CN110679072A - 用于提高功率转换器的效率的开关策略 - Google Patents

用于提高功率转换器的效率的开关策略 Download PDF

Info

Publication number
CN110679072A
CN110679072A CN201880018557.4A CN201880018557A CN110679072A CN 110679072 A CN110679072 A CN 110679072A CN 201880018557 A CN201880018557 A CN 201880018557A CN 110679072 A CN110679072 A CN 110679072A
Authority
CN
China
Prior art keywords
converter
external
power
internal
output voltage
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.)
Granted
Application number
CN201880018557.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110679072B (zh
Inventor
东栋
R.G.瓦戈纳
G.贾里雷迪
R.N.拉朱
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.)
General Electric Renovables Espana SL
Original Assignee
General Electric Co
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 General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN110679072A publication Critical patent/CN110679072A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110679072B publication Critical patent/CN110679072B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • 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
    • H02M5/4585—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 having a rectifier with controlled elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • 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
    • H02M3/325—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 using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—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 using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—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 using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—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 using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33584—Bidirectional converters
    • 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
    • H02M7/4807—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 having a high frequency intermediate AC stage
    • 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
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode 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
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/007—Control circuits for doubly fed generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0272—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor by measures acting on the electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • 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
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0032—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode
    • 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
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • 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
    • H02M7/53—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

提供了用于操作功率转换器的系统和方法。DC‑AC转换器可包括内部转换器和外部转换器。内部转换器可包括隔离变压器、第一多个开关装置。外部转换器可包括第二多个开关装置。控制方法可包括确定外部转换器的输出电压。控制方法可进一步包括至少部分地基于外部转换器的输出电压来控制内部转换器的操作。

