CN107888079A - 多相多电平电力转换系统、控制器及计算机可读介质 - Google Patents

多相多电平电力转换系统、控制器及计算机可读介质 Download PDF

Info

Publication number
CN107888079A
CN107888079A CN201710751219.9A CN201710751219A CN107888079A CN 107888079 A CN107888079 A CN 107888079A CN 201710751219 A CN201710751219 A CN 201710751219A CN 107888079 A CN107888079 A CN 107888079A
Authority
CN
China
Prior art keywords
converter stage
packet
current transformer
phase
level
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710751219.9A
Other languages
English (en)
Inventor
程仲元
纳维德·扎尔加里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rockwell Automation Technologies Inc
Original Assignee
Rockwell Automation Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rockwell Automation Technologies Inc filed Critical Rockwell Automation Technologies Inc
Publication of CN107888079A publication Critical patent/CN107888079A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/10—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using supply voltage with constant frequency and variable amplitude
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/008—Plural converter units for generating at two or more independent and non-parallel outputs, e.g. systems with plural point of load switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters

Abstract

提供了操作多相多电平变流器的电力转换系统、控制装置、方法以及计算机可读介质，其中，多相多电平变流器包括M个变流器相桥臂电路，该M个变流器相桥臂电路各自包括具有相应的级输出的N个变流器级，该相应的级输出串联连接在参考节点与相应的变流器相输出节点之间，M大于2，N大于2，其中，所选择的一组M个变流器级的输出被旁路，其中所选择的组包括来自每个变流器相桥臂电路中的单个变流器级，并且所选择的一组变流器级连接至移相变压器的处于M个不同相位关系的次级线圈，以响应于可疑的变流器级故障而控制变压器初级线圈的电流中的谐波失真。

