CN114094857A - 用于有源中性点箝位功率转换组合件的撬棒模块 - Google Patents

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Abstract

一种用于操作连接到功率电网的电功率系统的多电平桥式功率转换器的方法包括经由功率转换器的控制器接收在功率电网或电功率系统中发生的瞬变事件的指示。所述功率转换器具有布置在有源中性点箝位拓扑中的多个开关装置。因此，在接收指示时，所述方法包括激活在功率转换器的控制器中编程的撬棒算法，以将由功率转换器接收的电流分叉到由多个开关装置限定的多个不同的电流路径中。

Description

用于有源中性点箝位功率转换组合件的撬棒模块
技术领域
本公开一般涉及电功率系统，并且更特别地涉及用于电功率系统的有源中性点箝位（ANPC）功率转换器的撬棒（crowbar）模块。
背景技术
风力涡轮作为可再生能源已经受到越来越多的关注。风力涡轮使用风来发电。风使连接到转子的多个叶片转动。由风引起的叶片的旋转使该转子的轴旋转，该转子的轴连接到发电的发电机。某些风力涡轮包括双馈感应发电机（DFIG），其用来将风能转换为适于到电力网的输出的电功率。DFIG通常连接到调节DFIG和电网之间的电功率流的转换器。更特别地，转换器允许风力涡轮以电网频率输出电功率，而不管风力涡轮叶片的旋转速度。
典型的DFIG系统包括具有转子和定子的风驱动的DFIG。DFIG的定子通过定子母线耦合到电力网。功率转换器用于将DFIG的转子耦合到电力网。该功率转换器可以是包括转子侧转换器和线路侧转换器两者的两级功率转换器。该转子侧转换器可以经由转子母线从该转子接收交流（AC）功率并且可以将该AC功率转换成DC功率。线路侧转换器然后可以将DC功率转换成具有适当输出频率（例如电网频率）的AC功率。AC功率经由线路母线提供给电力网。辅助功率馈送装置（feed）可以耦合到线路母线，以便为风力涡轮系统中使用的组件（例如风扇、泵、马达和风力涡轮系统的其它组件）提供功率。
在某些条件（例如，瞬变功率条件）下，暂时存在转子与电网连接之间的高功率失配，并且电压瞬变被放大，使得DC链路电压电平可以增加到高于正常允许或额定电平。为了在这样的过大功率电平条件期间吸收或偏转（deflect）功率，已知的系统利用在转子转换器和DFIG的转子端子之间的快速（fast acting）短路部件，例如撬棒电路。在操作中，这些短路装置在转子端子处提供短路以防止多余的功率流到转子换流器。
虽然经由撬棒电路耗散来自瞬变事件的多余能量将降低DC链路电压，但是也产生大的电流瞬变，其加压力于功率转换器的开关装置。该压力通常是持续时间和电流幅度的函数。因此，如果瞬变事件持续太长时间或太严重，那么不可能避免超过耗散装置的电流额定值太长时间，或耗散如此慢以致于超过电压额定值。
因此，本发明针对解决上述问题的功率转换组合件。特别地，本公开针对一种具有交流（AC）端子的有源中性点箝位三电平功率转换组合件，所述交流（AC）端子经由两组中间点开关装置而被短路。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者从描述中可以是明显的，或者可以通过本发明的实践来学习。
在一个方面中，本公开针对一种用于操作连接到功率电网的电功率系统的多电平桥式功率转换器的方法。该功率转换器包括经由DC链路耦合到第二转换器的第一转换器。所述功率转换器具有布置在有源中性点箝位拓扑中的多个开关装置。所述方法包括经由功率转换器的控制器接收在功率电网或电功率系统中发生的瞬变事件的指示。在接收所述指示时，所述方法包括激活在功率转换器的控制器中编程的撬棒算法，以将由功率转换器接收的电流分叉（bifurcate）到由多个开关装置限定的多个不同的电流路径中。
在实施例中，多个开关装置可以至少包括第一组中间点开关装置和第二组中间点开关装置。在特定实施例中，多个开关装置可以包括绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。
在另外的实施例中，激活在功率转换器的控制器中编程的撬棒算法以将由功率转换器接收的电流分叉到由多个开关装置限定的多个电流路径中可以包括：引导电流通过由第一组中间点开关装置限定的第一电流路径；监测第一组中间点开关装置的温度；将所述温度与温度阈值进行比较；并且当所述温度超过所述温度阈值时，引导所述电流通过由第二组中间点开关装置限定的第二电流路径。在某些实施例中，第一电流路径和第二电流路径各自包括多个开关装置中的不同的开关装置。