Description

用于提高功率转换器的效率的开关策略
技术领域
本主题大体上涉及功率系统，且更特别地涉及用于提高功率转换器的效率的系统和方法。
背景技术
发电系统可使用功率转换器来使功率转换成适合于电网的功率形式。在典型的功率转换器中，多个开关装置(诸如，绝缘栅双极型晶体管(“IGBT”)或金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”))可用于电子电路(诸如，半桥或全桥式电路)中以转换功率。开关装置技术上的最新发展已允许在功率转换器中使用碳化硅(“SiC”) MOSFET。与常规的IGBT相比，使用SiC MOSFET允许在高得多的开关频率下操作功率转换器。
发明内容
本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而认识到，或可通过实践实施例而认识到。
本公开的一个示例性方面涉及一种用于操作DC-AC转换器的控制方法。DC-AC转换器可包括内部转换器和外部转换器。内部转换器可包括隔离变压器和第一多个开关装置。外部转换器可包括第二多个开关装置。该方法可包括确定外部转换器的输出电压。该方法还可包括至少部分地基于外部转换器的输出电压来控制内部转换器的操作。
本公开的另一示例性方面涉及一种功率转换系统。功率转换系统可包括DC-AC转换器，DC-AC转换器包括内部转换器和外部转换器。内部转换器可包括隔离变压器和第一多个开关装置。外部转换器可包括第二多个开关装置。功率转换系统还可包括配置成控制DC-AC转换器的操作的控制系统。控制系统可配置成确定外部转换器的输出电压。控制系统可进一步配置成至少部分地基于外部转换器的输出电压来控制内部转换器的操作。
本公开的另一示例性方面涉及一种风力发电系统。风力发电系统可包括配置成产生AC功率的风力发电机和耦合到风力发电机的AC-DC转换器。AC-DC转换器可配置成使来自风力发电机的AC功率转换成DC功率。风力发电系统还可包括耦合到AC-DC转换器的DC链路。DC链路可配置成从AC-DC转换器接收DC功率。风力发电系统还可包括耦合到DC链路的DC-AC转换器。DC-AC转换器可配置成从DC链路接收DC功率。DC-AC转换器可包括内部转换器和外部转换器。内部转换器可包括隔离变压器和第一多个开关装置。外部转换器可包括第二多个开关装置。第一多个开关装置或第二多个开关装置中的至少一个开关装置可为碳化硅MOSFET。风力发电系统还可包括配置成控制DC-AC转换器的操作的控制系统。控制系统可配置成确定外部转换器的输出电压。控制系统还可配置成至少部分地基于外部转换器的输出电压来控制内部转换器的操作。当外部转换器的输出电压为零伏特时，控制系统可配置成控制内部转换器以达到关闭状态。当外部转换器的输出电压非零时，控制系统可配置成控制内部转换器以达到开启状态。
可对本公开的这些示例性方面作出变型和修改。
参考以下描述和所附权利要求书，多种实施例的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成其部分的附图示出了本公开的实施例，并与描述一起用于阐释相关的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了实施例的针对本领域普通技术人员的详细讨论，在附图中：
图1描绘了示例性风力发电系统；
图2描绘了根据本公开的示例性方面的用于在功率转换器中使用的示例性元件；
图3描绘了根据本公开的示例性方面的功率转换器；
图4描绘了根据本公开的示例性方面的示例性开关策略；
图5描绘了根据本公开的示例性方面的示例性开关策略；
图6描绘了根据本公开的示例性方面的示例性开关策略；
图7描绘了根据本公开的示例性方面的示例性方法；以及
图8描绘了根据本公开的示例性方面的适合于在控制装置中使用的元件。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各示例作为本发明的阐释而非本发明的限制来提供。实际上，对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出多种修改和变型。例如，示出或描述为一个实施例的部分的特征可与另一实施例一起用于产生另外的其它实施例。因此，意图的是，本发明涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变型。
本公开的示例性方面涉及用于提高功率转换器的效率的系统和方法。例如，发电系统(诸如，将双馈感应发电机(“DFIG”)用作发电单元的系统)可使用一个或多个功率转换器，以使功率从低压多相交流功率转换成中压多相交流功率。如在本文中使用的那样，“LV”功率可为小于大约1.5千伏特的功率。如在本文中使用的那样，“MV”功率可为大于大约1.5千伏特且小于大约100千伏特的功率。如在本文中使用的那样，用语“大约”可表示在所陈述的值的20%内。
功率转换器可包括例如配置成使从发电机(诸如，DFIG)输出的AC功率转换成DC功率且将DC功率提供给DC链路的第一功率转换器。第二功率转换器可配置成使来自DC链路的DC功率转换成适合于在电网上使用的AC功率。例如，第二功率转换器可为DC-DC-AC功率转换器，且可利用SiC MOSFET来作为开关装置，从而允许有非常高的开关频率。其它开关装置也可用于功率转换器中。DC-DC-AC转换器可包括内部转换器和外部转换器。内部转换器可包括配置成使来自DC链路的LV DC功率转换成LV AC功率的第一DC-AC转换实体、配置成提供隔离的隔离变压器。第二AC-DC转换实体可配置成使LV AC功率转换成LV DC功率。外部转换器可包括第三DC-AC转换实体，其配置成使LV DC功率转换成适合于在电网上使用的LVAC功率。多个逆变器组块(block)可串联连接，以构建适合于在MV AC电网上使用的MV AC电压。各转换实体可包括多个桥式电路，其中，各桥式电路可包括多个开关装置(诸如，SiCMOSFET)。外部转换器可配置成调节线路电流。取决于所实施的调制策略，外部转换器的输出电压可为+Vdc、-Vdc或零电压。在实施例中，DC-AC转换器可包括多个DC-DC-AC逆变器组块，其中，各逆变器组块包括如在本文中描述的第一转换实体、第二转换实体、第三转换实体和隔离变压器。在另一实施例中，DC-AC转换器可为配置成转换从发电单元输出的多相(例如，三相)功率的多相DC-AC转换器。
由SiC MOSFET所允许的非常高的开关频率提供的优点是，隔离变压器的尺寸和成本可显著地减小，且可与常规的IGBT相比而改进功率转换器的效率。然而，在一些情况下，DC-DC-AC功率转换器中的大约10-90%的功率损耗可来自隔离变压器，诸如，例如由于隔离变压器构件的变热而导致的损耗。此外，为了满足某些功率密度和可靠性标准，必须有效地移除隔离变压器中的热，这可增加功率转换器所需的冷却系统的成本。另外，功率转换器的峰值额定功率可受来自隔离变压器的热约束限制。
在典型的配置中，内部转换器始终保持运行，以在需要时允许功率流可用于外部转换器。然而，在外部转换器的输出电压为零的时间段期间，从外部转换器到内部转换器的功率流为零。例如，在外部转换器的每个开关循环中，对于不同的时间段而言，内部转换器与外部转换器之间的功率流可为零，这取决于调制指数。因此，在外部转换器的输出为零伏特的时间段期间，在典型的配置中，功率仍可流过隔离变压器，从而引起由于隔离变压器的变热而导致的损耗。
本公开的示例性方面涉及开关功率转换器以更高效地转换功率的系统和方法。例如，根据本公开的示例性方面的系统和方法可允许在外部转换器提供零输出电压的时间段期间关闭内部转换器。例如，方法可包括首先确定外部转换器的输出电压。可以以任何数量的方式来确定输出电压。例如，可通过标识针对外部转换器的一个或多个栅极命令来确定输出电压。在实施例中，控制装置可配置成标识针对外部转换器的一个或多个栅极命令，且至少部分地基于一个或多个栅极命令来确定输出电压。在另一实施例中，控制装置可配置成基于一个或多个测量到的参数来确定何时输出电压为零。