Description

多相多电平电力转换系统、控制器及计算机可读介质
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年9月27日提交的美国临时申请第62/400,129 号以及于2016年10月18日提交的美国临时申请第15/296,287的优先权 和权益，上述申请的主题通过引用全部并入本文。
技术领域
这里公开的主题涉及模块化的多电平电力转换系统。
发明内容
公开的示例包括操作多相多电平变流器的电力转换系统、控制装置、 方法以及计算机可读介质，其中，多相多电平变流器包括M个变流器相 桥臂电路，该M个变流器相桥臂电路各自包括具有相应的级输出的N个 变流器级，该相应的级输出串联连接在参考节点与相应的变流器相输出节 点之间，M大于2，N大于2，其中，所选择的一组M个变流器级的级输出被旁路，其中所选择的组包括来自每个变流器相桥臂电路中的单个变流 器级，并且所选择的一组变流器级连接至移相变压器的处于M个不同相 位关系的次级线圈，以响应于可疑的变流器级故障而控制变压器初级线圈 的电流中的谐波失真。
附图说明
图1至图43是示意图。
具体实施方式
电力转换系统将输入电能从一种形式转换成另一种以驱动负载。电力 转换系统的一种形式是用于电动机负载的变速操作的电机驱动。模块化的 多相多电平转换器有时用于高电压电机驱动应用，高电压电机驱动应用包 括：飞跨电容器设计、中性点钳位(NPC)设计、级联NPC(CNPC)设 计、级联H-桥(CHB)设计以及其他级联和混合拓扑。模块化多电平转 换器使用在公共连接点(例如，中性连接)与驱动负载之间彼此串联连接 的模块来提供输出以驱动负载，其中，模块有时称为单元(cell)或级。 在多相示例中，整数M个相桥臂电路每个都包括整数N个变流器模块(也 称为级或单元)，变流器模块的输出在中性点与驱动电机相之间彼此串联 连接，其中，M和N大于2。在每个相桥臂电路中，单个级可以在任意 给定时间提供两个或更多个输出电压电平中的一个，并且多个级的串联连 接为相应的相负载提供输出电压。单个变流器级使用内部开关提供变流器 式操作以生成两个或更多个输出电压电平中的一个。因为变流器级串联连 接，所以一个级中的失效或故障可能造成提供至驱动负载的输出电力的中 断。
旁路电路被包括在单个级中或者被设置在外部，以选择性地使故障的 变流器级的输出短路，而剩余的级继续将输出电力传送至负载。此外，一 组M个变流器级一起被旁路，其中为了平衡用于驱动负载的相电路输出 信号，一个变流器级来自于一个相桥臂电路，同时开关控制电路相应地调 节调制指数，以驱动剩余的N-1个非旁路级。然而，由于剩余的N-1个非 旁路级中的不平衡的相位关系，多相多电平电力转换器中的常规旁路操作通常导致来自AC电网或其他电源的源电流中增加的总谐波失真(THD)。 特别地，通常在电力转换器的输入侧设置包括多个移相次级电路的移相变 压器(PST)，以在单个变流器级中提供若干隔离的DC源。每个单个变 流器级通常包括板上整流器，板上整流器接收单相或多相隔离的AC输入 电力以生成隔离的DC电压，以通过变流器级的H-桥或其他内部开关电 路进行选择性的开关操作。移相变压器还可以提供输入电源电压电平的升 压或降压调节至特定驱动电机负载额定电压。
移相变压器提供相对于彼此处于不同相位关系的次级电路。在理想情 况下，在所有的变流器级工作的情况下，次级绕组的负载电流是平衡的， 次级电路的相位关系促进初级侧谐波的消除，使得电网侧或电源侧的电流 不会遭受高THD。PST通过移相谐波电流来减少初级电流谐波，以便谐 波分量中的一些在初级线圈中被消除，使得从次级绕组反射到初级绕组中 的谐波优选地相加为零。然而，当变流器级因故障或可疑故障而被旁路时， 被旁路的级不消耗电力，并且将不会维持原始的平衡模式。此外，常规的 旁路基于组来完成，其中来自每个相桥臂的变流器级同时被旁路，并且被 旁路的一组变流器级每个都由大体上彼此同相的变压器次级绕组来馈送。 因此，初级线圈中谐波的净总和增加，并且线电流THD将增加。例如， 使用典型的移相变压器的、9单元18脉冲的级联H-桥(CHB)转换器在 正常操作期间以约2.7％的线电流THD操作，但是对处于相同或相似相 位关系的三个单元的旁路使线电流THD显著地增加，例如增加至约13％。
本公开提供了下述旁路装置、电力转换系统和技术：在旁路操作期间 减轻或控制THD而不牺牲电力转换器性能，还提供了选择性地将可疑或 已知的故障变流器级进行旁路的能力。例如，根据电力转换系统中的变流 器级的数量，某些示例可以使旁路模式线电流THD显著地减小60％至 80％。
首先参照图1至图3，本公开提供了操作多相多电平变流器20的电 力转换系统10、控制装置26，34、方法以及计算机可读介质29。图1示 出了可以采用本公开的各种构思的电力转换系统10中的示例性三相多电 平变流器20。公开的实施方式大体上提供了用于多相多电平变流器20的 各种不同配置的旁路操作控制，其中，多相多电平变流器20包括整数M个变流器相桥臂电路21-A、21-B、21-C，其中单个相桥臂电路21包括具 有相应的级输出22的整数N个变流器级24，其中相应的级输出22串联 连接在参考节点(例如，在附图中标记为“N”的输出中性点)与相应的 变流器相输出节点A、B或C之间，其中，M和N大于2。在操作中，响应于所选择的组中的一个级中可疑的变流器级故障，所选择的一组M 个变流器级24的级输出22同时被旁路。所选择的组包括来自每一个变流 器相桥臂电路21的单个变流器级24，并且所选择的一组变流器级24连 接至移相变压器14的处于M个不同相位关系的次级线圈18，以控制变 压器初级线圈16的电流中的谐波失真。在一个示例中，故障级24可以由 电力单元控制器或中央控制器自动地旁路。然后中央控制器选择其他M-1 个级以针对最小THD形成匹配的一组级。
可以通过各种不同的技术或方法(例如，与常规移相变压器相比，考 虑找到变压器次级线圈配置，以调整变流器级模块在给定外壳中的物理放 置)完成变流器级24的分组。另一技术涉及重新映射由电力转换器控制 器26提供的开关控制信号和旁路控制信号。在另一方法中，可以使用移 相变压器的次级绕组与变流器级或模块之间的内部布线连接。因此，本公 开的构思可以适于通过控制器软件或固件的重新布线和/或重新配置，或 者通过新的移相变压器14的安装，来改造现有的多电平多相变流器。图 1示出了具有基于三相CHB变流器的电机驱动20的示例性电力转换系统10，其中基于三相CHB变流器的电机驱动20具有向CHB变流器级24 (在附图中标记为“单元”或“级”)提供开关控制信号28的控制器26。图1的示例是包括三相多电平变流器20和控制器26的、基于CHB变流 器的电机驱动电力转换系统10，控制器26将开关控制信号28提供给单 个CHB变流器级24。虽然在三个电机负载相A、B以及C中的每一个都 具有六个变流器级24的多相变流器20的情况下示出，但是本公开的各个 方面可以与每个相桥臂电路21中具有任意整数“N”个变流器级24的单 相或多相、多电平变流器相关联地实现，其中，N大于2。此外，虽然针 对电机驱动系统10的每一个相，示出的实施方式利用级联的H-桥级24 来形成多电平变流器20，但是也可以使用NPC或其他类型和形式的变流 器级24，例如具有包含多于或少于四个的开关器件的开关电路的级，其 中，本公开的更宽泛的方面不限于所示实施方式的范围。在某些非限制示 例中，变流器级24是分别包括整流器电路和四个开关器件S1至S4的 H-桥级，该四个开关器件S1至S4耦接在相应的整流器电路与相应的级 输出22之间。