在另一实施例中，所述方法可包括基于所述温度开关在所述第一组中间点开关装置与所述第二组中间点开关装置之间的电流的引导。
在实施例中，该方法还可以包括经由所述控制器根据一个或多个电气条件、物理参数或时间来生成第一组中间点开关装置和第二组中间点开关装置的模型，并且使用所述模型来确定第一组中间点开关装置或第二组中间点开关装置的温度。
在另外的实施例中，所述方法可以包括经由一个或多个传感器监测第一组中间点开关装置或第二组中间点开关装置的温度。
在备选实施例中，激活在功率转换器的控制器中编程的撬棒算法以将由功率转换器接收的电流分叉到由多个开关装置限定的多个电流路径中可以包括同时引导电流通过由第一组中间点开关装置限定的第一电流路径和由第二组中间点开关装置限定的第二电流路径。
在特定实施例中，多电平桥式功率转换器至少可以是三电平桥式功率转换器或更高电平桥式功率转换器。此外，在实施例中，所述电功率系统可以是风力涡轮功率系统、太阳能功率系统、能量存储功率系统或其组合。
在另一方面中，本公开针对一种电功率系统。所述电功率系统包括具有转子和定子的双馈感应发电机。所述定子向定子母线提供AC功率。所述电功率系统还包括耦合到所述双馈感应发电机的转子的多电平桥式功率转换器。所述功率转换器包括经由DC链路耦合到第二转换器的第一转换器。所述功率转换器包括布置在有源中性点箝位拓扑中的多个开关装置。此外，所述电功率系统包括控制器，所述控制器被配置成实现包括多个操作的撬棒算法，所述多个操作包括但不限于接收在功率电网或电功率系统中发生的瞬变事件的指示，并且在接收所述指示时，激活在功率转换器中编程的撬棒算法，以将由功率转换器接收的电流分叉到由多个开关装置限定的多个电流路径中。应当理解，电功率系统可以进一步包括本文描述的附加特征中的任何特征。
本发明提供一组技术方案，如下。
技术方案1. 一种用于操作连接到功率电网的电功率系统的多电平桥式功率转换器的方法，所述功率转换器包括经由DC链路耦合到第二转换器的第一转换器，所述功率转换器具有布置在有源中性点箝位拓扑中的多个开关装置，所述方法包括：
经由所述功率转换器的控制器接收在所述功率电网或所述电功率系统中发生的瞬变事件的指示；以及
在接收所述指示时，激活在所述功率转换器的所述控制器中编程的撬棒算法，以将由所述功率转换器接收的电流分叉到由多个开关装置限定的多个不同的电流路径中。
技术方案2. 如技术方案1所述的方法，其中，所述多个开关装置至少包括第一组中间点开关装置和第二组中间点开关装置。
技术方案3. 如技术方案1所述的方法，其中，所述多个开关装置包括绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。
技术方案4. 如技术方案2所述的方法，其中，激活在所述功率转换器的所述控制器中编程的撬棒算法以将由所述功率转换器接收的所述电流分叉到由多个开关装置限定的多个电流路径中进一步包括：
引导所述电流通过由所述第一组中间点开关装置限定的第一电流路径；
监测所述第一组中间点开关装置的温度；
将所述温度与温度阈值进行比较；以及
当所述温度超过所述温度阈值时，引导所述电流通过由所述第二组中间点开关装置限定的第二电流路径。
技术方案5. 如技术方案4所述的方法，其中，所述第一电流路径和所述第二电流路径各自包括所述多个开关装置中的不同的开关装置。
技术方案6. 如技术方案4所述的方法，进一步包括基于所述温度开关在所述第一组中间点开关装置和所述第二组中间点开关装置之间的所述电流的引导。
技术方案7. 如技术方案4所述的方法，进一步包括：
经由所述控制器根据一个或多个电气条件、物理参数或时间生成所述第一组中间点开关装置和所述第二组中间点开关装置的模型；以及
使用所述模型确定所述第一组中间点开关装置或所述第二组中间点开关装置的所述温度。
技术方案8. 如技术方案4所述的方法，进一步包括经由一个或多个传感器监测所述第一组中间点开关装置或所述第二组中间点开关装置的所述温度。
技术方案9. 如技术方案2所述的方法，其中，激活在所述功率转换器的所述控制器中编程的撬棒算法以将由所述功率转换器接收的所述电流分叉到由多个开关装置限定的多个电流路径中进一步包括：