此外，该方法可包括至少部分地基于外部转换器的输出电压来控制内部转换器的操作。例如，当外部转换器的输出电压为零伏特时，控制装置可配置成使内部转换器变成关闭状态。如在本文中使用的那样，用语“关闭状态”表示在其中基本上没有功率流过装置的操作状态。例如，关闭状态可为如下的状态：一个或多个开关装置(例如，SiC MOSFET)在转换器中被操作成使得通过转换器的功率流基本上停止。此外，当外部转换器的输出电压非零时(诸如，例如当外部转换器提供+Vdc或-Vdc输出时)，控制装置可控制内部转换器以达到开启状态。如在本文中使用的那样，用语“开启状态”表示在其中功率可流过装置的操作状态。例如，开启状态可为如下的状态：一个或多个开关装置(例如，SiC MOSFET)在转换器中被操作成使得出现通过转换器的功率流(诸如，通过隔离变压器的功率流)。
在实施例中，可通过标识针对外部转换器的一个或多个栅极命令来确定输出电压。然后可至少部分地基于针对外部转换器的一个或多个栅极命令来控制内部转换器的操作。例如，当针对外部转换器的一个或多个栅极命令包括非零的占空比时，可控制内部转换器以达到开启状态。在另一实施例中，至少部分地基于针对外部转换器的一个或多个命令来控制内部转换器可包括至少部分地基于针对外部转换器的栅极命令的占空比来控制针对内部转换器的栅极命令的占空比。例如，可在脉冲宽度调制(“PWM”)模式下操作外部转换器，以便调节线路电流。当在PWM模式下操作外部转换器时，可将一个或多个栅极命令提供给外部转换器以开启外部转换器，以提供用以产生期望的输出波形的脉冲。各脉冲可包括开启时段和关闭时段。在实施例中，针对内部转换器的栅极命令的占空比可与针对外部转换器的栅极命令的占空比相同。例如，在外部转换器处于PWM模式下且在脉冲的开启时段中操作的时间段期间，可开启内部转换器。此外，在外部转换器处于PWM模式下且在脉冲的关闭时段中操作的时间段期间，可关闭内部转换器。
以此方式，根据本公开的示例性方面的系统和方法可具有通过降低隔离变压器中的芯体损耗来允许更高效地操作利用隔离变压器的DC-AC功率转换器的技术效果。例如，在一些情况下，芯体损耗可降低高达50%。此外，根据本公开的示例性方面的系统和方法可允许通过减少必须从隔离变压器移除的热的量来更容易地满足功率密度和可靠性标准，从而允许降低冷却系统的成本。此外，在DC-AC功率转换器和/或DC-AC逆变器组块的峰值额定功率受隔离变压器的热约束限制的情况下，操作根据本公开的示例性方面的DC-AC功率转换器和/或逆变器组块可允许在满足热约束的同时提高额定功率。因此，可需要更少的DC-AC功率转换器和/或功率转换器中的DC-AC逆变器组块以满足具体的额定功率，这可通过减少系统中的构件的数量来提高功率转换系统的可靠性。
现在参考附图，将更详细地讨论本公开的示例性方面。图1描绘了根据本公开的示例性方面的风力发电系统100，其包括DFIG 120。出于说明和讨论的目的，将参考图1的示例性风力发电系统100来讨论本公开。使用本文中提供的公开的本领域普通技术人员应当理解，本公开的方面也可适用于其它系统(诸如，全功率转换式风力涡轮系统、太阳能功率系统、能量存储系统和其它功率系统)中。
在示例性风力发电系统100中，转子106包括多个转子叶片108，这些转子叶片108联接到旋转毂110并且一起限定螺旋桨。螺旋桨联接到任选的齿轮箱118，齿轮箱118继而联接到发电机120。根据本公开的方面，发电机120是双馈感应发电机(DFIG) 120。
DFIG 120典型地耦合到定子总线154，并且经由转子总线156来耦合到功率转换器162。定子总线提供来自DFIG 120的定子的输出多相功率(例如，三相功率)，并且转子总线156提供DFIG 120的输出多相功率(例如，三相功率)。功率转换器162可为配置成将输出功率提供给电网184和/或从电网184接收功率的双向功率转换器。如显示的那样，DFIG 120经由转子总线156来耦合到转子侧转换器166。转子侧转换器166耦合到线路侧转换器168，线路侧转换器168继而耦合到线路侧总线188。辅助功率馈送装置(未描绘)可耦合到线路侧总线188，以为在风力发电系统100中使用的构件(诸如，风扇、泵、电动机和其它构件)提供功率。
在示例性配置中，转子侧转换器166和/或线路侧转换器168配置成用于将SiCMOSFET和/或IGBT用作开关装置的三相脉冲宽度调制(PWM)布置中的正常操作模式。与常规的IGBT相比，SiC MOSFET可在非常高的频率下开关。例如，SiC MOSFET可在从大致0.01 Hz至10 MHz的频率下开关，其中典型的开关频率为1 KHz至400 KHz，而IGBT可在从大致0.01Hz至200 KHz的频率下开关，其中典型的开关频率为1 KHz至20 KHz。另外，当在一些电压范围中操作时，SiC MOSFET可提供相对于普通MOSFET的优点。例如，在在LV侧上在1200V-1700V下操作的功率转换器中，SiC MOSFET具有比普通MOSFET更低的开关损耗。
在一些实施方式中，如将关于图2和图3而更详细地讨论的那样，转子侧转换器166和/或线路侧转换器168可包括多个转换模块，其各自与多相功率的输出相相关联。转子侧转换器166和线路侧转换器168可经由DC链路126来耦合，DC链路电容器138可跨过DC链路126。
功率转换器162可耦合到控制装置174，以控制转子侧转换器166和线路侧转换器168的操作。应当注意的是，在典型的实施例中，控制装置174配置为功率转换器162与控制系统176之间的接口。
在操作中，在DFIG 120处通过使转子106旋转而产生的功率经由双路径来提供给电网184。双路径由定子总线154和转子总线156限定。在定子总线154侧上，将正弦多相(例如，三相)提供给功率输送点(例如，电网184)。特别地，经由定子总线154来提供的AC功率可为中压(“MV”)AC功率。在转子总线侧156上，将正弦多相(例如，三相)AC功率提供给功率转换器162。特别地，经由转子总线156来提供给功率转换器162的AC功率可为低压(“LV”)AC功率。转子侧功率转换器166使从转子总线156提供的LV AC功率转换成DC功率，并且将DC功率提供给DC链路126。在转子侧功率转换器166的并联桥式电路中使用的开关装置(例如，SiCMOSFET和/或IGBT)可被调制，以使从转子总线156提供的AC功率转换成适合于DC链路126的DC功率。这样的DC功率可为LV DC功率。
在风力发电系统100中，功率转换器162可配置成使LV AC功率转换成MV AC功率。例如，线路侧转换器168可使DC链路126上的LV DC功率转换成适合于电网184的MV AC功率。特别地，在线路侧功率转换器168的桥式电路中使用的开关装置(诸如，SiC MOSFET)可被调制，以使DC链路126上的DC功率转换成线路侧总线188上的AC功率。SiC MOSFET可在比常规的IGBT更高的开关频率下操作。另外，耦合到桥式电路中的一个或多个的一个或多个隔离变压器可配置成使电压升高至MV电压。来自功率转换器162的MV AC功率可与来自DFIG 120的定子的MV功率组合，以提供具有基本上维持于电网184的频率(例如，50 Hz/60 Hz)下的频率的多相功率(例如，三相功率)。以此方式，MV线路侧总线188可耦合到MV定子总线154以提供这样的多相功率。
多种电路断路器和开关(诸如，断路器182、定子同步开关158等)可被包括在风力发电系统100中，以用于在连接到电网184和从电网184断开的期间如对于DFIG 120的正常操作而言必要的那样使多种构件隔离。以此方式，这样的构件可配置成例如当电流过大并且可损坏风力发电系统100的构件时或出于其它操作考虑而使对应的总线连接或断开。额外的保护构件也可被包括在风力发电系统100中。例如，如图1中描绘的那样，可包括多相撬棒(crowbar)电路190，以防止损坏风力发电系统100的电路的过电压状况。
功率转换器162可经由控制装置174来从例如控制系统176接收控制信号。控制信号可尤其基于风力发电系统100的感测到的状况或操作特性。典型地，控制信号提供对功率转换器162的操作的控制。例如，呈DFIG 120的感测到的速度的形式的反馈可用于控制来自转子总线156的输出功率的转换，以维持适当并且平衡的多相(例如，三相)功率供应。来自其它传感器的其它反馈(包括例如定子和转子总线电压和电流反馈)也可被控制装置174用于控制功率转换器162。可使用多种形式的反馈信息来产生开关控制信号(例如，针对开关装置的栅极定时命令)、定子同步控制信号以及电路断路器信号。
