号同步运行，与此同时，逆变器模块20中的逆变器202和逆变器模块40中的逆变器402藉由一逆变同步信号同步运行，藉由该整流器102和整流器302的同步运行以及该逆器202和逆变同402的同步运行来抑制系统中的环流电流。
在一些具体实施例中，整流同步信号和逆变同步信号来自于同一信号产生电路。例如，该信号产生电路包括两个子模块，其中的一个子模块用以产生整流同步信号，其中的另一个子模块用以产生逆变同步信号。
在一些具体实施例中，整流同步信号和逆变同步信号来自于不同的信号产生电路。例如，第一信号产生电路用来产生整流同步信号，而第二信号产生电路用来产生逆变同步信号。
此外，用以抑制环流电流的整流同步信号也可藉由控制器DSP1或控制器DSP3自身产生。例如，控制器DSP1产生一整流同步信号，并将该整流同步信号发送给控制器DSP3，控制器DSP1中的PWM载波发生器和控制器DSP3中的PWM载波发生器根据所述逆变同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号，以使整流器102和整流器302同步运行。又如，控制器DSP3产生一整流同步信号，并将该整流同步信号发送给控制器DSP1，控制器DSP1中的PWM载波发生器和控制器DSP3中的PWM载波发生器根据所述逆变同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号，以使整流器102和整流器302同步运行。
此外，用以抑制环流电流的逆变同步信号也可藉由控制器DSP2或控制器DSP4自身产生。例如，控制器DSP2产生一逆变同步信号，并将该逆变同步信号发送给控制器DSP4，控制器DSP2中的PWM载波发生器和控制器DSP4中的PWM载波发生器根据所述逆变同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号，以使逆变器202和逆变器402同步运行。又如，控制器DSP4产生一逆变同步信号，并将该逆变同步信号发送给控制器DSP2，控制器DSP2中的PWM载波发生器和控制器DSP4中的PWM载波发生器根据所述逆变同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号，以使逆变器202和逆变器402同步运行。其中，PWM载波信号的同步原理和图4相同，在此不再叙述。
采用本发明的变流器系统架构，在每一背靠背变流器的整流侧和/或逆变侧相应地接收一整流同步信号和/或一逆变同步信号，从而可有效抑制彼此并联的多套背靠背变流器中的环流电流，提高系统可靠性，并降低了系统成本。相比于现有技术，本发明的变流器系统架构无需设置隔离变流器，从而缩小了系统占用的体积，提高了系统的功率密度。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (32)

1.一种变流器系统，其特征在于，所述变流器系统至少包括：
一第一背靠背变流器，包括：
一第一整流器模块，包括一第一整流器及一第一控制器，所述第一整流器具有一输入侧和一输出侧，用于将一第一交流电整流成一第一直流电，其中所述第一整流器由所述第一控制器进行控制；以及
一第一逆变器模块，包括一第一逆变器及一第三控制器，所述第一逆变器具有一输入侧和一输出侧，用于将所述第一直流电逆变为一第二交流电，其中所述第一逆变器由所述第三控制器进行控制；以及
一第二背靠背变流器，包括：
一第二整流器模块，包括一第二整流器及一第二控制器，所述第二整流器具有一输入侧和一输出侧，用于将所述第一交流电整流成一第二直流电，其中所述第二整流器由所述第二控制器进行控制，所述第二整流器的输入侧与所述第一整流器的输入侧并联连接；以及
一第二逆变器模块，包括一第二逆变器及一第四控制器，所述第二逆变器具有一输入侧和一输出侧，用于将所述第二直流电逆变为所述第二交流电，其中所述第二逆变器由所述第四控制器进行控制，所述第二逆变器的输出侧与所述第一逆变器的输出侧并联连接，
其中，所述第一整流器和所述第二整流器具有一整流频率，所述第一逆变器和所述第二逆变器具有一逆变频率，藉由第一、第二整流器同步运行或者藉由第一、第二逆变器同步运行，以抑制所述变流器系统中的环流电流。
2.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，所述第一整流器和所述第二整流器电连接至一发电机，所述第一逆变器和所述第二逆变器电连接至一交流电网。
3.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，所述第一整流器和所述第二整流器电连接至一交流电网，所述第一逆变器和所述第二逆变器电连接至一发电机。