图1中的电机驱动系统10包括移相变压器14，该移相变压器14具 有从AC电源12接收三相电力的多相初级线圈16(在示出的实施方式中 为三角形配置)。示出的变压器14包括18个三相次级线圈18，该18个 三相次级线圈18是N＝6组每组M＝3个的扩展的三角形配置的三相次级 线圈18，其中每个组处于不同的相位关系。虽然在示出示例中，初级线 圈16和次级线圈18被配置为三角形绕组，但是替选地，可以使用“Y” 型连接的初级绕组和/或Z字形连接的次级绕组。此外，虽然变压器14具 有三相初级绕组16和三相次级绕组18，但是也可以使用其他单相或多相 实现。图1的三相次级线圈18中的每一个被耦接以提供用以驱动三相多 电平变流器20的相应变流器级24的三相整流器的AC电力。在该示例中， 单个变流器级24包括板上整流器电路。在其他示例中，变流器模块或级 24可以被配置成直接从外部DC源(未示出)接收DC电力，其中外部 DC源从相应的次级线圈18得到电力。
多电平变流器20包括三个变流器相桥臂电路21-A、21-B以及21-C。 单个变流器相桥臂电路21-A、21-B以及21-C包括N＝6个变流器级24， 该N＝6个变流器级24串联连接在相应的变流器相输出节点(例如，电机 引出线)A、B或C与中性点N之间，以在变流器相输出节点A、B或C 处提供相电压信号。在该示例中，变流器20包括18个变流器级24，如 图所示，每个变流器级24连接至变压器14的相应的次级线圈18。变流 器20是13电平变流器，其具有第一变流器相桥臂电路21-A的N＝6个级 联H-桥变流器级24-A1至24-A6，其中，N＝6个级联H-桥变流器级24-A1 至24-A6具有在中性点N与三相电机负载30的第一绕组A之间彼此串联连接(级联)的输出22-A1至22-A6。第二变流器相桥臂电路21-B的六 个变流器级24-B1至24-B6提供在中性点N与第二电机相绕组B之间串 联连接的电压输出22-B1至22-B6，第三变流器相桥臂电路21-C的六个 变流器级24-C1至24-C6提供在电机30的第三绕组C与中性点N之间串 联连接的电压输出22-C1至22-C6。变流器级24能够根据来自控制器26 的一个或更多个相应的开关控制信号28分别进行操作。控制器26向与第 一电机绕组A相关联的变流器级24-A1至24-A6提供控制信号28A，并 且还向变流器级24-B1至24-B6提供控制信号28B，以及向变流器级24-C1 至24-C6提供控制信号28C。控制器26还包括旁路控制部件或电路34，其提供旁路信号35，以选择性地使所选择的变流器级24的输出22旁路 (即，短路)。
如图2中所示，控制器26包括例如微处理器27的处理器和电子存储 器29，电子存储器29包括或存储由处理器27执行的数据和程序指令， 其中执行该数据和程序指令以实现旁路控制部件34中的开关控制部件 32。如下面进一步详细描述的，处理器27根据存储器29中的程序指令进 行操作，以提供旁路信号35来选择性地使与处于M个不同相位关系的次级线圈18连接的一个分组或所选择的一组M个变流器级24旁路，以控 制变压器初级线圈16的电流中的谐波失真。
图2示出了具有板上整流器二极管D1至D6的示例性H-桥变流器级 24，其中，板上整流器二极管D1至D6形成三相整流器，该三相整流器 从相应的变压器次级线圈18接收三相AC电力，并且在DC电容器C两 端提供DC电力，作为由配置在“H”桥电路中的四个开关器件S1至S4 形成的H桥变流器的输入。虽然示出的变流器级24每个都包括由来自相 应变压器次级线圈18的AC输入所驱动的整流器电路，但是根据本公开， 可以向变流器级24提供任何合适形式的DC输入，并且变流器级24可以 但不必包括板上整流电路。此外，在单个级24中可以使用具有至少两个 开关器件S的任何合适的开关电路配置，其中至少两个开关器件S被配置 成在级输出22处选择性地提供至少两个不同电平的电压。此外，在变流 器级24中可以使用任何合适类型的开关器件S，包括但不限于基于半导 体的开关，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、硅可控整流器(SCR)、门 极可关断晶闸管(GTO)、集成门极换向晶闸管(IGCT)等。
图2的H-桥电路使得控制器26能够生成选择性开关控制信号，从而 以受控的方式在输出22处提供至少两个不同的电压电平。例如，当开关 器件S1和S4导通(导电)而其他器件S2和S3关断(不导电)时，在 输出端子22A和22B处提供大体上等于电容器C两端DC母线电压VDC 的正DC电平的正电压(+VDC)。导通开关S2和S3而关断S1和S4导 致负电压(-VDC)被施加在输出22处。在开关S1和S3导通并且S2和 S4关断的情况下，级24的输出电压为零V，反之亦然。因此，示例性 H-桥变流器级24有利地使得能够选择三个不同的输出电压，并且六个这 样的级的级联配置(例如，图1和图3)使得控制器26能够生成选择性 开关控制信号，从而实现应用于相应电机相的13个不同的电压电平。注 意，可以使用其他可能的开关电路来实现单个级24的2电平、3电平或 K电平可选择输出，其中，K是大于1的整数。在其他示例中，提供板上 或外部旁路开关电路25，以根据由旁路控制部件或电路34提供的控制信 号35来选择性地使级24的输出端子22A和22B短路。
在示例性示例中，控制器26向开关器件S1至S4中的每一个提供单 独的开关控制信号28，然而在一些实施方式中，开关控制信号中的某一 些可以被组合或共享。例如，可以向开关器件S1和S2提供单个控制信号 28，同时使用另一共享控制信号28来致动开关S3和S4。控制器也可以 仅生成用于器件S1和S3的信号，而用于器件S2和S4的互补信号由器 件栅极驱动器的选通单元(图2中未示出)生成。控制器26使用任何合 适的脉冲宽度调制技术(例如，将与每个给定的变流器级24相关联的一 个或更多个载波信号或值与参考信号或值进行比较)来生成开关控制信号 28。此外，控制器26可以实现任何合适的闭环反馈控制以操作电机30 或其他驱动负载，例如，通过改变调制指数来设置多个开关控制周期中每 一个中的脉冲宽度调制导通持续时间或关断持续时间，以实现速度和/或 扭矩控制。特别地，通过每一个相桥臂电路21中串联连接的变流器级24 的开关操作，调制指数确定施加于电机引出线A、B和C的AC电压的幅 度或电平。