现在参考图2，描绘了DC-DC-AC转换器中的构件的拓扑结构。图2描绘了示例性DC-DC-AC逆变器组块206，如图3中描绘的那样，DC-DC-AC逆变器组块206可被包括在线路侧转换器168的转换模块200中。各逆变器组块206可包括多个转换实体。例如，逆变器组块206可包括第一转换实体212、第二转换实体214和第三转换实体216。各转换实体212-216可包括并联耦合的多个桥式电路。例如，转换实体216包括桥式电路218和桥式电路220。如指示的那样，各桥式电路可包括串联耦合的多个开关装置。例如，桥式电路220包括上部开关装置222和下部开关装置224。开关装置可为SiC MOSFET，其可在比常规的IGBT更高的开关频率下操作。另外，开关装置可为常规的IGBT和/或MOSFET。
如显示的那样，逆变器组块206进一步包括隔离变压器226。隔离变压器226可耦合到转换实体212和转换实体214。如显示的那样，逆变器组块206可进一步包括电容器228和230。第一转换实体212、隔离变压器226和第二转换实体214可一起限定内部转换器240。可操作内部转换器240以使来自DC链路126的LV DC功率转换成LV DC功率。在实施例中，内部转换器240可为高频谐振转换器。在谐振转换器配置中，谐振电容器232可被包括在内部转换器240中。在多种实施例中，谐振电容器232可被包括在隔离变压器226的LV侧上(如图2中描绘的那样)、在隔离变压器226的MV侧上(未描绘)，或在隔离变压器226的LV侧和MV侧二者上(未描绘)。在另一实施例中，通过移除谐振电容器232，内部转换器240可为硬开关型转换器。
第三转换实体216也可被称为外部转换器216。外部转换器216可使来自内部转换器的LV DC功率转换成适合于在电网184上使用的LV AC功率。多个逆变器组块可串联连接以构建适合于在MV AC电网上使用的MV AC电压。在典型的应用中，外部转换器216可为硬开关型转换器，并因此不包括谐振电容器。
图3描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性线路侧转换器168。如显示的那样，线路侧转换器168包括转换模块200、转换模块202和转换模块204。转换模块200-204可配置成从转子侧转换器166接收LV DC功率并且使LV DC功率转换成MV AC功率以用于馈送到电网184。各转换模块200-204与三相输出AC功率的单相相关联。特别地，转换模块200与三相输出功率的A相输出相关联，转换模块202与三相输出功率的B相输出相关联，并且转换模块204与三相输出功率的C相输出相关联。
各转换模块200-204包括多个逆变器组块206-210。例如，如显示的那样，转换模块200包括逆变器组块206、逆变器组块208和逆变器组块210。在实施例中，各转换模块200-204可包括任何数量的逆变器组块206-210。线路侧转换器168可为双向功率转换器。线路侧转换器168可配置成使LV DC功率转换成MV AC功率以及反过来。例如，当将功率提供给电网184时，线路侧转换器168可配置成在线路侧转换器168的LV侧上从DC链路126接收LV DC功率并且在线路侧转换器168的MV侧上输出MV AC功率。逆变器组块206-210可在LV侧上并联耦合在一起，并且可在MV侧上串联耦合在一起。
在一个特定的示例性实施方式中，当将功率提供给电网184时，转换实体212可配置成使DC链路126上的LV DC转换成LV AC功率。隔离变压器226可配置成提供隔离。转换实体214可配置成使LV AC功率转换成LV DC功率。转换实体216可配置成使LV DC功率转换成适合于提供给电网184的LV AC功率。多个逆变器组块可在MV侧上串联连接，以共同使DC链路126上的功率的电压升高至MV AC功率。
逆变器组块206-210可配置成促成由转换模块200提供的总体MV AC功率。以此方式，任何适合的数量的逆变器组块都可被包括在转换模块200-204内。如指示的那样，各转换模块200-204与输出功率的单相相关联。以此方式，可使用适合的栅极定时命令(例如，其由一个或多个适合的驱动器电路提供)来控制转换模块200-204的开关装置，以产生将提供给电网的输出功率的适当的相。例如，控制装置174可将适合的栅极定时命令提供给桥式电路的开关装置的栅极。栅极定时命令可控制开关装置的脉冲宽度调制，以提供期望的输出。
将认识到，尽管图3仅描绘了线路侧转换器168，但图2中描绘的转子侧转换器166可包括相同或类似的拓扑结构。特别地，转子侧转换器166可包括如参考线路侧转换器168而描述的具有一个或多个转换实体的多个转换模块。此外，将认识到，线路侧转换器168和转子侧转换器166可包括SiC MOSFET、IGBT开关装置和/或其它适合的开关装置。在其中使用SiC MOSFET来实施转子侧转换器166的实施方式中，转子侧转换器166可耦合到撬棒电路(例如，多相撬棒电路190)，以在某些故障状况期间保护SiC MOSFET免受高转子电流的影响。
现在参考图4，描绘了根据本公开的示例性方面的示例性开关策略。图4描绘了内部转换器命令402和外部转换器占空比命令404。如显示的那样，内部转换器命令402可用于控制如图2中描绘的内部转换器240的操作。例如，当内部转换器命令402包括“开启命令”时，可通过例如将开关命令提供给第一转换实体212和第二转换实体214中的一个或多个SiC MOSFET来控制内部转换器240以达到开启状态，使得功率流过内部转换器240(包括流过隔离变压器226)。当内部转换器命令402包括“关闭命令”时，可通过例如将开关命令提供给第一转换实体212和第二转换实体214中的一个或多个SiC MOSFET来控制内部转换器240以达到关闭状态，使得功率不会流过内部转换器240(包括不会流过隔离变压器226)。以此方式，内部转换器命令402可用于控制功率转换器(诸如，线路侧转换器168)中的内部转换器240的操作。
此外，如在图4中描绘的那样，在外部转换器占空比命令为零的时间段期间，可关闭内部转换器命令402。例如，外部转换器占空比命令404可在+1与-1之间变化。因此，外部转换器占空比命令404可用于通过例如控制来自外部转换器的输出电压来调节线路电流。例如，当外部转换器的输出电压为0 V时，外部转换器占空比命令404可为零。当外部转换器占空比命令404为零时，内部转换器命令402可为关闭命令。以此方式，当输出电压为零或外部转换器占空比命令为零时，内部转换器240可变成关闭状态。当外部转换器占空比命令404非零时，内部转换器命令402可为开启命令，从而控制内部转换器以达到开启状态。以此方式，可控制内部转换器240以达到开启状态，从而仅在功率流过外部转换器216的时间段期间使功率流过隔离变压器226。
现在参考图5，类似地描绘了根据本公开的示例性方面的示例性开关策略。图5描绘了在图4中描绘的开关策略的部分，并且利用相同的参考数字来指代与图4中的元素相同或类似的元素。例如，如在图5中显示的那样，在外部转换器占空比命令404非零的时间段期间，内部转换器命令402可为开启命令。在外部转换器占空比命令404为零的时间段期间，内部转换器命令402可为关闭命令。
现在参考图6，描绘了根据本公开的示例性方面的示例性开关策略。图6描绘了额外的开关策略，并且利用相同的参考数字来指代与图4和图5中的元素相同或类似的元素。外部转换器占空比命令404可用于将一个或多个栅极命令提供给外部转换器216。如显示的那样，在外部转换器216的操作期间，外部转换器占空比命令404可为非零的。例如，可在PWM模式下操作外部转换器216，以便调节线路侧转换器168的线路电流。当在PWM模式下操作时，外部转换器216可提供一系列脉冲，其中，脉冲包括非零电压(即，“开启时段”)和零电压(即，“关闭时段”)。在外部转换器占空比命令404为用以提供脉冲的开启时段的命令的时间段期间，内部转换器命令402可为开启命令。例如，在外部转换器216处于PWM模式下且提供非零电压脉冲(即，开启时段)的时间段期间，可开启内部转换器240。当外部转换器216处于PWM模式下且提供零电压脉冲(即，关闭时段)时，可关闭内部转换器240。