同时引导所述电流通过由所述第一组中间点开关装置限定的第一电流路径和由所述第二组中间点开关装置限定的第二电流路径。
技术方案10. 如技术方案1所述的方法，其中，所述多电平桥式功率转换器至少包括三电平桥式功率转换器。
技术方案11. 如技术方案1所述的方法，其中，所述电功率系统包括风力涡轮功率系统、太阳能功率系统、能量存储功率系统或其组合。
技术方案12. 一种电功率系统，包括：
双馈感应发电机，所述双馈感应发电机具有转子和定子，所述定子向定子母线提供AC功率；
多电平桥式功率转换器，所述多电平桥式功率转换器耦合到所述双馈感应发电机的所述转子，所述功率转换器包括经由DC链路耦合到第二转换器的第一转换器，所述第一转换器或所述第二转换器中的至少一个包括布置在有源中性点箝位拓扑中的多个开关装置；
控制器，所述控制器通信地耦合到所述功率转换器，所述控制器包括至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置成实现包括多个操作的撬棒算法，所述多个操作包括：
接收在所述功率电网或所述电功率系统中发生的瞬变事件的指示；以及
在接收所述指示时，将由所述功率转换器接收的电流分叉到由所述多个开关装置限定的多个不同的电流路径中。
技术方案13. 如技术方案12所述的电功率系统，其中，所述多个开关装置至少包括第一组中间点开关装置和第二组中间点开关装置。
技术方案14. 如技术方案13所述的电功率系统，其中，将由所述功率转换器接收的所述电流分叉到由所述多个开关装置限定的所述多个不同的电流路径中进一步包括：
引导所述电流通过由所述第一组中间点开关装置限定的第一电流路径；
监测所述第一组中间点开关装置的温度；
将所述温度与温度阈值进行比较；以及
当所述温度超过所述温度阈值时，引导所述电流通过由所述第二组中间点开关装置限定的第二电流路径。
技术方案15. 如技术方案14所述的电功率系统，其中，所述第一电流路径和所述第二电流路径各自包括所述多个开关装置中的不同的开关装置。
技术方案16. 如技术方案14所述的电功率系统，其中，将由所述功率转换器接收的所述电流分叉到由所述多个开关装置限定的所述多个不同的电流路径中进一步包括基于所述温度开关在所述第一组中间点开关装置和所述第二组中间点开关装置之间的所述电流的引导。
技术方案17. 如技术方案14所述的电功率系统，其中，所述多个操作进一步包括：
根据一个或多个电气条件、物理参数或时间生成所述第一组中间点开关装置和所述第二组中间点开关装置的模型；以及
使用所述模型确定所述第一组中间点开关装置或所述第二组中间点开关装置的所述温度。
技术方案18. 如技术方案14所述的电功率系统，其中，所述多个操作进一步包括经由一个或多个传感器监测所述第一组中间点开关装置或所述第二组中间点开关装置的所述温度。
技术方案19. 如技术方案12所述的电功率系统，其中，所述多电平桥式功率转换器至少包括三电平桥式功率转换器。
参考以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述本发明(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，其中：
图1图示根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图2图示根据本公开的DFIG风力涡轮系统的一个实施例的示意图；
图3图示根据本公开的功率转换器的开关支路的单相主电路的一个实施例的示意图；
图4图示根据本公开的用于操作连接到功率电网的电功率系统的多电平桥式功率转换器的方法的一个实施例的流程图；
图5图示根据本公开的进入（enter）和离开（exit）功率转换器的端子的多相电流的正弦图表；
图6A-6C图示根据本公开的用于功率转换器的开关支路的三相电路的第一电流路径的一个实施例的示意图；以及
