CN105634254A - 用于统一共模电压注入的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种功率变换器系统包括至少一个多级功率变换器和耦合到至少一个多级功率变换器的控制器。控制器包括第一CMV注入模块和第二CMV注入模块。第一CMV注入模块生成用于修改至少一个电压命令的第一CMV信号，以实现与功率变换系统的操作相关联的第一功能。第二CMV注入模块至少部分基于用于修改至少一个电压命令或用于进一步修改至少一个修改的电压命令的三级CMV限制，生成第二CMV信号以实现与功率变换系统的操作相关联的第二功能。

Description

用于统一共模电压注入的系统和方法

背景技术

本公开内容的实施例一般涉及统一共模电压注入以实现多个功能的系统和方法。

功率变换器，特别是多级功率变换器由于高功率质量波形和高电压能力的优点而越来越多地用于执行在范围广泛的应用中的功率变换。例如，多级功率变换器可用于执行DC到AC功率变换以供应单相或多相AC电压到车辆和/或泵中的电动机。多级变换器也可在诸如风力涡轮发电机和太阳能发电机的发电系统中用于执行DC到AC功率变换以供应用于电网输电和配电的单相或多相AC电压。

一般情况下，功率变换器设计成调节或控制与功率变换器的操作相关联的各种特性参数以满足某些要求和/或确保可靠操作。例如，控制在DC链路上至少两个DC电容器之间的中性点电流以最小化在两个DC电容器之间的电压差，避免开关装置的应力和/或形成不期望的谐波信号。中性点电流平衡通过多个控制策略实现，其中一个策略包括在多级变换器中注入共模电压以平衡中性点电流。然而，应用不同控制策略以确定用于不同级变换器的共模电压。例如，用于三级变换器的控制策略不同于用于产生不期望的成本和计算的七级变换器的控制策略。在一个方案中,可应用统一共模电压注入技术以控制在n级变换器中的中性电流。在共模电压的计算期间，可使用对应于不同级变换器的不同负载最佳限制以平衡中性点。而且中性点电流的计算方法对于不同级变换器及由于不同开关功能和不同开关状态而是不同的。此类方案导致复杂的计算，这是因为在每个变换器包括不同开关功能和开关状态时，用于平衡中性点电流的计算方法对于不同级变换器是不同的。

因此，需要改进的系统和控制方法以解决上面提及的问题。

发明内容

根据本公开内容的一方面，提供了一种功率变换系统。功率变换器系统包括至少一个多级功率变换器和耦合到至少一个多级功率变换器的控制器。控制器包括第一共模电压(CMV)注入模块和第二CMV注入模块。第一CMV注入模块用于生成用于修改至少一个电压命令的第一CMV信号以实现与功率变换系统的操作相关联的第一功能。第二CMV注入模块用于至少部分基于用于修改至少一个电压命令或用于进一步修改至少一个修改的电压命令的三级CMV限制，生成第二CMV信号以实现与功率变换系统的操作相关联的第二功能。

根据本公开内容的另一方面，提供了一种用于操作具有多级变换器和耦合到其的控制器的功率变换系统的方法。方法包括：生成第一共模电压(CMV)注入信号；使用第一CMV以修改至少一个电压命令以便实现与功率变换系统的操作相关联的第一功能；至少部分基于三级CMV限制，生成第二CMV信号；以及使用第二CMV信号以修改至少一个电压命令或者进一步修改至少一个修改的电压命令以便实现与功率变换系统的操作相关联的第二控制功能。

根据本公开内容的另一方面，提供了另一种功率变换系统。功率变换系统包括直流(DC)链路、至少一个多级功率变换器，以及控制器。DC链路包括至少第一DC部分和第二DC部分，至少第一DC部分和第二DC部分定义在其之间的中性点。至少一个多级功率变换器耦合到DC链路。控制器耦合到至少一个多级功率变换器，并且包括共模电压(CMV)注入模块，CMV注入模块配置用于生成CMV信号，以便修改至少一个电压命令以平衡在第一DC部分和第二DC部分的DC电压。CMV注入模块提供最大和最小CMV限制信号中的至少一个以便至少部分基于三级CMV限制来限制CMV信号的幅度。

本发明提供以下技术方案：

1.一种功率变换系统，包括：

至少一个多级功率变换器；以及

耦合到所述至少一个多级功率变换器的控制器，所述控制器包括：

第一共模电压(CMV)注入模块，用于生成用于修改至少一个电压命令的第一CMV信号以实现与所述功率变换系统的操作相关联的第一功能；

第二CMV注入模块，用于至少部分基于用于修改所述至少一个电压命令或用于进一步修改所述至少一个修改的电压命令的三级CMV限制，生成第二CMV信号以实现与所述功率变换系统的操作相关联的第二功能。

2.如技术方案1所述的功率变换系统，其中至少部分基于从多个电压命令识别的瞬时最大电压和瞬时最小电压生成所述第一CMV信号。

3.如技术方案1所述的功率变换系统，还包括耦合到所述至少一个多级变换器的直流(DC)链路，所述DC链路包括至少两个DC电容器，所述至少两个DC电容器定义在其之间的至少一个DC中性点，其中所述第二CMV信号用于修改所述至少一个电压命令以调节从所述DC链路的所述DC中性点流出或流向其的DC电流分量，以便将两个所述DC电容器之间的电压差基本上降低到零。

4.如技术方案3所述的功率变换系统，其中所述第二CMV信号还用于修改所述至少一个电压命令以调节从所述DC链路的所述DC中性点流出或流向其的AC电流分量，以便将所述两个电容器之间的电压差基本上降低到零。

5.如技术方案1所述的功率变换系统，其中所述第二CMV注入模块包括用于从三相AC电压命令信号确定瞬时最大和瞬时最小电压的最小-最大分类器。

6.如技术方案1所述的功率变换系统，其中所述第二CMV注入模块包括用于至少部分基于所述三级CMV限制，计算最大CMV限制和最小CMV限制的CMV限制计算器。

7.如技术方案6所述的功率变换系统，其中所述CMV限制计算器至少部分基于脉冲宽度调制器(PWM)的最小脉冲宽度要求，计算所述最大CMV限制和所述最小CMV限制。

8.如技术方案1所述的功率变换系统，其中所述第二CMV注入模块还包括用于至少部分基于最大CMV限制、最小CMV限制和三相AC电流命令，计算最大中性点电流、最小中性点电流、对应于所述最大中性点电流的第一CMV以及对应于所述最小中性点电流的第二CMV。

9.如技术方案1所述的功率变换系统，其中所述第二CMV注入模块还包括参考NP电流计算器，所述参考NP电流计算器用于至少部分基于最大中性点电流、最小中性点电流、具有来自所述第二CMV信号的零CMV注入的预计算的中性点电流以及从在所述DC链路的DC电压差的调节生成的增益信号来计算中性点参考电流。