4.根据权利要求2或3所述的变流器系统，其特征在于，所述发电机为三相电机。
5.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，当所述整流频率小于所述逆变频率时，所述第一整流器模块和所述第二整流器模块接收一整流同步信号，以使所述第一、第二整流器同步运行，所述整流同步信号的周期为所述第一整流器或所述第二整流器的整流周期的N倍，其中，N为自然数，所述整流周期与所述整流频率互为倒数。
6.根据权利要求5所述的变流器系统，其特征在于，所述变流器系统还包括一信号产生电路，用以产生所述整流同步信号，所述第一控制器中的PWM载波发生器和所述第二控制器中的PWM载波发生器分别接收所述整流同步信号，并分别输出同步后的PWM载波信号。
7.根据权利要求6所述的变流器系统，其特征在于，所述信号产生电路为一微分电路或一555电路。
8.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，当所述整流频率小于所述逆变频率时，所述第一控制器和所述第二控制器中之一控制器产生一整流同步信号，并将其传送至另一控制器，以使所述第一、第二整流器同步运行，其中所述第一控制器中的PWM载波发生器和所述第二控制器中的PWM载波发生器根据所述整流同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的变流器系统，其特征在于，所述第一控制器和所述第二控制器中的每一控制器包括：
一功率控制器，用于接收一反映所述交流电功率的参数，并输出一电流参考信号；
一电流调节器，接收所述电流参考信号，并输出一电压参考信号；以及
一控制信号生成器，用于将所述电压参考信号与所述同步后的PWM载波信号相比较，以生成一PWM控制信号。
10.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，当所述整流频率大于所述逆变频率时，所述第一逆变器模块和所述第二逆变器模块接收一逆变同步信号，以使所述第一、第二逆变器同步运行，所述逆变同步信号的周期为所述第一逆变器或所述第二逆变器的逆变周期的M倍，其中，M为自然数，所述逆变周期与所述逆变频率互为倒数。
11.根据权利要求10所述的变流器系统，其特征在于，所述变流器系统还包括一信号产生电路，用以产生所述逆变同步信号，所述第三控制器中的PWM载波发生器和所述第四控制器中的PWM载波发生器分别接收所述逆变同步信号，并分别输出同步后的PWM载波信号。
12.根据权利要求11所述的变流器系统，其特征在于，所述信号产生电路为一微分电路或一555电路。
13.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，当所述整流频率大于所述逆变频率时，所述第三控制器和所述第四控制器中之一控制器产生一逆变同步信号，并将其传送至另一控制器，以使所述第一、第二逆变器同步运行，其中所述第三控制器中的PWM载波发生器和所述第四控制器中的PWM载波发生器根据所述逆变同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的变流器系统，其特征在于，所述第三控制器和所述第四控制器中的每一控制器包括：
一电压调节器，用于接收相应的直流电，并输出一电流参考信号；
一电流调节器，接收所述电流参考信号，并输出一电压参考信号；以及
一控制信号生成器，用于将所述电压参考信号与所述同步后的PWM载波信号相比较，以生成一PWM控制信号。
15.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，所述第一背靠背变流器包括一第一存储单元，设置于所述第一整流器和所述第一逆变器之间，用于存储所述第一直流电；所述第二背靠背变流器包括一第二存储单元，设置于所述第二整流器和所述第二逆变器之间，用于存储所述第二直流电。
16.根据权利要求15所述的变流器系统，其特征在于，所述第一存储单元和所述第二存储单元均为一直流母线电容器。
17.根据权利要求16所述的变流器系统，其特征在于，所述第一背靠背变流器中的直流母线电容器与所述第二背靠背变流器中的直流母线电容器并联连接。
18.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，所述第一背靠背变流器和所述第二背靠背变流器为一对称型桥式电路。
19.根据权利要求18所述的变流器系统，其特征在于，所述第一背靠背变流器和所述第二背靠背变流器均为一两电平结构或一三电平结构。