图7A-7C图示根据本公开的用于功率转换器的开关支路的三相电路的第二电流路径的一个实施例的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中图示。每个示例通过本发明的解释而非本发明的限制的方式提供。实际上，对于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，可以在本发明中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分图示或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，意图的是，本发明涵盖如归入所附权利要求及其等同体的范围内的这样的修改和变型。
通常，本主题针对用于保护功率转换组合件免受过电压瞬变的系统和方法。特别地，电网瞬变可在双馈感应发电机（DFIG）转子电路系统上产生过电压事件。撬棒电路通常是指将系统的三相连接在一起的电路，其防止能量保留在DC结构中，该能量将超过电容器和晶体管的电压额定值。因此，本公开利用有源中性点箝位三电平功率转换配置，其中AC端子经由两组中间点IGBT被短路。通过使用这种算法和拓扑，可以将高瞬变电流维持更长的持续时间，从而允许硬件耐受更严重的瞬变。此外，通过分散耗散电流，撬棒可以在损坏装置之前维持更长周期。
应当领会，通过配置如本文所述的功率转换器可以提供许多优点。特别地，本公开的系统和方法可以应用于许多电功率系统，例如风力涡轮功率系统、太阳能功率系统、能量存储功率系统或其组合。此外，通过如本文所述的那样耗散电流，压力负载可以跨更多个装置传播，这允许系统吸收更苛刻的瞬变。用来耐受更苛刻的瞬变的能力允许功率转换器的端子处的增加的短路电流电势。因此，对于在端子处增加的短路电流的能力允许在功率转换器的发电机侧上使用更有效的电机和更少的滤波。
现在参考附图，图1图示风力涡轮100的一个实施例的透视图。如所示，风力涡轮100通常包括从支撑表面104延伸的塔架102，安装在塔架102上的机舱106，以及耦合到机舱106的转子108。转子108包括可旋转的毂110和耦合到毂110并从毂110向外延伸的至少一个转子叶片112。例如，在所图示的实施例中，转子108包括三个转子叶片112。然而，在备选实施例中，转子108可以包括多于或少于三个转子叶片112。每个转子叶片112可以围绕毂110间隔开，以促进使转子108旋转，以便使动能能够从风转化成可用的机械能，并且随后转化成电能。例如，如将在下面描述的，转子108可以可旋转地耦合到发电机220（图2）以允许产生电能。
现在参考图2，根据本主题的方面图示DFIG风力涡轮系统200的一个实施例的示意图。应当领会，通常在本文中将参照图2中所示的系统200来描述本主题。然而，使用本文提供的公开，本领域普通技术人员应当理解，本公开的方面也可可适用于其它功率生成系统中。
如所示，风力涡轮100的转子108可以可选地耦合至齿轮箱218，该齿轮箱进而耦合至发电机220。根据本公开的方面，发电机220是双馈感应发电机（DFIG）。例如，如所示，DFIG220可耦合到定子母线254并且经由转子母线256耦合到功率转换器262。定子母线254可从DFIG 220的定子提供输出多相功率（例如三相功率），并且转子母线256可从DFIG 220的转子提供输出多相功率（例如三相功率）。如图5中所示，功率转换器262包括转子侧转换器266和线路侧转换器268。DFIG 220可以经由转子母线256耦合到转子侧转换器266。另外，转子侧转换器266可耦合到线路侧转换器268，该线路侧转换器268又可耦合到线路侧母线288。在特定实施例中，功率转换器262可以是多电平桥式功率转换器，例如三电平桥式功率转换器或更高电平桥式功率转换器。如本文所述，三电平转换器是具有三个直流（DC）极的转换器。除了正DC极和负DC极之外，这样的转换器还具有中性DC极。
在若干实施例中，转子侧转换器266和线路侧转换器268可以被配置用于使用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）开关元件的三相脉宽调制（PWM）布置中的正常操作模式，如将关于图3更详细地讨论的。转子侧转换器266和线路侧转换器268可以经由DC链路126耦合，跨所述DC链路126的是DC链路电容器238。
另外，功率转换器262可以耦合到控制器274以控制转子侧转换器266和线路侧转换器268的操作。应当注意，在若干实施例中，控制器124可以被配置为功率转换器262和控制系统276之间的接口。控制器274可以包括任何数目的控制装置。在一个实施例中，控制器274可以包括处理装置（例如，微处理器、微控制器等），其执行在计算机可读介质中存储的计算机可读指令。指令当由处理装置执行时可以使处理装置执行操作，其包括向功率转换器262的开关元件和/或短路装置提供控制命令。
