CN104348342B - 电能变换系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种电能变换系统，其包括第一电能变换模块，第二电能变换模块和控制器。该第一电能变换模块包括第一源侧变换器，第一负载侧变换器和连接在该第一源侧变换器和该第一负载侧变换器之间的第一直流母线。该第二电能变换模块包括第二源侧变换器，第二负载侧变换器和连接在该第二源侧变换器和该第二负载侧变换器之间的第二直流母线。该控制器用于根据该电源模块或该负载模块的电路结构产生多个开关信号，该开关信号被提供给该第一电能变换模块和该第二电能变换模块以使该第一直流母线的第一直流母线电压和该第二直流母线上的第二直流母线电压平衡。本发明还揭示了一种电能变换系统控制方法和风电变换系统。

Description

电能变换系统和方法
技术领域
本发明公开的实施方式涉及电能变换系统和用于平衡至少第一直流母线电压和第二直流母线电压的方法。
背景技术
半导体开关器件常用于电能变换系统中，以传导电能并实现电能变换功能（如直流到交流和/或交流到直流的变换）。然而，由于单个半导体开关器件额定电压/额定电流的限制，大功率等级的电能变换系统很难实现。因此，提高电压等级或电流传输能力成为解决大功率电能变换与传输的重要技术。
在一些电能变换系统中，多种拓扑结构用于提高电流传输能力。例如，采用两组或多组电能变换模块相并联的方式可以提高电流传输能力。然而当负载电流增加时，电能变换系统的传导损耗也将大大增加。而且，当负载电流过大时，很难选用合适的电缆和断路器以解决大电流问题。
在一些电能变换系统中，设计成开式绕组结构的负载常用于提高电压等级。基于这种开式绕组结构，负载可以通过双并联的电能变换模块以推挽的方式接收电能。在一些装置中，为了独立地以相同的方式控制并联的电能变换模块，希望不同电能变换模块中的直流母线电压能达到平衡。然而，传统的电压平衡控制策略实现起来比较复杂。
因此，有必要提供一种改进的系统和简化的方法来解决上述技术问题。
发明内容
鉴于上面提及的技术问题，本发明的一个方面在于提供一种电能变换系统，该电能变换系统包括第一电能变换模块，第二电能变换模块和控制器。该第一电能变换模块通过一个或多个第一输入端子连接到电源模块，该第一电能变换模块用于将从该一个或多个第一输入端子接收的第一输入功率变换为第一输出功率，该第一输出功率从一个或多个第一输出端子输出给负载模块，该第一电能变换模块包括第一源侧变换器，第一负载侧变换器和连接在该第一源侧变换器和该第一负载侧变换器之间的第一直流母线。该第二电能变换模块通过一个或多个第二输入端子连接到该电源模块，该第二电能变换模块用于将从该一个或多个第二输入端子接收的第二输入功率变换为第二输出功率，该第二输出功率从一个或多个第二输出端子输出给该负载模块，该第二电能变换模块包括第二源侧变换器，第二负载侧变换器和连接在该第二源侧变换器和该第二负载侧变换器之间的第二直流母线。该控制器与该第一电能变换模块和该第二电能变换模块相连接并通讯，该控制器用于根据该电源模块或该负载模块的电路结构产生多个开关信号，该开关信号被提供给该第一电能变换模块和该第二电能变换模块以使该第一直流母线的第一直流母线电压和该第二直流母线上的第二直流母线电压平衡。
如上所述的电能变换系统，其中，该负载模块包括开式绕组结构的变压器，该变压器用于提供该第一输出功率和该第二输出功率给电网，该变压器包括副边和开式绕组结构的原边，该原边连接在该一个或多个第一输出端子和该一个或多个第二输出端子之间。该开关信号包括分别提供给该第一负载侧变换器和该第二负载侧变换器的多个第一和第二负载侧开关信号，该第一和第二负载侧开关信号分别根据一个或多个第一负载侧电压给定信号和一个或多个第二负载侧电压给定信号来产生，每个第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号包括相同的幅值和相反的相位。
如上所述的电能变换系统，其中，该第一输入功率和该第二输入功率共同由闭式绕组电机提供。该开关信号包括分别提供给该第一源侧变换器和该第二源侧变换器的多个第一和第二源侧开关信号，该第一和第二源侧开关信号分别根据一个或多个第一源侧电流给定信号和一个或多个第二源侧电流给定信号来产生，该第一和第二源侧开关信号控制该电能变换系统从该闭式绕组电机接收相等的第一输入有功功率和第二输入有功功率，以使该第一直流母线电压和该第二直流母线电压平衡。
如上所述的电能变换系统，其中，该第一输入功率由该电源模块中的第一电源提供，该第二输入功率由该电源模块中的第二电源提供，该第一电源和该第二电源彼此独立设置。该开关信号包括分别提供给该第一源侧变换器和该第二源侧变换器的多个第一和第二源侧开关信号，该第一和第二源侧开关信号分别根据第一源侧功率给定信号和第二源侧功率给定信号来产生，该第一和第二源侧开关信号控制该电能变换系统分别从该第一电源和该第二电源接收相等的第一输入功率和第二输入功率，以使该第一直流母线电压和该第二直流母线电压平衡。
如上所述的电能变换系统，其中，该第一输入功率和该第二输入功率共同由开式绕组电机提供。该开关信号包括分别提供给该第一源侧变换器和该第二源侧变换器的多个第一和第二源侧开关信号，该第一和第二源侧开关信号分别根据一个或多个第一源侧电压给定信号和一个或多个第二源侧电压给定信号来产生，该第一和第二源侧开关信号控制该电能变换系统从该开式绕组电机接收相等的第一输入有功功率和第二输入有功功率，以使该第一直流母线电压和该第二直流母线电压平衡，每个第一源侧电压给定信号和相对应的第二源侧电压给定信号之间设置源侧动态系数。
如上所述的电能变换系统，其中，该源侧动态系数基于该第一直流母线电压和该第二直流母线电压的比值或差值其中之一计算得到。
如上所述的电能变换系统，其中，该电源模块包括开式绕组结构的变压器，该变压器用于从电网接收电能以提供该第一输出功率和该第二输出功率，该变压器包括原边和开式绕组结构的副边，该副边连接在该一个或多个第一输入端子和该一个或多个第二输入端子之间。该开关信号包括分别提供给该第一负载侧变换器和该第二负载侧变换器的多个第一和第二负载侧开关信号，该第一和第二负载侧开关信号分别根据一个或多个第一负载侧电压给定信号和一个或多个第二负载侧电压给定信号来产生，每个第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号包括相同的幅值和相反的相位。
如上所述的电能变换系统，其中，该第一输出功率和该第二输出功率提供给直流负载。该开关信号包括分别提供给该第一负载侧变换器和该第二负载侧变换器的多个第一和第二负载侧开关信号，该第一和第二负载侧开关信号分别根据第一负载侧功率给定信号和第二负载侧功率给定信号来产生，该第一和第二负载侧开关信号控制该电能变换系统提供相等的第一输出功率和第二输出功率，以使该第一直流母线电压和该第二直流母线电压平衡。
如上所述的电能变换系统，其中，该第一输出功率和该第二输出功率提供给开式绕组电机。该开关信号包括分别提供给该第一负载侧变换器和该第二负载侧变换器的多个第一和第二负载侧开关信号，该第一和第二负载侧开关信号分别根据一个或多个第一负载侧电压给定信号和一个或多个第二负载侧电压给定信号来产生，该第一和第二负载侧开关信号控制该电能变换系统提供相等的第一输出有功功率和第二输出有功功率给该开式绕组电机，以使该第一直流母线电压和该第二直流母线电压平衡，每个第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号之间设置负载侧动态系数。
如上所述的电能变换系统，其中，该负载侧动态系数基于该第一直流母线电压和该第二直流母线电压的比值或差值其中之一计算得到。