此外，在旁路操作期间，在来自每一个变流器臂21的一个或更多个 变流器级24的输出22被旁路(即，被短路)时，控制器26实现开关控 制部件32，以通过调整调制指数来生成用于剩余单元的开关控制信号28， 以使用每个相桥臂电路21中数量减少的变流器级24(例如，使用N-1个 变流器级24)来适应驱动负载30。
当某些电力单元中发生故障时，故障的电力单元将由本地电力单元控 制器(图2中未示出)或由中央控制器26中的旁路控制块34进行旁路。 然后，中央控制器26将根据本公开中的表格选择性地使M-1个其他单元 (每个相一个单元)旁路，以实现最好的谐波性能。
仅出于图示的目的，图2示出了控制信号被直接发送至电力单元部 件。来自中央控制器26的控制信号也可以首先被发送至电力单元本地控 制器(图2中未示出)，然后由本地控制器分派至电力单元部件。
此外参照图3，公开的示例通常在每个相桥臂电路21中包括整数N 个单元或变流器级24，并且包括整数M个相桥臂电路21的多个不同的 多相实现是可能的。图3示出了在每个相桥臂电路21-A、21-B以及21-C 中具有N个级24的三相实现。此外，如上所述，每个单元或级24可以 具有内部旁路开关电路25(例如，如图2所示)，或者如图3所示，每个 级24的输出可以连接至外部旁路开关23。在这两者中的任一情况下，控 制器处理器27实现用以选择性地提供旁路信号35以操作内部旁路开关 25或外部旁路开关23的旁路控制部件。仅出于图示的目的，图1和图2 中的开关25与图3中的开关23被示出为单极单掷类型。图1和图2中的 开关25与图3中的开关23可以是单极多掷或多极多掷机械开关。旁路开 关25和23也可以是由二极管的组合形成的电子开关，IGBT和SCR也 可以用于该目的。图3示出了每个相桥臂电路21包括整数N个单元或级 (例如，24-A1至24-AN，24-B1至24-BN以及24-C1至24-CN)的一般 情况，在整数N个单元或级中，最底下的(第N个)级连接至相应的电 机相引出线A、B或C。
控制电路26以第一模式(正常)或者以第二模式(旁路)进行操作。 在第一模式中，控制器26的处理器27实现存储器29中与开关部件32相 关联的程序指令，以向变流器级24提供开关控制信号28，以在电机引出 线A、B和C处生成多相输出电压信号来驱动电机负载30。在第二模式 中，响应于可疑变流器级故障，处理器27执行与旁路部件34相关联的程 序指令，以提供选择旁路信号35，以使所选择的一组M个变流器级24 的级输出22旁路。特别地，控制处理器27选择的用于旁路的一组变流器 级包括来自每一个变流器相桥臂电路21的单个变流器级24，使得所选择 的一组变流器级24连接至移相变压器14的处于M个不同相位关系的次 级线圈18。该选择有利地减轻严重的相负载不平衡，以控制变压器初级 线圈16的源电流中的谐波失真。在某些实现中，在所选择的一组级24 被旁路时，处理器27还根据程序指令32以第二(旁路)模式进行操作以 向至少一些变流器级24中提供开关控制信号28，以使多电平变流器20 在变流器相输出节点A、B、C处提供相电压信号以驱动负载30。在某些 示例中，响应于所选择的一组M个变流器级24的旁路，处理器27在第 二模式下例如使用调整的调制指数进行操作，以向每一个变流器相桥臂电 路21的剩余N-1个非旁路的变流器级24提供开关控制信号28，以使多 电平变流器20在变流器相输出节点A、B、C处提供相电压信号以驱动 负载30。
现在参照图4至图11，本公开的THD控制和旁路控制构思可以由控 制器26响应于检测到可疑的级故障、根据旁路映射36(例如，图4和图 6)、通过旁路控制部件34中由控制处理器27执行的程序指令、智能选择 要被旁路的一组变流器级24来实现。在其他示例(例如，图8和图9) 中，通过重新布线和/或安装新的移相变压器14来修改变压器次级线圈与变流器级24的连接。图4至图11示出了三相多电平变流器配置20的背 景下的构思，该三相多电平变流器配置20包括每个相桥臂电路中的N＝3 个变流器级24，以实现9单元18脉冲(9C、18P)系统，包括关于移相 变压器初级电流的谐波失真性能的模拟对比结果。所描述的构思可以应用 于具有任意数量M个相桥臂的多电平变流器20，其中该任意数量M个 相桥臂各自包括任意整数N个变流器级24。
图4示出了移相次级电路18与变流器模块24的传统互连，其中，第 一变流器级A1、B1和C1由相角为α+20°的次级绕组18供电，第N-1个 变流器级A2、B2以及C2连接至相角为α+0°的次级绕组18，并且第N 个变流器级A3、B3以及C3连接至相角为α-20°的次级绕组18，其中α 是任意角度并且对于大多数设计而言等于零。附图中所示的各种角度同样 是任意角度α的偏移，尽管在附图中未标出。图5示出了包括初级电流 曲线502的曲线图500，以及针对图4系统的正常操作以基波百分比示出 的THD幅度谱的曲线图510。在该示例中，在正常操作期间达到了2.71％ 的THD。
图6示出了相同的电路配置，其中怀疑在图中以虚线指示的变流器级 A3中存在故障。在该示例中，为了示出常规旁路技术的谐波失真问题， 旁路映射36简单地使可疑的变流器级A3与图6中以较粗线示出的相应 的最底部的变流器级B3和C3一起旁路。图7示出了分别示出所得到的 初级电流曲线702和所得到的THD幅度谱的曲线图700和曲线图710。 在该示例中，由于变压器的移相次级线圈18失去平衡，初级电流THD 明显地增加至13.08％。本发明人已经认识到，这是由于选择所连接的变 流器级A3、B3以及C3以进行同时旁路而引起的。
图8示出了一种不同的次级线圈18与变流器级24的互连模式，其中， 变流器级24的物理位置与图4和图6中保持一致。在一个实现中，这可 以使用不同的变压器结构14来完成。在该示例中，响应于对变流器级A3 中可疑故障的识别，由旁路控制部件34选择所选择的一组变流器级A3、 B3和C3以进行同时旁路导致了分别连接至α-20°次级线圈(A3)、α+20°次级线圈(B3)以及α+0°次级线圈(C3)的级的旁路。在一个示例中， 变流器级24形成整数N个组，并且每个组包括来自每一个变流器相桥臂 电路21的单个变流器级24，其中，N个分组包括第一分组、第N分组以 及N-2个中间分组，其中，第一分组具有连接在参考节点N与第二分组 之间的M个最初的变流器级(例如，A1、B1、C1)，第N分组具有连接 在第N-1分组与相应的变流器相输出节点A、B、C之间的M个最末的变 流器级(例如，AN，BN，CN)，N-2个中间分组各自具有连接在前一分 组与后一分组之间的M个最末的变流器级(Ai、Bi、Ci)。在某些示例中， 控制器26将所选择的一组M个变流器级24确定为分组中的、包括与可 疑的变流器级故障相关联的变流器级24的一个所选择的分组。