10.如技术方案1所述的功率变换系统，其中所述第二CMV注入模块还包括用于至少部分基于最大中性点电流、最小中性点电流、对应于所述最大中性点电流的所述第一CMV、对应于所述最小中性点电流的所述第二CMV以及中性点参考电流来计算所述第二CMV信号的反函数计算器。

11.如技术方案1所述的功率变换系统，其中所述第二CMV注入模块还包括用于至少部分基于在所述DC链路的DC电压差信号生成增益信号的DC电压平衡调节器。

12.如技术方案1所述的功率变换系统，其中所述第二CMV注入模块还包括至少部分基于瞬时最大、中等和最小电压信号、对应于所述最大、中等和最小电压信号的瞬时电流信号，计算从所述DC中性点流出或流向其的原始中性点电流的NP电流预计算器，并且其中所述原始中性点电流用于生成中性点参考电流。

13.一种用于操作具有多级变换器和耦合到其的控制器的功率变换系统的方法，所述方法包括：

生成第一共模电压(CMV)注入信号；

使用所述第一CMV注入信号以修改至少一个电压命令以便实现与所述功率变换系统的操作相关联的第一功能；以及

至少部分基于三级CMV限制，生成第二CMV信号；

使用所述第二CMV信号以修改所述至少一个电压命令信号或者进一步修改所述至少一个修改的电压命令，以便实现与所述功率变换系统的操作相关联的第二控制功能。

14.如技术方案13所述的方法，其中生成所述第二CMV信号包括：

至少部分基于多个电压命令信号，确定瞬时最大电压、瞬时中等电压和瞬时最小电压；

至少部分基于所述三级CMV限制，计算最大CMV限制和最小CMV限制；

至少部分基于所述最大CMV限制、所述最小CMV限制、多个瞬时电流命令信号，计算中性点最大电流、中性点最小电流、对应于所述中性点最大电流的第一CMV以及对应于所述中性点最小电流的第二CMV；以及

至少部分基于所述中性点最大电流、所述中性点最小电流、对应于所述中性点最大电流的所述第一CMV、对应于所述中性点最小电流的所述第二CMV以及中性点参考电流来计算所述第二CMV信号。

15.如技术方案13所述的方法，还包括：

至少部分基于在DC链路的DC电压差信号，生成增益信号；以及

至少部分基于所述最大中性点电流、最小中性点电流、所述原始中性点电流和所述增益信号来计算所述中性点参考电流。

16.如技术方案13所述的方法，还包括：

至少部分基于瞬时最大、中等和最小电压信号、对应于所述最大、中等和最小电压信号的瞬时电流信号，计算从DC中性点流出或流向其的原始中性点电流；以及

通过根据在所述DC链路的所述中性点存在的至少一个期望电流模式选择性使用所述原始中性点电流来生成所述中性点参考电流。

17.一种功率变换系统，包括：

包括至少第一DC部分和第二DC部分的直流(DC)链路；

耦合到所述DC链路的至少一个多级功率变换器；以及

耦合到所述至少一个多级功率变换器的控制器，所述控制器包括共模电压(CMV)注入模块，所述CMV注入模块配置用于生成CMV信号以便修改至少一个电压命令以平衡在所述第一DC部分和所述第二DC部分的DC电压；

其中所述CMV注入模块提供最大和最小CMV限制信号中的至少一个，以便至少部分基于三级CMV限制来限制所述CMV信号的幅度。

18.如技术方案17所述的功率变换系统，其中至少部分基于三级载波频带电压来计算所述三级CMV限制。

19.如技术方案17所述的功率变换系统，其中所述至少一个多级变换器包括三级变换器、五级变换器、七级变换器、n级变换器或其组合。

20.如技术方案19所述的功率变换系统，其中基于所述三级CMV限制，计算用于所述三级变换器、所述五级变换器、所述七级变换器及所述n级变换器的CMV限制。

附图说明

当参照附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本公开内容的这些和其它特征、方面和优点，附图中类似的字符在所有附图中表示类似的部分，其中：

图1是根据本公开内容的示范实施例，配置成实施统一共模电压注入算法/方法的功率变换系统的框图；

图2是根据本公开内容的示范实施例，具有可在图1中所示功率变换系统中使用的嵌套中性点导引配置的变换器的详细电路图；

图3是根据本公开内容的另一示范实施例，具有可在图1中所示功率变换系统中使用的另一嵌套中性点导引配置的变换器的详细电路图；

图4是根据本公开内容的一个示范实施例，具有可在三相功率变换器中使用的七级嵌套NPP相脚(phaseleg)的详细电路图；

图5是根据本公开内容的另一示范实施例，具有可在图1中所示功率变换系统中使用的另一嵌套中性点导引配置的三相变换器的七级相脚的详细电路图；

图6是根据本公开内容的另一示范实施例，具有可在图1中所示功率变换系统中使用的另一嵌套中性点导引配置的变换器的详细电路图；

图7是根据本公开内容的另一示范实施例，具有可在图1中所示功率变换系统中使用的另一嵌套中性点导引配置的变换器的详细电路图；

图8是根据本公开内容的另一示范实施例的统一共模电压注入模块的框图；

图9是示出根据本公开内容的一个示范实施例，图8中所示第二CMV注入模块的详细结构的框图；

图10是根据本公开内容的另一示范实施例，示出应用到三级变换器的三级CMV限制的示范图形表示；

图11是根据本公开内容的示范实施例，示出应用到五级变换器的三级CMV限制的示范图形表示；

图12是根据本公开内容的示范实施例，示出应用到七级变换器的三级CMV限制的示范图形表示；

图13是示出根据本公开内容的一个示范实施例的统一共模电压注入方法的流程图。

具体实施方式

本文中公开的实施例一般涉及能够配置成实现统一CMV注入方法以实现与功率变换系统的操作相关联的多个目的或功能的统一共模电压(CMV)注入方法和功率变换系统。更具体地说，可实施统一CMV注入方法以注入第一CMV信号，第一CMV信号用于修改诸如三相电压命令的至少一个命令信号或调制信号以实现与功率变换系统的操作相关联的第一功能。在一个实施例中，第一功能可以是增大DC电压利用或降低可通过注入通过最小-最大计算生成的第一CMV信号而实现的总谐波失真(THD)。在最小-最大计算中，根据从诸如三相电压信号的多个电压信号识别的瞬时最大电压和瞬时最小电压，生成第一CMV信号。在其它实施例中，通过注入具有三倍基频的纯三阶谐波信号，可生成第一CMV信号。在一些实施例中，为实现最小输出THD，可以特定方式注入第一CMV信号以确保修改的命令信号或修改的调制信号未达到载波频带的边缘。在一些实施例中，为进一步降低在操作功率变换器的开关装置中的开关损耗，可以特定方式生成第一CMV信号以提供平顶调制。平顶调制指在足够长的时间内保持至少一个相位的栅极信号在“0”状态或“1”状态未更改。