如上所述的电能变换系统，其中，该负载模块包括变压器，以将从该第一输出功率和该第二输出功率得到的输出功率提供给电网。该开关信号包括分别提供给该第一负载侧变换器和该第二负载侧变换器的多个第一和第二负载侧开关信号，该第一负载侧开关信号通过将一个或多个第一负载侧电压给定信号与相对应的一个或多个第一载波信号相比较得到，该第二负载侧开关信号通过将一个或多个第二负载侧电压给定信号与相对应的一个或多个第二载波信号相比较得到，每个第一载波信号和相对应的第二载波信号之间设置相移。
本发明的另一个方面在于提供一种电能变换系统控制方法，该方法至少包括如下步骤：根据电源模块或负载模块其中之一的电路结构产生多个开关信号。提供该多个开关信号给第一电能变换模块和第二电能变换模块以使第一直流母线上的第一直流母线电压和该第二直流母线上的第二直流母线电压平衡。
如上所述的电能变换系统控制方法，其中，该方法还包括如下步骤：当该负载模块包括开式绕组结构的变压器时，分别根据一个或多个第一负载侧电压给定信号和一个或多个第二负载侧电压给定信号来产生第一和第二负载侧开关信号，每个第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号包括相同的幅值和相反的相位。
如上所述的电能变换系统控制方法，其中，该方法还包括如下步骤：当该电源模块包括闭式绕组电机时，分别根据一个或多个第一源侧电流给定信号和一个或多个第二源侧电流给定信号来产生第一和第二源侧开关信号，该第一和第二源侧开关信号控制该电能变换系统从该闭式绕组电机接收相等的第一输入有功功率和第二输入有功功率。
如上所述的电能变换系统控制方法，其中，该方法还包括如下步骤：当该电源模块包括开式绕组电机时，分别根据一个或多个第一源侧电压给定信号和一个或多个第二源侧电压给定信号来产生第一和第二源侧开关信号，该第一和第二源侧开关信号控制该电能变换系统从该开式绕组电机接收相等的第一输入有功功率和第二输入有功功率，每个第一源侧电压给定信号和相对应的第二源侧电压给定信号之间设置源侧动态系数。
如上所述的电能变换系统控制方法，其中，该源侧动态系数基于该第一直流母线电压和该第二直流母线电压的比值或差值其中之一计算得到。
如上所述的电能变换系统控制方法，其中，该方法还包括如下步骤：当该电源模块包括开式绕组变压器时，分别根据一个或多个第一负载侧电压给定信号和一个或多个第二负载侧电压给定信号来产生第一和第二负载侧开关信号，每个第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号包括相同的幅值和相反的相位。
如上所述的电能变换系统控制方法，其中，该方法还包括如下步骤：当该负载模块包括闭式绕组电机时，分别根据一个或多个第一负载侧电流给定信号和第二负载侧电流给定信号来产生第一和第二负载侧开关信号，该第一和第二负载侧开关信号控制该电能变换系统提供相等的第一输出有功功率和第二输出有功功率。
如上所述的电能变换系统控制方法，其中，该方法还包括如下步骤：当该负载模块包括开式绕组电机时，分别根据一个或多个第一负载侧电压给定信号和一个或多个第二负载侧电压给定信号来产生第一和第二负载侧开关信号，该第一和第二负载侧开关信号控制该电能变换系统提供相等的第一输出有功功率和第二输出有功功率给该开式绕组电机，每个第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号之间设置负载侧动态系数。
本发明的另一方面在于提供一种风电变换系统，该风电变换系统包括风机，第一电能变换模块，第二电能变换模块和控制器。该风机用于提供第一输入功率和第二输入功率。该第一电能变换模块通过一个或多个第一输入端子连接到该风机，该第一电能变换模块用于将从该一个或多个第一输入端子接收的第一输入功率变换为第一输出功率，该第一输出功率通过一个或多个第一输出端子提供给负载模块，该第一电能变换模块包括第一整流装置，第一逆变装置和连接在该第一整流装置和该第一逆变装置之间的第一直流母线。该第二电能变换模块通过一个或多个第二输入端子连接到该风机，该第二电能变换模块用于将从该一个或多个第二输入端子接收的第二输入功率变换为第二输出功率，该第二输出功率通过一个或多个第二输出端子提供给该负载模块，该第二电能变换模块包括第二整流装置，第二逆变装置和连接在该第二整流装置和该第二逆变装置之间的第二直流母线。该控制器与该第一电能变换模块和该第二电能变换模块相电性连接并通讯，该控制器用于根据该风机的电路结构以产生多个开关信号，该多个开关信号被提供给该第一电能变换模块和该第二电能变换模块以减小该第一直流母线上的第一直流母线电压和该第二直流母线上的第二直流母线电压之间的电压差。
本发明提供的电能变换系统以及电能变换系统控制方法与传统的方法相比，电源模块和负载模块均可采用开式绕组结构或闭式绕组结构，基于电源模块或负载模块的不同电路结构，控制器可根据不同的控制策略产生源侧开关信号或负载侧开关信号以提供给双电能变换模块。通过简单易行的控制方法，最终可实现直流母线电压的平衡。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1所示为电能变换系统的一种实施方式的模块图；
图2所示为电源模块采用闭式绕组电机的电能变换系统的一种实施方式的示意图；
图3所示为电源模块采用闭式绕组电机的电能变换系统的另一种实施方式的示意图；
图4所示为电源模块采用双独立电源的电能变换系统的一种实施方式的示意图；
图5所示为电源模块采用开式绕组电机的电能变换系统的一种实施方式的示意图；
图6所示为负载模块采用电机的电能变换系统的一种实施方式的示意图；
图7所示为负载模块采用直流负载的电能变换系统的一种实施方式的示意图；
图8所示为用于控制如图2或3所示的第一和第二源侧变换器的一种电流控制实施方式的框图；
图9所示为电源模块采用开式结构的电能变换系统的部分等效电路的一种实施方式的示意图；
图10所示为计算源侧动态系数的一种实施方式示意图；
图11所示为用于控制如图6所示的第一和第二负载侧变换器的一种电流控制实施方式的框图；
图12所示为负载模块采用开式结构的电能变换系统的部分等效电路的一种实施方式的示意图；
图13所示为用于控制如图1所示的电能变换系统的基于载波移相调制方法的多个载波和调制波的波形的一种实施方式示意图；
图14所示为用于控制如图1所示的电能变换系统的基于载波移相调制方法的多个载波和调制波的波形的另一种实施方式示意图；以及
图15所示为用于控制如图1所示的电能变换系统的基于载波移相调制方法的多个载波和调制波的波形的另一种实施方式示意图。
具体实施方式
以下将描述本发明的一个或者多个具体实施方式。首先要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，或者为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明公开的内容不充分。
除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中使用的“第一”或者“第二”以及类似地词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或”包括所列举的项目中的任意一者或者全部。“连接”或者“相连”等类似地词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。此外，“电路”以及“控制模块”等可以包括单一组件或者由多个主动元件或者被动元件直接或者间接相连的集合，例如一个或者多个集成电路芯片，以提供所对应描述的功能。
本发明中使用的“可”、“可以”与“可能”等词语表明在某些环境中事件发生的可能性；拥有一种特定属性、特征或功能；和/或通过与某一合格动词结合表示一个或多个能力、性能或可能性。相应地，“可能”的使用表明：被修饰的术语对于所示的能力、功能或用途是明显适当、可匹配或合适的；同时考虑到在某些情况的存在，被修饰的术语有时可能不适当，不匹配或不合适。例如，在某些情况下，可能预期出现某一结果或性能；而在其他情况下，该结果或性能可能不出现。这一区别由表示“可能”的词语体现。