在典型的配置中，还可以包括各种线路接触器和电路断路器（包括例如电网断路器282），以用于在连接到电力网284和从电力网284断开的期间根据需要为DFIG 220的正常操作隔离各种部件。例如，系统电路断路器278可以将系统母线260耦合到变压器280，该变压器280可以经由电网断路器282耦合到电力网284。在备选实施例中，熔丝可以代替电路断路器中的一些或全部。
在操作中，通过使转子108旋转而在DFIG 220处生成的交流功率经由双路径提供给电力网284。双路径由定子母线254和转子母线256限定。在转子母线侧256上，向功率转换器262提供正弦多相（例如三相）交流（AC）功率。转子侧功率转换器266将从转子母线256提供的AC功率转换为直流（DC）功率，并将DC功率提供给DC链路236。如通常所理解的，在转子侧功率转换器266的桥式电路中使用的开关元件（例如IGBT）可以被调制以将从转子母线256提供的AC功率转换为适合于DC链路236的DC功率。
另外，线路侧转换器268将DC链路126上的DC功率转换为适合于电力网124的AC输出功率。特别地，线路侧功率转换器268的桥式电路中使用的开关元件（例如IGBT）可以被调制以将DC链路236上的DC功率转换为线路侧母线288上的AC功率。来自功率转换器262的AC功率可以与来自DFIG 220的定子的功率组合以提供多相功率（例如三相功率），该多相功率具有基本上维持在电力网284的频率（例如50 Hz或60 Hz）的频率。
另外，各种电路断路器和开关（例如电网断路器282、系统断路器278、定子同步开关258、转换器断路器286和线路接触器272）可以包括在系统200中以连接或断开对应的母线，例如，当电流流动过度并且可能损坏风力涡轮系统100的组件或出于其它操作上的考虑时。在风力涡轮系统200中还可以包括附加的保护组件，例如下面描述的撬棒电路。
此外，功率转换器262可以经由控制器274从例如控制系统276接收控制信号。控制信号除了别的以外还可以基于风力涡轮系统200的感测到的条件或操作特性。通常，控制信号提供对功率转换器262的操作的控制。例如，以DFIG 220的感测到的速度的形式的反馈可用于控制来自转子母线256的输出功率的转换，以保持适当和平衡的多相（例如三相）功率供应。通过控制器274还可以使用来自其它传感器的其它反馈来控制功率转换器262，包括例如定子和转子母线电压和电流反馈。使用各种形式的反馈信息，可以生成开关控制信号（例如用于IGBT的栅极定时命令）、短路控制信号、定子同步控制信号和电路断路器信号。
现在参考图3，根据本主题的方面图示图2中所示的功率转换器262的开关支路的单相主电路210的示意图。如所示，开关支路可以是转子侧转换器266或线路侧转换器268的一部分。此外，如所示，主电路210具有有源中性点箝位拓扑。如本文所述，有源中性点箝位拓扑通常是指具有六个二极管214（例如，D1至D6）和六个可控半导体开关212（例如，S1至S6）的拓扑。更特别地，如图3中所示，开关装置212可以至少包括第一组中间点开关装置216和第二组中间点开关装置217。像图3中的转换器一样，包括一个或多个开关支路的转换器可以作为整流器或作为逆变器操作。此外，应当理解，转子母线256或定子母线288的每相可以耦合到具有与主电路210相同的拓扑的电路。
此外，如所示，主电路210包括耦合在一起的多个开关元件212（例如，IGBT）。二极管214也可与IGBT 212中的每一个并行耦合。线路侧转换器268和转子侧转换器266例如通过使用合适的驱动器电路向IGBT 212的栅极提供控制命令而被控制。例如，在实施例中，控制器274可以向主电路210的IGBT 212的栅极提供合适的栅极定时命令。因此，控制命令可以控制IGBT的脉冲宽度调制以提供期望的输出。在一个实施例中，可以根据基本上非交错的开关模式来控制主电路210，使得主电路210的开关元件彼此同相开关。在其它实施例中，可以根据任何其它合适的开关模式来控制主电路210。由本领域的普通技术人员将领会，可以使用其它合适的开关元件来代替IGBT。