图9示出了重新配置的系统20，其中重新配置第二和第三相桥臂电 路的变流器级24，同时使用与图6的示例中相同的变压器次级线圈配置。 在该情况下，再次针对在变流器级A3中检测到的或怀疑存在的故障的假 设示例，选择的一组变流器级A3、B3和C3被旁路，并且被旁路的级A3、 B3和C3分别连接至分别处于α-20°、α+20°以及α+0°的次级线圈18。
图10还示出了另一实现，其中针对第二和第三相桥臂电路的变流器 级24修改了变压器次级线圈18到变流器级24的布线连接。对于怀疑在 变流器级A3中存在故障的情况，控制器26再次选择A3、B3以及C3用 于旁路。在该示例中，从次级线圈18至变流器级24的线缆连接的重新配 置再次产生了彼此分别处于α-20°、α+20°以及α+0°相位关系的变流器级24的旁路。
图11示出了在根据本公开构思的图8至图10的系统中重新配置的旁 路期间明显提高的总谐波失真性能。曲线图1100示出了重新配置的旁路 实现的初级电流曲线1102，曲线图1110以基波百分比示出了相应的THD 幅度谱。这些实现在修改的旁路操作期间产生2.93％的THD，相比于由 上面结合图6和图7所讨论的常规旁路而产生的13.8％的THD，这是明 显的提高。图11还提供了示出图8至图10的9C、18P示例的谐波消除 结果的表1120，表1120包括传统旁路方法(“例如，所有列举的谐波分 量为3.0”)与图8至图10的重新配置的旁路方法(在表1120中标记为“新”) 的对比数据。1120和其他示出的谐波消除结果表中的谐波幅度值被规范 化为参考初级侧的单个次级绕组电流的谱。如在表1120中所见，对于17次、19次、35次、37次、53次、55次、71次以及73次谐波，由控制器 26通过智能的旁路分组或集合选择而进行的重新配置提供了相似的谐波 消除结果，但是其他计算的谐波分量基本上减小到0.0。因此，与常规的 旁路方法相比较，在旁路操作期间通过控制器26的操作提供了明显的谐 波降低，达到了2.93％的THD。虽然说明性示例示出了对第N个变流器 级24(例如，A3、B3以及C3)的旁路，但是基于包含被怀疑是故障的 变流器级24对其他所选择的集合的旁路(例如，旁路A1、B1以及C1 等)提供了相似的结果。
图12至图16示出了将本公开的构思应用到12C、24P三相实现中， 其中如图12所示，相桥臂电路中的每一个包括N＝4个变流器级24(A1 至A4，B1至B4以及C1至C4)。再次使用第一相桥臂电路的最末级24 (例如，A4)被怀疑具有故障的说明性示例，图12示出了通过旁路控制 部件34的操作(例如，由控制处理器27执行的程序指令)对第N级A4、 B4以及C4的同时旁路。如图12所示，说明性示例使用重新配置的变压 器，该重新配置的变压器具有对处于α-22.5°(A4)、α+22.5°(B4)以及 α+7.5°(C4)的被旁路的变流器级的次级连接。与常规的旁路技术相比较， 这种对于所选择的被旁路的一组变流器单元24中的相位关系进行的智能 分配有利地减轻了极端的相位不平衡。图13示出了曲线图1300和曲线图 1310，其中，曲线图1300具有在12C、24P中使用常规的或传统的旁路 的初级电流曲线1302，曲线图1310示出了相应的THD幅度谱。图13还 示出了针对传统情况的相应的旁路映射1320，在该传统情况中示例性旁 路集合A4、B4以及C4全部处于α-22.5°。该情况在旁路操作期间产生8.51％的THD。图14示出了在使用重新配置的旁路的图12的12C、24P 配置中使用本公开技术的结果，其中如示例性旁路映射表1430所示，示 例性选择的一组被旁路的变流器级24(例如，A4、B4以及C4)分别处 于α-22.5°、α+22.5°以及α+7.5°。图14还示出了包括该重新配置的旁路 操作的变压器初级电流曲线1402的曲线图1400，以及相应的THD幅度 谱曲线图1410。谐波消除表1420示出了对传统旁路方法与新的重新配置 的旁路技术进行比较的各种模拟谐波的谐波消除分量，其中，与传统情况 的8.51％的THD相比较，新的重新配置的旁路技术产生3.34％的THD。 图15和图16分别示出了可用于图12的示例性12C、24P配置的、替选 的重新配置旁路映射1500和1600。
图17至图21示出了将本公开的重新配置的旁路的构思应用至15C、 30P三相系统。图17示出了针对A5被怀疑具有故障的示例性情况，每一 个相桥臂电路包括五个变流器级24(例如，A1至A5，B1至B5以及C1 至C5)的示例性系统，并且控制器26选择变流器级A5、B5和C5用于 同时旁路。如在该配置和相应的旁路映射36中所见，示例性选择的一组 被旁路的变流器级24分别处于α-24°、α+24°以及α+0°。如在其他描述的 示例中，其他可选择的集合(例如，{A1，B1，C1}，或{A2，B2，C2}， 或{A3，B3，C3})类似地提供对彼此处于M个不同相位关系的所选择的 一组变流器级24的同期旁路或同时旁路，以控制变压器初级线圈16的电 流中的谐波失真。图18包括：具有使用传统旁路的15C、30P配置的初 级电流曲线1802的曲线图1800，以及示出相应的THD幅度谱的曲线图 1810和产生6.2％TDH的传统情况的旁路映射表1820。图19示出了针对 图17的15C、30P实现的重新配置的旁路构思的操作，其产生明显降低 的1.76％的THD。图19的曲线图1900示出了与图18的传统旁路情况相 比具有明显降低的谐波的相应初级电流曲线1902。图19中的曲线图1910 示出了相应的THD幅度谱，并且谐波消除表1920示出了使用图19的表 1930所示的重新配置旁路映射，针对所指示的谐波分量的对比性谐波消 除结果。图20和图21分别示出了可以用在15C、30P实现中的、其他非限制示例性重新配置旁路映射2000和2100。
图22和图23示出了所描述的重新配置的旁路构思在每一个相桥臂电 路具有六个变流器级24的18C、36P系统中的使用。针对使用传统配置 使最末级A6、B6和C6被同时旁路的示例性情况，图22示出了包括旁路 操作期间的相应初级电流曲线2202的曲线图2200，以及示出了相应THD 幅度谱的曲线图2210和旁路映射表2220，并且得到的THD为4.91％。 如在图23中所见，使用如表2330中所示的重新配置旁路集合选择和相应 的相位关系，示例性选择的一组被旁路的变流器级A6、B6以及C6相对 于彼此分别处于α-25°、α+15°以及α-5°，这使THD降低至0.82％。曲线 图2300示出了相应的初级电流曲线2302，并且曲线图2310示出了相应 的THD幅度谱，同时谐波消除表2320示出了针对所列举的谐波分量的 对比结果。