图1所示为本发明揭示的电能变换系统100的一种实施方式的模块图。如图1所示，该电能变换系统100包括电源模块101，第一电能变换模块111，第二电能变换模块121，控制器123和负载模块131。该电能变换系统100用于将该电源模块101提供的输入电能转换成输出电能以提供给该负载模块131。在其他实施方式中，该电能变换系统100可将该负载模块131产生的电能变换为特定形式的能量以提供给该电源模块101。
如图1所示，单一电源用作该电源模块101以分别在一个或多个第一输入端子102和一个或多个第二输入端子104上提供第一输入功率和第二输入功率。根据该单一电源的不同形式，该第一输入功率和第二输入功率均可包括直流功率和/或交流功率。该第一电能变换模块111和该第二电能变换模块121分别通过该一个或多个第一输入端子102和该一个或多个第二输入端子104与该电源模块101相连接。
如图1所示，该第一电能变换模块111和该第二电能变换模块121可包括相同的拓扑结构。在该实施方式中，该第一电能变换模块111包括第一源侧变换器112，第一负载侧变换器116和连接在该第一源侧变换器112和该第一负载侧变换器116之间的第一直流母线114。该第一源侧变换器112通过该一个或多个第一输入端子102与该电源模块101相连接。该第一负载侧变换器116通过一个或多个第一输出端子132与该负载模块131相连接。
类似地，该第二电能变换模块121包括第二源侧变换器122，第二负载侧变换器126和连接在该第二源侧变换器122和该第二负载侧变换器126之间的第二直流母线124。该第二源侧变换器122通过该一个或多个第二输入端子104与该电源模块101相连接。该第二负载侧变换器126通过一个或多个第二输出端子134与该负载模块131相连接。
在一些实施方式中，该第一和第二源侧变换器112，122，该第一和该第二负载侧变换器116，126其中任意一个均可包括单一变换器。在其他实施方式中，该第一和第二源侧变换器112，122，该第一和该第二负载侧变换器116，126其中任意一个均可包括两个或两个以上并联的变换器。这种结构可加强该电能变换系统100的容错能力。即当该第一和第二源侧变换器112，122，该第一和该第二负载侧变换器116，126其中一个变换器发生故障或无法正常工作时，该电能变换系统100可在其他正常工作的变换器的作用下正常运行。
该第一电能变换模块111用于将该第一输入功率变换为该一个或多个第一输出端子132上的第一输出功率以提供给该负载模块131。该第二电能变换模块121用于将该第二输入功率变换为该一个或多个第二输出端子134上的第二输出功率以提供给该负载模块131。该负载模块131可在该第一输出功率和该第二输出功率的共同作用下进行工作。
在一些实施方式中，该电源模块101可包括一个或多个直流电源以提供直流电给该第一和第二电能变换模块111，121。在其他实施方式中，该电源模块101可包括提供直流电的太阳能电源例如太阳能电池板和/或电池模块如燃料电池。
对于直流电源模块101，该第一输入功率是第一直流输入功率，该第二输入功率是第二直流输入功率。该第一源侧变换器112和该第二源侧变换器122包括直流/直流电能变换器，以分别将该第一直流输入功率和该第二直流输入功率转换成该第一直流母线114上的第一直流母线功率和该第二直流母线124上的第二直流母线功率。在其他实施方式中，该直流/直流电能变换器可包括升压电路，降压电路或其他形式的可以将一种直流电变换为另一种直流电的电路。
在其他实施方式中，该电源模块101提供交流电。更具体地，该电源模块101包括风力涡轮机，交流发电机或电网。
对于交流电源模块101，该第一输入功率是第一交流输入功率，该第二输入功率是第二交流输入功率。该第一源侧变换器112和该第二源侧变换器122包括交流/直流电能变换器，以分别将该第一交流输入功率和该第二交流输入功率转换成该第一直流母线114上的第一直流母线功率和该第二直流母线124上的第二直流母线功率。在其他实施方式中，该交流/直流电能变换器可包括H桥变换器，三相整流器或其他形式的可将一种交流电变换为一种直流电的电路。
在一些实施方式中，当该负载模块131运行于直流电时，该第一负载侧变换器116和该第二负载侧变换器126包括直流/直流电能变换器，以分别将该第一直流母线功率和该第二直流母线功率转换成第一直流输出功率和第二直流输出功率。
在一些实施方式中，当该负载模块131运行于交流电时，该第一负载侧变换器116和该第二负载侧变换器126包括直流/交流电能变换器，以分别将该第一直流母线功率和该第二直流母线功率转换成第一交流输出功率和第二交流输出功率。
如图1所示的电能变换模块拓扑结构有助于该电能变换系统100实现高等级功率传输。而且，多个变换器并联的结构可以加强该电能变换系统100的可靠性。然而，对于该第一和第二电能变换模块111，121上直流母线电压平衡的控制可直接影响系统性能。而且，负载电流波形需要根据负载模块的需求进行优化控制。因此，在该控制器123中实施多种简单易行的控制策略/算法可使该第一直流母线114和该第二直流母线124上的第一直流母线电压和第二直流母线电压保持一致。
该控制器123至少与该第一电能变换模块111和该第二电能变换模块121相连接并通讯。在一些实施方式中，该控制器123可以包括任何合适的可编程电路或者装置，包括数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、现场可编程门阵列（FieldProgrammable Gate Array，FPGA）、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）以及专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）等。在一些实施方式中，该控制器123可以通过硬件或软件或软硬件结合的形式实现。在一种实施方式中，该控制器123用于根据该电源模块101或该负载模块131的电路结构以产生多个开关信号。为了方便说明，该控制器123为单个控制器。在其他实施方式中，该控制器123可包括两个或多个独立的控制器。
在一些实施方式中，当该电源模块101包括不同的电路结构时，该开关信号包括根据不同策略/算法产生的多个第一和第二源侧开关信号。该第一和第二源侧开关信号分别提供给该第一源侧变换器112和该第二源侧变换器122，以控制该电能变换系统从该电源模块101接收相等的第一输入功率和第二输入功率。
在这些实施方式中，该开关信号包括根据电压控制策略产生的多个第一和第二负载侧开关信号。该第一和第二负载侧开关信号分别提供给该第一负载侧变换器116和该第二负载侧变换器126，以保证该第一直流母线114和该第二直流母线124上的第一直流母线功率和第二直流母线功率可全部提供给该负载模块131。通过该第一和第二源侧控制信号控制该第一源侧控制器112和该第二源侧控制器122可使直流母线电压达到平衡。
在一些实施方式中，当该负载模块131包括不同的电路结构时，该开关信号包括根据不同策略/算法产生的多个第一和第二负载侧开关信号。该第一和第二负载侧开关信号分别提供给该第一负载侧变换器116和该第二负载侧变换器126，以控制该第一电能变换模块111和该第二电能变换模块121提供相同的功率给该负载模块131。
在这些实施方式中，该开关信号包括根据电压控制策略产生的多个第一和第二源侧开关信号。该第一和第二源侧开关信号分别提供给该第一源侧变换器112和该第二源侧变换器122，以保证该电压模块101可提供给该负载模块131所需的功率。通过该第一和第二负载侧控制信号控制该第一负载侧控制器116和该第二负载侧控制器126可使直流母线电压达到平衡。