另外，如图3中所示，多个转子电感器240可以与转子侧转换器266的多个桥式电路中的每个桥式电路的桥式输出串行耦合。特别地，在桥式输出并行在一起以提供并行桥式电路之前，转子电感器240可以与桥式电路的桥式输出串行耦合。结果，转子电感器240有效地耦合在并行桥式电路之间。转子电感器240通常可以是任何合适的电感元件，例如包括铁芯和/或导体的线圈的元件。例如，转子电感器240可以与多截线路一样简单，其自然地包括电感和电阻。
此外，如图2和图3中所示，功率转换器262还可以包括撬棒模块242，该撬棒模块242被配置成提供短路以防止多余的功率流到功率转换器262。特别地，撬棒模块242可以与本文描述的有源中性点箝位功率转换器262一起使用。还应当理解，撬棒模块242可以是转换器控制器274、涡轮控制器276的一部分，或者可以是单独的控制模块。此外，如图2和图3中所示，撬棒模块242是具有控制器的单独的模块，该控制器具有至少一个处理器290，该至少一个处理器290通信地耦合到转换器控制器274和/或涡轮控制器276。备选地，如所述，撬棒模块242可以是转换器控制器274和/或涡轮控制器276的一部分，使得不需要附加的硬件。
更特别地，现在参考图4，根据本主题的方面图示用于操作多电平桥式功率转换器的方法300的一个实施例的流程图。通常，方法300将在本文中描述为使用诸如以上参考图2和图3描述的DFIG风力涡轮系统200之类的风力涡轮系统来实现。然而，应当领会，所公开的方法300可以使用任何其它合适的功率生成系统来实现，所述任何其它合适的功率生成系统被配置成向负载提供用于应用的功率。另外，尽管为了说明和讨论的目的，图4描绘了以特定顺序执行的步骤，但是本文描述的方法不限于任何特定的顺序或布置。使用本文所提供的公开，本领域的技术人员将领会，可以以各种方式省略、重新布置、组合和/或适配所述方法的各种步骤。
如在（302）处所示，方法300还包括经由控制器接收在功率电网或电功率系统中发生的瞬变事件的指示。在接收该指示时，如在（304）处所示，方法300包括激活控制器的撬棒算法292，以将由功率转换器262接收的电流分叉到由功率转换器262的多个开关装置限定的多个电流路径中。例如，在实施例中，如图5-7C中所示，一旦被激活，撬棒算法292就可以被配置成引导电流至少通过由第一组中间点开关装置216限定的第一电流路径。特别地，图5图示用于三相（即，相A，相B和相C）的正弦电流的图表，其中正电流值指示电流进入桥，并且负电流值指示电流离开桥。因此，如图6A-6C中所示，一旦被激活，撬棒算法292就被配置成引导电流如所示的那样分别经由电流路径A1、B1和C1（如经由箭头所指示）通过相模块。
在另一个实施例中，方法300可以包括基于温度开关在第一组中间点开关装置和第二组中间点开关装置216、217之间的电流的引导。例如，在实施例中，撬棒算法292然后可以监测第一组中间点开关装置216的温度并且将该温度与温度阈值进行比较。例如，在实施例中，方法300可以包括根据一个或多个电气条件、物理参数和/或时间来生成第一组中间点开关装置和第二组中间点开关装置216、217的模型。更特别地，如图3中所示，撬棒算法292可以被配置成使用作为示例从一个或多个传感器296接收的各种参数来生成开关装置216、217的模型294。因此，在这样的实施例中，撬棒算法292可以使用模型294确定第一组中间点开关装置或第二组中间点开关装置216、217的温度。在另外的实施例中，方法300可以包括直接经由（一个或多个）传感器296监测第一组中间点开关装置或第二组中间点开关装置216、217的温度。
在备选实施例中，激活撬棒算法292以将由功率转换器262接收的电流分叉到由多个开关装置限定的多个电流路径中可以包括同时引导电流通过第一电流路径和第二电流路径，这通过在两个路径之间共享电流来降低过热的风险。
现在参考图7A-7C，当温度超过温度阈值时，撬棒算法292然后可以引导电流通过由第二组中间点开关装置217限定的第二电流路径，例如，如所示的那样分别经由电流路径A2、B2和C2（如经由箭头所指示）。因此，如图6A-7C中所示，第一电流路径和第二电流路径各自包括多个开关装置中的不同的开关装置。因此，这种电流分叉只在ANPC拓扑（与在一些装置上具有二极管而不是晶体管的常规NPC拓扑相反）的情况下是可能的。