另外，可实施统一CMV注入方法以注入第二CMV信号。此第二CMV信号用于在通过第一CMV信号的修改前修改至少一个命令或调制信号或者进一步修改通过第一CMV信号已经修改的CMV信号，以实现与功率变换系统的操作相关联的至少第二功能。在一些实施例中，第二功能可以是中性点电流调制或DC链路电压平衡。更具体地说，在一个实施例中，可注入第二CMV信号以调节从在DC链路的中性点流出或流向其的DC电流，以使在DC链路的电压差在一个或更多个控制周期内基本上为零。在另一实施例中，可注入第二CMV信号以调节从在DC链路的中性点流出或流向其的AC电流，以使在DC链路的电压差在一个或更多个控制周期内基本上为零。在一些实施例中，可以特定方式注入第二CMV信号以确保通过PWM调制生成的栅极信号具有最小脉冲宽度而不在功率变换器的输出形成电压二次失真(voltage-seconddistortion)。在一些实施例中，注入第二CMV信号以具有最小幅度以便避免形成不需要的THD，但形成中性点电流调节或DC电压平衡的相同效应。

在一些实施例中，在第二CMV信号生成期间，将三级CMV局部最佳限制考虑在内。第二CMV信号的幅度以特定方式生成，使得一个或更多个修改的调制电压信号将不超过由最大调制电压限制和最小调制电压限制定义的电压范围。此外，第二CMV信号的幅度以特定方式生成，以确保通过第二CMV信号修改的最大调制/电压信号或最小调制/电压信号未超过零。

实施统一CMV注入方法能够实现多个技术优势和/或益处。一个技术优势或益处是以任何功率因数能够平衡DC链路的DC电压。另一技术优势或益处是由于补偿平均中性点电流而不是瞬时中性点电流，并且没有为中性点电流补偿将电容充电/放电电流考虑在内，因此，能够最小化从负载角度而言的CM电压。与通过考虑三级CMV限制，注入CMV信号相关联的仍有的另一技术优势或益处是避免了另外的开关模式和/或瞬变，并且降低了控制复杂性。通过参照下面根据本公开内容的一个或更多个实施例提供的详细描述和附图，其它技术优势或益处对于本领域技术人员将变得显而易见。

为了提供这些实施例的简洁描述，在一个或更多个特定实施例中，未描述实际实现的所有特征。应领会的是，如在任何工程或设计项目中一样，在任何此类真正实现的发展中，必须做出许多实现特定的决定以实现开发者的特定目标，如符合系统有关和业务有关的约束，这些目标将因实现不同而变化。另外，应领会的是，此类发展工作可能复杂、耗时，但仍将是从本公开内容受益的本领域技术人员进行的日常设计、制造和生产工作。

除非另有规定，否则，本文使用的技术和科学术语具有与本公开内容所属领域的技术人员通常理解的相同含意。在本文中使用的术语“第一”、“第二”及诸如此类不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于区分一个元件与另一元件。此外，数词“一”不表示数量限制，而表示存在至少一个引用的项目。术语“或”表示包括，并且表示任何、几个或所有所列项目。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用表示包含其之后所列的项目和其等同物及另外的项目。术语“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合，并且能够包括直接或间接的电气连接或耦合。此外，术语“电路”和“电路系统”及“控制器”可包括单个组件或多个组件，组件可以是有源和/或无源的，并且可选地连接或耦合在一起以提供描述的功能。

图1示出根据本公开内容的示范实施例的功率变换系统100的框图。功率变换系统100可以是能够配置成实施如本文中公开的统一共模电压注入方法的任何适当的基于变换器的系统。在一些实施例中，功率变换系统100可以是适合用于高功率和高电压应用的基于多级变换器的系统。多级功率变换器可以是三/五/七级或n级中性点箝位(NPC)变换器、三/五/七级或n级中性点导引(NPP)变换器、三/五/七级或n级有源中性点箝位(ANPC)变换器、三/五/七级或n级级联H桥（链式链路）变换器或其中由一个正极轨、一个负极轨和一个中性点组成DC链路的任何其它类型的多级变换器。

如图1所示，功率变换系统100包括功率变换装置120和与功率变换装置120通信耦合的控制装置140。在一个实施例中，控制装置140布置成与功率变换装置120进行通信，并且可例如经一个或更多个电气链路或电线将控制信号106传送到功率变换装置120。在另一实施例中，控制装置140可与功率变换装置120进行光通信，并且能够经诸如一个或更多个光纤的光通信链路将控制信号106传送到功率变换装置120。在另一实施例中，控制装置140可嵌在功率变换装置120内。控制装置140可包括诸如数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列（FPGA)、可编程逻辑控制器(PLC)及专用集成电路(ASIC)的任何适合的可编程电路或装置。响应从控制装置140传送的控制信号106，能够操作功率变换装置120以在第一功率装置110与第二功率装置130之间执行单向或双向功率变换。

在一个实施例中，如图1所示，功率变换装置120可包括第一变换器122、DC链路124和第二变换器126。在一个实施例中，第一变换器122可以是AC-DC变换器（也称为整流器），它配置成将从第一功率装置110（例如，电网）提供的第一电力102（例如，第一交流功率）变换成DC电力123（例如，DC电压）。在一个实施例中，DC链路124可包括串联和/或并联耦合的一个或更多个电容器。DC链路124配置成从第一DC电压123去除波纹，并且将第二DC电压125供应到第二变换器126。在一个实施列中，第二变换器126可以是DC-AC变换器（也称为逆变器），它配置成将第二DC电压125变换成第二AC电压104，并且将第二AC电压104供应到第二功率装置130（例如，AC电动机）或者到诸如负载和/或公用电网的电力网。虽然图1中未示出，但在一些实施例中，功率变换系统100可包括一个或更多个其它装置和组件。例如，一个或更多个滤波器和/或断路器能够放置在第一功率装置110与功率变换装置120之间。此外，一个或更多个滤波器和/或断路器能够放置在功率变换装置130与第二功率装置130之间。

图1中示出的功率变换系统100能够在多种应用中使用，例如，在用于驱动诸如AC电机的电机的电机驱动器中。功率变换系统100也能够在风力发电系统、太阳能/光伏发电系统、水力发电系统及其任何组合中使用。在一些其它实施例中，功率变换系统100也可在期望使用不间断功率系统(UPS)以便保持连续供电的领域中使用。在一个实施例中，第一变换器122可以是AC-DC变换器，它配置成将从第一功率装置110（例如，电网）提供的第一AC电力变换成DC电力。功率变换系统100也可包括能量存储装置127，该装置配置成接收和存储从第一变换器122提供的DC电力。在一个实施例中，第二变换器126可以是AC-DC变换器，它配置成将从第一变换器122提供的DC电力或从能量存储装置127获得的DC电力变换成第二AC电力，并且将第二AC电力供应到第二功率装置130（例如，负载）。