图24至图27示出了每个变流器相桥臂电路包括七个变流器级24(例 如，用于三相系统的A1至A7、B1至B7以及C1至C7)的21C、42P 示例。图24示出了传统旁路操作，其中，曲线图2400示出了具有4.01％ 的THD的相应初级电流曲线2402。曲线图2410示出了相应的THD幅度 谱，表2420示出了相应的传统旁路映射表，其中示例性的一组被旁路的 变流器级A7、B7和C7全部处于α-25.7°的相位角处。图25示出了产生 仅为0.96％的THD的、用于这种21C、42P系统的示例性重新配置的旁 路实现。图25的曲线图2500示出了初级电流曲线2502，并且曲线图2510 示出了相应的THD幅度谱。该情况使用图25的表2530中所示的重新配 置旁路映射，并且谐波消除结果表2520示出了针对所列举的一组谐波分 量的对比结果。图26和图27分别示出了可以用在其他21C、42P实现中 的两个另外的非限制示例性的重新配置旁路映射2600和2700。
图28至图31示出了每个变流器相桥臂电路包括八个变流器级24(例 如，A1至A8、B1至B8以及C1至C8)的24C、48P示例，其中，图 28图示了曲线图2800，其示出传统旁路操作的具有3.44％的THD的相 应初级电流曲线2802，曲线图2810示出了相应的THD幅度谱，表2820 示出了相应的传统旁路映射表，其中变流器级A8、B8以及C8全部处于 α-26.3°的相位角处。图29示出了对产生仅为1.23％的THD的、用于24C、 48P系统的本公开的重新配置旁路技术的使用。图29的曲线图2900示出 了初级电流曲线2902，并且曲线图2910示出了相应的THD幅度谱。该 情况使用表2930中所示的重新配置旁路映射，并且谐波消除结果表2920 示出了针对所列举的一组谐波分量的对比结果。图30和图31分别示出了 可以用在24C、48P实现中的、两个另外的非限制示例性的重新配置旁路 映射3000和3100。
图32和图33示出了变流器相桥臂电路各自包括九个变流器级24(例 如，A1至A9、B1至B9以及C1至C9)的27C、54P示例。图32示出 了具有初级电流曲线3202的曲线图3200，和THD幅度谱曲线图3210， 以及在旁路操作期间产生3.01％的THD的传统旁路映射表3220。使用本 公开技术，图33示出了针对27C、54P重新配置的旁路实现的明显改进 的仅0.43％的THD。图33的曲线图3300包括初级电流曲线3302，曲线 图3310以基波的百分比示出了相应的THD幅度谱。该示例使用示例性 映射表3330，其中示例性选择的一组被旁路的变流器级A9、B9以及C9 分别处于α-26.7°、α+13.3°以及α-6.7°的相位角。如其他公开的非限制示例，使用不同的选择的一组被旁路单元(例如，A4(α+6.7°)、B4(α-13.3°) 以及C4(α+26.7°)等)可以获得相似的结果，图33的说明性表3320示 出了针对一组所列举的谐波分量的对比性谐波消除结果。
图34至图37示出了用于30C、60P系统(例如，包括变流器级A1 至A10、B1至B10以及C1至C10的三相示例)的本公开的技术和装置 的优点。使用图34中旁路表3420中所示的传统单元旁路技术，如曲线图 3400的曲线3402所示，针对变压器初级电流获得了2.73％的THD，曲 线图3410示出了相应的THD幅度谱。图35示出了使用根据映射表3530 的、重新配置的旁路操作的本公开构思的明显初级电流THD降低，在映 射表3530中，示例性选择的一组被旁路的变流器级A10、B10、C10分别 处于所需要的α+27°、α+15°以及α-3°的相位角。相应的初级电流如曲线 图3500中的曲线3502所示，曲线图3510以基波的百分比示出了相应的THD幅度谱。该示例性实现达到了仅0.50％的旁路模式THD，其中，表 3520示出了针对特定一组所指示的谐波分量的谐波消除值。图36和图37 分别示出可以用在30C、60P系统中的、两个另外的非限制示例性的重新 配置旁路映射3600和3700。
针对最末一组变流器级A11、B11以及C11被旁路的示例性情况，针 对每个变流器相桥臂电路中具有11个变流器级24(例如，A1至A11、 B1至B11以及C1至C11)的三相多电平变流器系统20，在图38至图 41中示出了33C、66P示例。图38示出了在使用传统旁路技术的这样的 系统中的谐波性能，在传统旁路技术中，被旁路的单元全部连接至处于 α-27.3°的相位角的变压器次级线圈，其中，曲线图3800示出了相应的初 级电流曲线3802，曲线图3810示出了相应的THD幅度谱，表3820示出 了针对所得到的2.39％的THD的相应旁路映射。图39示出了根据表3930 的重新配置的旁路实现，在表3930中，被旁路的变流器级A11、B11以 及C11连接至处于相应的α-27.3°、α+16.4°以及α-5.5°的角度的次级线圈 (对于由控制器26选择以进行旁路的变流器级24的任何所选集合Ai、 Bi以及Ci，实现相似的相位分配优点的表3930)。说明性示例达到了 0.40％的THD，其中，曲线图3900示出相应的初级电流曲线3902，曲线 图3910示出相应的THD幅度谱，对比性谐波消除表3920示出针对传统 的和新的(例如，重新配置的)旁路方法在某些所指示的谐波分量处得到 的谐波。图40和图41分别示出了用于替选的33C、66P实现的、两个非 限制示例性的重新配置旁路映射4000和4100。
图42和图43示出了用于每个相桥臂电路包括12个变流器级24的三 相系统的36C、72P示例。在该示例中，基于级A12中的可疑故障，选择 最末的一组变流器级A12、B12以及C12用于旁路。图42的曲线图4200 示出初级电流曲线4202，曲线图4210示出使用表4220中所示的传统旁 路导致2.16％的THD的这样的系统的相应THD幅度谱。使用本公开内 容的装置和技术，图43示出了重新配置的旁路操作，以达到降低至0.27％ 的THD的明显降低。在该示例中，表4330示出了一种可能的旁路映射， 其中示例性被旁路的级A12、B12以及C12分别连接至处于α-27.5°、 α+7.5°以及α-7.5°角度的变压器次级线圈。曲线图4300示出了所得到的 初级电流曲线4302，曲线图4310以基波的百分比示出了相应的THD幅 度谱，谐波消除表4320示出了针对传统的和新的旁路方法、在一组谐波 分量处的对比性谐波。
可以根据本公开内容的构思实现许多其他可能的配置以及重新配置 的旁路示例，其中，上述实现仅是非限制示例。所公开的装置、方法以及 计算机可读介质可以用在使用任何合适的变流器单元或级结构的各种多 相多电平变流器中，以降低或减轻旁路模式谐波失真。
在前面的说明书中，参照附图已经描述了各种实施方式。然而，明显 的是，在不偏离如所附权利要求中阐述的本发明的更宽范围的情况下，可 以对各种实施方式进行各种修改和改变，并且可以实现另外的实施方式。 因此，本说明书和附图应视为说明性的而非限制性的意义。此外，术语“耦 接(couple)”、“耦接(couples)”或“耦接的(coupled)”旨在包括非直 接或直接的电连接或机械连接或者电连接与机械连接的组合。例如，如果 第一器件耦接至第二器件或与第二器件耦接，则该连接可以通过直接的电 连接，或通过经由一个或更多个中间器件和连接的非直接电连接。