本发明的另外的方面由以下条款的主题提供：
条款1. 一种用于操作连接到功率电网的电功率系统的多电平桥式功率转换器的方法，所述功率转换器包括经由DC链路耦合到第二转换器的第一转换器，所述功率转换器具有布置在有源中性点箝位拓扑中的多个开关装置，所述方法包括：
经由功率转换器的控制器接收在功率电网或电功率系统中发生的瞬变事件的指示；以及
在接收所述指示时，激活在功率转换器的控制器中编程的撬棒算法，以将由功率转换器接收的电流分叉到由多个开关装置限定的多个不同的电流路径中。
条款2. 如条款1所述的方法，其中，所述多个开关装置至少包括第一组中间点开关装置和第二组中间点开关装置。
条款3. 如条款1-2所述的方法，其中，所述多个开关装置包括绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。
条款4. 如条款2所述的方法，其中，激活在所述功率转换器的所述控制器中编程的所述撬棒算法以将由所述功率转换器接收的所述电流分叉到由多个开关装置限定的多个电流路径中进一步包括：
引导电流通过由第一组中间点开关装置限定的第一电流路径；
监测所述第一组中间点开关装置的温度；
将所述温度与温度阈值进行比较；和
当温度超过温度阈值时，引导电流通过由第二组中间点开关装置限定的第二电流路径。
条款5. 如条款4所述的方法，其中，所述第一电流路径和所述第二电流路径各自包括所述多个开关装置中的不同的开关装置。
条款6. 如条款4所述的方法，进一步包括基于所述温度开关在所述第一组中间点开关装置与所述第二组中间点开关装置之间的所述电流的引导。
条款7. 如条款4所述的方法，进一步包括：
经由所述控制器根据一个或多个电气条件、物理参数或时间生成所述第一组中间点开关装置和所述第二组中间点开关装置的模型；以及
使用所述模型确定所述第一组中间点开关装置或第二组中间点开关装置的温度。
条款8. 如条款4所述的方法，进一步包括经由一个或多个传感器监测所述第一组中间点开关装置或第二组中间点开关装置的温度。
条款9. 如条款2所述的方法，其中，激活在所述功率转换器的所述控制器中编程的所述撬棒算法以将由所述功率转换器接收的所述电流分叉到由多个开关装置限定的多个电流路径中进一步包括：
同时引导电流通过由第一组中间点开关装置限定的第一电流路径和由第二组中间点开关装置限定的第二电流路径。
条款10. 根据前述条款中的任一项所述的方法，其中，所述多电平桥式功率转换器至少包括三电平桥式功率转换器。
条款11. 如前述条款中的任一项所述的方法，其中，所述电功率系统包括风力涡轮功率系统、太阳能功率系统、能量存储功率系统或其组合。
条款12. 一种电功率系统，包括：
具有转子和定子的双馈感应发电机，所述定子向定子母线提供AC功率；
耦合到所述双馈感应发电机的所述转子的多电平桥式功率转换器，所述功率转换器包括经由DC链路耦合到第二转换器的第一转换器，所述第一转换器或所述第二转换器中的至少一个包括布置在有源中性点箝位拓扑中的多个开关装置；
通信地耦合到所述功率转换器的控制器，所述控制器包括至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置成实现包括多个操作的撬棒算法，所述多个操作包括：
接收在功率电网或电功率系统中发生的瞬变事件的指示；以及
在接收到所述指示时，将由所述功率转换器接收的电流分叉到由所述多个开关装置限定的多个不同的电流路径中。
条款13. 如条款12所述的电功率系统，其中，所述多个开关装置至少包括第一组中间点开关装置和第二组中间点开关装置。
条款14. 如条款13所述的电功率系统，其中，将由所述功率转换器接收的电流分叉到由所述多个开关装置限定的多个不同的电流路径中进一步包括：
引导电流通过由第一组中间点开关装置限定的第一电流路径；
监测所述第一组中间点开关装置的温度；
将所述温度与温度阈值进行比较；以及
当温度超过温度阈值时，引导电流通过由第二组中间点开关装置限定的第二电流路径。
条款15. 如条款14所述的电功率系统，其中，所述第一电流路径和所述第二电流路径各自包括所述多个开关装置中的不同的开关装置。
条款16. 如条款14所述的电功率系统，其中，将由所述功率转换器接收的所述电流分叉到由所述多个开关装置限定的所述多个不同的电流路径中进一步包括基于所述温度开关在所述第一组中间点开关装置与所述第二组中间点开关装置之间的所述电流的引导。