20.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，所述第一背靠背变流器和第二背靠背变流器为一非对称型桥式电路。
21.根据权利要求20所述的变流器系统，其特征在于，所述第一背靠背变流器的第一整流器和第一逆变器中之一者为一两电平结构，另一者为一三电平结构；所述第二背靠背变流器的第二整流器和第二逆变器中之一者为一两电平结构，另一者为一三电平结构。
22.根据权利要求20所述的变流器系统，其特征在于，所述第一整流器和所述第一逆变器中各自的开关管不同，以及所述第二整流器和所述第二逆变器中各自的开关管不同。
23.根据权利要求20所述的变流器系统，其特征在于，所述第一整流器和所述第一逆变器的电路连接方式不同，以及所述第二整流器和所述第二逆变器的电路连接方式不同。
24.一种变流器系统，其特征在于，所述变流器系统至少包括：
一第一背靠背变流器，包括：
一第一整流器模块，包括一第一整流器及一第一控制器，所述第一整流器具有一输入侧和一输出侧，用于将一第一交流电整流成一第一直流电，其中所述第一整流器由所述第一控制器进行控制；以及
一第一逆变器模块，包括一第一逆变器及一第三控制器，所述第一逆变器具有一输入侧和一输出侧，用于将所述第一直流电逆变为一第二交流电，其中所述第一逆变器由所述第三控制器进行控制；以及
一第二背靠背变流器，包括：
一第二整流器模块，包括一第二整流器及一第二控制器，所述第二整流器具有一输入侧和一输出侧，用于将所述第一交流电整流成一第二直流电，其中所述第二整流器由所述第二控制器进行控制，所述第二整流器的输入侧与所述第一整流器的输入侧并联连接；以及
一第二逆变器模块，包括一第二逆变器及一第四控制器，所述第二逆变器具有一输入侧和一输出侧，用于将所述第二直流电逆变为所述第二交流电，其中所述第二逆变器由所述第四控制器进行控制，所述第二逆变器的输出侧与所述第一逆变器的输出侧并联连接，
其中，藉由所述第一整流器和所述第二整流器同步运行，并且所述第一逆变器和所述第二逆变器同步运行，以共同抑制所述变流器系统中的环流电流。
25.根据权利要求24所述的变流器系统，其特征在于，所述变流器系统还包括一第一信号产生电路，用以产生一整流同步信号，所述第一控制器中的PWM载波发生器和所述第二控制器中的PWM载波发生器分别接收所述整流同步信号，并分别输出同步后的PWM载波信号，以使所述第一整流器和所述第二整流器同步运行。
26.根据权利要求25所述的变流器系统，其特征在于，所述第一信号产生电路为一微分电路或一555电路。
27.根据权利要求24所述的变流器系统，其特征在于，所述第一控制器和所述第二控制器中之一控制器产生一整流同步信号，并将其传送至另一控制器，以使所述第一整流器和所述第二整流器同步运行，其中所述第一控制器中的PWM载波发生器和所述第二控制器中的PWM载波发生器根据所述整流同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的变流器系统，其特征在于，所述第一控制器和所述第二控制器中的每一控制器包括：
一功率控制器，用于接收一反映所述交流电功率的参数，并输出一电流参考信号；
一电流调节器，接收所述电流参考信号，并输出一电压参考信号；以及
一控制信号生成器，用于将所述电压参考信号与所述同步后的PWM载波信号相比较，以生成一PWM控制信号。
29.根据权利要求24所述的变流器系统，其特征在于，所述变流器系统还包括一第二信号产生电路，用以产生一逆变同步信号，所述第三控制器中的PWM载波发生器和所述第四控制器中的PWM载波发生器分别接收所述逆变同步信号，并分别输出同步后的PWM载波信号，以使所述第一逆变器和所述第二逆变器同步运行。
30.根据权利要求29所述的变流器系统，其特征在于，所述第二信号产生电路为一微分电路或一555电路。
31.根据权利要求24所述的变流器系统，其特征在于，所述第三控制器和所述第四控制器中之一控制器产生一逆变同步信号，并将其传送至另一控制器，以使所述第一逆变器和所述第二逆变器同步运行，其中所述第三控制器中的PWM载波发生器和所述第四控制器中的PWM载波发生器根据所述逆变同步信号，分别输出同步后的PWM载波信号。
32.根据权利要求29至31中的任一项所述的变流器系统，其特征在于，所述第三控制器和所述第四控制器中的每一控制器包括：
一电压调节器，用于接收相应的直流电，并输出一电流参考信号；
一电流调节器，接收所述电流参考信号，并输出一电压参考信号；以及
一控制信号生成器，用于将所述电压参考信号与所述同步后的PWM载波信号比较，以生成一PWM控制信号。
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