ES2378865B1 - CONVERTER OF ELECTRICAL ENERGY OF INTERLOCKING FOUR OR MORE LEVELS AND CONTROL METHOD. - Google Patents

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    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels

Abstract

Convertidor de energía eléctrica de enclavamiento activo de cuatro o más niveles y método de control.#Se presenta una topología de convertidor estático de energía eléctrica de cuatro o más niveles. La topología está formada por una estructura piramidal de celdas elementales. Cada celda elemental está formada por dos dispositivos elementales. Cada dispositivo elemental está formado por un interruptor electrónico controlado y un diodo en antiparalelo.#Se definen los estados de conmutación del convertidor que permiten el control del mismo, así como una estrategia de transición entre estados de conmutación.#El convertidor y control propuesto son aplicables en accionamientos de motores eléctricos de corriente alterna, sistemas de aprovechamiento de energías renovables, equipos de tracción eléctrica, sistemas de alimentación, etc.Active interlock electric power converter of four or more levels and control method. # A static power converter topology of four or more levels is presented. The topology is formed by a pyramidal structure of elementary cells. Each elementary cell is formed by two elementary devices. Each elementary device consists of a controlled electronic switch and an antiparallel diode. # The switching states of the converter that allow the control of it are defined, as well as a transition strategy between switching states. # The proposed converter and control are applicable in drives of electric motors of alternating current, systems of use of renewable energies, equipment of electrical traction, systems of feeding, etc.

Description

Convertidor de energía eléctrica de enclavamiento activo de cuatro o más niveles y método de control. Active interlocking electric power converter of four or more levels and control method.

Sector de la técnica Technical sector

Hardware electrónico para sistemas eléctricos y electrónicos de potencia. Electronic hardware for electrical and electronic power systems.

Estado de la técnica State of the art

Las técnicas de conversión multinivel han abierto una puerta a avances en la tecnología de conversión de energía eléctrica. Para una tecnología concreta de semiconductores, estas técnicas permiten una mayor capacidad de potencia por convertidor, mayor eficiencia y menor distorsión armónica. Se han propuesto diferentes topologías multinivel: Multilevel conversion techniques have opened a door to advances in electric power conversion technology. For a specific semiconductor technology, these techniques allow greater power capacity per converter, greater efficiency and less harmonic distortion. Different multilevel topologies have been proposed:

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Convertidores multinivel puente completo en cascada (“cascaded H-bridge”). Multilevel converters complete cascade bridge (“cascaded H-bridge”).

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Convertidores multinivel de enclavamiento por diodos (“diode clamped”). Multilevel interlocking diode converters ("clamped diode").

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Convertidores multinivel de enclavamiento por condensadores o de condensadores flotantes (“capacitor clamped” o “flying capacitors”). Multilevel interlocking converters by capacitors or floating capacitors (“clamped capacitor” or “fl ying capacitors”).

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Combinaciones híbridas de los anteriores. Hybrid combinations of the above.

En particular, se ha propuesto una topología general en: In particular, a general topology has been proposed in:

F. Z. Peng, “A generalized multilevel inverter topology with self voltage balancing”, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 37, pp. 611-618, 2001. F. Z. Peng, “A generalized multilevel inverter topology with self voltage balancing”, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 37, pp. 611-618, 2001.

Esta topología incluye condensadores flotantes, interruptores electrónicos controlados y diodos en antiparalelo. This topology includes floating capacitors, controlled electronic switches and antiparallel diodes.

La topología contemplada en la presente invención incorpora únicamente interruptores electrónicos controlados y diodos en antiparalelo. No se incorporan condensadores flotantes, hecho que modifica sustancialmente el control y las características de funcionamiento del convertidor. The topology contemplated in the present invention incorporates only controlled electronic switches and antiparallel diodes. Floating capacitors are not incorporated, which substantially modifies the control and the operating characteristics of the converter.

En la literatura aparece el caso particular de tres niveles de la topología objeto de la presente invención, pero no se ha presentado su extensión a más niveles, y el control del convertidor propuesto en la literatura difiere del descrito aquí. In the literature the particular case of three levels of the topology object of the present invention appears, but its extension has not been presented at more levels, and the control of the converter proposed in the literature differs from that described here.