如图1所示，功率变换系统100的控制装置140可包括统一CMV注入模块28，该模块能够实施为软件、硬件或其组合以实现与功率变换系统100的操作相关联的多个功能。更具体地说，能够实施统一CMV注入模块28以注入第一CMV信号，第一CMV信号用于修改诸如三相AC电压命令的一个或更多个命令信号或调制信号以实现至少一个第一功能，如增大DC电压利用，降低在第二功率变换器126的输出的总谐波失真以及降低与第二变换器126中操作开关装置相关联的开关损耗。另外，可实施统一CMV注入模块28以注入第二CMV信号，第二CMV信号用于修改一个或更多个命令信号或调制信号或进一步修改已修改的一个或更多个命令信号或调制信号，以实现至少一个第二功能，如平衡在DC链路124的DC电压，限制选通信号的最小脉冲宽度以及降低在快速电容器的电压应力等。下面将参照图8-13提供统一CMV注入模块28的详细描述。

图2示出可用于实施图1中所示统一CMV注入模块28以实现与功率变换系统100的操作相关联的各种功能的一个可能拓扑。更具体地说，图2示出以特定方式布置成具有嵌套中性点导引(NPP)拓扑的三相功率变换器的一个相脚(phaseleg)200的详细电路图。对于三相功率变换器应用，本领域技术人员将理解，三个相脚200可耦合在一起以形成三相功率变换器。此外，相对于三相功率变换器讨论统一CMV注入模块的实施。在特定配置中，相脚200布置成提供五级输出。在其它实施例中，相脚200能够以类似方式布置以提供2n-1级输出，并且n等于或大于3。相脚200可实施为用于图1中所示第二功率变换器或逆变器126的相位之一以便将DC电压变换成AC电压。相脚200也能够实施为用于图1中所示第一功率变换器或整流器122的一个相位以便将AC电压变换成DC电压。

如图2所示，相脚200包括串联耦合以形成纵向臂264的四个开关单元210、220、230、240。在示范实施例中，四个开关单元210、220、230、240每个包括以头接尾方式连接的两个开关装置，使得低电压额定半导体开关装置能够用于基本上均等共享从正极轨206和负极轨208施加的电压。正极轨206和负极轨208分别电耦合到第一端口202和第二端口204以便接收来自电源（未示出）的输入电压。更具体地说，第一开关装置212的发射极端子连接到第二开关装置214的集电极端子。在其它实施例中，每个开关单元210、220、230、240可根据实际要求包括任何数量的串联连接开关装置。

相脚200也包括串联耦合以形成横向臂266的两个开关单元250、260。两个开关单元250、260每个包括以头接头或背对背方式串联连接的两个开关装置。例如，两个开关装置236、238将其发射极端子连接在一起，并且另两个开关装置232、234将其集电极端子连接在一起。另外，能够将两个开关单元250、260中的每个开关装置232、234、236、238替代为不止两个串联连接的开关装置，以允许在横向臂266中使用低电压额定开关装置。

进一步参照图2，相脚200经正极轨206和负极轨208耦合到DC链路270。在示范实施例中，DC链路270包括串联耦合在正极轨206与负极轨208之间的第一电容器242和第二电容器244。第一和第二电容器206、208通常经连接以定义中性点或中间点252，该点进一步连接到横向臂266的一个端子。如下将更详细描述的，通过实施提议的统一CMV注入算法/方法以至少实现DC链路电压平衡的功能，能够控制在中性点或中间点252的电压。相脚200也包括第一快速电容器246和第二快速电容器248。第一快速电容器246的一个端子连接到定义在第一开关单元210与第二开关单元220之间的接点连接254，并且第一快速电容器246的另一端子连接到定义在两个开关单元250、160之间的接点连接256。第二快速电容器248的一个端子连接到接点连接256，并且第二快速电容器248的另一端子连接到定义在第三个开关单元230与第四开关单元240之间的接点连接258。

在操作期间，纵向臂264和横向臂266中的多个开关装置能够以预定义的开关模式选择性地接通和断开，以在输出端262提供不同级别，例如，“2”、“1”、“0”、“-1”、“-2”，每个级别可对应于不同的输出电压电平。例如，在期望相脚200提供“2”级输出电压时，接通开关装置212、214、216、218，并且断开开关装置222、224、226、228、232、234、236、238。因此，电流沿正极轨206、开关装置212、214、216、218形成的路径流动，并且到达输出端子262。期望单相功率变换器200在输出端子262提供“1”级输出电压时，有两个选择。一个选择是接通开关装置212、214、236、238，同时断开开关装置216、218、232、234、222、224、226、228。在此情况下，负载电流流出节点262时，电流沿由正极轨206、两个开关装置212、214、第一快速电容器246、开关装置236、与开关装置238相关联的反平行二极管形成的路径流动，并且到达输出端子262；负载电流流入节点262时，电流沿由正极轨206、与开关装置212、214相关联的反平行二极管、第一快速电容器246、与开关装置236相关联的反平行二极管、开关装置238及输出端子262形成的路径流动。另一选择是接通开关装置216、218、232、234，同时断开开关装置212、214、222、224、226、228、236、238。因此，负载电流流出节点262时，电流能够沿由开关装置232、与开关装置234相关联的反平行二极管、第一快速电容器246、开关装置216、开关装置218及输出端子262形成的路径流动；负载电流流入节点262时，电流能够沿由与开关装置232相关联的反平行二极管、开关装置234、第一快速电容器246、与开关装置216和218相关联的反平行二极管及输出端子262形成的路径流动。对于电压级别-1和-2，以及对于第二快速电容器248，能够应用对称开关模式。由于当前路径或开关模式冗余性，能够在策略上控制相脚200的各种开关装置，以便为第一和第二快速电容器246、248充电或放电，实现平衡目的。

此外，在此实施例中，能够分割五级相脚200以形成两个三级功率变换器。第一三级变换器280可由开关单元220、230和260形成，而第二三极变换器290可由使用开关单元210、240和250形成。通过将一个三级调制嵌入另一个三级调制，能够形成五级相脚200的调制方案。与中性点电流相关联的等效三级零状态工作周期的脉冲宽度等于实五级零状态工作周期的脉冲宽度和用于电压级别“1”的用于电压级“1”的两种冗余状态之一的脉冲宽度。五级变换器中的此类脉冲宽度正好是与中性点电流相关联的脉冲宽度工作周期。因此，三级调制能够应用到此五级变换器以生成相同的平均中性点电流。此外，三级CMV限制可应用到五级功率变换器200以便控制中性点电流。在说明书后面相对于图8-13描述用于控制中性点电流并且确定三级CMV限制的方法的详细信息。类似地，为n级功率变换器应用相同的控制方法。三级调制能够应用到N级三相变换器以便计算N级三相变换器的平均中性点电流和实施所有平衡算法，并且相同的三级CMV限制可被应用以平衡中性点电流。