当该电源模块101包括风机，该负载模块131包括变压器，当该变压器可将从该第一输出功率和该第二输出功率得到的输出功率提供给电网时，该电能变换系统100可以看做风电变换系统。在一些实施方式中，第一整流器和第二整流器分别用作该第一源侧变换器112和该第一源侧变换器122。该第一和第二整流器112，122分别用于将该第一交流输入功率和该第二交流输入功率转换成第一直流母线功率和第二直流母线功率。第一逆变器和第二逆变器分别用作该第一负载侧变换器116和该第二负载侧变换器126。该第一和第二逆变器116，126分别用于将第一直流母线功率和该第二直流母线功率转换成该第一交流输出功率和该第二交流输出功率。该控制器123用于根据该风机101的电路结构以产生多个开关信号，该开关信号提供给该第一电能变换模块111和该第二电能变换模块121以减小该第一直流母线114上的第一直流母线电压和该第二直流母线124上的第二直流母线电压之间的电压差。
图2所示为电源模块采用闭式绕组电机的电能变换系统200的一种实施方式的示意图。与图1所示的电能变换系统100相比，类似地，该电能变换系统200包括电源模块201，第一电能变换模块211，第二电能变换模块221，控制器223和负载模块231。
然而，该第一输入功率和该第二输入功率共同由闭式绕组电机201提供。如图2所示的实施方式中，单组三相Y形连接绕组电机用作该闭式绕组电机201。该电机201包括三个绕组W1、W2和W3，每个绕组包括两个端子。其中每个绕组的一个端子共同连接到一个节点O，每个绕组的另一个端子分别通过输入端A，B和C连接到该第一电能变换模块211和该第二电能变换模块221。在其他实施方式中，该电机201可包括任意数量的绕组。这些绕组也可包括其他的连接方式如三角形连接。
如图2所示实施方式，在该第一电能变换模块211中，第一变换器212和第一逆变器216分别用作该第一源侧变换器和该第一负载侧变换器。在该第二电能变换模块221中，第二变换器222和第二逆变器226分别用作该第二源侧变换器和该第二负载侧变换器。
如图2所示实施方式中，该负载模块231包括开式绕组结构。与如图2所示的闭式绕组电机201不同的是，该开式绕组没有共同连接节点。开式绕组结构包括多个独立的绕组，每个绕组包括两个端子。每个绕组的该两个端子分别连接到该第一电能变换模块211和该第二电能变换模块221。因此，该开式绕组负载231与该第一电能变换模块211和该第二电能变换模块221相串联以允许相同的电流流经对应的该第一逆变器116和该第二逆变器126的输出端子。在一些实施方式中，该负载模块131包括闭式绕组结构。
如图2所示的实施方式，该负载模块231包括三相开式绕组变压器。该变压器231包括副边和开式绕组原边。在该开式绕组原边，每个绕组T1，T2和T3分别通过该第一输出端子232和该第二输出端子234连接到该第一逆变器216和该第二逆变器226。在一些实施方式中，该变压器231的副边包括开式绕组结构。在一些实施方式中，该副边用于提供电能给电网。
图3所示为电源模块采用闭式绕组电机的电能变换系统300的一种实施方式的示意图。与图2所示的电能变换系统200相比，类似地，该电能变换系统300包括电源模块301，第一电能变换模块311，第二电能变换模块321，控制器323和负载模块331。
不同地，双组三相Y形连接绕组电机用作该电源模块301以提供该第一输入功率和该第二输入功率。一组Y形连接的三个绕组Wa1，Wb1和Wc1各通过一个端子连接到节点O1，通过另一个端子连接到该第一变换器312。另一组Y形连接的三个绕组Wa2，Wb2和Wc2各通过一个端子连接到节点O2，通过另一个端子连接到该第二变换器322。
图4所示为电源模块采用双独立电源的电能变换系统400的一种实施方式的示意图。与图2所示的电能变换系统200相比，类似地，该电能变换系统400包括电源模块401，第一电能变换模块411，第二电能变换模块421，控制器423和负载模块431。
不同地，该电源模块401包括第一电源403和第二电源405，该第一电源403和该第二电源405彼此独立设置。该第一电源403用于提供该第一输入功率。该第二电源405用于提供该第二输入功率。
如图4所示实施方式中，第一直流电源如第一太阳能电池板和/或燃料电池可用作该第一电源403。第二直流电源如第二太阳能电池板和/或燃料电池可用作该第二电源405。
图5所示为电源模块采用开式绕组电机的电能变换系统500的一种实施方式的示意图。与图2所示的电能变换系统200相比，类似地，该电能变换系统500包括电源模块501，第一电能变换模块511，第二电能变换模块521，控制器523和负载模块531。
不同地，该电源模块501包括开式绕组电机以提供该第一输入功率和该第二输入功率。在该实施方式中，该电机501为三相开式绕组电机。每个绕组W1，W2和W3的其中一个端子通过第一输入端子502与该第一变换器512相连接，每个绕组W1，W2和W3的另一个端子通过对应的第二输入端子504与该第一变换器512相连接。
图6所示为负载模块采用电机的电能变换系统600的一种实施方式的示意图。与图1所示的电能变换系统100相比，类似地，该电能变换系统600包括电源模块601，第一电能变换模块611，第二电能变换模块621，控制器623和负载模块631。
不同地，该电源模块601包括变压器，该变压器用于接收电网输出的电能并提供该第一输入电能和该第二输入电能。在一些实施方式中，该变压器601包括如图2所示的开式绕组结构。在其他实施方式中，该变压器601包括闭式绕组结构。
如图6所示的实施方式，该电源模块601包括三相开式绕组变压器。该变压器601包括原边和开式绕组副边。在该开式绕组副边，每个绕组T1，T2和T3分别通过该第一输入端子602和该第二输入端子604连接到该第一变换器612和该第二变换器622。在一些实施方式中，该变压器的601的原边包括开式绕组结构。在一些实施方式中，该原边用于接收电网提供的电能。
如图6所示的实施方式中，该负载模块631包括电机。该电机631分别通过该第一输入端子632和该第二输出端子634以连接在该第一电能变换模块611和该第二电能变换模块621之间。
在一些实施方式中，闭式绕组结构的电机如图2所示的单组Y形连接绕组电机201或如图3所示的双组Y形连接绕组电机301用作该电机631。在其他实施方式中，三角形连接绕组电机用作该电机631。
在其他实施方式中，如图5所示的开式绕组电机501用作该电机631。
图7所示为负载模块采用直流负载的电能变换系统700的一种实施方式的示意图。与图6所示的电能变换系统600相比，类似地，该电能变换系统700包括电源模块701，第一电能变换模块711，第二电能变换模块721，控制器723和负载模块731。
不同地，该负载模块731包括直流负载。该直流负载731分别通过该第一输入端子732和该第二输出端子734以连接在该第一电能变换模块711和该第二电能变换模块721之间。
图2-5阐明了用于该电能变换系统100中的多种电路结构的电压模块101。接下来将对该电源模块101的电路结构如何影响开关信号进行详细说明。
根据电压控制策略产生该第一负载侧开关信号和该第二负载侧开关信号。该第一负载侧开关信号和该第二负载侧开关信号分别提供给该第一逆变器如216和该第二逆变器如226。以图2所示的该电能变换系统200为例进行说明。该第一逆变器216和该第二逆变器226相对应的输出电压矢量可控制为具有相同的幅值和相反的相位。因此，提供给该第一逆变器216和该第二逆变器226的每个第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号为：
其中，和分别表示每一相的第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号。
根据该电源模块如201的电路结构产生该第一源侧开关信号和该第二源侧开关信号。该第一源侧开关信号和该第二源侧开关信号分别提供给该第一变换器如212和该第二变换器如222。