Descripción de la invención Description of the invention

Se definen la topología de un convertidor de energía eléctrica multinivel de enclavamiento activo, los estados de conmutación necesarios para su control y una estrategia de transición entre estos estados de conmutación. The topology of an active interlocking multilevel electric power converter, the switching states necessary for its control and a transition strategy between these switching states are defined.

Topología Topology

La Figura 1 presenta la topología de un convertidor de m niveles. El circuito presenta m terminales de entrada (ik, k ∈ {1, 2, ..., m}) y un terminal de salida (o). El número de niveles del convertidor se corresponde con el número de terminales de entrada. Entre dos terminales de entrada consecutivos (ik eik+1) típicamente se conecta un elemento capacitivo (condensador) o una fuente de tensión (fuente de alimentación, batería, etc.), de forma que la tensión del terminal ik es inferior o igual a la tensión del terminal ik+1. Figure 1 presents the topology of a m-level converter. The circuit has m input terminals (ik, k ∈ {1, 2, ..., m}) and an output terminal (o). The number of converter levels corresponds to the number of input terminals. Between two consecutive input terminals (ik eik + 1) a capacitive element (capacitor) or a voltage source (power supply, battery, etc.) is typically connected, so that the voltage of the ik terminal is less than or equal to the terminal voltage ik + 1.

El circuito está formado por una conexión piramidal de m·(m-1)/2 celdas elementales. Cada celda elemental está formada por dos dispositivos elementales, tal como se muestra en la Figura 1. Cada dispositivo elemental está formado por un interruptor electrónico controlado (designados Spxy ySnxy; x, y ∈ {1, 2, ..., m-1}) y un interruptor electrónico no controlado (diodo), conectados tal como se muestra en la Figura 1 (conexión antiparalelo). The circuit is formed by a pyramidal connection of m · (m-1) / 2 elementary cells. Each elementary cell consists of two elementary devices, as shown in Figure 1. Each elementary device consists of a controlled electronic switch (designated Spxy ySnxy; x, y ∈ {1, 2, ..., m-1 }) and an uncontrolled electronic switch (diode), connected as shown in Figure 1 (anti-parallel connection).

El interruptor electrónico controlado puede ser unidireccional (iS sólo puede ser mayor o igual que cero) o bidireccional (iS puede ser mayor, igual o menor que cero) en corriente. El interruptor controlado puede ser unidireccional (vS sólo puede ser mayor o igual que cero) o bidireccional (vS puede ser mayor, igual o menor que cero) en tensión. El caso típico es que el interruptor controlado sea bidireccional en corriente y unidireccional en tensión. The controlled electronic switch can be unidirectional (iS can only be greater than or equal to zero) or bidirectional (iS can be greater than, equal to or less than zero) in current. The controlled switch can be unidirectional (vS can only be greater than or equal to zero) or bidirectional (vS can be greater than, equal to or less than zero) in voltage. The typical case is that the controlled switch be bidirectional in current and unidirectional in voltage.

El interruptor electrónico controlado del dispositivo elemental presenta dos estados, de acuerdo con los dos posibles estados de su señal de control: The controlled electronic switch of the elementary device has two states, according to the two possible states of its control signal:

a) Encendido: La tensión vS en bornes del interruptor es aproximadamente cero. a) On: The voltage vS at the terminals of the switch is approximately zero.

b) Apagado: La corriente iS que circula por el interruptor es aproximadamente cero. b) Off: The iS current flowing through the switch is approximately zero.

El dispositivo elemental, definido por el conjunto de interruptor controlado e interruptor no controlado, se puede realizar con un único transistor o se puede realizar con cualquier combinación de transistores y diodos (serie, paralelo, etc.) que efectivamente tenga la misma funcionalidad. The elementary device, defined by the set of controlled switch and uncontrolled switch, can be performed with a single transistor or can be performed with any combination of transistors and diodes (series, parallel, etc.) that effectively has the same functionality.

Estados de conmutación Switching states

El terminal de salida (o) se puede conectar galvánicamente con una baja impedancia a cada uno de los terminales de entrada (ik, k ∈ {1, 2, ..., m}) controlando adecuadamente el estado de todos los interruptores electrónicos controlados. Se definen m-1 variables de control (cj, j ∈ {1, 2, ..., m-1}) para representar el estado de las señales de control de los interruptores electrónicos controlados. Cada interruptor controlado tiene asignada una variable de control (cj)osu valor complementario (cj), tal como se indica en la Figura 2. Estas variables de control tienen dos valores posibles: The output terminal (o) can be galvanically connected with a low impedance to each of the input terminals (ik, k ∈ {1, 2, ..., m}) by properly controlling the status of all controlled electronic switches . M-1 control variables (cj, j ∈ {1, 2, ..., m-1}) are defined to represent the status of the control signals of the controlled electronic switches. Each controlled switch is assigned a control variable (cj) or its complementary value (cj), as indicated in Figure 2. These control variables have two possible values:

a) cj = 0, en cuyo caso todos los interruptores controlados con esta variable de control asociada están apagados y aquellos con el valor complementario asociado cj = 1 están encendidos. a) cj = 0, in which case all switches controlled with this associated control variable are off and those with the associated complementary value cj = 1 are on.

b) cj = 1, en cuyo caso todos los interruptores controlados con esta variable de control asociada están encendidos y aquellos con el valor complementario asociado cj = 0 están apagados. b) cj = 1, in which case all switches controlled with this associated control variable are on and those with the associated complementary value cj = 0 are off.

Para conectar el terminal de salida (o) al terminal de entrada ik, se asignan los siguientes valores a las señales de control: To connect the output terminal (o) to the input terminal ik, the following values are assigned to the control signals:

De esta forma quedan definidos los m estados de conmutación que permiten conectar el terminal de salida a los m terminales de entrada. La siguiente tabla presenta un resumen de estos estados de conmutación: In this way, the m switching states that allow the output terminal to be connected to the m input terminals are defined. The following table presents a summary of these switching states:

En el estado de conmutación k, se encienden todos aquellos interruptores controlados que permiten conectar galvánicamente con una baja impedancia el terminal de entrada ik con el terminal de salida (o) a través de m-1 dispositivos elementales. Adicionalmente, se encienden otros interruptores controlados que permiten garantizar una tensión vs de bloqueo en los interruptores controlados apagados igual a la diferencia de tensión entre terminales de entrada consecutivos. In the switching state k, all those controlled switches that allow galvanically connecting the input terminal ik with the output terminal (o) via m-1 elementary devices are switched on with a low impedance. Additionally, other controlled switches are switched on which allow to guarantee a voltage vs blocking in the controlled switches turned off equal to the voltage difference between consecutive input terminals.

Transición entre estados de conmutación Transition between switching states

Para realizar una transición entre dos estados de conmutación adyacentes (transición de un estado de conmutación k al inmediatamente superior (k+1) o inferior (k-1)), es necesario cambiar el estado de m interruptores controlados. Se procede a apagar primero los interruptores a apagar y posteriormente se encienden los interruptores a encender. Sea ki el estado de conmutación inicial y kf el estado de conmutación final de la transición entre estados adyacentes. To make a transition between two adjacent switching states (transition from a switching state k to the immediately higher (k + 1) or lower (k-1)), it is necessary to change the state of m controlled switches. The switches to be turned off are turned off first and then the switches to be turned on. Let ki be the initial switching state and kf the final switching state of the transition between adjacent states.

Si (kf-ki)·io>0 (donde io es la corriente del terminal de salida (Figura 1)), las pérdidas de energía de la transición se concentran en el primer dispositivo que se enciende. Si (kf-ki)·io<0, las pérdidas de energía de la transición se concentran en el último dispositivo que se apaga. Por lo tanto, se define una estrategia de transición entre estados de conmutación adyacentes, en la que en transiciones sucesivas se alterna el primer interruptor que se enciende entre los interruptores a encender y se alterna el último interruptor que se apaga entre los interruptores a apagar. De esta forma, se distribuyen entre todos los interruptores las pérdidas de energía de las sucesivas transiciones. If (kf-ki) · io> 0 (where io is the output terminal current (Figure 1)), the energy losses of the transition are concentrated in the first device that is turned on. If (kf-ki) · io <0, the energy losses of the transition are concentrated in the last device that shuts down. Therefore, a transition strategy between adjacent switching states is defined, in which in successive transitions the first switch that turns on between the switches to be switched on and the last switch that switches off between the switches to turn off is alternated. In this way, the energy losses of the successive transitions are distributed among all the switches.

Breve explicación de los dibujos Brief explanation of the drawings

Figura 1: Topología de un convertidor de enclavamiento activo de m niveles. Figure 1: Topology of an active interlock converter of m levels.

Figura 2: Topología de un convertidor de enclavamiento activo de m niveles, con indicación de la variable de control asignada a cada interruptor controlado. Figure 2: Topology of an m-level active interlock converter, with indication of the control variable assigned to each controlled switch.

Figura 3: Topología de un convertidor de enclavamiento activo de cinco niveles (una rama), en la que se emplean transistores tipo Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) de canalnyde enriquecimiento. Figure 3: Topology of a five-level active interlocking converter (a branch), in which Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) transistors of channel and enrichment type are used.

Figura 4: Topología de un convertidor de enclavamiento activo de cinco niveles (una rama), en la que se emplean transistores tipo MOSFET de canal n y de enriquecimiento, con indicación de la variable de control asignada a cada transistor. Figure 4: Topology of a five-level active interlocking converter (one branch), in which MOSFET transistors of channel n and enrichment are used, with indication of the control variable assigned to each transistor.

Figura 5: Convertidor corriente continua-corriente continua (cc-cc) o corriente continua-corriente alterna (cc-ca) monofásico de cinco niveles, con cuatro fuentes de tensión y una rama. Figure 5: DC-DC converter (DC-DC) or single-phase DC-AC (five-phase DC) with four voltage sources and one branch.

Figura 6: Convertidor cc-cc de cinco niveles, con bus intermedio de cc formado por cuatro condensadores en serie y dos ramas. Figure 6: Five-level cc-cc converter, with intermediate DC bus consisting of four series capacitors and two branches.

Figura 7: Convertidor cc-cc o cc-ca monofásico de cinco niveles, con fuente de tensión conectada a cuatro condensadores en serie y dos ramas. Figure 7: Five-level cc-cc or cc-ca converter with five levels, with a voltage source connected to four capacitors in series and two branches.

Figura 8: Convertidor cc-ca trifásico de cinco niveles, con fuente de tensión conectada a cuatro condensadores en serie y tres ramas. Figure 8: Five-phase three-phase DC-AC converter, with a voltage source connected to four capacitors in series and three branches.

Modos de realización de la invención Embodiments of the invention

La presente invención se ilustra adicionalmente mediante el siguiente ejemplo, el cual no pretende ser limitativo de su alcance. The present invention is further illustrated by the following example, which is not intended to limit its scope.

Ejemplo 1 Example 1

Convertidor de enclavamiento activo de cinco niveles con MOSFETs Five-level active interlocking converter with MOSFETs

En la Figura 3 se muestra una rama de un convertidor de cinco niveles en la que se emplean transistores tipo Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) de canal n y de enriquecimiento. Los diodos que se muestran en la Figura 3 se pueden corresponder con el diodo parásito de este tipo de transistores o con diodos externos conectados en antiparalelo con los transistores MOSFET, tal como se indica en la Figura 3. Figure 3 shows a branch of a five-level converter in which Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) type n and enrichment transistors are used. The diodes shown in Figure 3 can correspond with the parasitic diode of this type of transistors or with external diodes connected in antiparallel with the MOSFET transistors, as indicated in Figure 3.

En la Figura 4 se indica la asignación de variables de control a cada transistor. La rama presenta los siguientes cinco estados de conmutación para permitir conectar el terminal de salida con cada uno de los cinco terminales de entrada: The assignment of control variables to each transistor is indicated in Figure 4. The branch has the following five switching states to allow the output terminal to be connected to each of the five input terminals:

La transición entre estados de conmutación adyacentes se efectúa apagando primero los transistores a apagar y encendiendo posteriormente los transistores a encender. Adicionalmente, en transiciones sucesivas de un estado de conmutación a otro, se alterna el transistor a apagar en último lugar y el transistor a encender en primer lugar. Por ejemplo, en la transición del estado de conmutación 2 al estado de conmutación 3, los transistores Sn21 ySn22 se tienen que apagar y los transistores Sp21,Sp22 ySp23 se tienen que encender. Se procedería de la siguiente forma: The transition between adjacent switching states is done by first turning off the transistors to turn off and then turning on the transistors to turn on. Additionally, in successive transitions from one switching state to another, the transistor is switched off last and the transistor switched on first. For example, in the transition from switching state 2 to switching state 3, transistors Sn21 and Sn22 must be turned off and transistors Sp21, Sp22 and Sp23 must be switched on. It would proceed as follows:

a) Secuencia de transistores a apagar en último lugar en sucesivas transiciones del estado de conmutación 2 al estado de conmutación 3: a) Sequence of transistors to be turned off last in successive transitions from switching state 2 to switching state 3:

a.1) a.1)
En la primera transición, el transistor que se apaga en último lugar es Sn21. In the first transition, the transistor that turns off last is Sn21.

a.2) a.2)
En la segunda transición, el transistor que se apaga en último lugar es Sn22. In the second transition, the transistor that turns off last is Sn22.

a.3) a.3)
En transiciones posteriores se repite el ciclo definido por a.1 y a.2. In subsequent transitions the cycle defined by a.1 and a.2 is repeated.

b) Secuencia de transistores a encender en primer lugar en sucesivas transiciones del estado de conmutación 2 al estado de conmutación 3: b) Sequence of transistors to be switched on first in successive transitions from switching state 2 to switching state 3:

b.1) En la primera transición, el transistor que se enciende en primer lugar es Sp21. b.1) In the first transition, the transistor that turns on first is Sp21.

b.2) En la segunda transición, el transistor que se enciende en primer lugar es Sp22. b.2) In the second transition, the transistor that turns on first is Sp22.

b.3) En la tercera transición, el transistor que se enciende en primer lugar es Sp23. b.3) In the third transition, the transistor that turns on first is Sp23.

b.4) En transiciones posteriores se repite el ciclo definido por b.1, b.2, y b.3. b.4) In subsequent transitions the cycle defined by b.1, b.2, and b.3 is repeated.

En la Figura 5, Figura 6, Figura 7 y Figura 8 se muestran ejemplos de convertidores que se pueden realizar mediante el uso de la rama presentada en la Figura 3. Figure 5, Figure 6, Figure 7 and Figure 8 show examples of converters that can be made using the branch presented in Figure 3.

En la Figura 5 se presenta un convertidor corriente continua-corriente continua (cc-cc) o corriente continua-corriente alterna (cc-ca) monofásico, en el que se conectan fuentes de tensión entre cada pareja de terminales de entrada adyacentes de la rama. Estas fuentes de tensión representan sistemas que mantienen una tensión aproximadamente constante entre sus terminales como por ejemplo fuentes de alimentación, baterías o paneles fotovoltaicos con un condensador conectado entre su terminal positivo y negativo. En el terminal de salida se conecta un filtro y una carga representados por un conjunto inductancia (LF), capacidad (CF) y resistencia (RL). Figure 5 shows a DC-DC converter (DC-DC) or single-phase DC-AC converter, in which voltage sources are connected between each pair of adjacent input terminals of the branch . These voltage sources represent systems that maintain an approximately constant voltage between their terminals such as power supplies, batteries or photovoltaic panels with a capacitor connected between their positive and negative terminals. In the output terminal a fi lter and a load are represented, represented by an inductance (LF), capacity (CF) and resistance (RL).

En la Figura 6 se presenta un convertidor cc-cc con dos ramas, en el que se conectan elementos capacitivos entre cada pareja de terminales de entrada adyacentes de cada rama. La fuente de tensión de valor Vcc se conecta a través de una inductancia (LFa) al terminal de salida de la primera rama. El terminal de salida de la segunda rama se conecta a un filtro y una carga representados por un conjunto inductancia (LFb), capacidad (CF) y resistencia (RL). Figure 6 shows a cc-cc converter with two branches, in which capacitive elements are connected between each pair of adjacent input terminals of each branch. The voltage source Vcc is connected through an inductance (LFa) to the output terminal of the first branch. The output terminal of the second branch is connected to a fi lter and a load represented by a set inductance (LFb), capacity (CF) and resistance (RL).

En la Figura 7 se presenta un convertidor cc-cc o cc-ca monofásico con dos ramas, en el que se conectan elementos capacitivos entre cada pareja de terminales de entrada adyacentes de cada rama. Una fuente de tensión de valor Vcc se conecta entre los terminales de entrada i1 ei5. Los terminales de salida de las ramas se conectan a un filtro y una carga representados por un conjunto inductancia (LF), capacidad (CF) y resistencia (RL). A single-phase cc-cc or cc-ca converter with two branches is shown in Figure 7, in which capacitive elements are connected between each pair of adjacent input terminals of each branch. A voltage source of value Vcc is connected between the input terminals i1 and i5. The output terminals of the branches are connected to a fi lter and a load represented by a set inductance (LF), capacity (CF) and resistance (RL).

En la Figura 8 se presenta un convertidor cc-ca trifásico con tres ramas, en el que se conectan elementos capacitivos entre cada pareja de terminales de entrada adyacentes de cada rama. Una fuente de tensión de valor Vcc se conecta entre los terminales de entrada i1 ei5. Los terminales de salida de las ramas se conectan a un filtro y una carga trifásicas representados por un conjunto inductancia (LF) y resistencia (RL) en serie por fase. A three-phase dc-ac converter with three branches is shown in Figure 8, in which capacitive elements are connected between each pair of adjacent input terminals of each branch. A voltage source of value Vcc is connected between the input terminals i1 and i5. The output terminals of the branches are connected to a three-phase filter and load represented by a series inductance (LF) and resistance (RL) set per phase.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. one.
Un convertidor de energía eléctrica de enclavamiento activo de cuatro o más niveles, caracterizado por estar constituido por una estructura piramidal de m·(m-1)/2 celdas elementales, con un terminal de salida y m terminales de entrada, siendo m el número de niveles; cada celda elemental está constituida por dos dispositivos elementales; cada dispositivo elemental está constituido por medios para interrumpir la corriente de forma controlada y medios para interrumpir la corriente de forma no controlada. An active interlocking electric energy converter of four or more levels, characterized by being constituted by a pyramidal structure of m · (m-1) / 2 elementary cells, with an output terminal and m input terminals, m being the number of levels; each elementary cell is constituted by two elementary devices; each elementary device is constituted by means to interrupt the current in a controlled manner and means to interrupt the current in an uncontrolled manner.
2. 2.
Un método de control del convertidor de energía eléctrica de enclavamiento activo de cuatro o más niveles de la reivindicación 1, caracterizado por que se definen m-1 variables de control (cj, j ∈ {1, 2, ..., m-1}) para representar el estado de las señales de control de los interruptores electrónicos controlados, con dos posibles valores, cero y uno, que indican que el interruptor correspondiente está apagado o encendido, respectivamente; la variable de control cj se asigna a la diagonal de interruptores Snjy, y ∈ {1, 2, ..., j}, y su valor complementario (cj) a la diagonal de interruptores Spjy, y ∈ {1, 2, ..., m-j}; para conectar eléctricamente el terminal de salida (o) al terminal de entrada ik (k ∈ {1, 2, ..., m}) se establece cj = 0 para todo j<k y se establece cj = 1 para todo j≥k. A control method of the four-level or more active interlocked electrical energy converter of claim 1, characterized in that m-1 control variables are defined (cj, j ∈ {1, 2, ..., m-1 }) to represent the status of the control signals of the controlled electronic switches, with two possible values, zero and one, indicating that the corresponding switch is off or on, respectively; the control variable cj is assigned to the diagonal of switches Snjy, and ∈ {1, 2, ..., j}, and its complementary value (cj) to the diagonal of switches Spjy, and ∈ {1, 2,. .., mj}; to electrically connect the output terminal (o) to the input terminal ik (k ∈ {1, 2, ..., m}) set cj = 0 for all j <k and set cj = 1 for all j≥k .
3. 3.
Un método de control de un convertidor de energía eléctrica de enclavamiento activo de cuatro o más niveles según reivindicación 2, caracterizado por que las sucesivas transiciones entre dos estados de conmutación adyacentes se efectúan alternando el último interruptor a apagar entre los interruptores a apagar. A control method of an active interlocking electric power converter of four or more levels according to claim 2, characterized in that the successive transitions between two adjacent switching states are made by alternating the last switch to be switched off between the switches to be turned off.
4. Four.
Un método de control de un convertidor de energía eléctrica de enclavamiento activo de cuatro o más niveles según reivindicación 2, caracterizado por que las sucesivas transiciones entre dos estados de conmutación adyacentes se efectúan alternando el primer interruptor a encender entre los interruptores a encender. A control method of an active interlocking electric power converter of four or more levels according to claim 2, characterized in that the successive transitions between two adjacent switching states are made by alternating the first switch to be switched on between the switches to be switched on.
OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS SPANISH OFFICE OF THE PATENTS AND BRAND N.º solicitud: 200902246 Application no .: 200902246 ESPAÑA SPAIN Fecha de presentación de la solicitud: 23.11.2009 Date of submission of the application: 23.11.2009 Fecha de prioridad: Priority Date: INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA REPORT ON THE STATE OF THE TECHNIQUE 51 Int. Cl. : H02M7/483 (2007.01) H02M5/22 (2006.01) 51 Int. Cl.: H02M7 / 483 (2007.01) H02M5 / 22 (2006.01) DOCUMENTOS RELEVANTES RELEVANT DOCUMENTS
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F.Z.PENG A generalized multilevel inverter topology with self voltage balancing. Industry Applications Conference, 2000. Conference Record of the 2000 IEEE 8-12 Octubre 2000, Vol. 3, páginas 2024-2031, ISBN 978-0-7803-6401-1, todo el documento. 1 F.Z.PENG A generalized multilevel inverter topology with self voltage balancing. Industry Applications Conference, 2000. Conference Record of the 2000 IEEE 8-12 October 2000, Vol. 3, pages 2024-2031, ISBN 978-0-7803-6401-1, the entire document. one
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2-4 2-4
Y Y
EP 1443648 A1 (ABB RESEARCH LTD) 04.08.2004, figuras 1,2a; resumen. 1 EP 1443648 A1 (ABB RESEARCH LTD) 04.08.2004, figures 1,2a; summary. one
A TO
2-4 2-4
Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application
El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims • for claims no:
Fecha de realización del informe 02.04.2012 Date of realization of the report 02.04.2012
Examinador M. Argüeso Montero Página 1/4 Examiner M. Argüeso Montero Page 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA REPORT OF THE STATE OF THE TECHNIQUE Nº de solicitud: 200902246 Application number: 200902246 Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H02M Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de Minimum documentation searched (classification system followed by classification symbols) H02M Electronic databases consulted during the search (name of the database and, if possible, terms of búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC search used) INVENES, EPODOC Informe del Estado de la Técnica Página 2/4 State of the Art Report Page 2/4 OPINIÓN ESCRITA  WRITTEN OPINION Nº de solicitud: 200902246 Application number: 200902246 Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 02.04.2012 Date of Completion of Written Opinion: 02.04.2012 Declaración Statement
Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986)
Reivindicaciones Reivindicaciones 1-4 SI NO Claims Claims 1-4 IF NOT
Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
Reivindicaciones Reivindicaciones 2-4 1 SI NO Claims Claims 2-4 1 IF NOT
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986). The application is considered to comply with the industrial application requirement. This requirement was evaluated during the formal and technical examination phase of the application (Article 31.2 Law 11/1986). Base de la Opinión.-  Opinion Base.- La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica. This opinion has been made on the basis of the patent application as published. Informe del Estado de la Técnica Página 3/4 State of the Art Report Page 3/4 OPINIÓN ESCRITA  WRITTEN OPINION Nº de solicitud: 200902246 Application number: 200902246 1. Documentos considerados.-1. Documents considered.- A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión. The documents belonging to the state of the art taken into consideration for the realization of this opinion are listed below.
Documento Document
Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date
D01 D01
F.Z.PENG A generalized multilevel inverter topology with self voltage balancing. Industry Applications Conference, 2000. Conference Record of the 2000 IEEE 8-12 Octubre 2000, Vol. 3, páginas 2024-2031, ISBN 978-0-7803-6401-1, todo el documento. F.Z.PENG A generalized multilevel inverter topology with self voltage balancing. Industry Applications Conference, 2000. Conference Record of the 2000 IEEE 8-12 October 2000, Vol. 3, pages 2024-2031, ISBN 978-0-7803-6401-1, the entire document.
D02 D02
EP 1443648 A1 (ABB RESEARCH LTD) 04.08.2004 EP 1443648 A1 (ABB RESEARCH LTD) 04.08.2004
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración 2. Statement motivated according to articles 29.6 and 29.7 of the Regulations for the execution of Law 11/1986, of March 20, on Patents on novelty and inventive activity; quotes and explanations in support of this statement
--
Reivindicación 1 El documento D01 es el documento del estado de la técnica más próximo a la invención reivindicada. En él se describe un convertidor de energía eléctrica de enclavamiento activo de cuatro o más niveles, caracterizado por estar constituido por una estructura piramidal de m(m-1)/2 celdas elementales con un terminal de salida y m terminales de entrada, siendo m el número de niveles. Cada celda elemental comprende dos dispositivos elementales y cada uno de ellos comprende medios para interrumpir la corriente de forma controlada y medios para interrumpir la corriente de forma no controlada. No obstante, el convertidor del documento D01 incluye condensadores flotantes que no se incorporan en el dispositivo reivindicado. Esta diferencia modifica el control y las características de funcionamiento del convertidor. Por otro lado, el documento D02 se refiere a un inversor de tres niveles constituido por una estructura piramidal de celdas elementales con un terminal de salida y m terminales de entrada, siendo m el número de niveles. Cada celda elemental está constituida por dos dispositivos elementales y, cada uno de ellos, por medios para interrumpir la corriente de forma controlada y medios para interrumpir la corriente de forma no controlada. A la vista del dispositivo del documento D02, el experto en la materia puede aplicarlo al dispositivo del documento D01, llegando a la invención reivindicada. Por tanto, la combinación de los documentos D01 y D02 afecta a la actividad inventiva de la reivindicación 1 (art. 8 LP). -Reivindicaciones 2-4 El documento D01 es el documento del estado de la técnica más próximo a la invención reivindicada. El convertidor de energía eléctrica descrito en este documento, se controla mediante un método caracterizado por definir variables de control, que tienen dos posibles valores, cero y uno, que indican que el interruptor correspondiente está apagado o encendido, respectivamente. A cada uno de los interruptores correspondientes a una celda (Snjy y Spjy) se le asigna valores complementarios de la variable de control, indicando que uno de ellos estará abierto y otro cerrado. La diferencia con la invención reivindicada es que en el documento D01 no se indica explícitamente que cj=0 para todo j<k y cj=1 para todo j>=k. Aunque el documento D01 sí que indica que existen diferentes alternativas para conectar eléctricamente el terminal de salida al terminal de entrada ik no se especifica la elección del método reivindicado. Tampoco el documento D02 describe un método como el reivindicado. Es decir, ninguno de los documentos recuperados ni una combinación relevante de los mismos afecta a la novedad o a la actividad inventiva las reivindicaciones 2-4. Claim 1 Document D01 is the state of the art document closest to the claimed invention. It describes an active interlocking electric energy converter of four or more levels, characterized by being constituted by a pyramidal structure of m (m-1) / 2 elementary cells with an output terminal and m input terminals, where m is the number of levels Each elementary cell comprises two elementary devices and each of them comprises means for interrupting the current in a controlled manner and means for interrupting the current in an uncontrolled manner. However, the converter of document D01 includes floating capacitors that are not incorporated in the claimed device. This difference modifies the control and the operating characteristics of the converter. On the other hand, document D02 refers to a three-level inverter consisting of a pyramidal structure of elementary cells with an output terminal and m input terminals, m being the number of levels. Each elementary cell is constituted by two elementary devices and, each of them, by means to interrupt the current in a controlled way and means to interrupt the current in an uncontrolled way. In view of the device of document D02, the person skilled in the art can apply it to the device of document D01, arriving at the claimed invention. Therefore, the combination of documents D01 and D02 affects the inventive activity of claim 1 (art. 8 LP). - Claims 2-4 Document D01 is the state of the art document closest to the claimed invention. The electric power converter described in this document is controlled by a method characterized by defining control variables, which have two possible values, zero and one, which indicate that the corresponding switch is off or on, respectively. Each of the switches corresponding to a cell (Snjy and Spjy) is assigned complementary values of the control variable, indicating that one of them will be open and another closed. The difference with the claimed invention is that in document D01 it is not explicitly stated that cj = 0 for all j <k and cj = 1 for all j> = k. Although document D01 does indicate that there are different alternatives for electrically connecting the output terminal to the input terminal ik, the choice of the claimed method is not specified. Nor does document D02 describe a method as claimed. That is, none of the recovered documents or a relevant combination thereof affects the novelty or inventive activity of claims 2-4.
Informe del Estado de la Técnica Página 4/4 State of the Art Report Page 4/4
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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