图3示出根据本公开内容的示范实施例，可在图1中所示功率变换装置120中使用的三相功率变换器的相脚300的另一实施例的详细电路图。在特定配置中，相脚300能够实施为第一三相变换器或整流器122的一个相位以便将AC电压变换成DC电压。图3中所示相脚300基本上与图2中所示相脚200相同，因此，类似的元素将在本文中不详细描述。相脚300的一个不同之处是是四个开关单元310、320、330、340每个采用诸如串联耦合的二极管的两个无源或不可控装置，以替换如图2所示的那些的可控开关装置。

更具体地说，在图3的实施例中，第一开关单元310包括串联耦合的两个二极管312、314，第二开关单元320包括串联耦合的两个二极管316、318，第三开关单元330包括串联耦合的两个二极管322、324，以及第四开关单元340包括串联耦合的两个二极管326、328。在其它实施例中，任何数量的二极管能够在每个开关单元310、320、330、340中串联耦合以共享DC电压。本领域技术人员将理解，三个相脚300可耦合在一起以形成三相功率变换器，并且一个相脚的操作能够重复进行以在包括三个相脚的三相功率变换器中操作。

图4是根据本公开内容的示范实施例，具有可在三相功率变换器中使用的七级嵌套NPP相脚315的详细电路图。七级NPP相脚包括串联耦合以形成纵向臂329的六个开关单元317、319、321、323、325、327。在示范实施例中，六个开关单元317、319、321、323、325、327每个包括以头接尾方式连接的两个开关装置，使得低电压额定半导体开关装置能够用于基本上均等共享从正极轨331和负极轨333施加的电压。更具体地说，两个开关装置以与如图2中相对于在四个开关单元210、220、230、240中的开关装置讨论的相同方式耦合。在其它实施例中，每个开关单元317、319、321、323、325、327可根据实际要求包括任何数量的串联连接开关装置。

相脚315也包括串联耦合以形成横向臂345的三个开关单元337、339和341。三个开关单元337、339和341每个包括与以如图2中相对于在两个开关单元250、260中的开关装置讨论的相同方式连接的两个开关装置。

进一步参照图4，相脚315经正极轨331和负极轨333耦合到DC链路347。在示范实施例中，DC链路347包括串联耦合在正极轨331与负极轨333之间的第一电容器349和第二电容器351。第一和第二电容器349、351通常经连接以定义相应中性点或中间点353，该点进一步连接到横向臂345的一个端子。如下将更详细描述的，通过实施提议的统一CMV注入算法/方法以至少实现DC链路电压平衡的功能，能够控制在中性点或中间点353的电压。相脚315也包括第一快速电容器357、第二快速电容器359、第三快速电容器361和第四快速电容器363。第一快速电容器357的一个端子连接到定义在第一开关单元317与第二开关单元319之间的接点连接365，并且第一快速电容器357的另一端子连接到定义在两个开关单元337、339之间的节点连接367。第二快速电容器359的一个端子连接到接点连接367，并且第二快速电容器359的另一端子连接到定义在第一开关单元325与第六开关单元之间的接点连接369。类似地，第三快速电容器361在接点连接371处耦合在两个开关单元319、321之间，另一端子连接到在两个开关单元339、341之间的接点连接373。此外，第四快速电容器在接点连接375处耦合在两个开关单元323、325之间，另一端子连接到在两个开关单元339、341之间的接点连接373。通过本领域技术人员熟知的必要修改，七级NPP变换器能够以如在图2中讨论的五级NPP变换器类似的方式的操作。

图5示出根据本公开内容的示范实施例，可在图1中所示功率变换装置120中使用的三相功率变换器的相脚377的另一实施例的详细电路图。在特定配置中，相脚377能够实施为第一三相变换器或整流器122的一个相位以便将AC电压变换成DC电压。图5中所示相脚377基本上与图4中所示相脚315相同，因此，类似的元素将在本文中不详细描述。相脚377的一个不同之处是是六个开关单元379、381、383、385、387、389每个采用诸如串联耦合的二极管的两个无源或不可控装置，以替换如图4所示的那些的可控开关装置。更具体地说，在图5的实施例中，每个开关装置379、381、383、385、387、389包括两个二极管。在其它实施例中，任何数量的二极管能够在每个开关单元379、381、383、385、387、389中串联耦合以共享DC电压。本领域技术人员将理解，三个相脚377可耦合在一起以形成三相功率变换器，并且一个相脚的操作能够重复进行以在包括三个相脚的三相功率变换器中操作。

图6示出根据本公开内容的一个示范实施例，可在三相功率变换器中使用的三级嵌套NPP相脚350的另一实施例的详细电路图。通过实施如下面将更详细公开的提议的统一CMV注入算法和/或方法，能够控制三级相脚350。如图6所示，三级相脚350可包括由第一电容器362和第二电容器364组成的DC链路360。第一和第二电容器362、364连接在一起以形成中性或中间点363。三级相脚350也包括纵向臂366和横向臂364。通过在正极轨354与负极轨356之间串联连接第一开关单元370和第二开关单元380，形成纵向臂366。在所示实施例中，第一开关单元370包括串联连接第一开关装置372和第二开关装置374，并且第二开关单元380包括串联连接第三开关装置376和第四开关装置378。在其它实施例中，第一和第二开关单元370、380可根据实际要求包括不止两个开关装置。在所示实施例中，横向臂368包括开关单元390，开关单元390包括以背对背方式连接在中性点363与输出端口375之间的第一开关装置382和第六开关装置384。在操作期间，各种开关装置372、374、376、378、382、384以预定义的开关模式打开和/或断开，以允许在两个输入端口353、355收到的DC电压变换成在输出端口375的AC电压。本领域技术人员将理解，三个相脚350可耦合在一起以形成三级三相功率变换器，并且一个三级相脚的操作能够重复进行以在包括三个相脚的三级三相功率变换器中操作。

图7示出根据本公开内容的另一示范实施例，可在图1中所示功率变换系统中使用的三级嵌套NPP相脚351的详细电路图。通过实施如下面将更详细公开的提议的统一CMV注入算法和/或方法，也能够控制三级相脚351。图7中所示的三级相脚351基本上类似于图6中所示的三级相脚350。三级相脚351的一个不同之处是第一开关装置370包括两个无源或不可控开关装置（例如，二极管）386、388，并且第二开关装置380包括两个无源或不可控开关开关装置（例如，二极管）392、394。在其它实施例中，第一和第二开关单元370、380可包括不止两个无源或不可控开关装置。