Claims (20)

1.一种电力转换系统，包括：
移相变压器，其包括从AC电源接收电力的初级线圈和各自包括整数M个次级线圈的整数N个次级线圈集，M大于2，N大于2，每个次级线圈集的次级线圈相对于其他集处于不同的相位关系；
多相多电平变流器，其包括M个变流器相桥臂电路，单独变流器相桥臂电路包括具有相应的级输出的N个变流器级，所述相应的级输出串联连接在参考节点与相应的变流器相输出节点之间，以在所述相应的变流器相输出节点处提供相电压信号，所述单独变流器级包括AC输入和多个开关电路，所述AC输入连接至所述移相变压器的所述次级线圈中的一个，所述多个开关电路根据至少一个相应的开关控制信号而操作，以在所述相应的级输出处选择性地提供具有至少两个离散电平中的一个的幅度的输出电压；以及
控制器，其响应于可疑的变流器级故障而操作，以选择性地提供旁路信号，以使包括可疑的故障级的所选择的一组M个变流器级的级输出同时旁路，所述所选择的一组变流器级包括来自每一个所述变流器相桥臂电路的单个变流器级，所述所选择的一组变流器级连接至所述移相变压器的处于M个不同相位关系的次级线圈，以控制所述变压器初级线圈的电流中的谐波失真。
2.根据权利要求1所述的电力转换系统，其中，所述控制器响应于所述所选择的一组M个变流器级的旁路而操作，以向每一个所述变流器相桥臂电路中的N-1个非旁路的变流器级提供所述开关控制信号，以使所述多电平变流器在所述变流器相输出节点处提供相电压信号以驱动负载。
3.根据权利要求2所述的电力转换系统，
其中，所述变流器级形成整数N个分组，每个分组包括来自每一个所述变流器相桥臂电路的单个变流器级，所述N个分组包括第一分组、第N分组以及N-2个中间分组，其中，所述第一分组具有连接在所述参考节点与第二分组之间的M个最初的变流器级，所述第N分组具有连接在第N-1分组与所述相应的变流器相输出节点之间的M个最末的变流器级，所述N-2个中间分组各自具有连接在前一分组与后一分组之间的M个最末的变流器级；以及
其中，所述控制器将所述所选择的一组M个变流器级确定为所述分组中的所选择的一个分组，所述所选择的一个分组包括与所述可疑的变流器级故障相关联的变流器级。
4.根据权利要求3所述的电力转换系统，其中，所述变流器级是H-桥级，所述H-桥级各自包括整流器电路和四个开关器件，所述四个开关器件耦接在相应的整流器电路与相应的级输出之间。
5.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，所述变流器级是H-桥级，所述H-桥级各自包括整流器电路和四个开关器件，所述四个开关器件耦接在相应的整流器电路与相应的级输出之间。
6.根据权利要求1所述的电力转换系统，
其中，所述变流器级形成整数N个分组，每个分组包括来自每一个所述变流器相桥臂电路的单个变流器级，所述N个分组包括第一分组、第N分组以及N-2个中间分组，其中，所述第一分组具有连接在所述参考节点与第二分组之间的M个最初的变流器级，所述第N分组具有连接在第N-1分组与所述相应的变流器相输出节点之间的M个最末的变流器级，所述N-2个中间分组各自具有连接在前一分组与后一分组之间的M个最末的变流器级；以及
其中，所述控制器将所述所选择的一组M个变流器级确定为所述分组中的所选择的一个分组，所述所选择的一个分组包括与所述可疑的变流器级故障相关联的变流器级。
7.根据权利要求6所述的电力转换系统，其中，所述变流器级是H-桥级，所述H-桥级各自包括整流器电路和四个开关器件，所述四个开关器件耦接在相应的整流器电路与相应的级输出之间。
8.根据权利要求1所述的电力转换系统，其中，所述变流器级是H-桥级，所述H-桥级各自包括整流器电路和四个开关器件，所述四个开关器件耦接在相应的整流器电路与相应的级输出之间。
9.一种操作多相多电平变流器的控制器，其中，所述多相多电平变流器包括M个变流器相桥臂电路，所述M个变流器相桥臂电路各自包括具有相应的级输出的N个变流器级，所述相应的级输出串联连接在参考节点与相应的变流器相输出节点之间，M大于2，N大于2，所述控制器包括：
电子存储器；以及
处理器，其根据所述电子存储器中的程序指令而操作，以响应于可疑的变流器级故障而提供旁路信号，以使所选择的一组M个变流器级的级输出同时旁路，所述所选择的一组变流器级包括来自每一个所述变流器相桥臂电路的单个变流器级，所述所选择的一组变流器级连接至移相变压器的处于M个不同相位关系的次级线圈，以响应于可疑的变流器级故障而控制所述变压器初级线圈的电流中的谐波失真。
10.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述处理器还根据所述程序指令而操作，以向所述变流器级中的至少一些提供开关控制信号，以使所述多电平变流器在所述变流器相输出节点处提供相电压信号以驱动负载。
11.根据权利要求10所述的控制器，其中，所述处理器还根据所述程序指令而操作，以响应于所述所选择的一组M个变流器级的旁路而向每一个所述变流器相桥臂电路中的剩余N-1个非旁路的变流器级提供开关控制信号，以使所述多电平变流器在所述变流器相输出节点处提供相电压信号以驱动负载。
12.根据权利要求11所述的控制器，
其中，多相多电平变流器的变流器级形成整数N个分组，每个分组包括来自每一个所述变流器相桥臂电路的单个变流器级，所述N个分组包括第一分组、第N分组以及N-2个中间分组，其中，所述第一分组具有连接在所述参考节点与第二分组之间的M个最初的变流器级，所述第N分组具有连接在第N-1分组与所述相应的变流器相输出节点之间的M个最末的变流器级，所述N-2个中间分组各自具有连接在前一分组与后一分组之间的M个最末的变流器级；以及
其中，所述处理器还根据所述程序指令而操作，以将所述所选择的一组M个变流器级确定为所述分组中的所选择的一个分组，所述所选择的一个分组包括与所述可疑的变流器级故障相关联的变流器级。
13.根据权利要求10所述的控制器，
其中，多相多电平变流器的变流器级形成整数N个分组，每个分组包括来自每一个所述变流器相桥臂电路的单个变流器级，所述N个分组包括第一分组、第N分组以及N-2个中间分组，其中，所述第一分组具有连接在所述参考节点与第二分组之间的M个最初的变流器级，所述第N分组具有连接在第N-1分组与所述相应的变流器相输出节点之间的M个最末的变流器级，所述N-2个中间分组各自具有连接在前一分组与后一分组之间的M个最末的变流器级；以及
其中，所述处理器还根据所述程序指令而操作，以将所述所选择的一组M个变流器级确定为所述分组中的所选择的一个分组，所述所选择的一个分组包括与所述可疑的变流器级故障相关联的变流器级。
14.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述处理器还根据所述程序指令而操作，以响应于所述所选择的一组M个变流器级的旁路而向每一个所述变流器相桥臂电路中的剩余N-1个非旁路的变流器级提供开关控制信号，以使所述多电平变流器在所述变流器相输出节点处提供相电压信号以驱动负载。
15.根据权利要求14所述的控制器，
其中，多相多电平变流器的变流器级形成整数N个分组，每个分组包括来自每一个所述变流器相桥臂电路的单个变流器级，所述N个分组包括第一分组、第N分组以及N-2个中间分组，其中，所述第一分组具有连接在所述参考节点与第二分组之间的M个最初的变流器级，所述第N分组具有连接在第N-1分组与所述相应的变流器相输出节点之间的M个最末的变流器级，所述N-2个中间分组各自具有连接在前一分组与后一分组之间的M个最末的变流器级；以及
其中，所述处理器还根据所述程序指令而操作，以将所述所选择的一组M个变流器级确定为所述分组中的所选择的一个分组，所述所选择的一个分组包括与所述可疑的变流器级故障相关联的变流器级。
16.根据权利要求9所述的控制器，
其中，多相多电平变流器的变流器级形成整数N个分组，每个分组包括来自每一个所述变流器相桥臂电路的单个变流器级，所述N个组包括第一分组、第N分组以及N-2个中间分组，其中，所述第一分组具有连接在所述参考节点与第二分组之间的M个最初的变流器级，所述第N分组具有连接在第N-1分组与所述相应的变流器相输出节点之间的M个最末的变流器级，所述N-2个中间分组各自具有连接在前一分组与后一分组之间的M个最末的变流器级；以及
其中，所述处理器还根据所述程序指令而操作，以将所述所选择的一组M个变流器级确定为所述分组中的所选择的一个分组，所述所选择的一个分组包括与所述可疑的变流器级故障相关联的变流器级。
17.一种包括计算机可执行指令的非暂态计算机可读介质，所述计算机可执行指令在被操作多相多电平变流器的处理器执行时，使所述处理器执行以下步骤，其中，所述多相多电平变流器包括M个变流器相桥臂电路，所述M个变流器相桥臂电路各自包括具有相应的级输出的N个变流器级，所述相应的级输出串联连接在参考节点与相应的变流器相输出节点之间，M大于2，N大于2：
响应于可疑的变流器级故障而提供旁路信号，以使所选择的一组M个变流器级的级输出同时旁路，所述所选择的一组变流器级包括来自每一个所述变流器相桥臂电路的单个变流器级，所述所选择的一组变流器级连接至移相变压器的处于M个不同相位关系的次级线圈，以响应于可疑的变流器级故障而控制所述变压器初级线圈的电流中的谐波失真。
18.根据权利要求17所述的非暂态计算机可读介质，还包括下述计算机可执行指令：所述计算机可执行指令在被所述处理器执行时使所述处理器向所述变流器级中的至少一些提供开关控制信号，以使所述多电平变流器在所述变流器相输出节点处提供相电压信号以驱动负载。
19.根据权利要求18所述的非暂态计算机可读介质，还包括下述计算机可执行指令：所述计算机可执行指令在被所述处理器执行时使所述处理器响应于所述所选择的一组M个变流器级的旁路，向每一个所述变流器相桥臂电路中的剩余N-1个非旁路的变流器级提供开关控制信号，以使所述多电平变流器在所述变流器相输出节点处提供相电压信号以驱动负载。
20.根据权利要求17所述的非暂态计算机可读介质，还包括下述计算机可执行指令：所述计算机可执行指令在被所述处理器执行时使所述处理器响应于所述所选择的一组M个变流器级的旁路，向每一个所述变流器相桥臂电路中的剩余N-1个非旁路的变流器级提供开关控制信号，以使所述多电平变流器在所述变流器相输出节点处提供相电压信号以驱动负载。
CN201710751219.9A 2016-09-27 2017-08-28 多相多电平电力转换系统、控制器及计算机可读介质 Pending CN107888079A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662400129P 2016-09-27 2016-09-27
US62/400,129 2016-09-27
US15/296,287 2016-10-18
US15/296,287 US20180091058A1 (en) 2016-09-27 2016-10-18 Multiphase multilevel power converter, control apparatus and methods to control harmonics during bypass operation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107888079A true CN107888079A (zh) 2018-04-06