以如图2或图3所示的该电能变换系统200或300为例进行说明。该电源模块201或301包括闭式绕组电机。电流控制策略用于产生该第一和第二源侧开关信号。该第一和第二源侧开关信号控制该电能变换系统从该闭式绕组电机接收相等的第一输入有功功率和第二输入有功功率。
例如，图2所示的闭式绕组电机201可在节点A，B和C提供相同的源侧电压分别给该第一变换器212和该第二变换器222。为了控制该第一和第二变换器212，222接收相同的该第一输入有功功率和该第二输入有功功率，该第一和第二变换器212，222的输入电流矢量应该控制为具有相同的幅值和相同的相位。因此，提供给该第一变换器212和该第二变换器222每个第一源侧电流给定信号和相对应的第二源侧电流给定信号为：
其中，和分别表示每一相的第一源侧电流给定信号和相对应的第二源侧电流给定信号。当每一相的第一源侧电流和第二源侧电流被控制为相等后，该第一输入有功功率和该第二输入有功功率可被控制相等。
第一输出有功功率Pf_load和第二输出有功功率Ps_load的表达式如下公式：
其中，表示第一负载侧变换器216和第二负载侧变换器226通过该开式绕组变压器231共享的电流矢量。和分别表示第一负载侧电压矢量和第二负载侧电压矢量。Vf_DC_fbk和Vs_DC_fbk分别表示第一反馈直流母线电压和第二反馈直流母线电压。Vdc_rated表示该第一直流母线或该第二直流母线的额定电压。
由公式(1)，(3)可知，该第一输出功率与该第一反馈直流母线电压成正比，该第二输出功率与该第二直流母线电压成正比。通过电流控制策略控制该第一输入有功功率Pf_source和该第二输入有功功率Ps_source相等后，当该第一反馈直流母线电压Vf_DC_fbk高于该第二反馈直流母线电压Vs_DC_fbk时，该第一逆变器216将提供更多功率给该负载模块231以降低该第一直流母线电压。当该第一反馈直流母线电压Vf_DC_fbk低于该第二反馈直流母线电压Vs_DC_fbk时，该第二逆变器226将提供更多功率给该负载模块231以降低该第二直流母线电压。采用这种电流控制策略，该第一直流母线电压和该第二直流母线电压可自动达到平衡。
图8所示为用于控制如图2或3所示的第一和第二源侧变换器的一种电流控制实施方式的框图。以电能变换系统200为例进行说明，基于一个或多个第一源侧电流给定信号241和一个或多个第二源侧电流给定信号242，该控制器223产生的该源侧开关信号被提供给该第一变换器212和该第二变换器222。
如图8所示，对于该电机201的每相绕组，在该控制器223中实施第一电流控制回路800和第二电流控制回路810以分别产生该第一源侧开关信号807和该第二源侧开关信号817。该第一源侧开关信号807提供给该第一变换器212以控制第一源侧反馈电流信号If_source_fbk跟踪第一源侧电流给定信号If_source_ref。类似地，该第二源侧开关信号817提供给该第二变换器222以控制第二源侧反馈电流信号Is_source_fbk跟踪第二源侧电流给定信号Is_source_ref。在一些实施方式中，If_source_ref和Is_source_ref幅值相等。在一些实施方式中，If_source_fbk和Is_source_fbk可通过传感器测量得到。该传感器可包括电阻，霍尔传感器和光纤传感器。
如图8所示，该第一电流控制回路800和该第二电流控制回路810可包括相同的方式。例如，800和810均包括求和元件，调节器和调制解调器。在一些实施方式中，其他元件如限幅元件也可加到该第一电流控制回路800和/或该第二电流控制回路810中。更具体地，在该第一电流控制回路800中，通过求和元件801将该第一源侧电流给定信号If_source_ref和该第一源侧反馈电流信号If_source_fbk作差得到差值信号802。该差值信号802送入第一调节器803以输出信号804。该信号804送入第一调制解调器805以用于实施调制算法来产生该第一源侧开关信号807。该调制算法可包括脉宽调制算法或电流滞环算法。
类似地，通过该第二电流控制回路810可产生该第二源侧开关信号817。在一些实施方式中，该第二电流控制回路810与该第一电流控制回路800实现方式相同。在一些实施方式中，该第二电流控制回路810与该第一电流控制回路800实现方式不同，例如在该第一调节器803和该第二调节器813中分别实施不同的控制算法如模糊算法和神经网络算法。
以如图4所示的电能变换系统400为例进行说明。该电能变换系统400的电源模块401包括双独立电源。功率控制策略用于产生该第一和第二源侧开关信号。该第一和第二源侧开关信号控制该电能变换系统分别从该双独立电源接收相等的第一输入功率和第二输入功率。
基于第一源侧功率给定信号Pf_source_ref441和第二源侧功率给定信号Ps_source_ ref442，该控制器423生成源侧开关信号以提供给该第一变换器412和该第二变换器422。与图8所示的闭环控制方法相类似，该第一源侧开关信号807可提供给该第一变换器412以控制第一源侧反馈功率信号Pf_source_fbk跟踪第一源侧功率给定信号Pf_source_ref。该第二源侧开关信号817可提供给该第二变换器422以控制第二源侧反馈功率信号Ps_source_fbk跟踪第二源侧功率给定信号Ps_source_ref。
在一些实施方式中，接收相等的功率可根据电流和/或电压给定信号通过控制该第一变换器412的该第一反馈电流和/或电压信号和该第二变换器422的该第二反馈电流和/或电压信号实现。
以如图5所示的电能变换系统500为例进行说明。该电能变换系统500的电源模块501包括开式绕组电机501。电压控制策略用于产生该第一和第二源侧开关信号。该第一和第二源侧开关信号控制该电能变换系统从该开式绕组电机501接收相等的第一输入有功功率和第二输入有功功率。
图9所示为电源模块采用开式结构的电能变换系统500的部分等效电路的一种实施方式的示意图。如图9所示，该第一变换器512和该第二变换器522与该开式绕组电机501相串联连接，即该第一变换器512和该第二变换器522共享同一条电流回路。因此该第一变换器512的电流和该第二变换器522的电流有如下关系：
基于一个或多个第一源侧电压给定信号541和一个或多个第二源侧电压给定信号542，该控制器523产生该源侧开关信号以提供给该第一变换器512和该第二变换器522。与图8所示的闭环控制策略相类似，该第一源侧开关信号807可用于提供给该第一变换器512以控制第一源侧反馈电压信号Vf_source_ref跟踪第一源侧电压给定信号541，该第二源侧开关信号817可用于提供给该第二变换器522以控制第二源侧反馈电压信号Vf_source_ref跟踪第二源侧电压给定信号542。每个第一源侧电压给定信号和相对应的第二源侧电压给定信号之间设置源侧动态系数。
在一些实施方式中，由于该源侧动态系数的存在，Vf_source_ref不总是等于Vs_source_ref。在一些实施方式中，Vf_source_ref和Vs_source_ref可由传感器测量得到。该传感器可包括电阻，霍尔效应传感器和光纤传感器。
随着该源侧动态系数大小逐渐调整到1，该第一直流母线电压和该第二直流母线电压可达到平衡。基于该第一反馈直流母线电压Vf_source_fbk和该第二反馈直流母线电压Vf_source_fbk，该源侧动态系统变化。接下来将对如何设置该动态系数以得到该第一源侧电压给定信号Vf_source_ref和该第二源侧电压给定信号Vs_source_ref进行说明。
在一些实施方式中，该源侧动态系数通过由传感器检测到的该第一反馈直流母线电压Vf_source_fbk和该第二反馈直流母线电压Vf_source_fbk的比值得到。
为了通过该第一和第二变换器来平衡该第一和第二直流母线电压，在一种实施方式中，该第一源侧电压给定信号固定，该第二源侧电压给定信号可根据该第一源侧电压给定信号进行调整，具体公式如下所示：