应理解的是，图2-7中所示多级嵌套NPP技术只是为便于说明，以促进统一CMV注入算法/方法的解释，并且本文中公开的原理能够扩展到其它多级变换器，包括但不限于中性点箝位拓扑、有源中性点箝位拓扑等。

图8示出可由图1中所示的控制装置140实施以实现与功率变换器系统100的操作相关联的多个功能的统一共模电压(CMV)注入模块400的框图。如图8所示，统一CMV注入模块400包括第一CMV注入模块402和第二CMV注入模块404。在其它实施例中，统一CMV注入模块400可包括不止两个CMV注入模块。还有在一些实施例中，可能实施无第一CMV注入模块402的统一CMV注入模块400。第一CMV注入模块402配置成注入第一CMV信号406，第一CMV信号406用于修改至少一个命令信号或调制信号422以实现与功率变换系统100的操作相关联的至少一个第一功能。在一个实施例中，至少一个命令信号422包括通过使用转换单元418将电压命令416从d-q域转换到三相域而生成的三相电压命令。在一个特定实施例中，第一CMV注入模块402可配置成通过最小-最大计算，生成第一CMV信号406。更具体地说，第一CMV注入模块402可配置成使用以下等式生成第一CMV信号406：

其中，是第一CMV信号，表示从三相电压识别的瞬时最大电压，并且表示从三相电压识别的瞬时最小电压。在其它实施例中，第一CMV注入模块402可配置成生成具有三倍基频的纯三阶谐波信号。通过最小-最大计算注入第一CMV信号406，或者具有纯第三阶谐波信号能够增大DC电压利用，并且降低在第二功率变换器126的输出的总谐波失真。第一CMV信号406与每个三相电压命令422在第一加法元件412组合，第一加法元件412相应地提供第一修改的三相电压命令424。

进一步参照图8，在一个实施例中，第二CMV注入模块404配置成生成第二CMV信号408，第二CMV信号408用于修改一个或更多个命令信号，以实现与功率变换系统100的操作相关联的至少一个第二功能。在所示实施例中，根据从第一加法元件412提供的第一修改的三相电压命令424，生成第二CMV信号408。在图8的所示实施例中，将第二CMV信号408供应到第二加法单元414，第二加法单元414组合第二CMV信号408和第一修改的三相电压命令424，并且提供第二修改的电压命令426。在图8的所示实施例中，将第二修改的电压命令426供应到调制器428，调制器428配置成生成控制信号432以便接通和断开在第二变换器126中的各种开关装置，以允许实现至少一个第一功能和至少一个第二功能。

图9是示出根据本公开内容的一个示范实施例的CMV注入模块500的详细结构的框图。CMV注入模块500可实施为图8中所示的第二CMV模块404以便对已由第一CMV信号406修改的一个或更多个电压命令424做进一步修改。在图9的所示实施例中，CMV注入模块500包括最小-最大分类器506、CMV限制计算器518、中性点(NP)电流计算器528、NP电流预计算器544、参考NP电流计算器556、反函数计算器562及DC电压平衡调节器582。

在一个实施例中，最小-最大分类器506配置成接收诸如三相电压命令504的电压命令。最小-最大分类器506还配置成从三相电压命令504识别在任何时刻的最大电压命令508和最小电压命令512。在一些实施例中，最小-最大分类器506可还配置成从三相电压命令504识别在任何时刻的中等电压命令509。最小-最大分类器可基于以下等式比较最大电压命令508、中等电压命令509和最小电压命令512：

、、

其中，是瞬时最大电压，是瞬时中等电压，并且是瞬时最小电压，、、分别是作为相位a、相位b和相位c的瞬时电压。

相同的最小-最大分类器506，或在一些实施例中不同的最小-最大分类器可配置成接收三相电流命令502，并且从三相电流命令502识别在任何时刻对应于最大电压命令508的电流命令516、对应于最小电压512的电流命令514及对应于中等电压509的电流命令515。瞬时最大电压508、瞬时最小电压512和瞬时中等电压509被供应到CMV限制计算器518，该计算器配置成根据一个或更多个准则计算最大CMV限制524和最小CMV限制526。在一个特定实施例中，CMV限制计算器518基于三级CMV限制信号522，生成最大和最小CMV限制524、526。在一个实施例中，可基于三级载波频带电压，计算三级CMV限制。设置最大CMV限制524或最小CMV限制526以确保修改的电压命令不超过或降到低于原三级载波频带电压。在一些实施例中，设置最大和最小CMV限制524、526之一或两者以确保在CMV注入后的一个或更多个电压命令不更改正负号（例如，从正更改到负或者从负更改到正）。

在时，

并且

类似地，在时，

并且

其中，是最大共模电压限制，并且是最小共模电压限制。

在另一实施例中，可如上面所讨论的，基于三级载波频带电压，计算三级CMV限制；然而，在CMV注入后，中等电压命令509可更改正负号。因此，不存在为保持中等电压命令509的载波频带而对CMV的限制。

在一个实施例中，将最大CMV限制524和最小CMV限制526供应到NP电流计算器528，该计算器配置成至少部分基于最大和最小CMV限制524、526和三相电流502，计算在CMV注入后的NP电流信号。CMV注入后NP电流信号的计算能够联机或脱机进行。

在其它实施例中，NP电流计算器528可以分析的方式计算最大NP电流538和最小NP电流542。例如，一个或更多个线性等式可用于计算最大和最小NP电流信号538、542。在一个实施例中，至少部分基于最大CM限制524、最小CM限制526和三相电流命令502，计算最大和最小NP电流限制538、542。在其它实施例中，NP电流计算器528可不使用三相电流命令502进行计算，而是至少部分基于最大CM限制524、最小CM限制526和通过在第二变换器126的输出的一个或更多个电流传感器测量的三相反馈电流信号532（以虚线示出），计算最大NP电流538和最小NP电流542。假设共模电流可表示为：

其中，表示共模电压，表示载波频带电压，、、分别表示对应于最大电压命令、中等电压命令和最小电压命令的瞬时电流。

如上已经讨论的，在一个或更多个电压命令在CMV注入不更改正负号的实施例中，在中性点电流与共模电压之间的关系能够表示为线性关系。然而，在一个或更多个电压命令在CMV注入更改正负号的实施例中，在中性点电流与共模电压之间的关系能够表示为具有不止两个特性点的非线性关系。