现在大体上参考图4-6，描绘了开关策略以允许确定外部转换器216的输出电压且进一步允许至少部分地基于外部转换器216的输出电压来控制内部转换器240的操作。例如，当外部转换器的输出电压为零伏特时，可控制内部转换器240以达到关闭状态。当外部转换器216的输出电压非零时，可控制内部转换器240以达到开启状态。例如，控制装置和/或控制系统可通过标识针对外部转换器的一个或多个栅极命令来确定外部转换器216的输出电压。此外，可至少部分地基于针对外部转换器216的一个或多个栅极命令来控制内部转换器240。例如，当针对外部转换器的一个或多个栅极命令包括非零占空比时，可控制内部转换器240以达到开启状态。此外，通过至少部分地基于针对外部转换器216的栅极命令的占空比来控制针对内部转换器240的栅极命令的占空比，可至少部分地基于针对外部转换器216的一个或多个栅极命令来控制内部转换器240。例如，针对内部转换器240的栅极命令的占空比可与针对外部转换器216的栅极命令的占空比相同(诸如，例如通过使内部转换器240变成与外部转换器216的PWM模式对应的PWM模式下的开启状态)。以此方式，可控制针对内部转换器240的栅极命令的占空比以匹配针对外部转换器216的栅极命令的占空比。
此外，可在DC-AC转换器(诸如，包括一个或多个碳化硅MOSFET和隔离变压器的DC-DC-AC转换器)中实施根据本公开的示例性方面的系统和方法。此外，根据本公开的示例性方面的系统和方法可用于包括多个逆变器组块(诸如，在图2和图3中描绘的逆变器组块206-210)的DC-AC转换器中。此外，根据本公开的示例性方面的系统和方法可用于多相(例如，三相)功率转换器中，其中，系统和方法适用于由功率转换器转换的功率的各相。
现在参考图7，描绘了根据本公开的示例性方面的用于操作DC-AC转换器的示例性控制方法(700)。DC-AC转换器可包括内部转换器和外部转换器。例如，内部转换器可为内部转换器240，且可包括隔离变压器(诸如，隔离变压器226)和一个或多个碳化硅MOSFET。类似地，外部转换器(诸如，外部转换器216)可包括一个或多个碳化硅MOSFET。例如，内部转换器240和外部转换器216可包括多个桥式电路，其可包括多个碳化硅MOSFET。DC-AC转换器可为例如DC-DC-AC转换器，其可包括多个逆变器组块(诸如，逆变器组块206-210)。DC-AC转换器可为例如风力发电系统100中的线路侧转换器168。
在(702)处，方法(700)可包括确定外部转换器的输出电压。例如，可通过诸如来自配置成测量外部转换器216的输出电压的一个或多个传感器的一个或多个测量到的参数来确定输出电压。另外，可至少部分地基于针对外部转换器的一个或多个栅极命令来确定输出电压。在实施例中，可通过控制系统(其可包括一个或多个控制装置)来确定输出电压。
在(704)处，方法(700)可包括确定输出电压是否为零。如果外部转换器216的输出电压为零，则在(706)处，方法(700)可包括控制内部转换器以达到关闭状态。例如，内部转换器240可被控制成使得通过内部转换器240的功率流基本上为零。如果外部转换器216的输出电压为非零的，则在(708)处，方法(700)可包括控制内部转换器以达到开启状态。例如，可控制内部转换器240以达到开启状态，使得功率流过内部转换器240(包括流过内部转换器240的隔离变压器226)。
在(710)处，方法(700)可包括标识针对外部转换器的一个或多个栅极命令。例如，可通过标识针对外部转换器的一个或多个栅极命令来确定外部转换器的输出电压。此外，可至少部分地基于针对外部转换器的一个或多个栅极命令来控制内部转换器(诸如，内部转换器240)的操作。
例如，在(712)处，方法(700)可包括确定外部转换器的占空比是否为非零的。如果占空比为零，则在(714)处，可控制内部转换器240以达到关闭状态。如果占空比为非零的，则在(716)处，该方法可包括确定外部转换器216是否处于PWM模式下。例如，如果外部转换器未处于PWM模式下，则可控制内部转换器以达到开启状态。例如，如果外部转换器占空比命令404为非零的且外部转换器216未处于PWM模式下，则可控制内部转换器240以达到开启状态，使得功率流过内部转换器240。然而，如果外部转换器240处于PWM模式下，则在(720)处可控制内部转换器240以达到与外部转换器216相同的占空比。例如，针对内部转换器240的栅极命令的占空比可与针对外部转换器216的栅极命令的占空比相同。以此方式，在来自外部转换器216的开启脉冲的时段期间可开启内部转换器240，且在来自外部转换器216的关闭脉冲的时段期间可关闭内部转换器240。
以此方式，控制内部转换器240可至少部分地基于针对外部转换器216的一个或多个栅极命令。此外，可至少部分地基于针对外部转换器216的栅极命令的占空比来控制针对内部转换器240的栅极命令的占空比。例如，针对内部转换器240的栅极命令的占空比可与针对外部转换器216的栅极命令的占空比相同。
图8描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性控制装置800。控制装置800可用作例如风力发电系统100中的控制装置174或控制系统176。控制装置800可包括一个或多个计算装置810。(一个或多个)计算装置810可包括一个或多个处理器810A和一个或多个存储装置810B。一个或多个处理器810A可包括任何适合的处理装置，诸如微处理器、微控制装置、集成电路、逻辑装置和/或其它适合的处理装置。一个或多个存储装置810B可包括一个或多个计算机可读介质，其包括但不限于非暂时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪速驱动器和/或其它存储装置。
一个或多个存储装置810B可存储能够由一个或多个处理器810A存取的信息，该信息包括可由一个或多个处理器810A执行的计算机可读指令810C。指令810C可为在由一个或多个处理器810A执行时使一个或多个处理器810A执行操作的任何指令集。在一些实施例中，指令810C可由一个或多个处理器810A执行以使一个或多个处理器810A执行操作，诸如计算系统800和/或(一个或多个)计算装置810针对其而配置的任何操作和功能、如本文中描述的用于控制DC-AC转换器的操作(例如，方法700)和/或一个或多个计算装置810的任何其它操作或功能。指令810C可为以任何适合的编程语言来编写的软件，或可在硬件中实施。另外和/或备选地，可在(一个或多个)处理器810A上的逻辑上和/或实际上分开的线程中执行指令810C。(一个或多个)存储装置810B可进一步存储可由(一个或多个)处理器810A存取的数据810D。例如，数据810D可包括指示下者的数据：功率流、电流流、实际电压、标称电压和/或本文中描述的任何其它数据和/或信息。
(一个或多个)计算装置810还可包括用于例如与系统800的其它构件通信(例如，经由网络)的网络接口810E。网络接口810E可包括用于与一个或多个网络对接的任何适合的构件，其包括例如发射器、接收器、端口、控制装置、天线和/或其它适合的构件。例如，网络接口810E可配置成与风力发电系统100中的一个或多个传感器(诸如，一个或多个电压传感器)通信。此外，网络接口810可配置成与控制系统(诸如，控制系统176)或控制装置(诸如，控制装置174)通信。
本文中讨论的技术参考基于计算机的系统以及通过基于计算机的系统而采取的动作和发送至和发送自基于计算机的系统的信息。本领域普通技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有灵活性允许在构件之间和之中有许多种可能的配置、组合以及任务和功能的分配。例如，可使用单个计算装置或以组合的形式工作的多个计算装置来实施本文中讨论的过程。数据库、存储器、指令和应用程序可在单个系统上实施或分布在多个系统中。分布式构件可按顺序或并行地操作。