其中Vf_source_ref和Vs_source_ref分别表示该第一源侧电压给定信号和该第二源侧电压给定信号。Vf_DC_fbk和Vs_DC_fbk分别表示该第一反馈直流母线电压和该第二反馈直流母线电压。在其他实施方式中，该第二源侧电压给定信号固定，该第一源侧电压给定信号可根据该第二源侧电压给定信号进行调整，具体公式如下所示：
从公式(5)和公式(6)可以看出该第一变换器和该第二变换器的第一和第二源侧电压给定信号之间设置源侧动态系数且方向相反。
在其他实施方式中，该源侧动态系数通过由传感器检测到的该第一反馈直流母线电压Vf_source_fbk和该第二反馈直流母线电压Vf_source_fbk的差值得到。在一种实施方式中，该源侧动态系数通过调节器得到，接下来将在图10中对该源侧动态系数的计算方法进行说明。
图10所示为计算源侧动态系数的一种实施方式示意图。如图10所示，通过求和元件1001将该第二反馈直流母线电压Vs_DC_fbk和该第一反馈直流母线电压Vf_DC_fbk作差得到差值信号1003并送入调节器1005中。该调节器1005可通过比例、比例积分或其他控制算法得到。在一些实施方式中，该源侧动态系数计算方法中还包括限幅元件1007。该限幅元件1007接收信号1006并输出源侧动态系数1009。当该信号1006为负数时，该源侧动态系数1009为一个较低的正限幅值。当该信号1006为正数时，该源侧动态系数1009为一个相应的正数，该相应的正数有一个上限值。
如图10所示，该第一源侧电压给定信号Vf_source_ref取反并通过乘积元件1011与该源侧动态系数1009作乘得到该第二源侧电压给定信号Vs_source_ref。在其他实施方式中，该第二源侧电压给定信号Vs_source_ref取反并通过乘积元件1011与该源侧动态系数1009作乘得到该第一源侧电压给定信号Vf_source_ref。
图6-7阐明了用于该电能变换系统100中的多种电路结构的负载模块131。与以上阐明的根据该电源模块101的不同结构而产生的不同的第一和第二源侧开关信号相类似，根据该负载模块131的不同结构可根据不同的控制策略来产生该第一和第二负载侧开关信号。接下来将对该负载模块131的电路结构如何影响开关信号进行详细说明。
应用于图2-5的以产生该第一和第二负载侧开关信号的电压控制策略可用于控制如图6-7所示的电能变换系统中。分别提供给该第一和第二变换器612，622（或该第一和第二源侧变换器712，711）相对应的电压矢量信号可控制为具有相同的幅值和相反的相位。因此，提供给该第一变换器612和该第二变换器622每个第一源侧电压给定信号和相对应的第二源侧电压给定信号为：
其中，和分别表示每一相的第一源侧电压给定信号和相对应的第二源侧电压给定信号。
以如图6所示的该电能变换系统600为例进行说明。该电机可包括如图2或图3所示的闭式绕组电机。电流控制策略用于产生该第一和第二负载侧开关信号。该第一和第二负载侧开关信号控制该电能变换系统提供相同的第一输出有功功率和第二输出有功功率给该闭式绕组电机631。
图11所示为用于控制如图6所示的第一和第二负载侧变换器的一种电流控制实施方式的框图。基于一个或多个第一负载侧电流给定信号和一个或多个第二负载侧电流给定信号，该控制器623产生的该负载侧开关信号。该负载侧开关信号提供给该第一逆变器616和该第二逆变器626。
如图11所示，对于该电机631的每一相绕组，与如图8所示的该第一电流控制回路800和该第二电流控制回路810相类似，在控制器623中采用第一电流控制回路900和第二电流控制回路910以产生该第一负载侧开关信号907和该第二负载侧开关信号917。该第一负载侧开关信号907可用于提供给该第一逆变器616以控制第一负载侧反馈电流信号If_load_fbk跟踪第一负载侧电流给定信号If_foad_ref641。类似地，该第二负载侧开关信号917可用于提供给该第二逆变器626以控制第二负载侧反馈电流信号Is_load_fbk跟踪第二负载侧电流给定信号If_load_ref641。在一些实施方式中，If_load_fbk和Is_load_fbk可由传感器测量得到。该传感器可包括电阻，霍尔效应传感器和光纤传感器。
以如图7所示的电能变换系统700为例进行说明。该电能变换系统700的负载模块731包括直流负载。功率控制策略用于产生该第一和第二负载侧开关信号。该第一和第二负载侧开关信号控制该电能变换系统分别输出相等的第一输出功率和第二输出功率给该直流负载731。
基于第一负载侧功率给定信号Pf_load_ref741和第二负载侧功率给定信号Ps_load_ ref742，该控制器423生成负载侧开关信号以提供给该第一负载侧变换器716和该第二负载侧变换器726。与图11所示的闭环控制方法相类似，该第一负载侧开关信号907可提供给该第一负载变换器716以控制第一负载侧反馈功率信号Pf_load_fbk跟踪第一负载侧功率给定信号Pf_load_ref。该第二负载侧开关信号917可提供给该第二负载侧变换器726以控制第二负载侧反馈功率信号Ps_load_fbk跟踪第二负载侧功率给定信号Ps_load_ref。
在一些实施方式中，提供相等的功率可根据电流和/或电压给定信号通过控制该第一负载侧变换器716的该第一反馈电流和/或电压信号和该第二负载侧变换器726的该第二反馈电流和/或电压信号实现。
以如图所6示的电能变换系统600为例进行说明。该电能变换系统600的电机可包括如图5所示的开式绕组电机501。电压控制策略用于产生该第一和第二负载侧开关信号。该第一和第二负载侧开关信号控制该电能变换系统提供相等的第一输入有功功率和第二输入有功功率给该开式绕组电机501。
图12所示为负载模块采用开式结构的电能变换系统的部分等效电路的一种实施方式的示意图。如图12所示，该第一逆变器616和该第二逆变器626与该开式绕组电机631相串联连接，即该第一逆变器616和该第二逆变器626共享同一条电流回路。因此该第一逆变器616的电流和该第二逆变器626的电流有如下关系：
基于一个或多个第一负载侧电压给定信号和一个或多个第二负载侧电压给定信号，该控制器623产生的该负载侧开关信号。该负载侧开关信号提供给该第一逆变器616和该第二逆变器626。与图11所示的闭环控制策略相类似，该第一负载侧开关信号907可用于提供给第一逆变器616以控制第一负载侧反馈电压信号Vf_load_ref跟踪第一负载侧电压给定信号，该第二负载侧开关信号917可用于提供给该第二逆变器626以控制第二负载侧反馈电压信号Vf_load_ref跟踪第二负载侧电压给定信号。每个第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号之间设置负载侧动态系数。
与控制图5所示的该电能变换系统500所示的电压控制策略相类似，每个第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号之间设置负载侧动态系数。根据该第一反馈直流母线电压信号和该第二反馈直流母线电压信号之间的差值或比值可计算得到该负载侧动态系数。该负载侧动态系数的计算方法与该源侧动态系数的计算方法相同。因此，在这里不进行赘述。
当该负载模块131包括变压器以将电能提供给电网时，基于载波移相的调制方法用于减小总谐波失真大小。更详细地，该控制器123用于实施该基于载波移相的调制方法来产生负载侧开关信号以提供给该第一负载侧变换器116和该第二负载侧变换器126。
图13所示为用于控制如图1所示的电能变换系统的基于载波移相调制方法的多个载波和调制波的波形的一种实施方式示意图。以该负载模块131为开式绕组变压器的电能变换系统为例进行说明。如图13所示，第一调制波形1101，第一正载波波形1103和第一负载波波形1105用于产生该第一负载侧开关信号1102，1104。更具体地，该第一调制波形1101为正弦波，该第一正载波波形1103为三角波，该第一负在波波形1105为三角波，该第一负载波波形1105和该第一正载波波形1103具有相同的相位。
t0到t1时间段内，当该第一调制波形1101高于该第一正载波波形1103时，该控制器123产生开通的开关信号。当该第一调制波形1101低于该第一正载波波形1103时，该控制器123产生关断的开关信号。t1到t2时间段内，当该第一调制波形1101高于该第一负载波波形1105时，该控制器123产生关断的开关信号。当该第一调制波形1101低于该第一负载波波形1105时，该控制器123产生开通的开关信号。然后，产生的该第一负载侧开关信号1102和1104提供给该第一负载侧变换器116。在该一个或多个第一输出端子132上可获得该第一电压1107。
类似地，第二负载侧开关信号1112和1114可分别通过将该第二调制波形1111与该第二正载波波形1113，该第二负在波波行1115相比较而产生。然后，产生的该第二负载侧开关信号1112和1114提供给该第二负载侧变换器126。在该一个或多个第二输出端子134上可获得该第二电压1117。
如图13所示，该第二正载波波形1113与该第一正载波波形1103相比存在180°的相移。该第二负在波波行1115与该第一负载波波形1105相比存在180°的相移。该第二调制波1111与该第一调制波1101相比存在180°的相移。因此，在对应的变压器绕组上将该第一电压1107和该第二电压1117作差可得到三电平波形的电压。对采用如图1所示实施方式进行了仿真分析，根据仿真结果可知，其中一个变换器的总谐波失真为0.32%。
图14所示为用于控制如图1所示的电能变换系统的基于载波移相调制方法的多个载波和调制波的波形的另一种实施方式示意图。与图13所示的载波移相调制方法相比，类似地，该方法包括该第一调制波形1201，该第一正载波波形1203，该第一负载波波形1205和该第二调制波形1211。不同地，与该第一正载波波形1203相比，该第二正载波波形1213存在90°的相移。与该第一负载波波形1205相比，该第二负载波波形1215存在90°的相移
该第一负载侧开关信号1202，1204和该第二负载侧开关信号1212，1214与该如图13所示的该第一负载侧开关信号1102，1104和该第二负载侧开关信号1112，1114的产生方式相同。该第一负载侧开关信号1202，1204提供给该第一负载侧变换器116，该第二负载侧开关信号1212，1214提供给该第二负载侧变换器126。
在对应的变压器绕组上将该第一电压1207和该第二电压1217作差可得到五电平波形的电压。对采用如图1所示实施方式进行了仿真分析，根据仿真结果可知，其中一个变换器的总谐波失真为0.95%。
图15所示为用于控制如图1所示的电能变换系统的基于载波移相调制方法的多个载波和调制波的波形的另一种实施方式示意图。与图13所示的载波移相调制方法相比，类似地，该方法包括该第一调制波形1301，该第一正载波波形1303，该第一负载波波形1305和该第二调制波形1311。不同地，与该第一正载波波形1303相比，该第二正载波波形1313存在0°的相移。与该第一负载波波形1305相比，该第二负载波波形1315存在0°的相移
该第一负载侧开关信号1302，1304和该第二负载侧开关信号1312，1314与该如图13所示的该第一负载侧开关信号1102，1104和该第二负载侧开关信号1112，1114产生方式相同。该第一负载侧开关信号1302，1304提供给该第一负载侧变换器116，该第二负载侧开关信号1312，1314提供给该第二负载侧变换器126。
在对应的变压器绕组上将该第一电压1307和该第二电压1317作差可得到五电平波形的电压。对采用如图1所示实施方式进行了仿真分析，根据仿真结果可知，其中一个变换器的总谐波失真为1.22%。
从图13-15所示的实施方式中可看出当第一正载波波形1103和该第二正载波波形1113之间相移为180°时，总谐波失真明显减小。
虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于涵盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (20)

1.一种电能变换系统，其特征在于：
该电能变换系统包括第一电能变换模块，第二电能变换模块和控制器，
该第一电能变换模块通过一个或多个第一输入端子连接到电源模块，该第一电能变换模块用于将从该一个或多个第一输入端子接收的第一输入功率变换为第一输出功率，该第一输出功率从一个或多个第一输出端子直接输出给负载模块，该第一电能变换模块包括第一源侧变换器，第一负载侧变换器和连接在该第一源侧变换器和该第一负载侧变换器之间的第一直流母线；
该第二电能变换模块通过一个或多个第二输入端子连接到该电源模块，该第二电能变换模块用于将从该一个或多个第二输入端子接收的第二输入功率变换为第二输出功率，该第二输出功率从一个或多个第二输出端子直接输出给该负载模块，该第二电能变换模块包括第二源侧变换器，第二负载侧变换器和连接在该第二源侧变换器和该第二负载侧变换器之间的第二直流母线；
该控制器与该第一电能变换模块和该第二电能变换模块相连接并通讯，该控制器用于根据该电源模块或该负载模块的电路结构产生多个开关信号，该开关信号被提供给该第一电能变换模块和该第二电能变换模块，从而该第一电能变换模块和该第二电能变换模块被同时控制以使该第一直流母线的第一直流母线电压和该第二直流母线上的第二直流母线电压平衡。
2.如权利要求1所述的电能变换系统，其中，
该负载模块包括开式绕组结构的变压器，该变压器用于提供该第一输出功率和该第二输出功率给电网，该变压器包括副边和开式绕组结构的原边，该原边连接在该一个或多个第一输出端子和该一个或多个第二输出端子之间；以及
该开关信号包括分别提供给该第一负载侧变换器和该第二负载侧变换器的多个第一和第二负载侧开关信号，该第一和第二负载侧开关信号分别根据一个或多个第一负载侧电压给定信号和一个或多个第二负载侧电压给定信号来产生，每个第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号包括相同的幅值和相反的相位。
3.如权利要求1所述的电能变换系统，其中，
该第一输入功率和该第二输入功率共同由闭式绕组电机提供；以及
该开关信号包括分别提供给该第一源侧变换器和该第二源侧变换器的多个第一和第二源侧开关信号，该第一和第二源侧开关信号分别根据一个或多个第一源侧电流给定信号和一个或多个第二源侧电流给定信号来产生，该第一和第二源侧开关信号控制该电能变换系统从该闭式绕组电机接收相等的第一输入有功功率和第二输入有功功率，以使该第一直流母线电压和该第二直流母线电压平衡。
4.如权利要求1所述的电能变换系统，其中，
该第一输入功率由该电源模块中的第一电源提供，该第二输入功率由该电源模块中的第二电源提供，该第一电源和该第二电源彼此独立设置；以及该开关信号包括分别提供给该第一源侧变换器和该第二源侧变换器的多个第一和第二源侧开关信号，该第一和第二源侧开关信号分别根据第一源侧功率给定信号和第二源侧功率给定信号来产生，该第一和第二源侧开关信号控制该电能变换系统分别从该第一电源和该第二电源接收相等的第一输入功率和第二输入功率，以使该第一直流母线电压和该第二直流母线电压平衡。
5.如权利要求1所述的电能变换系统，其中，
该第一输入功率和该第二输入功率共同由开式绕组电机提供；以及
该开关信号包括分别提供给该第一源侧变换器和该第二源侧变换器的多个第一和第二源侧开关信号，该第一和第二源侧开关信号分别根据一个或多个第一源侧电压给定信号和一个或多个第二源侧电压给定信号来产生，该第一和第二源侧开关信号控制该电能变换系统从该开式绕组电机接收相等的第一输入有功功率和第二输入有功功率，以使该第一直流母线电压和该第二直流母线电压平衡，每个第一源侧电压给定信号和相对应的第二源侧电压给定信号之间设置源侧动态系数。
6.如权利要求5所述的电能变换系统，其中，该源侧动态系数基于该第一直流母线电压和该第二直流母线电压的比值或差值其中之一计算得到。
7.如权利要求1所述的电能变换系统，其中，
该电源模块包括开式绕组结构的变压器，该变压器用于从电网接收电能以提供该第一输出功率和该第二输出功率，该变压器包括原边和开式绕组结构的副边，该副边连接在该一个或多个第一输入端子和该一个或多个第二输入端子之间；以及
该开关信号包括分别提供给该第一负载侧变换器和该第二负载侧变换器的多个第一和第二负载侧开关信号，该第一和第二负载侧开关信号分别根据一个或多个第一负载侧电压给定信号和一个或多个第二负载侧电压给定信号来产生，每个第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号包括相同的幅值和相反的相位。
8.如权利要求1所述的电能变换系统，其中，
该第一输出功率和该第二输出功率提供给直流负载；以及
该开关信号包括分别提供给该第一负载侧变换器和该第二负载侧变换器的多个第一和第二负载侧开关信号，该第一和第二负载侧开关信号分别根据第一负载侧功率给定信号和第二负载侧功率给定信号来产生，该第一和第二负载侧开关信号控制该电能变换系统提供相等的第一输出功率和第二输出功率，以使该第一直流母线电压和该第二直流母线电压平衡。
9.如权利要求1所述的电能变换系统，其中，
该第一输出功率和该第二输出功率提供给开式绕组电机；以及
该开关信号包括分别提供给该第一负载侧变换器和该第二负载侧变换器的多个第一和第二负载侧开关信号，该第一和第二负载侧开关信号分别根据一个或多个第一负载侧电压给定信号和一个或多个第二负载侧电压给定信号来产生，该第一和第二负载侧开关信号控制该电能变换系统提供相等的第一输出有功功率和第二输出有功功率给该开式绕组电机，以使该第一直流母线电压和该第二直流母线电压平衡，每个第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号之间设置负载侧动态系数。
10.如权利要求9所述的电能变换系统，其中，该负载侧动态系数基于该第一直流母线电压和该第二直流母线电压的比值或差值其中之一计算得到。
11.如权利要求1所述的电能变换系统，其中，
该负载模块包括变压器，以将从该第一输出功率和该第二输出功率得到的输出功率提供给电网；以及
该开关信号包括分别提供给该第一负载侧变换器和该第二负载侧变换器的多个第一和第二负载侧开关信号，该第一负载侧开关信号通过将一个或多个第一负载侧电压给定信号与相对应的一个或多个第一载波信号相比较得到，该第二负载侧开关信号通过将一个或多个第二负载侧电压给定信号与相对应的一个或多个第二载波信号相比较得到，每个第一载波信号和相对应的第二载波信号之间设置相移。
12.一种电能变换系统控制方法，该电能变换系统包括第一电能变换模块和第二电能变换模块，该第一电能变换模块通过一个或多个第一输入端子连接到电源模块，该第一电能变换模块用于将从该一个或多个第一输入端子接收的第一输入功率变换为第一输出功率，该第一输出功率从一个或多个第一输出端子直接输出给负载模块，该第一电能变换模块包括第一源侧变换器，第一负载侧变换器和连接在该第一源侧变换器和该第一负载侧变换器之间的第一直流母线，该第二电能变换模块通过一个或多个第二输入端子连接到该电源模块，该第二电能变换模块用于将从该一个或多个第二输入端子接收的第二输入功率变换为第二输出功率，该第二输出功率从一个或多个第二输出端子直接输出给该负载模块，该第二电能变换模块包括第二源侧变换器，第二负载侧变换器和连接在该第二源侧变换器和该第二负载侧变换器之间的第二直流母线，其特征在于：该方法至少包括如下步骤：
根据电源模块或负载模块其中之一的电路结构产生多个开关信号；以及
提供该多个开关信号给相互独立的第一电能变换模块和第二电能变换模块，从而该第一电能变换模块和该第二电能变换模块被同时控制以使第一直流母线上的第一直流母线电压和第二直流母线上的第二直流母线电压平衡。
13.如权利要求12所述的电能变换系统控制方法，其中，该方法还包括如下步骤：当该负载模块包括开式绕组结构的变压器时，分别根据一个或多个第一负载侧电压给定信号和一个或多个第二负载侧电压给定信号来产生第一和第二负载侧开关信号，每个第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号包括相同的幅值和相反的相位。
14.如权利要求12所述的电能变换系统控制方法，其中，该方法还包括如下步骤：当该电源模块包括闭式绕组电机时，分别根据一个或多个第一源侧电流给定信号和一个或多个第二源侧电流给定信号来产生第一和第二源侧开关信号，该第一和第二源侧开关信号控制该电能变换系统从该闭式绕组电机接收相等的第一输入有功功率和第二输入有功功率。
15.如权利要求12所述的电能变换系统控制方法，其中，该方法还包括如下步骤：当该电源模块包括开式绕组电机时，分别根据一个或多个第一源侧电压给定信号和一个或多个第二源侧电压给定信号来产生第一和第二源侧开关信号，该第一和第二源侧开关信号控制该电能变换系统从该开式绕组电机接收相等的第一输入有功功率和第二输入有功功率，每个第一源侧电压给定信号和相对应的第二源侧电压给定信号之间设置源侧动态系数。
16.如权利要求15所述的电能变换系统控制方法，其中，该源侧动态系数基于该第一直流母线电压和该第二直流母线电压的比值或差值其中之一计算得到。
17.如权利要求12所述的电能变换系统控制方法，其中，该方法还包括如下步骤：当该电源模块包括开式绕组变压器时，分别根据一个或多个第一负载侧电压给定信号和一个或多个第二负载侧电压给定信号来产生第一和第二负载侧开关信号，每个第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号包括相同的幅值和相反的相位。
18.如权利要求12所述的电能变换系统控制方法，其中，该方法还包括如下步骤：当该负载模块包括闭式绕组电机时，分别根据一个或多个第一负载侧电流给定信号和第二负载侧电流给定信号来产生第一和第二负载侧开关信号，该第一和第二负载侧开关信号控制该电能变换系统提供相等的第一输出有功功率和第二输出有功功率。
19.如权利要求12所述的电能变换系统控制方法，其中，该方法还包括如下步骤：当该负载模块包括开式绕组电机时，分别根据一个或多个第一负载侧电压给定信号和一个或多个第二负载侧电压给定信号来产生第一和第二负载侧开关信号，该第一和第二负载侧开关信号控制该电能变换系统提供相等的第一输出有功功率和第二输出有功功率给该开式绕组电机，每个第一负载侧电压给定信号和相对应的第二负载侧电压给定信号之间设置负载侧动态系数。
20.一种风电变换系统，其特征在于：
该风电变换系统包括风机，第一电能变换模块，第二电能变换模块和控制器；
该风机用于提供第一输入功率和第二输入功率；
该第一电能变换模块通过一个或多个第一输入端子连接到该风机，该第一电能变换模块用于将从该一个或多个第一输入端子接收的第一输入功率变换为第一输出功率，该第一输出功率通过一个或多个第一输出端子直接提供给负载模块，该第一电能变换模块包括第一整流装置，第一逆变装置和连接在该第一整流装置和该第一逆变装置之间的第一直流母线；
该第二电能变换模块通过一个或多个第二输入端子连接到该风机，该第二电能变换模块用于将从该一个或多个第二输入端子接收的第二输入功率变换为第二输出功率，该第二输出功率通过一个或多个第二输出端子直接提供给该负载模块，该第二电能变换模块包括第二整流装置，第二逆变装置和连接在该第二整流装置和该第二逆变装置之间的第二直流母线；以及
该控制器与该第一电能变换模块和该第二电能变换模块相电性连接并通讯，该控制器用于根据该风机的电路结构以产生多个开关信号，该多个开关信号被提供给该第一电能变换模块和该第二电能变换模块，从而该第一电能变换模块和该第二电能变换模块被同时控制以减小该第一直流母线上的第一直流母线电压和该第二直流母线上的第二直流母线电压之间的电压差。
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