Family

ID=59649576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710751219.9A Pending CN107888079A (zh) 2016-09-27 2017-08-28 多相多电平电力转换系统、控制器及计算机可读介质

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20180091058A1 (zh)
EP (1) EP3300241A1 (zh)
CN (1) CN107888079A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110876168A (zh) * 2018-08-31 2020-03-10 华为技术有限公司 一种数据传输方法和无线接入网设备及终端设备
CN111865098A (zh) * 2019-04-24 2020-10-30 罗克韦尔自动化技术公司 再生级联h桥电力供应装置
CN112421975A (zh) * 2019-08-21 2021-02-26 罗克韦尔自动化技术公司 具有afe电力单元相位控制的多电平电力转换器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105811794B (zh) * 2016-05-06 2018-03-30 上海海事大学 多电平逆变器的参考电压信号重构的容错控制方法
CN110518587B (zh) * 2019-06-13 2023-12-26 江苏经纬轨道交通设备有限公司 多重变流器系统的移相控制方法、系统、装置及存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1214567A (zh) * 1997-10-09 1999-04-21 株式会社东芝 多逆变器系统
KR20080061641A (ko) * 2006-12-28 2008-07-03 현대중공업 주식회사 Ｈ-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의정격감소 연속운전 장치 및 방법
CN102290828A (zh) * 2011-08-12 2011-12-21 广州智光电气股份有限公司 一种级联型光伏并网逆变器及其控制方法
JP2013081309A (ja) * 2011-10-04 2013-05-02 Toshiba Corp 電力変換装置
CN103178720A (zh) * 2013-03-08 2013-06-26 卧龙电气集团股份有限公司 一种高压矩阵变换器

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7359223B2 (en) * 2005-03-30 2008-04-15 General Electric Company Power converter system and method
KR20150004578A (ko) * 2013-07-03 2015-01-13 엘에스산전 주식회사 멀티 레벨 인버터

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1214567A (zh) * 1997-10-09 1999-04-21 株式会社东芝 多逆变器系统
KR20080061641A (ko) * 2006-12-28 2008-07-03 현대중공업 주식회사 Ｈ-브릿지 멀티레벨 인버터 파워 셀 고장시 레이어 단위의정격감소 연속운전 장치 및 방법
CN102290828A (zh) * 2011-08-12 2011-12-21 广州智光电气股份有限公司 一种级联型光伏并网逆变器及其控制方法
JP2013081309A (ja) * 2011-10-04 2013-05-02 Toshiba Corp 電力変換装置
CN103178720A (zh) * 2013-03-08 2013-06-26 卧龙电气集团股份有限公司 一种高压矩阵变换器

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110876168A (zh) * 2018-08-31 2020-03-10 华为技术有限公司 一种数据传输方法和无线接入网设备及终端设备
CN110876168B (zh) * 2018-08-31 2021-08-03 华为技术有限公司 一种数据传输方法、相关设备、装置及相关系统
CN111865098A (zh) * 2019-04-24 2020-10-30 罗克韦尔自动化技术公司 再生级联h桥电力供应装置
CN112421975A (zh) * 2019-08-21 2021-02-26 罗克韦尔自动化技术公司 具有afe电力单元相位控制的多电平电力转换器

Also Published As

Publication number Publication date
US20180091058A1 (en) 2018-03-29
EP3300241A1 (en) 2018-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107888079A (zh) 多相多电平电力转换系统、控制器及计算机可读介质
US10069430B2 (en) Modular converter with multilevel submodules
US8737097B1 (en) Electronically isolated method for an auto transformer 12-pulse rectification scheme suitable for use with variable frequency drives
JP4029709B2 (ja) 電力変換装置
JP6725758B2 (ja) 電力変換装置および三相電力変換装置
CA2292827C (en) Inverter apparatus
JP3544838B2 (ja) 多重インバータ装置及びその制御方法
US10218285B2 (en) Medium voltage hybrid multilevel converter and method for controlling a medium voltage hybrid multilevel converter
CN104779824A (zh) 具有减小的共模电压的多电平转换器系统和方法
WO1997009773A1 (en) Power converter and power converting method
JPS58112476A (ja) マルチレベルインバ−タ
WO2017127557A1 (en) Electronic transmission system
EP3682538A1 (en) Pulse width modulation control for a multilevel converter
JP2000184769A (ja) 高電圧一段可変速度駆動用方法及び装置
Farhadi et al. Connectivity and bidirectional energy transfer in DC microgrid featuring different voltage characteristics
JP5362657B2 (ja) 電力変換装置
US10581336B2 (en) Three-phase AC/AC converter with quasi-sine wave HF series resonant link
JP4178331B2 (ja) 直列多重パルス幅変調サイクロコンバータ装置およびその制御方法
Baros et al. Multilevel inverters for motor drives and wireless power transfer applications
JP6729196B2 (ja) 電力変換装置
JP3909685B2 (ja) マルチレベルｐｗｍインバータ制御装置
JP5342254B2 (ja) 電力変換装置
JP2020182257A (ja) 電源装置
JP2000050643A (ja) インバータ装置
US20230179116A1 (en) Electrical power converter with pre-charge mode of operation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180406

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication