CN116918232A - 用于操作转换器的方法、转换器及计算机程序产品 - Google Patents
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Abstract
一种方法被配置用于操作转换器(10)，该转换器被实施为模块化多电平转换器，并且包括控制装置(38)以及数量M个相腿(21至29)。该方法包括：检测转换器(10)是否必须被设定为包括静态同步补偿器模式或电网不平衡模式的组中的一种模式；根据所检测到的模式生成模式控制型号(MCS)；根据第一侧频率(ωg)、第二侧频率(ωm)、第二侧电流参考信号(im,ref)和模式控制信号(MCS)生成平衡电压参考信号(ubal,ref)；生成相腿控制信号(uref)；生成单元控制信号(S1至S4)；以及将单元控制信号(S1至S4)提供至相腿(21至29)的单元(31)的半导体开关(41至44)。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于操作转换器的方法、转换器及计算机程序产品。
背景技术
转换器转换电力。例如，转换器将第一频率的高压交流电流(AC)转换为第二频率的高压交流电流，这种转换器简称为AC/AC转换器。可替代地，转换器将电力从高压交流电流转换为高压直流电流(DC)或相反。通常，转换器是双向实现的。因此，转换器可以将电力从转换器的第一侧转换到转换器的第二侧，并且也可以将电力从第二侧转换到第一侧。AC电压可以通过使用三相或单相来提供。AC/AC转换可以例如通过直接频率转换器来执行。转换器通常被实施为模块化多电平转换器(简称为MMC)。
K.Ilves等人的在IEEE，2014，国际功率电子会议的公开“用于AC/AC转换的级联多电平转换器拓扑的比较(Comparison of CascadedMultilevel Converter Topologiesfor AC/AC Conversion)”显示了当系统以显著的输入/输出频率差异来操作时，直接MMC相比于背靠背式MMC在电容器电压纹波方面表现更佳。
对MMC的控制也应针对特殊操作模式进行配置，在这些特定操作的情况下，任一端子没有电压或电网不平衡。关于第一种情况，这种状况可能出现在变速抽水蓄能电站中，其中机器停机并且转换器可选地在电网上以静态同步补偿器模式运行。静态同步补偿器模式可以简称为STATCOM模式。STATCOM模式也可以被预见于转换器馈电同步容电器中。第二种情况与转换器在相关电网代码中所限定的故障穿越能力有关。
文献WO 2011/067090 A2描述了一种用于操作逆变电路的方法。
发明内容
本公开的实施例涉及用于在特殊操作模式期间控制转换器的一种用于操作转换器的方法、一种转换器和一种计算机程序产品。
该目的通过独立权利要求的主题实现。从属权利要求中描述了进一步发展。
除非另有说明，否则上述限定也适用于下文描述。
本发明提供了一种用于操作转换器的方法。转换器包括控制装置、第一侧、第二侧以及布置在第一侧和第二侧之间的数量M个相腿。转换器被实施为模块化多电平转换器。数量M个相腿中的每一个相腿至少包括单元，该单元具有电容器和半导体开关。该方法包括：
-检测转换器是否必须被设定或将要被设定为包括以下模式的组中的一种模式：静态同步补偿器模式；或电网不平衡模式；
-根据所检测到的模式生成模式控制信号；
-通过控制装置根据第一侧频率、第二侧频率、第二侧电流参考信号、测量相腿电容器信号和模式控制信号生成平衡电压参考信号；
-通过控制装置的参考发生器根据第一侧电压参考信号、第二侧电压参考信号和平衡电压参考信号为数量M个相腿中的每一个相腿生成相腿控制信号；
-通过控制装置的调制器生成单元控制信号作为相腿控制信号的函数；以及
-将单元控制信号提供至单元的半导体开关。
有利地，单元控制信号被生成作为模式控制信号的函数。因此，转换器可以对静态同步补偿器模式和/或电网不平衡模式做出反应。转换器自动从正常操作模式切换到静态同步补偿器模式和/或电网不平衡模式。将转换器设定为上述组中的一种模式的步骤被实现为使得例如转换器被自动激活为该组中的一种模式或者转换器将自身设定为该组中的一种模式。
在该方法的发展中，控制装置被配置用于正常操作模式和静态同步补偿器模式。控制装置不被配置用于电网不平衡模式。
在该方法的可替代发展中，控制装置被配置用于正常操作模式和电网不平衡模式。控制装置不被配置用于静态同步补偿器模式。
在该方法的进一步可替代发展中，控制装置被配置用于正常运行模式、静态同步补偿器模式和电网不平衡模式。
在该方法的发展中，在转换器的第一侧上的至少一个端子的电压持续为零伏特和/或联接到转换器的第二侧的机器停机的情况下设定静态同步补偿器模式(简称STATCOM模式)。因此，STATCOM模式可以处理电网故障和不对称。
在该方法的发展中，在转换器的第一侧上的端子处的电压不平衡的情况下设定电网不平衡模式。在电网不平衡模式下，转换器的第二侧通电；因此，转换器的第二侧上的端子处的电压存在(且不为零)。
在该方法的发展中，转换器的第一侧是转换器的电网侧。转换器的第二侧是转换器的机器侧或另一个电网侧。第一侧电压参考信号例如是电网电压参考信号。第二侧电压参考信号例如是机器电压参考信号或另一个电网电压参考信号。第一侧频率例如是联接至转换器的第一侧的电网的频率。第二侧频率例如是机器、电机或另一个电网的频率。机器、电机或另一个电网联接至转换器的第二侧。第一侧电流参考信号例如是电网电流参考信号。第二侧电流参考信号例如是机器电流参考信号。
在该方法的发展中，第一侧电流参考信号由控制装置的第一侧控制模块根据模式控制信号生成。平衡电压参考信号由控制装置的内部控制模块的电流控制模块根据第一侧电流参考信号、第二侧电流参考信号和电流平衡参考信号生成。
在该方法的可替代或附加发展中，平衡电压参考信号由控制装置的内部控制模块的电流控制模块根据第一侧电流参考信号、第二侧电流参考信号、模式控制信号和电流平衡参考信号生成。
在该方法的发展中，模式控制信号可以应用于第一侧控制模块或电流控制模块或者应用于这两者。
在该方法的发展中，参考信号生成器至少对第一侧电压参考信号、第二侧电压参考信号和平衡电压参考信号进行加法和/或减法，以生成对于数量M个相腿的相腿控制信号。
在该方法的发展中，调制器为单元提供开关位置。调制器可以以不同方式(本地或分布式)部署。例如，调制器被实现为脉宽调制器装置。在示例中，数量M个相腿的每一个单元由其自身脉宽调制器控制。
在该方法的发展中，平衡电压参考信号由内部控制模块的电流控制模块根据第一侧电流参考信号、第二侧电流参考信号、电流平衡参考信号和模式控制信号生成。因此，电流控制模块具有四个输入。
在该方法的发展中，电流平衡参考信号由内部控制模块的去耦矩阵模块根据电流平衡信号生成。
在该方法的发展中，电流平衡信号由内部控制模块的电压控制模块根据时钟信号和测量相腿电容器信号生成。
在该方法的发展中，例如通过如下方式在数量M个相腿的单元处测量相腿电容器信号：将数量M个相腿中的相腿的单元的或单元处的电压相加；或将数量M个相腿中的相腿的单元处的电压进行平均。单元处的电压例如是单元的电容处的电压。一个测量相腿电容器信号表示一个相腿的单元处的电压之和或平均值。一个测量相腿电容器信号表示一个相腿的单元的电容器的电压之和或平均值。例如，相腿包括数量N个单元。每一个单元均具有在电容器的两个电极之间带有电压的电容器。因此，测量相腿电容器信号表示相腿的单元的电容器的数量N个电压之和或平均值。平均值的值为和的值除以数量N。在示例中，电压的量用于计算和和/或平均值，因此用于确定测量相腿电容器信号；在这种情况下，测量相腿电容器信号只有正值或为零。例如，转换器包括九个相腿。在这种情况下，存在九个测量相腿电容器信号。
在该方法的发展中，时钟信号由内部模块生成作为第一侧频率和第二侧频率的函数。时钟信号使用来自任一侧控制(其中可能存在锁相环、功率同步环或其他电路)的频率信息而获取。时钟信号可以由控制装置通过应用算法(例如由控制装置的数字控制器执行)生成。
在该方法的发展中，在转换器被设定为静态同步补偿器模式的情况下，模式控制信号被生成作为由控制装置的重缩放模块根据第一评估电流平衡信号、第二评估电流平衡信号和第三评估电流平衡信号所生成的重缩放信号的函数。转换器自动执行模式之间的切换。控制装置被配置为自动设定模式。转换器被设定为模式意味着转换器自动激活进入该模式。
在该方法的进一步发展中，第一评估电流平衡信号由重缩放模块的第一评估模块根据第一、第四和第七电流平衡信号生成。第二评估电流平衡信号由重缩放模块的第二评估模块根据第二、第五和第八电流平衡信号生成。第三评估电流平衡信号由重缩放模块的第三评估模块根据第三、第六和第九电流平衡信号生成。第一至第九电流平衡信号在转换器的第一至第九相腿处确定。第一、第四和第七电流平衡信号在连接到转换器的第一侧的第一端子的第一、第四和第七相腿处测量。第二、第五和第八电流平衡信号在连接到转换器的第一侧的第二端子的第二、第五和第八相腿处测量。第三、第六和第九电流平衡信号在连接至转换器的第一侧的第三端子的第三、第六和第九电流相腿处测量。第一至第九电流平衡信号例如通过测量流动通过对应的相腿的电流来确定。
在该方法的发展中，第一评估电流平衡信号由第一评估模块通过对第一、第四和第七电流平衡信号进行平均而生成。第一评估电流平衡信号由第一评估模块通过对与转换器的第一侧(也称为AC侧)的第一相对应的电流平衡信号进行平均而生成。此外，第二评估电流平衡信号由第二评估模块通过对第二、第五和第八电流平衡信号进行平均而生成。第二评估电流平衡信号由第二评估模块通过对与第一侧的第二相对应的电流平衡信号进行平均而生成。相应地，第三评估电流平衡信号由第三评估模块通过对第三、第六和第九电流平衡信号进行平均而生成。第三评估电流平衡信号由第三评估模块通过对与第一侧的第三相对应的电流平衡信号进行平均而生成。
在该方法的发展中，模式控制信号通过重缩放模块的乘法模块被生成作为重缩放信号和时钟信号的函数。
在该方法的发展中，在转换器被设定为静态同步补偿器模式的情况下，模式控制信号被生成作为共模电压信号的函数。共模电压信号由控制装置的处理模块生成以作为测量信号的函数。共模电压信号包括共模电压振幅和共模电压角度。
在该方法的发展中，通过测量第一侧或第二侧处的AC电压、数量M个相腿中的相腿的单元的电容器处的DC电压、测量相腿电容器信号、第一侧或第二侧处的电流以及流动通过数量M个相腿中的相腿的电流中的至少一个来检测测量信号。测量信号可以包括以下中的至少一个：测量相腿电容器信号、第一侧或第二侧处的AC电压、数量M个相腿中的相腿的单元的电容器处的DC电压、第一侧或第二侧处的电流以及流动通过数量M个相腿中的相腿的电流。上述信号、电压和电流中的一个或子集可以被选择用以生成测量信号或由测量信号所包括。转换器包括电流传感器和/或电压传感器，以生成测量信号。转换器的第一侧或第二侧处的电流也可以通过相腿电流的线性组合来获取(参见基尔霍夫电流定律)。
在该方法的发展中，共模电压角度的值和共模电压振幅的值/>通过以下方程计算：
其中k1至k6为第一至第六参数的值，该第一至第六参数被计算作为测量信号的函数。共模电压振幅的值使用具有较大分母的方程来计算。
在该方法的发展中，在转换器被设定为静态同步补偿器模式的情况下，模式控制信号利用加权因数被生成作为重缩放信号和共模电压信号的函数或其组合。因此，模式控制信号使用加权因数被生成作为重缩放信号和共模电压信号的函数。
在该方法的发展中，在转换器被设定为电网不平衡模式的情况下，模式控制信号被生成作为第一循环电流信号和第二循环电流信号的函数或者等同于第一循环电流信号和第二循环电流信号。在示例中，模式控制信号被另外地生成作为第三循环电流和第四循环电流的函数或者另外地包括第三循环电流信号和第四循环电流信号。第一循环电流信号和第三循环电流信号可以相等；可替代地，第一循环电流信号和第三循环电流信号具有相同的振幅，但具有不同的相位或角度。第二循环电流信号和第四循环电流信号可以相等；可替代地，第二循环电流信号和第四循环电流信号具有相同的振幅，但具有不同的相位或角度。
在该方法的发展中，第一至第四循环电流信号的第一至第四循环电流振幅 以及第一至第四循环电流相位φαα,φαβ,φβα,φββ的值按以下方程计算：
其中，为负序电网电流幅值的值，
为正序电网电压幅值的值，
为负序电网电流角度的值，
为正序电网电压角度的值，
为正序电网电流幅值的值，
为负序电网电压幅值的值，
为正序电网电流角度的值，
为负序电网电压角度的值，
为第一循环电流振幅的值，
为第三循环电流振幅的值，
为第二循环电流振幅的值，
为第四循环电流振幅的值，
为第一循环电流角度的值，
为第三循环电流角度的值，
为第二循环电流角度的值，
为第四循环电流角度的值，
φuM为第二侧电压角度(也称为机器电压角度)的值，以及
为第二侧电压幅值(也称为机器电压幅值)的值。
在该方法的进一步发展中，以下参数的值由测量(转换器处的电流和电压测量)转换而来：
负序电网电流幅值
正序电网电压幅值
负序电网电流角度
正序电网电压角度
正序电网电流幅值
负序电网电压幅值
正序电网电流角度以及
负序电网电压角度
在该方法的发展中，在转换器被设定为电网不平衡模式(这意味着转换器例如被自动激活为该模式)的情况下，模式控制信号利用加权因数被生成作为以下项的函数或组合：
-第一循环电流信号和第二循环电流信号，以及
-重缩放信号和/或共模电压信号。例如当存在从未通电的第二侧到通电的第二侧的模式过渡时，例如如果连接有机器，则在低速操作期间，模式控制信号如上所述地生成。
因此，模式控制信号被生成作为以下项的函数：
-第一循环电流信号和第二循环电流信号，以及
-重缩放信号和/或共模电压信号。因此，转换器被配置为在不同特殊操作模式之间进行平滑过渡。
在该方法的发展中，转换器的第一侧包括第一数量L1个相位，并且转换器的第二侧包括第二数量L2个相位。因此，转换器的第一侧包括第一数量L1个端子。转换器的第二侧包括第二数量L2个端子。在示例中，第一数量L1个相位和第二数量L2个相位相等。在示例中，第一数量L1个相位和第二数量L2个相位均为三相。在可替代示例中，第一数量L1等于三，并且第二数量L2大于三。
在该方法的发展中，转换器被实现为直接AC/AC转换器。
在该方法的发展中，数量M个相腿中的每一个相腿包括数量N个单元。这些单元例如可以被实现为全桥单元。每一个相腿另外地包括例如相腿电抗器。相腿电抗器和数量N个单元形成串联电路。
该方法实时执行各步骤。因此，该方法在线操作。
提供了包括控制装置和数量M个相腿的转换器。数量M个相腿中的每一个相腿至少包括具有电容器和半导体开关的单元。该转换器被实现为模块化多电平转换器，简称为MMC。转换器被配置为执行上述方法的步骤。
提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括使上述转换器执行上述方法的步骤的指令。计算机程序产品例如实现本公开所描述的模块中的至少一个。
上述转换器和计算机程序产品尤其适用于操作转换器的方法。因此，与转换器和计算机程序产品相关地描述的特征可以用于所述方法，反之亦然。
有利地，即使在上述特殊操作模式下，转换器也平衡相腿中的电压(诸如例如电容器电压)和电流。
在该方法的发展中，该方法提供了在一个端部处没有电压或电网不平衡的情况下的对直接三相/三相模块化多电平转换器的控制。因此，该方法提供了在异常情况下对转换器的控制。
在发展中，本公开涉及在特殊操作模式下对直接三相/三相模块化多电平转换器(简称MMC)的控制，其中一个端子无电压或电网不平衡。在第一种情况下，这种状况出现于变速抽水蓄能电站，其中机器停机并且转换器在电网上以STATCOM模式运行(可选)。这种特殊操作模式也可以在转换器馈电同步容电器中实现。第二种情况更为普遍，并且与电网代码中限定的转换器故障穿越能力有关。
在发展中，可以利用背靠背或利用直接转换器进行AC/AC转换。转换器可以以显著的输入/输出频率差进行操作。
附图说明
以下对示例或实施例的附图的描述可以进一步说明和解释转换器和用于电压转换的方法的方面。具有相同结构和相同效果的装置、设置和模块分别用等同附图标记表示。在不同的附图中，在布置、装置和模块在功能上彼此对应的情况下，描述内容不对于以下附图中的每一个附图进行重复。
图1和图2示出了转换器的示例性实施例和转换器的细节；
图3至图5示出了转换器的控制装置的示例性实施例和控制装置的细节；
图6和图7示出了转换器的控制装置的示例性实施例和转换器的信号；以及
图8A至图8D、图9A和图9B示出了转换器的控制装置和信号的细节的示例性实施例。
具体实施方式
图1示出了转换器10的示例性实施例，该转换器10被实现为AC/AC转换器。转换器10被实施为直接AC/AC转换器。转换器10具有第一侧11和第二侧12。第一侧11包括用于三个相位的三个端子a、b、c。第二侧12也包括用于三个相位的三个端子1、2、3。转换器10被实现为模块化多电平转换器，简称为MMC。转换器10的第一侧11联接至电网13。变压器14将转换器10的第一侧11联接到电网13。
转换器10的第二侧12联接至机器15。机器15例如包括发电机16和涡轮机17。发电机16和涡轮机17经由轴彼此机械连接。发电机16的第一侧连接至转换器10的第二侧12。可选地，机器断路器20将发电机16的第一侧联接至转换器10的第二侧12。发电机16的第二侧联接至接地端子18。阻抗19可以布置在发电机16的第二侧和接地端子18之间。装置9或系统包括转换器10、电网13、变压器14和机器15。转换器11包括控制装置38，该控制装置38通过未示出的连接线和/或无线地联接至装置的相腿21至29和其他部分。
转换器10包括数量M个相腿21至29。在图1中，数量M为9。相腿21至29可以称为"腿"、"分支"或"臂"。第一相腿21至第三相腿23将第二侧12的第一端子1联接至第一侧11的第一端子a、第二端子b和第三端子c。相应地，第四相腿24至第六相腿26将第二侧12的第二端子2联接至第一侧11的第一端子a、第二端子b和第三端子c。类似地，第七相腿27至第九相腿29将第二侧12的第三端子3联接至第一侧11的第一端子a、第二端子b和第三端子c。第一侧11的第一端子至第三端子a、b、c可以命名为电网端子。第二侧12的第一端子至第三端子1、2、3可以命名为电机端子。
每一个相腿21至29包括数量N个单元31至36。在图1所示的示例中，数量N为6，但数量N也可以是2、3、4、5或大于6。例如，相腿的数量N个单元31至36例如串联连接。此外，每一个相腿21至29包括相腿电抗器37，该相腿电抗器37与数量N个单元31至36串联连接。每一个相腿21至29例如具有与第一相腿21相同的结构。第一相腿电压u1至第九相腿电压u9可以横跨第一相腿21至第九相腿29地分接。测量相腿电容器信号uC∑,yxn通常与第一相腿电压u1至第九相腿电压u9不同。相腿电抗器37可以被实现为电感器、电感、线圈或阻抗。
在示例中，装置9被配置用于抽水蓄能装置，其额定功率例如为80MW并且可变电机频率例如为额定电网频率的约2/3。机器15例如被实现为同步机器，该同步机器与双馈异步机器(简称DFIM)相比可以表现出更高的灵活性和效率。作为转换器馈电同步机器的缩写的CFSM意指转换器处理来自同步机器的全部功率流，这与DFIG相反，在DFIG中，转换器被放置为供应异步机器的转子。直接MMC的配置如图1所示。装置9被实施为直接AC/AC MMC，其在第一侧11上具有三相电网连接并且在第二侧12上具有同步机器15，该同步机器15通过机械轴与泵/涡轮机17连接。如图所示，转换器10的接地可以通过连接至机器定子中点的阻抗19来实现，但这并不是唯一选择。阻抗19可以包括一个电阻器、多个电阻器、一个电感器和多个电感器中的至少一种。阻抗19可以被实现为电阻和/或电感阻抗。
第一侧11上的第一至第三端子x＝{a,b,c}(可以命名为电网端子)通过数量M个相腿21至29(可以命名为分支)连接至第二侧12上的第一至第三端子y＝{1,2,3}(可以命名为电机端子)。每一个相腿21至29包括一串单元31至36以及相腿阻抗37。每一个单元31至36是双极单元(全桥)，这是由于相腿电压u1至u9具有双频ac波形。
机器停机的可能目标是保持处于转换器就绪状态(等待启动泵或涡轮机操作)，同时保持单元31至36充电，而处于STATCOM模式的目标是为三相电网13提供辅助服务。由于在示例中装置9不具有机器断路器20，因此在操作期间，装置9不能减少为三个独立Y-STATCOM转换器。对于Y-STATCOM而言，通常可以使用负序电流或零序电压来执行能量平衡控制。由于机器端子处的电压为零(例如第一至第三端子1、2、3中的一个、两个或三个处)，因此平衡自由度强烈受限。如果不采取适当控制动作，则平均相腿电容器电压发散，并且对电网故障的鲁棒性以及STATCOM操作由于相对于单元过电压(简称OV)跳闸电平和/或单元欠电压(简称UV)跳闸电平的裕度降低而降格。
转换器11的第一侧11上的第一至第三端子(即电网端子，即变压器次级侧上的端子)以索引x＝{a,b,c}进行限定。第二侧12上的第一至第三端子(即机器端子)以索引y＝{1,2,3}进行限定。相腿指数为[[1a,1b,1c,2a,2b,2c,3a,3b,3c]。当一个端子电压为0时，并联的相腿(1a-2a-3a/1b-2b-3b/1c-2c-3c)可以被平衡。为此目的，采用如下描述的特殊控制方法。然而，平衡不同组的相腿(例如将能量从a<->b、b<->c、c<->a进行传输)是不可能的。
图2示出了可以用于图1所示的转换器10的实施例的单元31的示例。单元31被实现为全桥单元。在示例中，第一相腿31的数量N个单元31至36被实现为诸如单元31。单元31包括四个半导体开关41至44。在示例中，半导体开关41至44被实现为绝缘栅双极晶体管(简称IGBT)、集成栅换向晶闸管(简称IGCT)、栅关断晶闸管(简称GTO)和/或金属氧化物半导体场效应晶体管(简称MOSFET)。半导体开关41至44被配置为能够中断电流流动。单元31包括四个二极管45至48，四个二极管45至48联接至四个半导体开关41至44。四个二极管45至48进行操作以作为续流二极管(freewheeling diodes)。四个二极管45至48作为反并联二极管连接到四个半导体开关41至44。因此，例如，二极管45是到半导体开关41等的反并联二极管。单元31包括存储装置49。存储装置49包括例如电容器50。单元电压uC(可以称为电容器电压)由存储装置49存储。半导体开关41至44的控制端子联接至控制装置38(如图1A所示)。相腿电流i可以流动通过单元31。相腿电流i可以以相同或相反符号流动通过单元电容器50或仅流动通过半导体开关41至44。
在示例中，通过电流传感器和/或电压传感器(未示出)对电流i、单元电压uC和/或第一相腿电压u1的测量来确定所测量的信号。
单元31被实现为双极单元，即，横跨单元端子的电压可以是+uC、0、-uC。在示例中，单元31可以提供多于三个电压电平(例如+uC、+uC/2、0、-uC/2、-uC)。
为了通过将能量从一个相腿21至29转变到另一个相腿而对转换器能量平衡进行修改，应使用在电网13的端子和机器15的端子处均不可见的内部电流(通常称为循环电流)。
从数学上讲，这并不是唯一选择：
-循环电流与端子电压(针对给定能量转移而确定)相互作用，并且如果其具有用于在相腿之间进行能量转移(减少一个或多个相腿的单元电容器中所存储的能量并增加一个或多个相腿的单元电容器中存储的能量)的相同频率，则产生dc(加上相关性较小的ac谐波，因为平均值为零)功率分量。
-共模电压与端子电流(针对给定能量转移而确定)相互作用，并且如果其具有用于在相腿之间进行能量转移(减少一个或多个相腿的单元电容器中所存储的能量并增加一个或多个相腿的单元电容器中所存储的能量)的相同频率，则产生dc(加上相关性较小的ac谐波，因为平均值为零)功率分量。
如果拓扑不允许循环电流，例如Y-STATCOM，则需要采用其他方法，诸如共模电压(如果端子电流足够大)或在其他情况下操纵端子电流。
图3中展示了MMC大类的平衡控制。如图3和图4所示，控制可以划分为子类别或模块。图5至图9所示的对于机器停机和其他模式下的能量平衡的控制构思是图3和图4所示的构思的延伸。
图3示出了转换器10的控制装置38的示例性实施例，其是上述实施例的进一步发展。在图3中，阐明了用于抽水蓄能水电站的直接三相/三相MMC的控制，其中，内部控制模块61例如根据图4来实现。
控制装置38至少实现以下模块：内部控制模块6l联接至参考发生器62的输入侧。参考发生器62联接至调制器63的输入侧。内部控制模块61包括电压控制模块64和电流控制模块65。电压控制模块64的输出联接至电流控制模块65的输入。电流控制模块65的输出联接至参考发生器62的输入侧。
第一侧控制模块66在其输出侧上联接至内部控制模块61和参考发生器62。更具体地，第一侧控制模块66联接至电压控制模块64和电流控制模块65。第一侧控制模块66也可以称为电网控制模块或电网侧电流控制器。
相应地，第二侧控制模块67在其输出侧上联接至内部控制模块61和参考发生器62。更具体地，第二侧控制模块67联接至电压控制模块64和电流控制模块65。第二侧控制模块66也可以称为机器控制模块或机器电流控制器。
调制器63针对数量M个相腿21至29生成单元控制信号S1至S4作为相腿控制信号uref的函数。更具体地，不同的单元控制信号S1至S4被提供至数量M个相腿21至29中的每一个相腿的数量N个单元31至36中的每一个单元的半导体开关41至44。参考发生器62针对数量M个相腿221至29中的每一个相腿生成相腿控制信号uref作为第一侧电压参考信号ug,conv,ref、第二侧电压参考信号um,conv,ref和平衡电压参考信号ubal,ref的函数。
模式控制信号MCS被提供至第一侧控制模块66和/或内部控制模块61，特别是内部控制模块61的电流控制模块65。因此，在图3中，模式控制信号MCS示出了两次，表示在不同的示例中模式控制信号MCS可以应用到的可能模块。
因此，在示例中，模式控制信号MCS被提供至第一侧控制模块66。
电流控制模块65生成平衡电压参考信号ubal,ref作为第一侧电流参考信号ig,ref、第二侧电流参考信号im,ref和电流平衡参考信号ibal,ref或电流平衡信号ibal的函数。相腿测量电流信号iyx被提供至电流控制模块65。相腿测量电流信号iyx表示9个相腿21至29中的每一个相腿的电流。电流控制模块65生成平衡电压参考信号ubal,ref作为相腿测量电流信号iyx与从第一侧电流参考信号ig,ref、第二侧电流参考信号im,ref和电流平衡参考信号ibal,ref或电流平衡信号ibal获取的信号的比较的函数。
电压控制模块64生成电流平衡参考信号ibal,ref或电流平衡信号ibal作为第一侧频率ωg、第二侧频率ωm和测量相腿电容器信号uC∑,yxn的函数。
第一侧控制模块66根据模式控制信号MCS和第一侧测量电流信号ig,abc提供第一侧电流参考信号ig,ref。第一侧测量电流信号ig,abc例如在第一侧11的第一至第三端子a、b、c处测量。此外，第一侧控制模块66例如根据模式控制信号MCS和/或第一侧测量电流信号ig,abc提供第一侧频率ωg和第一侧电压参考信号ug,conv,ref。
因此，模式控制信号MCS是电网侧控制(负序电流)的输入。第一侧控制模块66例如包括具有积分器的控制器(例如用于比例积分的PI控制器或用于比例谐振的PR控制器)。模式控制信号MCS是第一侧电流参考信号ig,ref的一部分，因此无需对电流控制模块65额外输入模式控制信号MCS。在模式控制信号MCS将交替地应用于电流控制模块65并且电流控制模块65将包括比例控制器的情况下，模式控制信号MCS将被擦除。
第二侧控制模块67例如根据第二侧参考频率ωm,ref提供第二侧频率ωm、第二侧电流参考信号im,ref和第二侧电压参考信号um,cov,ref。功率控制可以被分配至第一侧和/或第二侧中的任一侧。第二侧控制模块67接收在转换器11的第二侧12的第一至第三端子1、2、3处测量的第二侧测量电流信号im,123。应用典型的速度或功率控制。如果一侧执行功率控制，则相反侧执行储能控制。例如，第一侧控制模块66或第二侧控制模块67调整单元31至36的电容器50内所存储的能量。能量的值Wc可以使用如下方程计算：
其中Ccell是全桥单元31至36中的一个单元中的电容器50的电容值，uCxyn是电容器电压的值(其等于单元电压uC)，x是第一侧11上的端子的值(x为1、2或3)，y是第二侧上的端子的值(y为1、2或3)，并且n是相腿的编号(n＝{1，...M})。
控制装置38可以包括一个或多于一个微处理器或微控制器。控制装置38可以包括一个或多于一个现场可编程门阵列(简称FPGA)。例如，内部控制模块61和参考发生器62可以由微控制器或微处理器实现。调制器63可以由微控制器、微处理器、FPGA或模拟电路实现。调制器63被配置为生成脉冲模式。因此，控制装置38的模块(如图3至图5、图6、图8A、图8C和图8D等所示)由至少一个微控制器或微处理器使用计算机程序或形成计算机程序的多个软件部分来实现和/或由执行逻辑运算和/或模拟信号处理步骤的硬件来实现。
单元电压uC、其他电压、电流和其他信号的测量由电流传感器、电压传感器和例如用于功率转换系统领域的其他传感器(未示出)执行。传感器将第一侧11和第二侧12的端子以及相腿21至29联接至控制装置38。
在未示出的可替代实施例中，电流控制模块65生成平衡电压参考信号ubal,ref作为第一侧电流参考信号ig,ref、第二侧电流参考信号im,ref、模式控制信号MCS和电流平衡参考信号ibal,ref或电流平衡信号ibal的函数。
图4示出了作为上述实施例的进一步发展的转换器10的控制装置38的细节的示例性实施例。在图4中，解释了直接ac/ac MMC的内部控制模块61的示例。信号发生器74提供时钟信号upll作为第一侧频率ωg和第二侧频率ωm的函数。信号发生器74将频率信息ωg和ωm作为输入，该频率信息ωg和ωm例如已经通过锁相环、功率同步环或获取电网和机器侧模块中的频率信息的其他算法来获取。内部控制模块61包括去耦矩阵模块75，该去耦矩阵模块75将电压控制模块64联接至电流控制模块65的输入侧。电压控制模块64接收测量信号。测量信号是测量相腿电容器信号uC∑,yxn。测量相腿电容器信号uC∑,yxn代表数量M个平均电容器电压或代表平均电容器电压的数量M个信号。测量相腿电容器信号uC∑,yxn取决于数量M个相腿21至29中的相腿的单元电压uC的平均值。此外，电压控制模块64还接收测量相腿电容器信号uC∑,yxn，其代表第一数量M个平均电容器电压的平均值。内部控制模块61的平均模块76生成第一数量M个测量相腿电容器信号uC∑,yxn的平均值。
内部控制模块61包括级联平均电容器电压/相腿电流控制。具有符号Kdec或的去耦矩阵模块75被配置为在平衡单元的同时避免改变电网和电机电流，即，电流平衡参考信号ibal,ref是内部(循环)电流。
图5示出了作为图1至图4所示的实施例的进一步发展的控制装置38的细节的示例性实施例。在图5中，描述了使用负序电网电流的第一方法。该方法可以用于以下情况中的一个：机器15停机；转换器10处于机器停机的待机模式；和/或转换器10处于机器停机的STATCOM模式。在这些情况下，机器控制模块67非激活(且/> )。平衡控制失去了一些自由度(来自机器端子1、2、3的自由度)，并且如果不采取额外措施，则应采用替代方法以便在单元电压uC不发散的情况下继续操作。从原理上讲，不可能再用“循环”电流来平衡转换器10。如图5所示，应允许一些(几乎不明显的)电流在第一侧11(称为电网侧)流动。由于这些电流不是内部的，因此输出将被路由至第一侧控制模块66(称为电网侧电流控制器)。实际上，主要使用负序电流用于平衡。请注意，时钟信号uPLL只包含第一侧频率ωg(称为电网频率)。在图5中，示出了对平衡控制的修改以确保在机器停机和STATCOM模式下的稳定操作。
由于PI控制器(即，使用积分器部分的控制器)被使用并且将抵消其参考中不存在的任何额外贡献，因此这些平衡电流被路由到第一侧控制模块66。使用该方法，测量相腿电容器信号uC∑,yxn没有发散，证明了所建议的平衡控制方法的有效性。
控制装置38包括重缩放模块80，该重缩放模块80联接至电流控制模块65的输入侧。重缩放模块80包括放大限制模块84以及设置在放大限制模块84和电流控制模块65的输入侧的之间乘法模块85。重缩放模块80包括连接至放大限制模块84的输入侧的第一评估模块、第二评估模块和第三评估模块81至83。第一评估模块、第二评估模块和第三评估模块81至83的输入侧联接至数量M个相腿21至29，例如数量M个相腿21至29的数量M个电流传感器。
在转换器10被设定为静态同步补偿器模式(简称STATCOM模式)的情况下，数量M个电流平衡信号ibal被应用到第一、第二和第三评估模块81至83。转换器10通过自动切换至STATCOM模式进行设定。第一评估电流平衡信号ibal,e1由第一评估模块81根据第一、第四和第七电流平衡信号ibal(例如，通过平均这三个信号)生成。第二评估电流平衡信号ibal,e2由第二评估模块82根据第二、第五和第八电流平衡信号ibal(例如通过平均这三个信号)生成。第三评估电流平衡信号ibal,e3由第三评估模块83根据第三、第六和第九电流平衡信号ibal(例如，通过平均这三个信号)生成。第一、第二和第三评估电流平衡信号ibal,e1、ibal,e2、ibal,e3由放大限制模块84修改。乘法模块85将由放大限制模块84提供的信号与时钟信号upll相乘。乘法模块85的输出信号是重缩放信号，该重缩放信号被馈送至电流控制模块65。模式控制信号MCS被实现为重缩放信号。
图6示出了作为上述实施例的进一步发展的转换器10的控制装置38的细节的示例性实施例。在图6中，描述了使用零序共模电压注入的第二方法。该方法可以用于以下情况中的一个：机器15停机；转换器10处于机器停机的待机模式；和/或转换器10处于机器停机的STATCOM模式。
对于使用负序电网电流(如图5所示)的替代方案是使用零序共模电压。当机器15停机时，在单元31至36(单元可以命名为阀)中存在显著电压保留(约50％)。
控制装置38包括处理模块90，该处理模块90在其输出侧联接至第一侧控制模块66，并因此间接联接至电流控制模块65。处理模块90向第一侧控制模块66提供模式控制信号MCS。模式控制信号MCS被生成作为共模电压信号的函数。例如，控制装置38的信号发生器将幅值和角度与第一侧频率ωg(命名为电网频率)进行组合以生成模式控制信号MCS。信号发生器可以使用类似于以下方程(6.1)-(6.4)的方程。共模电压信号包括共模电压振幅和共模电压角度/>如下所述，共模电压振幅/>和共模电压角度/>由处理模块90生成以作为测量信号的函数。测量电流和电压信号被转换为正序信号和负序信号。共模电压振幅和共模电压角度/>是正序信号和负序信号的振幅和角度(相位角度)的函数。
可替代地，模式控制信号MCS等同于共模电压信号，该共模电压信号包括共模电压振幅和共模电压角度/>
正序信号和负序信号的相位和振幅由处理模块90使用测量电流和电压信号确定。由处理模块90使用正序信号和负序信号的相位和振幅来确定共模电压振幅和共模电压角度/>
基于功率方程的全面数学推导得出期望的共模电压表达式。为简洁起见，本文中仅展示结果。
注意，以开始在abc框架中使用复分析也可以找到相同的解。
图7示出了使用处理模块90和上述方法(例如如图6)处理转换器10的电压和电流信号的示例性实施例。在图7中，示出了转换器10的第一侧11的第一、第二和第三端子a、b和c处的电压ug和电流ig。图7示出了第二方法，该第二方法可以在发生不对称电网故障(|u +|＝0.1pu且|u -|＝0.4pu)时机器以待机状况停机操作的情况下使用，导致|i +|＝0.3pu且|i -|＝0.1pu的无功电流注入。算法定义|u 0|＝0.325pu且∠u 0＝π。
备注：|i +|＝|i -|的情况无法平衡。
图8A示出了作为上述实施例的进一步发展的转换器10的控制装置38的细节的示例性实施例。在图8A中，描述了使用循环电流注入的第三方法。该方法可以用于以下情况：机器15正在旋转并且转换器10应对电网故障和/或不平衡做出反应。
控制装置38包括处理模块91，该处理模块91在其输出侧上联接至内部控制模块61。处理模块91向内部控制模块61提供模式控制信号MCS。更具体地，处理模块91将模式控制信号MCS应用于电流控制模块65。如下文所述，模式控制信号MCS被生成作为第一循环电流信号和第二循环电流信号的函数。
这种方法可以改善在电网故障和不平衡期间的能量平衡。由于负序电流和/或电压的存在，端子功率不再相同，这意味着相腿21至29的能量平衡会受到不同影响。
该方法被执行用于确保在电网不平衡期间的相腿功率匹配。该方法基于连接到第二侧12上的同一功率端子(即端子1、2、3)的相腿之间的电流再分配。这可以用公式表达为：
在正常状况下，即三相系统均平衡时，kG＝kM＝1/3。然而，当∑pMi＝0或∑pGk＝0时，该方法不适用。后一种情况很可能发生在电压骤降低于0.5pu的情况下，这是因为电网代码指示故障期间用于无功电流注入(iqRef＝kqΔu)的系数为kq＝2，这意味着所有可用电流都用于无功功率。单位pu表示系统量作为所定义的基本单位量的分数，该基本单位量通常用于电气工程的功率系统分析领域(即所谓的每单位系统)。
当kG或kM的分母变为零时，方程(3.0)允许实现其应用的重构如下：
/>
方程使用以下参数：
-ΔpGk：第一侧11上的相位k的有功功率差，
-pGk：第一侧11上的相位k的有功功率，
-k：第一侧上的相位(a,b,c)，
-∑pG/3：第一侧11上的有功功率平均值(＝∑kpGk/3)，
-pG,nom：第一侧11的额定功率(用于每单位系统的归一化)，
-ΔpMi：第二侧12上的相位i的有功功率差，
-pMi：第二侧12上的相位i的有功功率，
-i：第一侧上的相位(1,2,3)，
-∑pM/3：第二侧12上的有功功率平均值(＝∑ipMi/3)，
-pM,nom：第二侧12的额定功率(用于每单位系统的归一化)。
转换器10的第一侧11是转换器的电网侧。转换器10的第二侧12是转换器的机器侧或另一电网侧。替代在相位与功率总和比的函数中直接表示kG和kM的是，以相位功率差相对于平均值1/3的偏差来表示。
图8B示出了上文描述(例如图8A中)的转换器10的电压和电流信号的示例性实施例。在图8B中，示出了转换器10的第一侧11的第一、第二和第三端子a、b、c处的电压ug和电流ig。图8B示出了在电网不平衡的情况下的第三方法。使用系数kG＝[0.415 0.481 0.104]来实现输入/输出相腿功率匹配。
可替代地，还可以推导出具有第一侧频率ωg(电网频率)或第二侧频率ωm(机器频率)的循环电流，以匹配例如通过(4.0)获得的相腿电流。在这种情况下，方程组为：
循环电流不应影响功率传输，即，pα0和pβ0应保持不变。
具有振幅iαα,iαβ,iβα,iββ和角度的循环电流被定义为使得该循环电流可以与机器电压相互作用。
模式控制信号MSC等同于第一循环电流信号(更具体地等同于第一循环电流振幅和第一循环电流角/>)以及第二循环电流信号(更具体地等同于第二循环电流幅值/>和第二循环电流角/>)，或者被生成作为第一循环电流信号(更具体地作为第一循环电流振幅/>和第一循环电流角/>的函数)和第二循环电流信号(更具体地作为第二循环电流幅值/>和第二循环电流角/>的函数)的函数。模式控制信号由控制装置38的信号发生器生成以作为第一循环电流信号和第二循环电流信号的函数。
循环电流的时域信号的生成遵循方程(6.1)-(6.4)：
由控制装置38的信号发生器(未示出)以幅值和角度 和频率ωM来重建时域信号。
图8C示出了作为上述实施例的进一步发展转换器10的控制装置38的细节的示例性实施例。电流控制模块65的内部在图8C中示出，假设相腿21至29的顺序为[1a、2a、3a、1b、2b、3b、1c、2c、3c]。电流控制模块65被配置为使得模式控制信号MCS提供循环电流。在图8C中，表示总和的符号Σ可以意指输入信号的加法或减法。模式控制信号MCS可以具有电流模式控制信号iMCS的形式。电流控制模块65生成平衡电压参考信号ubal,ref作为相腿测量电流信号iyx和其他信号之和或差的函数。电流控制模块65生成其他信号作为第一侧电流参考信号ig,ref(例如除以系数3)、第二侧电流参考信号im,ref(例如除以系数3)、电流平衡参考信号ibal,ref和模式控制信号MCS之和或差。形成和或差的两个步骤可以组合或者分成多个步骤。平衡电压参考信号ubal,ref通过将形成和或差的两个步骤的结果乘以乘法系数来实现。因此，电流控制模块65实现了P控制器。
图8D示出了作为上述实施例的进一步发展的转换器10的控制装置38的细节的示例性实施例。通过观察上述公式(4.0)，可以看到kM是索引为a、b、c的1x3向量，而kG是索引为1、2、3的1x3向量。与图8C相比，可以看出，作为电网电流和机器电流的映射的替换，该替换合并有模式控制信号MCS，该模式控制信号MCS呈电流模式控制信号iMCS的形式。在图8D中，在来自方程(4.0)中的修改后的第三方法的情况下，示出了电流控制模块65的修改示例。用于总和的符号Σ可以意指输入信号的加法或减法。在转换到相同的αα/αβ/βα/ββ框架后，具有第一至第四循环电流振幅iαα,iαβ,iβα,iββ的对应循环电流可以被定义为来自图8C的原始的电网和机器侧参考电流和来自图8D的电网和机器侧电流之间的差。因此，这两种方法相同。
电流控制模块65生成平衡电压参考信号ubal,ref作为相腿测量电流信号iyx和其他信号之和或差的函数。电流控制模块65生成其他信号作为第一侧电流参考信号ig,ref(每一个信号乘以三个系数kG1,kG2,kG3之一)、第二侧电流参考信号im,ref(每一个信号乘以其他三个系数kMa,kMb,kMc之一)和电流平衡参考信号bal,ref之和或差。系数kG1,kG2,kG3和其他系数kMa,kMb,kMc是模式控制信号MCS的函数。形成和或差的两个步骤可以组合或可以分为多个步骤。平衡电压参考信号ubal,ref通过将形成和或差的两个步骤的结果与乘法系数相乘来实现。因此，电流控制模块65实现了P控制器。
图9A和9B示出了如上所述的使用图8A至8D的转换器10的电流信号的示例性实施例。在图9A和9B中，示出了在与图8A至8E相同的情况下，通过第三方法的替换实施而获得的具有第一至第四循环电流振幅的第一至第四循环电流信号。
在一种发展中，执行了方法之间的过渡。方法之间的更少缝隙过渡是可能的，例如在零序共模注入是其中之一的情况下根据机器速度进行过渡。
本公开提出了一种在一个端子电压为零的情况下使用外部电流和/或零序电压的用于直接3ph/3ph MMC的新颖平衡控制方法。3ph是三相的缩写。
本公开提出了一种在电网不平衡的情况下使用循环电流和/或零序电压的用于直接3ph/3ph MMC的平衡控制方法。
本公开中所述的方法可以实现例如以下中的至少一项：
-在一个端子电压等于零的情况下使用第一方法控制直接3ph/3ph MMC。3ph/3phMMC是三相/三相模块化多电平转换器的缩写。
-在一个端子电压等于零的情况下使用第二方法控制直接3ph/3ph MMC。
-在一个端子电压等于零的情况下利用加权系数使用第一方法和第二方法的组合控制直接3ph/3ph MMC。
-在电网不平衡的情况下使用第三方法控制直接3ph/3ph MMC。
-在电网不平衡的情况下利用加权系数使用第一方法和第三方法的组合控制直接3ph/3ph MMC。
-在电网不平衡的情况下利用加权系数使用第二方法和第三方法的组合控制直接3ph/3ph MMC(例如，在低机器速度时)。
-在第二侧12是另一个ac系统(例如具有相对于第一侧11的不同频率的另一个ac系统)的情况下控制直接3ph/3ph MMC；例如，转换器10执行50Hz-60Hz ac/ac转换。
上文介绍的方法可以直接实施于3ph/n-ph MMC，其中n>3。因此，转换器10的第二侧12处的端子和相位数量可以大于3。
转换器10可以被实施为模块化多电平转换器、矩阵转换器和/或直接转换器。转换器10可以例如用于抽水蓄能装置等。转换器10可以在STATCOM模式下操作。转换器10可以例如实现级联控制、降低电压纹波、提供能量平衡、提供电容器平衡并且使用例如循环电流等。
上述信号例如包括三个或九个部分信号。
例如，下列信号包括数量M个部分信号(即与每一个相腿21至29对应的部分信号)：电流平衡信号ibal、电流平衡参考信号ibal,ref、平衡电压参考信号ubal,ref、相腿控制信号uref。
例如，下列信号包括第一数量L1个部分信号(即与第一侧11处的每一个端子a、b、c对应的部分信号)：第一侧电流参考信号ig,ref，第一侧电压参考信号ug,conv,ref。
例如，下列信号包括第二数量L2个部分信号(即与第二侧12处的每一个端子1、2、3对应的部分信号)：第二侧电流参考信号im,ref，第二侧电压参考信号um,conv,ref。
单个信号例如是第一评估电流平衡信号ibal,e1、第二评估电流平衡信号ibal,e2、第三评估电流平衡信号ibal,e3、第一循环电流振幅第二循环电流振幅/>/>
模式控制信号MCS包括多于一个的部分信号。时钟信号upll也包括多于一个的部分信号。
图1至图9所示的实施例代表了改进的转换器和用于操作转换器的方法的示例性实施例；因此，它们并不构成根据改进的转换器和用于操作转换器的方法的所有实施例的完整列表。实际的转换器和方法在例如布置、装置、模块、单元、相腿、步骤和信号等方面可以与所示的实施例不同。
附图标记列表
1、2、3 端子
9 装置
10 转换器
11 第一侧
12 第二侧
13 电网
14 变压器
15 机器
16 发电机
17 涡轮机
18 接地端子
19 阻抗
20 机器断路器
21至29 相腿
31至36 单元
37 相腿电抗器
38 控制装置
41至44 半导体开关
45至48 二极管
49 储存装置
50 电容器
61 内部控制模块
62 参考发生器
63 调制器
64 电压控制模块
65 电流控制模块
66 第一侧控制模块
67 第二侧控制模块
74 信号发生器
75 去耦矩阵模块
76 平均模块
80 重缩放模块
81至83 评估模块
84 放大限制模块
85 乘法模块
90、91 处理模块
a、b、c 端子
i 电流
Ibal 电流平衡信号
ibal,e1 第一评估电流平衡信号
ibal,e2 第二评估电流平衡信号
ibal,e3 第三评估电流平衡信号
ibal,ref 电流平衡参考信号
ig,abc 第一侧测量电流信号
ig,ref 第一侧电流参考信号
im,ref 第二侧电流参考信号
im,123 第二侧测量电流信号
iyx 相腿测量电流信号
第一循环电流振幅
第二循环电流振幅
MCS 模式控制信号
Pref 功率参考信号
S1至S4 单元控制信号
t 时间
ubal,ref 平衡电压参考信号
uC 单元电压
uCxyn 电容器电压
uC∑,yxn 测量相腿电容器信号
ug,conv,ref 第一侧电压参考信号
um,conv,ref 第二侧电压参考信号
upll 时钟信号
uref 相腿控制信号
u1至u9 相腿电压
共模电压振幅
共模电压角度
ωg 第一侧频率
ωm 第二侧频率
ωm,ref 第二侧参考频率
Claims (15)
1.一种用于操作转换器(10)的方法，
其中，所述转换器(10)被实施为模块化多电平转换器，并且包括：
-控制装置(38)；以及
-第一侧(11)、第二侧(12)和数量M个相腿(21至29)，所述数量M个相腿(21至29)布置在所述第一侧(11)和所述第二侧(12)之间，其中，所述数量M个相腿(21至29)中的每一个相腿至少包括单元(31)，所述单元(31)具有电容器(50)和半导体开关(41至44)，
所述方法包括：
-检测所述转换器(10)是否必须被设定为包括以下模式的一组模式中的一种模式：
静态同步补偿器模式，或
电网不平衡模式，
-根据所检测到的模式生成模式控制信号(MCS)，
-通过所述控制装置(38)根据第一侧频率(ωg)、第二侧频率(ωm)、第二侧电流参考信号(im,ref)、测量相腿电容器信号(uC∑,yxn)和所述模式控制信号(MCS)生成平衡电压参考信号(ubal,ref)，
-通过所述控制装置(38)的参考发生器(62)根据第一侧电压参考信号(ug,conv,ref))、第二侧电压参考信号(um,conv,ref)和所述平衡电压参考信号(ubal,ref))为所述数量M个相腿(21至29)中的每一个相腿生成相腿控制信号(uref)，
-通过所述控制装置(38)的调制器(63)生成单元控制信号(S1至S4)作为所述相腿控制信号(uref)的函数，以及
-将所述单元控制信号(S1至S4)提供至所述单元(31)的所述半导体开关(41至44)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述方法包括：
-通过所述控制装置(38)的第一侧控制模块(66)根据所述模式控制信号(MCS)生成第一侧电流参考信号(ig,ref)，以及
-通过所述控制装置(38)的内部控制模块(61)的电流控制模块(65)根据所述第一侧电流参考信号(ig,ref)、所述第二侧电流参考信号(im,ref)和电流平衡参考信号(ibal,ref)生成所述平衡电压参考信号(ubal,ref)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中，所述方法包括通过所述控制装置(38)的内部控制模块(61)的电流控制模块(65)根据第一侧电流参考信号(ig,ref)、所述第二侧电流参考信号(im,ref)、所述模式控制信号(MCS)和所述电流平衡参考信号(ibal,ref)生成所述平衡电压参考信号(ubal,ref)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其中，所述方法包括：
-通过所述内部控制模块(61)的去耦矩阵模块(75)根据电流平衡信号(ibal)生成所述电流平衡参考信号(ibal,ref)，
-通过所述内部控制模块(61)的电压控制模块(64)根据时钟信号(upll)和在所述数量M个相腿(21至29)的所述单元(31至36)处测量的测量相腿电容器信号(uC∑,yxn)生成所述电流平衡信号(ibal)，以及
-通过所述内部模块(61)生成所述时钟信号(upll)作为所述第一侧频率(ωg)和所述第二侧频率(ωm)的函数。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，
其中，在所述转换器(10)被设定为所述静态同步补偿器模式的情况下，所述模式控制信号(MCS)被生成作为第一评估电流平衡信号、第二评估电流平衡信号和第三评估电流平衡信号(ibal,e1,ibal,e2,ibal,e3)的函数，其中，所述第一评估电流平衡信号(ibal,e1)取决于连接至所述转换器(1)的所述第一侧(11)的第一端子(a)的相腿(21、24、27)的电流平衡信号(ibal)，
其中，所述第二评估电流平衡信号(ibal,e2)取决于连接至所述转换器(1)的所述第一侧(11)的第二端子(b)的相腿(22、24、28)的电流平衡信号(ibal)，以及
其中，所述第三评估电流平衡信号(ibal,e3)取决于连接至所述转换器(1)的所述第一侧(11)的第三端子(c)的相腿(23、26、29)的电流平衡信号(ibal)。
6.根据权利要求5所述的方法，
其中，所述方法包括：
-通过所述重缩放模块(80)的乘法模块(85)生成所述模式控制信号(MCS)作为重缩放信号和时钟信号(uplll)的函数，以及
-通过所述内部模块(61)生成所述时钟信号(upll)作为所述第一侧频率(ωg)和第二侧频率(ωm)的函数。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，
其中，在所述转换器(10)被设定为所述静态同步补偿器模式的情况下，所述模式控制信号(MCS)被生成作为共模电压信号的函数，并且
其中，所述共模电压信号由所述控制装置(38)的处理模块(90)生成以作为测量信号的函数，并且包括共模电压振幅和共模电压角度/>
8.根据权利要求7所述的方法，
其中，所述方法包括通过以下方程计算所述共模电压角度的值和所述共模电压振幅/>的值：
其中，k1至k6为第一参数至第六参数的值，所述第一参数至所述第六参数被计算作为所述测量信号的函数。
9.根据权利要求5或6中任一项和权利要求7或8中任一项所述的方法，
其中，在所述转换器(10)被设定为所述静态同步补偿器模式的情况下，所述模式控制信号(MCS)利用加权系数被生成作为以下项的函数：
-所述重缩放信号，以及
-所述共模电压信号。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，
其中，在所述转换器(10)被设定为所述电网不平衡模式的情况下，所述模式控制信号(MCS)被生成作为第一循环电流信号和第二循环电流信号的函数。
11.根据权利要求10所述的方法，
其中，所述方法包括通过以下方程计算所述第一循环电流信号和所述第二循环电流信号：
其中，为负序电网电流幅值的值，
为正序电网电压幅值的值，
为负序电网电流角度的值，
为正序电网电压角度的值，
为正序电网电流幅值的值，
为负序电网电压幅值的值，
为正序电网电流角度的值，
为负序电网电压角度的值，
为所述第一循环电流信号的第一循环电流振幅的值，/>为所述第二循环电流信号的第二循环电流振幅的值，
为所述第一循环电流信号的第一循环电流角度的值，
为第三循环电流角度的值，
为所述第二循环电流信号的第二循环电流角度的值，
为第四循环电流角度的值，以及
φuM为第二侧电压幅值的值。
12.根据权利要求5至9中任一项和权利要求10或11中任一项所述的方法，
其中，在所述转换器(10)被设定为所述电网不平衡模式的情况下，所述模式控制信号(MCS)利用加权系数被生成作为以下项的函数：
-所述第一循环电流信号和所述第二循环电流信号，以及
-所述重缩放信号和/或所述共模电压信号。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，
其中，所述转换器(10)被实现为直接AC/AC转换器，并且
其中，所述数量M个相腿(21至29)中的每一个相腿包括数量N个单元(31至36)，所述数量N个单元(31至36)被实现为全桥单元。
14.一种转换器(10)，包括
-控制装置(38)，以及
-数量M个相腿(21至29)，其中，所述数量M个相腿(21至29)中的每一个相腿至少包括单元(31)，所述单元(31)具有电容器(50)和半导体开关(41至44)，
其中，所述转换器(10)被实现为模块化多电平转换器，并且被配置为执行权利要求1至13中任一项所述的方法的步骤。
15.一种计算机程序产品，包括指令，所述指令使权利要求14所述的转换器(10)执行权利要求1至13中任一项所述的方法的步骤。
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|---|---|---|---|
| PCT/EP2021/055487 WO2022184261A1 (en) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | Method for operating a converter, converter and computer program product |
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|---|---|---|---|
| CN202180095180.4A Pending CN116918232A (zh) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | 用于操作转换器的方法、转换器及计算机程序产品 |
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- 2021-03-04 CN CN202180095180.4A patent/CN116918232A/zh active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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