条款17. 如条款14所述的电功率系统，其中，所述多个操作进一步包括：
根据一个或多个电气条件、物理参数或时间生成所述第一组中间点开关装置和所述第二组中间点开关装置的模型；以及
使用所述模型确定所述第一组中间点开关装置或所述第二组中间点开关装置的温度。
第18条. 如条款14所述的电功率系统，其中，所述多个操作进一步包括经由一个或多个传感器监测所述第一组中间点开关装置或所述第二组中间点开关装置的温度。
条款19. 如条款12-18所述的电功率系统，其中，所述多电平桥式功率转换器至少包括三电平桥式功率转换器。
本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合方法。本发明的可取得专利范围由权利要求来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类其它示例包括与权利要求书的文字语言完全相同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求书的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则它们意在处于权利要求书的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于操作连接到功率电网的电功率系统的多电平桥式功率转换器的方法，所述功率转换器包括经由DC链路耦合到第二转换器的第一转换器，所述功率转换器具有布置在有源中性点箝位拓扑中的多个开关装置，所述方法包括：
经由所述功率转换器的控制器接收在所述功率电网或所述电功率系统中发生的瞬变事件的指示；以及
在接收所述指示时，激活在所述功率转换器的所述控制器中编程的撬棒算法，以将由所述功率转换器接收的电流分叉到由所述多个开关装置限定的多个不同的电流路径中。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个开关装置至少包括第一组中间点开关装置和第二组中间点开关装置。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个开关装置包括绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。
4.如权利要求2所述的方法，其中，激活在所述功率转换器的所述控制器中编程的撬棒算法以将由所述功率转换器接收的所述电流分叉到由多个开关装置限定的多个电流路径中进一步包括：
引导所述电流通过由所述第一组中间点开关装置限定的第一电流路径；
监测所述第一组中间点开关装置的温度；
将所述温度与温度阈值进行比较；以及
当所述温度超过所述温度阈值时，引导所述电流通过由所述第二组中间点开关装置限定的第二电流路径。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述第一电流路径和所述第二电流路径各自包括所述多个开关装置中的不同的开关装置。
6.如权利要求4所述的方法，进一步包括基于所述温度开关在所述第一组中间点开关装置和所述第二组中间点开关装置之间的所述电流的引导。
7.如权利要求4所述的方法，进一步包括：
经由所述控制器根据一个或多个电气条件、物理参数或时间生成所述第一组中间点开关装置和所述第二组中间点开关装置的模型；以及
使用所述模型确定所述第一组中间点开关装置或所述第二组中间点开关装置的所述温度。
8.如权利要求4所述的方法，进一步包括经由一个或多个传感器监测所述第一组中间点开关装置或所述第二组中间点开关装置的所述温度。
9.如权利要求2所述的方法，其中，激活在所述功率转换器的所述控制器中编程的撬棒算法以将由所述功率转换器接收的所述电流分叉到由多个开关装置限定的多个电流路径中进一步包括：
同时引导所述电流通过由所述第一组中间点开关装置限定的第一电流路径和由所述第二组中间点开关装置限定的第二电流路径。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述多电平桥式功率转换器至少包括三电平桥式功率转换器。
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