基于上述等式，可确定最大中性点电流限制和最小中性点电流限制。共模电压可包括由表示的最大共模电压限制和最小共模电压限制。在的情况下，最大中性点电流限制可表示为：

其中，在由表示的最大中性点电流的共模电压将等于最大共模电压限制。

类似地，对于，最小中性点电流限制可表示为：

其中，在由表示的最小中性点电流的共模电压将等于最小共模电压限制。

备选地，，最大中性点电流限制可表示为：

其中，在由表示的最大中性点电流的共模电压将等于最小共模电压限制。

类似地，对于)，最小中性点电流限制可表示为：

其中，在由表示的最小中性点电流的共模电压将等于最大共模电压限制。

在中性点电流与共模电压之间的关系是非线性的具有不止两个特性点的实施例中，在不同部分中单独计算中性点电流。

进一步参照图9，最大NP电流限制538和最小NP电流限制542被供应到参考NP电流计算器556，该计算器配置成至少部分基于预计算的NP电流554、增益信号584及最大和最小NP电流限制信号538、542，计算由表示的参考NP电流558。参考NP电流计算器接收来自NP电流预计算器544的预计算的NP电流。

在一个实施例中，由NP电流预计算器544至少部分基于瞬时最大、中等和最小电压命令508、509、512和瞬时最大、中等和最小电流命令516、515、514，计算预计算的NP电流554。更具体地说，在一个实施例中，NP电流预计算器544可使用以下等式计算预计算的NP电流554：

此外，参考NP电流计算器556基于以下等式，计算参考NP电流558：

对于，

对于，

对于，

其中，表示预计算的NP电流，并且表示共模增益。

在一个实施例中，从可以是比例积分(PI)调节器或任何其它类似调节器的DC电压平衡调节器582生成增益信号584。DC电压平衡调节器582接收电压误差信号578，该信号通过从零DC电压命令信号572减去DC电压差信号574而从加法元件576生成。DC电压差信号574表示在图2和图3的第一电容器242与第二电容器244之间的电压差。零DC电压命令信号572经设置以指示在两个电容器之间的期望DC电压差应为零。

继续参照图9，使用参考NP电流计算器556计算的参考NP电流信号558还被供应到反函数计算器562。反函数计算器562配置成至少部分基于参考NP电流信号558、最大和最小NP电流限制538、542及对应于最大和最小NP电流限制538、542的第一和第二CMV电压534、536，计算CMV信号564。在一个实施例中，反函数计算器562可使用在中性点电流与共模电压之间定义的一个或更多个线性等式，计算期望CMV信号564。一个此类等式可表示如下：

。

在其它实施例中，反函数计算器562可通过参阅查表，获得CMV信号。CMV信号5645被供应到加法元件566，该元件通过组合CMV信号564和一个或更多个电压命令信号504，提供一个或更多个修改的电压命令信号或调制信号568。一个或更多个修改的电压命令信号或调制信号568被供应到图8中所示调制器428，以在DC链路270的DC电容器242、244实现平衡DC电压的功能。

图10是根据本公开内容的示范实施例，示出应用到三级变换器的三级CMV限制522（图11）的示范图形表示610。表示610示出两个三级载波612和614。两个三级载波612和614分别位于两个三级载波频带电压616和618内。载波频带电压616由第一电压电平620和第二电压电平622定义。类似地，载波频带电压618由第二电压电平622和第三电压电平624定义。如图示610中所示，用于三级变换器中载波频带616中参考电压625的最大CMV限制由分别在时刻T1和T2的箭头626、628表示。在时刻T1，最大CMV限制等于在第一电压电平620与参考电压电平627之间的相减，是正数；并且最小CMV限制等于在第二电压电平622与参考电压电平627之间的相减，是负数。在时刻T2，最大CMV限制等于在电压电平620与参考电压电平629之间的相减；并且最小CMV限制等于在参考电压电平629与第二电压电平622之间的相减。类似地，用于在此载波频带618的参考电压625的最大CMV限制等于在每个时刻在第二电压电平622与参考电压电平627、629之间的距离；用于在此载波频带618的参考电压625的最小CMV限制等于在每个时刻在第三电压电平624与参考电压电平627、629之间的距离。用于最大CMV限制的正负号是正号，并且用于最小CMV限制的正负号是负号。用于三相系统的最后最大CMV限制将是分别用于三个相位的三个最大CMV限制中的最小值；并且用于三相系统的最后最小CMV限制将是分别用于三个相位的三个最小CMV限制中的最大值。

图11是根据本发明的一实施例，示出应用到五级变换器的三级CMV限制的示范图形表示630。对于五级变换器，表示630示出四个五级载波632、634、636、638。四个五级载波632、634、636、638分别位于四个五级载波频带电压640、642、644、646内。载波频带电压640由第一电压电平620（图8）和第四电压电平648定义。载波频带电压642由第四电压电平648和第二电压电平622（图8）定义。类似地，载波频带电压644由第二电压电平622和第五电压电平650定义，并且载波频带电压646由第五电压电平650和第三电压电平624（图8）定义。此外，用于五级变换器的最大CMV限制和最小CMV限制分别由在时刻T1和T2的箭头652、654表示。如能够看到的，用于在载波频带640和642的五级变换器的CMV限制因此等于用于在载波频带616的三级变换器的CMV限制。因此，相同三级CMV限制能够应用到五级变换器。

图12是根据本发明的一实施例，示出应用到七级变换器的三级CMV限制的示范图形表示660。对于七级变换器，表示660示出六个七级载波662、664、666、668、670、672。六个七级载波662、664、666、668、666、672分别位于六个七级载波频带电压674、6756、678、680、682、684内。载波频带电压674由第一电压电平620（图8）和第四电压电平686定义。载波频带电压676由第四电压电平686和第五电压电平622定义。载波频带电压678由第五电压电平688和第二电压电平622（图8）定义。类似地，载波频带电压680、682和684可由第六电压电平690、第七电压电平692与第三电压电平（图8）定义。用于五级变换器的最大CMV限制和最小CMV限制分别由在时刻T1和T2的箭头694、696表示。如能够看到的，用于在载波频带674、676、678的七级变换器的CMV限制因此等于用于在载波频带616的三级变换器的CMV限制。因此，相同三级CMV限制能够应用到七级变换器。类似地，三级CMV限制能够应用于n级变换器以确定用于注入的共模电压。

进一步参照图10-12，在一些实施例中，在任何时刻应用三级CMV限制到三相电压命令可生成三个不同最大CMV限制和三个不同最小CMV限制。在此情况下，最大CMV限制524可以是三个不同最大CMV限制中最小的那个，并且最小CMV限制526是三个不同最小CMV限制中最大的那个。能够理解的是，使用三级CMV限制表示用于n级变换器的最大和最小CMV限制能够避免在为控制功率变换器的开关的计算中的复杂性。