出于说明和讨论的目的，参考包括利用碳化硅MOSFET的功率转换器的DFIG发电系统来讨论本公开。使用本文中提供的公开的本领域普通技术人员将理解，其它发电系统和/或拓扑结构可受益于本公开的示例性方面。例如，本文中公开的接地和保护方案可用于风力发电系统、太阳能发电系统、燃气涡轮发电系统或其它适合的发电系统中。尽管多种实施例的具体特征可在一些附图中显示而不在其它附图中显示，但这仅是为了方便起见。根据本公开的原理，附图的任何特征都可与任何其它附图的任何特征组合来引用和/或要求保护。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法)。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性区别的等同结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于操作DC-AC转换器的控制方法，所述DC-AC转换器包括内部转换器和外部转换器，所述内部转换器包括隔离变压器和第一多个开关装置，所述外部转换器包括第二多个开关装置，所述方法包括：
确定所述外部转换器的输出电压；以及
至少部分地基于所述外部转换器的所述输出电压来将所述内部转换器控制成处于开启状态或关闭状态下。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一多个开关装置或所述第二多个开关装置中的至少一个开关装置包括碳化硅MOSFET。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当所述外部转换器的所述输出电压为零伏特时，至少部分地基于所述外部转换器的所述输出电压来控制所述内部转换器的操作包括将所述内部转换器控制成处于关闭状态下。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当所述外部转换器的所述输出电压非零时，至少部分地基于所述外部转换器的所述输出电压来控制所述内部转换器的操作包括将所述内部转换器控制成处于开启状态下。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，确定所述外部转换器的输出电压包括标识针对所述外部转换器的一个或多个栅极命令；并且
其中，至少部分地基于所述外部转换器的所述输出电压来控制所述内部转换器的操作包括至少部分地基于针对所述外部转换器的所述一个或多个栅极命令来控制所述内部转换器。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，当针对所述外部转换器的所述一个或多个栅极命令包括非零的占空比时，至少部分地基于针对所述外部转换器的所述一个或多个栅极命令来控制所述内部转换器包括控制所述内部转换器以达到开启状态。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，至少部分地基于针对所述外部转换器的所述一个或多个栅极命令来控制所述内部转换器包括至少部分地基于针对所述外部转换器的栅极命令的占空比来控制针对所述内部转换器的栅极命令的所述占空比。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，针对所述内部转换器的栅极命令的所述占空比与针对所述外部转换器的栅极命令的所述占空比相同。
9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述内部转换器进一步包括第一转换实体和第二转换实体；
其中，所述第一转换实体为DC-AC转换实体；
其中，所述第二转换实体为AC-DC转换实体；并且
其中，所述隔离变压器耦合在所述第一转换实体与所述第二转换实体之间。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述外部转换器包括第三转换实体；并且
其中，所述第三转换实体为DC-AC转换实体。
11.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述DC-AC转换器包括多个DC-DC-AC逆变器组块。
12.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述DC-AC转换器包括多相DC-AC转换器；并且
其中，针对由所述多相DC-AC转换器转换的多相功率的各相来执行所述控制方法。
13.一种功率转换系统，其包括：
DC-AC转换器，其包括内部转换器和外部转换器，所述内部转换器包括隔离变压器和第一多个开关装置，所述外部转换器包括第二多个开关装置；以及
控制系统，其配置成控制所述DC-AC转换器的操作；
其中，所述控制系统配置成：
确定所述外部转换器的输出电压；并且
至少部分地基于所述外部转换器的所述输出电压来将所述内部转换器控制成处于开启状态或关闭状态下。
14.根据权利要求14所述的功率转换系统，其特征在于，当所述外部转换器的所述输出电压为零伏特时，所述控制系统配置成控制所述内部转换器以达到关闭状态。
15.根据权利要求14所述的功率转换系统，其特征在于，当所述外部转换器的所述输出电压非零时，所述控制系统配置成控制所述内部转换器以达到开启状态。
16.根据权利要求14所述的功率转换系统，其特征在于，所述控制系统配置成通过标识针对所述外部转换器的一个或多个栅极命令来确定所述外部转换器的输出电压；并且
其中，所述控制系统配置成至少部分地基于针对所述外部转换器的所述一个或多个栅极命令来控制所述内部转换器。
17.根据权利要求16所述的功率转换器系统，其特征在于，当针对所述外部转换器的所述一个或多个栅极命令包括非零的占空比时，所述控制系统配置成控制所述内部转换器以达到开启状态。
18.根据权利要求16所述的功率转换系统，其特征在于，所述控制系统配置成至少部分地基于针对所述外部转换器的栅极命令的占空比来控制所述内部转换器。
19.根据权利要求18所述的功率转换系统，其特征在于，所述控制系统配置成控制针对所述内部转换器的栅极命令的所述占空比以匹配针对所述外部转换器的栅极命令的所述占空比。
20.一种风力发电系统，其包括：
风力发电机，其配置成产生AC功率；
AC-DC转换器，其耦合到所述风力发电机，所述AC-DC转换器配置成使来自所述风力发电机的所述AC功率转换成DC功率；
DC链路，其耦合到所述AC-DC转换器，所述DC链路配置成从所述AC-DC转换器接收DC功率；
DC-AC转换器，其耦合到所述DC链路，所述DC-AC转换器配置成从所述DC链路接收DC功率；所述DC-AC转换器包括内部转换器和外部转换器，所述内部转换器包括隔离变压器和第一多个开关装置，所述外部转换器包括第二多个开关装置，所述第一多个开关装置或所述第二多个开关装置中的至少一个开关装置包括碳化硅MOSFET；以及
控制系统，其配置成控制所述DC-AC转换器的操作；
其中，所述控制系统配置成：
确定所述外部转换器的输出电压；并且
至少部分地基于所述外部转换器的所述输出电压来将所述内部转换器控制成处于开启状态或关闭状态下；
其中，当所述外部转换器的所述输出电压为零伏特时，所述控制系统配置成控制所述内部转换器以达到关闭状态；并且
其中，当所述外部转换器的所述输出电压非零时，所述控制系统配置成控制所述内部转换器以达到开启状态。
CN201880018557.4A 2017-01-13 2018-01-09 用于提高功率转换器的效率的开关策略 Active CN110679072B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/405712 2017-01-13
US15/405,712 US10205399B2 (en) 2017-01-13 2017-01-13 Switching strategy for increased efficiency of power converters
PCT/US2018/012861 WO2018132342A1 (en) 2017-01-13 2018-01-09 Switching strategy for increased efficiency of power converters