图13是示出根据本公开内容的一个示范实施例的共模电压注入方法800的流程图。CMV注入方法800可由图8-9中所示第二CMV注入模块404独立实施，以实现平衡在功率变换系统100的DC链路存在的DC电压的至少一个功能。共模电压注入方法800也可与第一CMV注入模块402组合实施，以实现与功率变换系统100的操作相关联的多个功能。可通过在计算机可读存储媒体中存储的软件指令，编程方法800中所示的至少一些框/动作。计算机可读存储媒体可包括在任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移式和非可移式媒体。计算机可读存储媒体包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能磁盘(DVD)或其它光存储装置、磁带盒、磁带、磁盘存储装置或其它磁性存储装置或能够用于存储期望信息和能够由一个或更多个处理器访问的任何其它非暂时性媒体。

在一个实施例中，方法800可包括框802，其中，获得诸如三相AC电压命令的一个或更多个电压命令。在一个实施例中，通过实施一种或更多种算法以在功率变换器的输出实现期望AC电压，可获得一个或更多个电压命令或三相AC电压命令。在一个实施例中，一个或更多个电压命令可以是无CMV注入的信号。在其它实施例中，一个或更多个电压命令可已经由第一CMV信号修改，第一CMV信号可通过最小-最大计算生成，或者具有如上参照图8所述的纯三阶谐波信号。

在框804，方法800继续以将获得的一个或更多个电压命令分类。例如，最小-最大分类器506（参见图11）可用于在每个瞬时从一个或更多个电压命令识别至少最大值和最小值。在一些实施例中，使用最小-最大分类器506，也可识别中等电压。

在框806，方法800使用三级CMV限制，至少部分基于瞬时最大和最小电压命令，继续计算最大CM电压限制和最小CM电压限制。在框808，方法800基于最大CMV限制和最小CMV限制，计算在CMV注入后的NP电流信号。NP电流信号的计算能够以分析的方式进行。在一个实施例中，NP电流信号的计算是基于在NP电流与共模电压之间的非线性关系中的所有特性点，包括最大和最小CMV限制。

在框810，方法800至少部分基于预计算的NP电流、最大和最小NP电流限制和增益信号来计算参考NP电流。在一些实施例中，增益信号由DC链路电压平衡控制器通过调节表示在DC链路的至少两个DC电容器之间的电压差的输入信号而生成。

在框812，方法800至少部分基于计算的参考NP电流，继续计算CMV注入信号。在一个实施例中，能够推导诸如就NP电流而言CM电压的一个或更多个线性函数的反函数，以计算CMV注入信号。在框814，通过组合参考CMV注入信号和一个或更多个电压命令，修改在框802获得的一个或更多个电压命令。在一些实施例中，将修改的一个或更多个电压命令供应到调制器以便生成用于接通和/或断开在功率变换器中各种开关装置的控制信号。因此，通过将CMV信号注入一个或更多个电压命令或调制信号，能够最小化在DC链路的电压差。

上面参照图13所述的方法800可以多种方式修改。例如，在一些实施例中，方法800可包括另外的一个或更多个框/动作。例如，方法800可包括用于获得一个或更多个电流命令的框，这些命令用于计算在DC链路的中性点的原NP电流。方法800也可包括用于从一个或更多个电流命令至少识别在最大电压的瞬时电流和在最小电压的瞬时电流的框。

虽然已参照示范实施例描述本发明，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下，可进行各种更改，并且等同物可替代其中的要素。此外，技术人员将从不同实施例认识到各种特征的可互换性。类似地，所述各种方法步骤和特征及每个此类方法和特征的其它已知等同物可由本领域的技术人员混合和匹配以构成根据本公开内容的原理的另外的组合体和技术。另外，在不脱离本发明基本范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，意图是本发明不限于为执行此发明而考虑的公开为最佳模式的特定实施例，而是，本发明将包括落在随附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种功率变换系统，包括：

至少一个多级功率变换器；以及

耦合到所述至少一个多级功率变换器的控制器，所述控制器包括：

第一共模电压(CMV)注入模块，用于生成用于修改至少一个电压命令的第一CMV信号以实现与所述功率变换系统的操作相关联的第一功能；

第二CMV注入模块，用于至少部分基于用于修改所述至少一个电压命令或用于进一步修改所述至少一个修改的电压命令的三级CMV限制，生成第二CMV信号以实现与所述功率变换系统的操作相关联的第二功能。

2.如权利要求1所述的功率变换系统，其中至少部分基于从多个电压命令识别的瞬时最大电压和瞬时最小电压生成所述第一CMV信号。

3.如权利要求1所述的功率变换系统，还包括耦合到所述至少一个多级变换器的直流(DC)链路，所述DC链路包括至少两个DC电容器，所述至少两个DC电容器定义在其之间的至少一个DC中性点，其中所述第二CMV信号用于修改所述至少一个电压命令以调节从所述DC链路的所述DC中性点流出或流向其的DC电流分量，以便将两个所述DC电容器之间的电压差基本上降低到零。

4.如权利要求3所述的功率变换系统，其中所述第二CMV信号还用于修改所述至少一个电压命令以调节从所述DC链路的所述DC中性点流出或流向其的AC电流分量，以便将所述两个电容器之间的电压差基本上降低到零。

5.如权利要求1所述的功率变换系统，其中所述第二CMV注入模块包括用于从三相AC电压命令信号确定瞬时最大和瞬时最小电压的最小-最大分类器。

6.如权利要求1所述的功率变换系统，其中所述第二CMV注入模块包括用于至少部分基于所述三级CMV限制，计算最大CMV限制和最小CMV限制的CMV限制计算器。

7.如权利要求6所述的功率变换系统，其中所述CMV限制计算器至少部分基于脉冲宽度调制器(PWM)的最小脉冲宽度要求，计算所述最大CMV限制和所述最小CMV限制。

8.如权利要求1所述的功率变换系统，其中所述第二CMV注入模块还包括用于至少部分基于最大CMV限制、最小CMV限制和三相AC电流命令，计算最大中性点电流、最小中性点电流、对应于所述最大中性点电流的第一CMV以及对应于所述最小中性点电流的第二CMV。

9.如权利要求1所述的功率变换系统，其中所述第二CMV注入模块还包括参考NP电流计算器，所述参考NP电流计算器用于至少部分基于最大中性点电流、最小中性点电流、具有来自所述第二CMV信号的零CMV注入的预计算的中性点电流以及从在所述DC链路的DC电压差的调节生成的增益信号来计算中性点参考电流。

10.如权利要求1所述的功率变换系统，其中所述第二CMV注入模块还包括用于至少部分基于最大中性点电流、最小中性点电流、对应于所述最大中性点电流的所述第一CMV、对应于所述最小中性点电流的所述第二CMV以及中性点参考电流来计算所述第二CMV信号的反函数计算器。