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110679072A true CN110679072A (zh) 2020-01-10
CN110679072B CN110679072B (zh) 2021-09-24

Family

ID=62838467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880018557.4A Active CN110679072B (zh) 2017-01-13 2018-01-09 用于提高功率转换器的效率的开关策略

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10205399B2 (zh)
EP (1) EP3568907B1 (zh)
CN (1) CN110679072B (zh)
DK (1) DK3568907T3 (zh)
ES (1) ES2901879T3 (zh)
WO (1) WO2018132342A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3563477A1 (en) * 2016-12-27 2019-11-06 Vestas Wind Systems A/S Control system for modular multilevel converter
US20180187652A1 (en) * 2017-01-05 2018-07-05 General Electric Company Power Converter for Full Conversion Wind Turbine Systems
US10569301B2 (en) * 2017-06-23 2020-02-25 Ulc Robotics, Inc. Power supply for electromagnetic acoustic transducer (EMAT) sensors
CN107809184A (zh) * 2017-11-29 2018-03-16 苏州博思得电气有限公司 一种脉冲电压发生装置、方法及控制器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101577521A (zh) * 2008-05-09 2009-11-11 株式会社日立制作所 风力发电系统
US20100014325A1 (en) * 2008-07-15 2010-01-21 General Electric Company Ac-ac converter with high frequency link
US20150078049A1 (en) * 2013-09-17 2015-03-19 Snu R&Db Foundation Electric power conversion apparatus
CN105934874A (zh) * 2014-01-10 2016-09-07 住友电气工业株式会社 电力转换装置和三相交流电源装置

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5638263A (en) 1994-03-01 1997-06-10 Halmar Robicon Group Low and medium voltage PWM AC/DC power conversion method and apparatus
EP0780750B1 (en) * 1995-12-20 2002-03-27 Sharp Kabushiki Kaisha Inverter control method and inverter apparatus using the method
US5986909A (en) 1998-05-21 1999-11-16 Robicon Corporation Multiphase power supply with plural series connected cells and failed cell bypass
US6697271B2 (en) 2000-08-16 2004-02-24 Northrop Grumman Corporation Cascaded multi-level H-bridge drive
JP2005073362A (ja) * 2003-08-22 2005-03-17 Rikogaku Shinkokai 電力変換装置、モータドライブ装置、ｂｔｂシステムおよび系統連系インバータシステム
JP4670582B2 (ja) 2005-10-19 2011-04-13 株式会社豊田自動織機 双方向絶縁型ｄｃ／ａｃインバータ
JP4195048B2 (ja) * 2006-07-28 2008-12-10 Ｔｄｋ株式会社 インバータ装置
US7568931B2 (en) 2006-09-28 2009-08-04 Siemens Energy & Automation, Inc. Integrated power cell bypass assembly and power supply including same
US8008923B2 (en) 2006-09-28 2011-08-30 Siemens Industry, Inc. Method for bypassing a power cell of a power supply
US8441147B2 (en) 2006-09-28 2013-05-14 Siemens Industry, Inc. Device and system for bypassing a power cell of a power supply
US8093764B2 (en) 2007-09-13 2012-01-10 Siemens Industry, Inc. Method and system for bypassing a power cell of a power supply
US7800254B2 (en) 2006-09-28 2010-09-21 Siemens Industry, Inc. System for bypassing a power cell of a power supply
JP5215554B2 (ja) * 2006-12-14 2013-06-19 株式会社日立製作所 風力発電装置、及び電力変換装置
JP2008301584A (ja) * 2007-05-30 2008-12-11 Hitachi Ltd 風力発電システムおよび電力変換器の制御方法
JP2008306776A (ja) * 2007-06-05 2008-12-18 Hitachi Ltd 風力発電システムおよびその制御方法
KR100907099B1 (ko) * 2007-10-18 2009-07-09 주식회사 플라스포 병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템
US8207812B2 (en) 2008-01-09 2012-06-26 Siemens Industry, Inc. System for isolating a medium voltage
JP4845904B2 (ja) * 2008-02-08 2011-12-28 株式会社日立製作所 風力発電システム
US7936083B2 (en) 2008-05-08 2011-05-03 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for multiple source power conversion
TWI373907B (en) * 2009-03-09 2012-10-01 Delta Electronics Inc Power conversion circuit and portable power supply device thereof
EP2234237A1 (en) 2009-03-26 2010-09-29 ABB Research Ltd. Method for controlling single-phase DC/AC converters and converter arrangement
EP2290799A1 (en) 2009-08-25 2011-03-02 Converteam Technology Ltd Bi-directional multilevel AC-DC converter arrangements
CN103155335A (zh) 2010-10-01 2013-06-12 三星Sdi株式会社 用于能量存储系统的功率转换系统及其控制方法
CN103460589A (zh) * 2011-03-29 2013-12-18 索尼公司 Ac联接逆变器、系统及方法
US9478981B2 (en) * 2012-09-26 2016-10-25 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery system having identifiers and energy storage system including the same
US8988860B2 (en) 2012-11-29 2015-03-24 Siemens Aktiengesellschaft Power supplies having power electronic modules and replacement methods thereof
JP6070263B2 (ja) * 2013-02-26 2017-02-01 住友電気工業株式会社 Ｄｃ−ａｃ変換装置及び制御回路
US20150070939A1 (en) * 2013-09-06 2015-03-12 General Electric Company Electric power conversion system and method of operating the same
US9277683B2 (en) 2013-09-19 2016-03-01 Siemens Aktiengesellschaft Liquid cooled electronic modules and methods for replacing the same
ES2935923T3 (es) 2014-07-17 2023-03-13 Abb Schweiz Ag Sistema convertidor de potencia para fuentes de energía renovables
CN105826917B (zh) * 2015-01-04 2019-10-08 通用电气公司 功率转换系统及其控制方法以及风力涡轮机发电系统
JP6488194B2 (ja) 2015-05-26 2019-03-20 株式会社日立製作所 電源装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101577521A (zh) * 2008-05-09 2009-11-11 株式会社日立制作所 风力发电系统
US20100014325A1 (en) * 2008-07-15 2010-01-21 General Electric Company Ac-ac converter with high frequency link
US20150078049A1 (en) * 2013-09-17 2015-03-19 Snu R&Db Foundation Electric power conversion apparatus
CN105934874A (zh) * 2014-01-10 2016-09-07 住友电气工业株式会社 电力转换装置和三相交流电源装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110679072B (zh) 2021-09-24
WO2018132342A1 (en) 2018-07-19
US10205399B2 (en) 2019-02-12
EP3568907A1 (en) 2019-11-20
US20180205335A1 (en) 2018-07-19
EP3568907A4 (en) 2020-07-15
EP3568907B1 (en) 2021-09-01
DK3568907T3 (da) 2021-12-06
ES2901879T3 (es) 2022-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110679072B (zh) 用于提高功率转换器的效率的开关策略
CN110476346B (zh) 用于功率转换器的轮换开关策略
EP2709266A2 (en) Voltage control in a doubly-fed induction generator wind turbine system
EP2811157A1 (en) Methods for operating wind turbine system having dynamic brake
CN110352553B (zh) 用于隔离型逆变器组块的冗余的保护
US9018783B2 (en) Doubly-fed induction generator wind turbine system having solid-state stator switch
US20200158085A1 (en) Power converter for full conversion wind turbine systems
US10148205B2 (en) Control method for power converters with inverter blocks with silicon carbide MOSFETs
US20180191236A1 (en) Filter Device for Power Converters with Silicon Carbide Mosfets
EP3566294B1 (en) Power converter for doubly fed induction generator wind turbine systems
CN110352549B (zh) 具有碳化硅mosfet的功率转换器的接地故障隔离
CN110352550B (zh) 用于具有碳化硅mosfet的功率转换器的接地方法
CN112292804A (zh) 具有带有碳化硅mosfet的逆变器块的功率转换器的控制方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240112

Address after: Barcelona, Spain

Patentee after: Ge renewable energy Spain Ltd.

Address before: New York, United States

Patentee before: General Electric Co.